高寒高旱高海拔地区尾矿回采对坝体稳定性影响分析

摘要：简要介绍了高寒、高旱、高海拔地区尾矿库工程概况，从勘察与测绘、关键施工技术、坝体稳定性监测、坝体稳定性计算以及稳定性测试等方面进行了尾矿库坝体稳定性研究，从分析方法、初始稳定性、回采结束稳定性等方面详细分析了坝体的稳定性，提出了尾矿库回采建议，得出了尾矿回采可满足相关规范对坝体安全系数要求的结论。

关键词：高寒；高旱；高海拔地区；坝体；尾矿库；稳定性

0 " 引言

尾矿库是矿山生产的重要组成部分，其安全性和稳定性日益受到人们的关注。特别是在高寒、高旱、高海拔地区，尾矿库坝体面临的自然环境更为复杂和严酷，对坝体的稳定性提出了更高地要求。上述地区的气候条件独特，如低温、干燥、风大等，使得尾矿库坝体更易受到风化和侵蚀，从而影响坝体的整体稳定性。尾矿库坝体的稳定性不仅关系到矿山企业的正常生产和经营，更直接关系到周边地区的环境安全和人民群众的生命财产安全[1]。基于上述情况，对高寒、高旱、高海拔地区尾矿库坝体稳定性进行深入分析，具有重要的现实意义和理论价值。

目前，国内外学者在尾矿库坝体稳定性分析方面已经取得了一定的研究成果，提出了多种分析方法和理论模型。然而，针对高寒、高旱、高海拔地区尾矿库坝体的特殊性，现有的分析方法和模型仍然存在一定的局限性。基于此，本文从勘察与测绘、关键施工技术、坝体稳定性监测、坝体稳定性计算以及体稳定性测试等方面进行了尾矿库坝体稳定性研究，从分析方法、初始稳定性、回采结束稳定性等方面详细分析了坝体的稳定性，提出了尾矿库回采建议，得出了尾矿回采可满足相关规范对坝体安全系数要求的结论。

1 " 尾矿库工程概况

某高寒、高旱、高海拔地区的尾矿库地址位于平均海拔超过四千米的崇山峻岭之中，周边环境极为恶劣，冬季漫长且寒冷，夏季短暂而干燥，降水稀少且雨量分布不均[2]。该尾矿库坝体主要由碎石、沙土等松散材料构成，坝体高达数十米，坝顶宽度适中，坝体两侧为陡峭的山坡，形成了一个相对封闭的库区[3]。

坝体的迎水面长期受到水流冲刷和冻融作用，部分区域已经出现了明显地侵蚀和剥落现象。而坝体的背水面缺乏有效的排水措施，使得坝体内部积水严重，加剧了坝体的不稳定性。经过多年的运营和自然环境的侵蚀，坝体已经出现了一定程度的变形和裂缝。

为了增强坝体的稳定性，坝底设置了一座浆砌石块挡土墙[4]。该挡土墙高度为5m，基础深度为1.5m，地上部分高度为3.5m，顶部度为宽2m。挡土墙的外坡比和内坡比分别为1：0.5和1：0.2，这样的设计有助于抵挡土体的侧压力，防止坝体滑坡。

2 " 尾矿库坝体稳定性研究

2.1 " 勘察与测绘

该尾矿库地区气候环境恶劣，施工条件复杂，因此对技术标准和施工质量都提出了极高要求，在尾矿库坝体施工过程中，必须采用一系列关键技术措施，确保坝体结构稳定、安全[5]。

该尾矿库坝体的地形地貌、地质条件及地质构造比较复杂，结合尾矿库的特殊性，本次勘察工作采用工程地质测绘、水文地质测绘、钻探、井探、圆锥动力触探试验以及室内岩土试验等多种方法综合进行。

2.2 " 关键施工技术

2.2.1 " 子坝的堆筑

尾矿库坝体采用上游法筑坝：1～4级子坝均由人工采用晾干后的尾矿筑成堆积坝，子坝高度每级为3m，总高度为12m。子坝统一削坡平整，内坡铺设土工膜并覆盖尾砂，外坡均铺设40～45kN/m塑料双向拉伸格栅并设置纵横排水沟[6]。

尾矿库在后期运行中，仍应采取有效措施保持子坝上游的长滩面、低水位运行，并加强有效的垂直、水平排渗设施的设置。

2.2.2 " 防渗处理措施

尾矿库区（含尾矿坝与反滤层之间）作全面防渗处理。防渗材料采用GCL膨润土衬垫防渗毯和厚度为1.5mm的HDPE防渗膜，防渗膜搭接150mm，双缝焊接，防渗膜上设有垫层。

在库区底部坝内坡脚设置导渗盲沟与尾矿坝内坡脚的反滤层相连。导渗盲沟为倒梯形结构，上口宽3.0m、下口宽2.0m、深度为2.0m，外侧包裹滤布。在导渗盲沟内设置13根水平布置间距为20m、直径为200mm的超高分子聚乙烯导渗管，导渗管上钻出梅花型分布的孔，外包滤布，通过导渗管将尾矿坝体内渗水排往坝外的纵横排水沟[7]。

在3108m、3114m标高设置200目的水平尼龙滤网和PE排渗主管，并设置间距为欸20m的导渗支管，支管伸入库内36m，渗滤液通过PE排渗管排入坝体外坡的纵横排水沟，通过排水沟进入下游回水池。

综上所述，对于堆积坝和防渗问题的处理，是确保坝体稳定的关键。通过采用科学的施工方法和技术措施，能够有效提高坝体的稳定性和耐久性，为尾矿库的安全运行提供保障。

2.3 " 坝体稳定性监测

尾矿回采过程中，坝体背部会随着尾矿的回采而发生相应变化，导致局部应力分布发生重新调整。更为复杂的是，随着卸荷效应的逐渐显现，坝体失稳的风险在更多区域中可能逐渐显现，这无疑增加了尾矿库安全管理的难度。

为了全面评估该尾矿库坝体的稳定性，采用多种技术方法进行了监测和评估。一是利用无人机和遥感技术对坝体进行详细的地形测绘和裂缝识别；二是通过采集坝体内部的土样和水样，分析其物理力学性质和水文地质条件；三是结合数值模拟和物理模型试验，对坝体的稳定性进行定量评估。

2.4 " 坝体稳定性测试

运用Slide软件对尾矿坝的典型剖面进行了精细化建模，确保模拟过程能够真实反映坝体的实际状态。在建模过程中，将坝底标高+304m处设定为轴的基准点即0点，以此为基础进行后续的模拟计算。用于模拟计算的所有参数均来源于详尽的勘察报告，保证了数据的准确性和可靠性。

为了更精准地模拟尾矿坝的物理力学特性，参照岩土层物理力学指标进行了计算取值。这些指标包括岩土层的密度、抗剪强度、内摩擦角等关键参数。将这些参数输入到Slide软件中，模拟尾矿坝在各种工况下的行为表现，为后续的稳定性分析和优化设计提供有力支持。岩土层物理力学指标计算取值如表1所示。

3 " 坝体稳定性分析

3.1 " 分析方法

为了深入探究这一过程对坝体稳定性的影响，采用了Slide（边坡稳定性分析）软件对尾矿库开采过程中的稳定性进行了全面而细致的分析，其目的在于明确尾矿库开采活动对坝体稳定性产生的具体影响，从而为制定更为精准有效的安全管理措施提供参考。

通过Slide软件的分析，能够更加清晰地了解尾矿回采过程中坝体应力的变化、卸荷效应的分布情况以及潜在失稳区域的具体位置。这些信息不仅有助于及时发现潜在的安全隐患，更能为制定针对性的防范措施提供科学依据。

3.2 " 初始稳定性分析

采用Slide软件和瑞典圆弧法，对尾矿库在三种运行工况进行了初始稳定性分析。

首先，在常规状态下，尾矿库的地表并未出现积水现象，其表层胶结状况良好。依据矿井浸水水位及水位观测资料进行了计算，确定地下水水位为+326m。

其次，考虑防洪条件下的尾矿库稳定性。以干滩长度为40m和安全超高为0.4m作为防洪标准，设定设计目标水位为+328.7m。围绕这一水位，进行渗水区的确定，并据此分析了尾矿库在防洪工况下的稳定性表现。

最后，在特殊情况下，根据洪水条件设定了水平地震作用力为0.05g（g为重力加速度，即0.05×9.81m/s2）。通过精确计算渗水区位置和范围，探讨了尾矿库在极端条件下的稳定性问题。3种运行工况下的尾矿坝体稳定性安全系数计算结果如表2所示。

由表2可知，三种运行工况的尾矿坝体稳定性安全系数的计算值分别为1.325、1.302和1.125，这些数值均达到了相关规范和设计要求，且满足了尾砂回采需求。这一结果为下一步回采施工奠定了基础。

3.3 " 回采结束稳定性分析

回采施工完成后，原坝体得以保留。为了全面评估尾矿坝的稳定性，采用瑞典圆弧法，并借助Slide程序，对三种运行工况下的尾矿坝进行了深入分析。

一是在正常工况下，尾矿坝的水位高程在301.22～303.2m之间波动，为了准确分析坝体的稳定性，特别选取渗线点作为关键参数。

二是在防洪条件下，以1.5m的调洪高程和307.5m为基准，精确确定渗水区的位置，这一步骤对于评估坝体在极端天气条件下的安全性至关重要。

三是在特殊工况下，特别是在洪水状态下，考虑水平地震作用力对坝体稳定性的影响。通过设定0.05g（g为重力加速度）的水平地震作用力，确定渗水区的位置，并将其应用于洪水状态的分析中。回采结束后尾矿库坝体稳定性安全系数计算结果如表3所示。

由表3可知，3种运行工况的尾矿坝体稳定性安全系数的计算值分别为1.625、1.525和1.356，坝体外坡安全系数和内坡安全系数均满足相关规范和设计要求。

3.4 " 尾矿库回采建议

为确保尾矿库的安全稳定，回采工作必须严格遵守既定的开采范围、回采顺序以及台阶等关键工艺参数，绝不允许随意开采或越界开采。

在回采过程中，必须至少配备一名专业技术人员，负责对每一步开采境界进行技术指导与督导，确保每一步操作都符合规范。同时，专业技术人员还需对每个阶段的落下情况进行精确测量、定位和确认，以确保整个回采过程的精确性和安全性。

4 " 结束语

通过对高寒、高旱、高海拔地区尾矿库坝体稳定性的深入分析后可知，这些地区的尾矿库坝体面临着诸多独特的挑战和问题。正是这些挑战和问题，推动着对尾矿库坝体稳定性分析方法和技术的不断创新和完善。

本文在综合运用多种研究和分析方法基础上，建立了适合高寒、高旱、高海拔地区的尾矿库坝体稳定性分析模型，并得出了一系列有价值的结论和建议。这些结论和建议不仅有助于矿山企业更好地了解和掌握尾矿库坝体的稳定性状况，也为矿山企业的尾矿回采和环境保护提供了理论依据和实践指导。

参考文献

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