某尾矿库增容后库底塌陷、渗漏可能性论证

宋 旭

（贵州有色地质工程勘察公司,贵州贵阳550005）

1 概述

某尾矿库始建于20世纪70年代，由1～6号坝围成了6个库池，堆放物质主要是赤泥砂及其强碱性溶液，库区大部分地段岩溶发育，尾矿库在投入使用前未进行任何防渗治理。在使用过程中，曾多次出现库内物质外渗，严重地污染了外围环境，使用单位在设计高程范围内，采取了相应措施进行了有效治理。现库水位标高为1352m，设计使用高程为1355m，拟对该库进行增容改造，使用至1370m高程，堆填高度增加15m［1］。增容后是否存在库底塌陷、渗漏问题，是本文分析、论证的核心问题。

2 从库区地质条件方面分析、论证

（1）地形地貌：库区属隆起低中山峰丛山地地貌，现地面标高在1300～1430m之间，四周低，库区位置高，与四周邻谷地形最大高差超过200m。未建库之前，在现5号、6号库的中部偏东地段为一岩溶洼地，库底标高1300m，库底面积较小且不平坦，大气降水曾在库内汇集形成集水山塘，被当地人称之为“扎塘”［2］。可见，原始地貌上库底渗漏小—弱，岩溶不甚发育，库底岩体内存在大型岩溶管道的可能性小，增容后产生库底塌陷的可能性小。地表塌陷、地下渗漏主要集中在库岸西侧和南侧。20世纪90年代末曾在5号库西侧做了物探工作，工作点地面最低标高1320m左右，范围覆盖了库底约1/3，经物探曲线分析，在120～150m深度内未存在大型岩溶管道和大型溶洞；1993～1998年，在库池南侧和西侧分段进行了灌浆施工，施工结束后，距堆场西侧约500m外的S407泉水流量由15L/s降为0.4L/s左右，pH值由11.5降为7.5，距库南约1.5km的S639泉流量由4L/s降为1L/s左右，pH值由11降为7。

（2）水文地质条件：库区属小区域分水岭地带，地下水与地表水分水岭基本一致，地表排水条件好。地下水补给来源主要为大气降水，沿垂直裂隙下渗，活动一般，岩溶发育形态主要为竖直溶沟、溶槽，充填或半充填残坡积粘土。溶沟、溶槽岩溶形态主要分布在库岸西侧和南侧的1310～1355m标高之间地带，浅表层岩溶极为发育，库岸西侧和南侧产生浅表岩溶塌陷的可能性较大，库底存在大型岩溶管及大型溶洞的可能小。因而，增容改造后岩溶塌陷、渗漏主要集中在库岸西侧和南侧，并非库底。

（3）工程地质条件：库区范围内地层岩性主要为栖霞、茅口灰岩，岩石较完整，基岩中无软弱夹层存在，场地稳定性好，岩石承载力较高。据取样测试结果，库区岩石饱和单轴抗压强度区间极限值为11.16～73.97MPa,平均值为37.75MPa，力学性质较好，其承载力特征值介于2000～3500kPa之间，约200～350t［3］。而库内物质的平均密度为1.46g/cm3，增容后库内物质厚度为70m，对库底单位面积荷载为102.2t，远小于岩石的允许承载力。因此，库底在堆载荷载作用下产生塌陷的可能性小。

3 以往开展地质工作方面分析、论证

20多年以来，针对库区岩溶渗漏问题做了大量的地质勘探工作。从20世纪90年代初开始，先后进行了库区及外围水文地质调查，扎塘工程物探，5号库区水文地质调查，6号库南侧工程地质测绘，5号坝工程地质勘察，5号库北侧水文地质调查，5号、6号库西侧水文地质及工程地质调绘、电探，5号库西侧工程勘察、工程物探，6号库西侧工程物探，6号库南侧工程物探，5号库北侧工程物探，5号坝北侧工程物探、工程勘察，陆家湾水文地质及工程地质测绘，6号库南东侧水文地质及工程地质测绘，6号库南东侧水文地质及工程地质调绘、工程勘察，6号库南侧工程物探，6号库南侧工程勘察，3号、4号坝稳定性评价，库区及外围详勘及水文地质调查，库区增容可行性勘察，库增容改造3号、4号坝加高、副坝勘察、Ⅻ区岩溶渗漏勘察。

总结多年地质勘探工作成果，岩溶强发育带标高基本均在1310m以上。库底标高在1300m，浅部溶沟、溶槽已被库内物质充填，现库内物质厚度已超过50m，且中、下部已固结成岩。根据3号、4号坝近期钻探取样做室内测试，经统计计算承载力特征值为80～168kPa。因此，库底产生岩溶塌陷、渗漏的可能性小。

4 从库内物质力学性质方面分析、论证

库内物质为陆续堆积，在堆填过程中，库内物质（赤泥）本身会因重力作用不断沉积固结，越深固结程度越好，部分近似泥岩性质，赤泥性质主要指标见表1。

从表1可知，赤泥在日积月累的过程中，本身具备一定的力学强度，从而加强了库底板的坚固性。而且，在今后继续使用过程中，赤泥的力学强度会逐渐提高。在增容过程中，库底产生岩溶塌陷的可能小。

表1 赤泥性质主要指标一览表

5 从库岸防渗处理方面分析、论证

本尾矿库的渗漏主要是通过库岸，以脉状、裂隙状的岩溶管道方式向库外渗漏。根据勘察压水试验资料，对5号、6号库西侧和南侧分别做了防渗设计，帷幕灌浆深度均进入相对不透水层（透水率q＜3Lu）以下2个灌浆段（即大于10m）各灌浆施工段分别如下：5号库西侧防渗底标高1221.04m，5号坝西侧防渗底标高1271.97m，6号库南侧防渗底标高1254.56m，6号库南东侧防渗底标高1273.75m,Ⅰ区防渗底标高1285m，Ⅲ区防渗底标高1300m，6号库南侧（后）防渗底标高1260.10m，Ⅷ防渗底标高1270m，Ⅹ区防渗底标高1260m，ⅩⅢ区防渗底标高1280m。

以上防渗体系底标高均不小于现有库底标高，最大相差80m。防渗灌浆处理深度均已进入相对不透水层（透水率q＜3Lu）10m以下，且至地表以下40m后的灌浆压力全部采用3.0MPa的灌浆压力。在防渗过程中，对外围渗漏点的观测有比较明确的结论，如S407、S313、S639泉在防渗灌浆前pH值在10～12，灌浆后pH值恢复至7～8，防渗治理效果明显，曾多次出现泉点碱水断流，泉点水质恢复正常，说明碱水是沿库岸南侧和西侧的岩溶通道渗漏，库底存在大型岩溶管道的可能性小。

6 从库体运行及长观方面分析、论证

从20多年的长观测资料分析，未发现库内出现塌陷现象。发生的岩溶浅部塌陷可能性较大的地段均位于库岸西侧和南侧，随着库内物质不断上升，在碱水的浸泡、软化作用，直接导致了库岸充填于竖直裂隙中残积土层的塌陷。因此，增容后，塌陷的区段主要集中在库岸西侧和南侧。

7 从库区副坝设计方面分析、论证

本库在增容后，由于受地形的限制，需增设多座副坝。根据副坝的要求，其坝前的干滩长度基本要满足100m以上。由于四周基本均设副坝，库内积水面积将缩减至现有的一半左右。加之可能采取混和排料及干法堆放方式，库内物质的力学强度将进一步提高，理论上大大降低了库底塌陷的概率。

8 结语

综上所述：库区整体稳定，无库底塌陷、渗漏，岩体较完整，承载力较高，库岸防渗工作仍在不断加强，外围泉点无大的异常，库内物质固结较好，近二十年长观资料反映库底无异常，增容后库底塌陷、渗漏可能性小。但在尾矿库增容改造设计中，应对库岸加强有效的防渗措施，防止因使用标高抬升而导致的库岸岩溶塌陷及渗漏，同时应加强长期观测工作。