排土场与尾矿坝安全距离的数值模拟分析

孙发院，何美萍，黄禹梅

（1.云南亚融矿业科技有限公司，云南 昆明 650039；2.昆明顺天科技有限公司，云南 昆明 650039）

随着矿山生成能力的不断扩大，大多数矿山着手新建排土场及尾矿库。某矿山根据矿区的地形地质条件，计划在同一沟谷内新建尾矿库和排土场，尾矿库位于排土场上游，中间修建尾矿坝。建设完成之后，尾矿库、尾矿坝和排土场连为一体，因此需要考虑排土场与尾矿坝相邻堆排对坝体稳定性的影响，本文针对尾矿坝坝顶与排土场边坡脚之间的安全距离进行了分析研究，针对该矿山推荐了安全合理的安全距离。

1 场地概况

排土场场区地形为北西—南东走向的沟谷地形，沟谷延伸长，山体上植被发育；排土场基底平缓，坡度约3°，排土场两侧为自然山脊，两侧山脊可以作为自然屏障，排土场属缓坡山沟排土场。

排土场规划容积为19592.84 万m³，堆置高度为318.0m，按规范设计等级属一级排土场。根据坝体结构设计，尾矿坝筑坝区域主要分为：上游坝坡细粒土、上游高压实度废石料筑坝区、下游低压实度废石料筑坝区；筑坝材料主要包括细粒土料与废石料。

根据尾矿库废石筑坝施工击实试验结果，细粒土筑坝区压实度不低于96%；上游高压实度废石料筑坝区压实度不低于95%，或者压实干容重不低于23.50kN/m3，或者碾压后孔隙率不大于25%；下游低压实度废石料筑坝区压实度不低于85%，或者压实干容重不低于21.50kN/m3，或者碾压后孔隙率不大于30%。由于废石料随采场作业区域以及地层岩性的变化，废石料的来料性质变化较大，在实际坝体施工过程中，根据现场碾压试验结果，在上述3 个填筑控制指标参数中合理确定1 个～2 个作为施工填筑控制参数。

2 数值模拟计算分析

本次数值模拟分析采用FLAC3D 数值模拟软件进行，F它能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。

2.1 模型的建立

尾矿库位于排土场上游，其相互关系如图1 所示。随着排土场的加高，对坝体产生挤压的作用力，当排土场坡脚距离坝体坡顶距离较近时，排土场对坝体稳定性影响较大，合理的安全距离L 是本文分析的重点。依据尾矿坝与排土场的位置关系，建立了数值模拟计算模型。

图1 尾矿坝与排土场关系图

2.2 计算方案及参数

图2 方案一到方案四整体位移模拟结果

图3 方案一坝体的位移矢量模拟结果

图4 方案四坝体的位移矢量模拟结果

根据现场实际情况，考虑到坝体砌筑过程中不同标高的情况，因此设计了尾矿坝相同标高情况下，排土场坡脚与尾矿坝坝顶不同安全距离的数值模拟计算方案，方案一到方案四的安全距离分别为20m、60m、100m 和140m，岩体力学参数见表1。

表1 岩体力学参数

2.3 计算结果分析

2.3.1 整体位移模拟结果

图2 中只保留了每个方案对坝体左侧（临近尾矿库）的整体位移结果，从图中可以看出，随着排土场坡脚距尾矿坝坝顶的距离的增加，对坝体左侧的影响逐渐减小。从图中可以看出，当排土场坡脚距尾矿坝坝顶的距离在100m 时，其对坝体左侧坝体影响较小。

2.3.2 位移矢量模拟结果

从图3 和图4 中的位移矢量图可以看出，排土场坡脚距尾矿坝坝顶的距离越大时，对坝体临近尾矿库一侧的影响逐渐减小。

3 结语

尾矿坝坝顶与排土场坡脚距离是否合理，关系着尾矿坝和排土场的安全，同时也关系着排土场容量的大小。通过对尾矿坝与排土场安全距离的数值模拟计算分析，可以得出以下结论：随着排土场坡脚距尾矿坝坝顶的距离的增加，对临近尾矿库一侧坝体的影响逐渐减小。当排土场坡脚距尾矿坝坝顶的距离在100m时，其对临近尾矿库一侧坝体的影响较小。

通过数值模拟计算分析方法，对排土场设计进行校核，保证排土场及尾矿坝的安全。但是排土场和尾矿坝稳定性受砌筑材料、碾压密实度和地表水等多种复杂因素影响，应在砌筑过程中加大对施工的管理，保证工程质量，堆排过程中增加对坝体的监测。