云南某尾矿坝安全隐患及治理措施研究＊

眭素刚，许汉华

（中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，云南昆明 650051）

1 概述

尾矿库为一种较为特殊的建筑物，用于储存尾矿的废渣、废水等，服务寿命期从开始的勘察、设计、施工阶段直到堆积尾矿完成并最终保持稳定[1]。伴随我国经济发展，越来越多矿产资源消耗，保障矿产资源开发利用的可持续发展的主要内容其中包含尾矿库的安全运行[2]。尾矿一般均含重金属[3]，且尾矿库作为具有高势能、潜在人工泥石流灾害固体源，各自然、人为的不利因素均会使尾矿库产生不同程度的安全隐患，若不及时采取相关措施治理发生溃坝，将会危及尾矿库下游居民人身安全威胁和财产损失[4]，同时造成环境污染、人员伤亡等不可估量的严重影响。尾矿坝安全隐患严重威胁到人民生命财产安全，其治理措施主要有加固初期坝、排水措施、闭库销库、尾矿库综合利用、搬迁避让等措施，大部分时候通常是几种治理措施的结合运用。

2 尾矿坝地形地貌

云南某尾矿库原始地形属于岩溶洼地、洼塘地形，初期坝于1965 年建成，建成时坝顶标高为1721.5m（青云桥系统）。经多年尾矿堆填，库区共筑有8 座坝体，编号从东南方沿顺时针方向依次为1、2、3、4、5、6、7、8 号坝，8 座坝体形成环状连续的坝体。2017 年12 月坝顶标高已达到1744.05～1745.00m。1 号尾矿堆积堆积坝坝坡形成六个平台7级边坡，边坡总高度16.1-19.5m，各级坡度坡度为19.0°～39.8°。2 号尾矿堆积坝形成8 个平台9 级边坡，边坡总高度约15.7m，各级坡度坡度为24.0°～42.8°。3 号尾矿堆积坝形成6 个平台7 级边坡，边坡总高度约14.8m，各级坡度坡度为11.28°～31.34°。4号坝形成一个平台二级边坡，边坡总高度约8m。5号坝形成一个平台二级边坡，总坡高约8m，坝坡外地形标高高于坝顶标高。6 号尾矿堆积坝形成二个平台3 级边坡，边坡总高度约12.7m 各级坡度坡度约为32°。7 号尾矿堆积坝形成五个平台6 级边坡，边坡总高度约14.6m，各级坡度坡度为20.35°～24.5°。8 号尾矿堆积坝形成四个平台5 级边坡，边坡总高度约16.9m，各级坡度坡度为20.8°～36°。该尾矿库地形地貌如图1 所示。

图1 研究区尾矿库地形地貌

3 尾矿坝现状稳定性分析

云南某尾矿库始建于1959 年，它由原犀牛塘尾矿库、杨梅山脚尾矿库和月牙塘尾矿库三库合并而成，该库设计坝顶使用标高为1745m，有效库容1853 万m3。2014 年2 月，尾矿库堆积坝顶标高1741.1～1743.92m，总坝高37.5m，已使用库容1796万m3，属三等库。库区共筑有8 座坝体，编号从东南方沿顺时针方向依次为1、2、3、4、5、6、7、8 号坝，8座坝体形成了环状连续的坝体，尾矿库为头顶库，存在安全隐患。

对尾矿库各坝选择有代表性剖面进行稳定性计算，计算方法采用圆弧滑动法(见表1)，尾矿堆积坝级别为3 级，坝坡抗滑稳定最小安全系数在正常、洪水、特殊运行条件下分别取1.20、1.10、1.05。根据相关规范要求，1、2、3、6、7、8 号坝在正常、洪水运行、特殊运行条件下的稳定性安全储备不足，不满足规范要求，存在安全隐患，需要对其治理。

表1 治理前尾矿堆积坝稳定性验算结果表（总应力法）

4 治理措施建议

4.1 坝脚压坡加固

1、2、3、6、7、8 号坝在正常运行、洪水运行、特殊运行工况下的稳定性安全储备不足，因此，需对这几个尾矿坝进行加固处理，根据现场及建设单位实际情况，采用采场块石在尾矿坝坝脚压坡加固，将压坡段原坝体表面的耕植土、杂草、树根等清除干净后，铺设一层500g/m2加筋土工布作为反滤层，土工布上用300mm 粗砂、300mm 碎石作为保护层，再用块石压坡，块石台阶坡比1:2.0。

4.2 坝顶滩面碎石碾压加固

对某尾矿库坝顶干滩区域利用矿山剥离废碎石碾压，坝顶碾压碎石成分主要为矿山剥离的灰岩、矽卡岩等，粒径一般为2～10cm，最大约30cm。铺碎石前，先采用挖掘机将表层尾矿往下压实，尾矿厚度一般沉降0.10-0.5m，在碾压压实过程中，尾粉砂和尾粉土中的浆液冒上来，覆盖在表层一层。在此基础上，然后采用分层碾压的堆积方式堆积矿山碎石，堆积碎石厚度约0.25～3.40m，一般厚1m，碎石碾压面积为22.5m2。

4.3 尾矿库排渗、排洪、排水

浸润线过高是尾矿坝稳定性影响的一个重要因素，降低坝体浸润线是提高尾矿坝稳定性的一个重要处理措施，结合某尾矿库原有排渗设施设置情况，在堆积坝增设排渗管。在加高的堆积坝体1745.0m 标高上设置排渗管，在平行于坝轴线方向设置3 条φ100 排渗软管，平面间距25.0m，同时在垂直坝轴线方向设置DN160PE 导水管，间距60.0m，导水管与排渗软管相连，从库内向库外倾斜坡度1.0%。

滩面碎石加固过程中在库内中央形成挡水棱体坝，挡水棱体坝长约1400m，挡水棱体最终坝筑坝规格为上底2m，下底6m，高2m，底部垫层宽度9m，深度2-3m。蓄水面积约33.5 万m2，顶面标高1746.5m，勘察时水面标高约1743.58m，平均水深2.00m。

由于现状库内排洪系统为4 条DN630×24.1mmPE管排至3# 坝外，该排洪系统不具安全可靠性，因此本次设计在继续使用原排洪系统的基础上，新建一套排洪系统。新建尾矿库排洪系统设置为溢水井-涵管型式，结合该尾矿库近四周筑坝的实际情况，将排洪系统布置在4# 副坝靠近西侧山坡附近，溢水井深入库内120.0m。

在尾矿堆积坝1745.0m 马道上设置坝面排水沟，并根据地形条件设置垂直坝体的排水沟，坝面排水沟为矩形断面，净宽0.4m，净高0.4m，采用红砖砌筑，并采用水泥砂浆抹面。

5 结论

尾矿库作为具有高势能、潜在人工泥石流灾害固体源，各自然、人为的不利因素均会使尾矿库产生不同程度的安全隐患。基于尾矿库的安全运行重要性，云南某尾矿坝采用坝顶废石渣碾压和降低浸润线相结合治理措施，其稳定性得到明显提高，安全隐患得以排除，这种治理措施因地制宜，容易实施，又可以充分利用矿山废石，社会经济效益明显，这为尾矿坝隐患治理提供一种新思路。