尾礦庫加固對策研究

周 彪 羅昌泰 李秋香

尾礦常視作為礦物加工的最終產(chǎn)物，是被破碎、磨細的礦渣，它以漿狀形式排出，存放在尾礦庫中。礦山尾礦庫是一種特殊的工業(yè)建筑物，它是礦山三大控制性工程之一，它的運營好壞，不僅影響到一個礦山企業(yè)的經(jīng)濟效益，而且與庫區(qū)下游居民的生命財產(chǎn)及周邊環(huán)境息息相關。我國是礦業(yè)大國，冶金、有色、化工、核工業(yè)、建材和輕工業(yè)等行業(yè)的礦山都有尾礦設施。據(jù)初步統(tǒng)計[1]，形成一定規(guī)模的尾礦設施約有1 500座。據(jù)有關專家估計，在這些尾礦庫中，正常運行的庫不足70%。有的行業(yè)大約44%的庫處于險、病、超期服務狀態(tài)。2008年9月8日山西省臨汾市襄汾縣新塔礦業(yè)有限公司尾礦庫發(fā)生了特大潰壩事故，傷亡很大。所以尾礦庫的安全運行非常重要，應在加強管理的同時，對有安全隱患的尾礦庫采取工程措施進行必要的加固。

1 尾礦庫事故發(fā)生的原因

根據(jù)尾礦庫實際發(fā)生事故的統(tǒng)計資料分析，各種事故發(fā)生的原因及幾率見表1[2]。

從表1中可以看出，引起尾礦庫事故的主要原因為防洪標準不足或排洪設施損壞、壩體滲流、壩體滑坡及地震四大類。其中洪水造成的事故比例最大，其次是壩體滲流、滑坡和地震。

表1 尾礦庫各類事故幾率 %

尾礦庫事故的發(fā)生往往是上述多種原因共同作用的結(jié)果。當暴雨來臨時，尾礦庫的水位會急劇上漲，這時尾礦庫就會因泄洪能力不足、超標洪水、排洪設施損壞或淤堵等原因發(fā)生潰壩事故;而滲流作用對各類災害的影響也相當嚴重，因此，控制尾礦庫壩體的滲流條件可有效地減少尾礦庫災害發(fā)生的頻率和由此造成的損失;地震的震害已經(jīng)證明，在尾礦壩的堆筑方法中，上游法填筑的尾礦壩動力穩(wěn)定性最差，而我國70%以上的尾礦庫采用上游法筑壩，因此建議在強震區(qū)多發(fā)展下游法和中心線法筑壩工藝。

2 尾礦庫加固對策

2.1 完善排洪設施

排洪設施是尾礦庫必須設置的安全設施，其功能在于將匯水面積內(nèi)洪水安全地排至庫外，它的安全性和可靠性直接關系到尾礦庫防洪安全。當暴雨來臨時，尾礦庫的水位會急劇上漲，這時尾礦庫就會因泄洪能力不足、超標洪水、排洪設施損壞或淤堵等原因發(fā)生潰壩事故，如1985年湖南省郴州地區(qū)的牛角攏尾礦庫就是因連降暴雨造成特大洪水，導致洪水漫頂沖垮壩體[3]。

對防洪、調(diào)洪能力不足的，應用當?shù)刈钚掳姹舅氖謨灾械男×饔蚧蛱匦×饔騾?shù)重新進行洪水計算和調(diào)洪演算。經(jīng)計算確認尾礦庫防洪能力不足時，應采取增大調(diào)洪庫容或擴大排洪能力的措施。對因地基問題引起排洪設施傾斜、沉陷斷裂和裂縫的，應及時進行加固處理，加固處理方法主要為灌漿加固，必要時可新建排洪設施。對于堵塞的排洪設施應及時進行檢查、疏通。對停用的排水井，應按設計要求進行嚴格封堵。

2.2 改善壩體滲流條件

考慮到尾礦堆積壩特別是細粒尾礦堆積壩的浸潤線一般較高，為此應加強尾礦堆積壩的排水系統(tǒng)，增大壩體的干燥部分或適當增加尾礦池內(nèi)的干灘面長度，以降低壩坡浸潤線高度?，F(xiàn)在一般是通過設置排滲系統(tǒng)達到降低浸潤線的目的，從而提高尾礦壩的穩(wěn)定性。目前常用方法很多，如井式排滲、管溝式排滲、褥墊排滲及墻式排滲等，井式排滲和墻式排滲需要采用水泵抽水，投入大，應用不多，適用于急需短期內(nèi)降水的尾礦壩;管溝式排滲和褥墊排滲采用自流原理效果較好，施工技術(shù)難度較大;虹吸排滲采用虹吸原理施工方便、經(jīng)濟，運營成本最低，便于管理。另外尾礦壩體平均滲透系數(shù)均比較低，采用一種排滲降水設施，效果不一定很明顯，應當根據(jù)工程具體條件，尋求兩種或兩種以上排滲設施同時進行設計以達到更好的排滲效果。對于滲流和侵蝕引起的災害問題，應首先采用防滲材料充填加固滲漏區(qū)，隔斷滲流;重整坡角，調(diào)整或設置排水系統(tǒng)，以最大幅度地降低浸潤線或在滲流溢出面上加蓋壓重以及設置反濾層等措施，防止?jié)B流破壞發(fā)生。對于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的由于滲漏造成的尾礦庫安全隱患，可以采用已經(jīng)成熟的注漿技術(shù)或者是粉噴攪拌方法進行加固。

2.3 改善壩體的受力條件

從改善壩體的抗震效能角度，以往的工程措施大多建立在不改變、有時甚至減緩壩體坡角的基礎上，這與壩坡加固的最終目的不符。既能保證壩體必要的抗震性能，又能增大尾礦庫堆存庫容的方法是:對地震穩(wěn)定性較差的壩坡進行加筋補強或做成加筋土、設置廢石壓坡體和設置抗滑樁。這種方法比放緩壩坡更經(jīng)濟。

我國高含泥極細顆粒尾礦堆積壩病害率偏高，在細粒尾礦壩進行加固時除了進行設置排水設施降低浸潤線高度外，還應對壩坡進行加筋補強。金馬鉛鋅細粒尾礦庫[4]在進行工程整治時采用的工程措施是往細粒尾礦土中加入土工格柵。其技術(shù)指標為縱、橫向每米拉伸力不小于150 kN，屈服伸長率不大于3，2%伸長率時拉伸力不小于127 kN。隨尾礦堆積壩的升高，每2 m鋪設1層土工格柵(100 m×100 m)，鋪設坡度控制在1.25%～1.75%。設置土工格柵加筋后對壩體進行穩(wěn)定性復核，壩體穩(wěn)定性符合規(guī)范要求。

2.4 提高壩體的密實度

尾礦材料的室內(nèi)試驗表明，提高壩體密實度對增加抗剪強度有明顯的作用。而且事實表明[1]，對于烈度8度及其以下的地震，當上覆有效應力大于150 kPa時是比較安全的。在筑壩時可以通過加強碾壓來提高壩體的密實度，但是在后期加固時碾壓就很難實現(xiàn)，這時最普遍采用、最易施工的方法為貼坡反壓法，但就處理效果而言，振沖法效果最好。振沖置換法[5]處理砂類土的主要目的在于提高其承載力、減少沉降、防止地震時砂土的液化等，其加固機理有擠密、置換、排水、預振和墊層等作用。它可以在已有壩坡進行，也可以隨壩填筑過程進行。間距為1.5 m～4.0 m條件下，振沖加固深度可達壩面下10 m～14 m，經(jīng)振沖處理后的尾礦壩，其干密度增加10%左右，抗剪強度增加近30%，壩體尾礦砂的剪切模量增加近70%。當填料為碎石時，振沖樁不僅增強了壩體的密度和抗剪強度，還有利于改善壩體的排水條件。

3 結(jié)語

尾礦庫災害的加固工作是相當復雜的。加固方案的選擇必須在充分了解尾礦庫工程產(chǎn)生隱患原因的基礎上，按照“技術(shù)可行，安全可靠，經(jīng)濟合理，實施簡便，保護環(huán)境”的原則進行，結(jié)合相應的工程特點，采取適當措施，當一種處理方法達不到理想的效果時，可以采用兩種或者兩種以上的處理方法，最大程度上解決尾礦庫的安全隱患，同時尾礦庫工程的管理也應得到相應的加強。

[1] 王鳳江，王來貴.尾礦庫災害及其工程整治[J].中國地質(zhì)災害與防治學報，2003(3):76-80.

[2] 田文旗，薛劍光.尾礦庫安全技術(shù)與管理[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2006.

[3] 陳國芳，胡 波.尾礦庫潰壩危險分析及對策[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2008(3):227-228.

[4] 魏發(fā)正.金馬鉛鋅礦細粒尾礦庫的加固實踐[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2008(4):47-48.

[5] 曾芳金，蔡美峰.振沖置換法加固尾礦庫壩的機理和應用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2005(6):83-85.

[6] 張京彬.淺談小型水庫除險加固處理技術(shù)的應用[J].山西建筑，2009，35(3):365-367.