觀測(cè)樁系統(tǒng)在尾礦庫(kù)閉庫(kù)后安全管理中的應(yīng)用

壽震宇 劉 濤 徐嘉辰

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

觀測(cè)樁系統(tǒng)在尾礦庫(kù)閉庫(kù)后安全管理中的應(yīng)用

壽震宇1,2,3劉 濤1,2,3徐嘉辰1,2,3

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

尾礦庫(kù)閉庫(kù)復(fù)墾后由于各類因素導(dǎo)致原設(shè)計(jì)的坡度參數(shù)發(fā)生變更，對(duì)調(diào)洪庫(kù)容及尾礦庫(kù)產(chǎn)生了安全隱患。由于觀測(cè)樁布設(shè)成本較低，且布設(shè)簡(jiǎn)單、實(shí)用，觀測(cè)方便，對(duì)此，詳細(xì)介紹了在閉庫(kù)后灘面布設(shè)觀測(cè)樁系統(tǒng)的詳細(xì)過(guò)程，為便于對(duì)閉庫(kù)后的尾礦庫(kù)進(jìn)行安全管理提供參考。

觀測(cè)樁系統(tǒng) 尾礦庫(kù)閉庫(kù) 安全管理

尾礦庫(kù)閉庫(kù)后，影響其長(zhǎng)期穩(wěn)定的因素較多，其中由于庫(kù)內(nèi)地下水位過(guò)高引起壩體浸潤(rùn)線埋深過(guò)淺而導(dǎo)致的尾礦壩滑塌破壞最為常見。尾礦庫(kù)閉庫(kù)后庫(kù)內(nèi)一般不再進(jìn)行調(diào)洪，通常按照庫(kù)內(nèi)灘面來(lái)水即排的原則布設(shè)庫(kù)內(nèi)排水系統(tǒng)。根據(jù)尾礦庫(kù)特點(diǎn)，閉庫(kù)設(shè)計(jì)中有必要對(duì)庫(kù)內(nèi)灘面進(jìn)行調(diào)坡整治，確保灘面匯水可匯集到排水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)庫(kù)內(nèi)灘面不淤積、不內(nèi)澇的目標(biāo)[1-2]。目前，閉庫(kù)后的尾礦庫(kù)灘面通常進(jìn)行復(fù)墾或交予當(dāng)?shù)剞r(nóng)民耕作，閉庫(kù)后灘面坡度傾向觀測(cè)工作未引起足夠重視。

1 尾礦庫(kù)穩(wěn)定性影響因素

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2012年底，全國(guó)共有尾礦庫(kù)12 273座，數(shù)量居世界第一，其中在用庫(kù)6 633座，在建庫(kù)1 234座，已閉庫(kù)2 193座，停用庫(kù)2 213座(其中廢棄庫(kù)和強(qiáng)制取締關(guān)閉庫(kù)1 304座)。我國(guó)相關(guān)法規(guī)規(guī)定，所有尾礦庫(kù)在達(dá)到使用年限或停用后必須經(jīng)過(guò)閉庫(kù)設(shè)計(jì)確保安全。尾礦庫(kù)閉庫(kù)僅僅為排放和堆積工作的結(jié)束，洪水、地震以及一些人為因素的威脅仍將長(zhǎng)期存在。閉庫(kù)后影響尾礦壩長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素較多，如邊坡穩(wěn)定性、地震穩(wěn)定性、水文穩(wěn)定性等，其中水文因素是破壞閉庫(kù)尾礦壩不穩(wěn)定的重要因素，因而有必要設(shè)置一定的灘面坡度增加調(diào)洪庫(kù)容，提升防洪安全儲(chǔ)備。

我國(guó)現(xiàn)有的尾礦庫(kù)大部分采用上游法筑壩，在達(dá)到堆積高度進(jìn)行閉庫(kù)后原有排洪系統(tǒng)的調(diào)洪庫(kù)容有限，需根據(jù)當(dāng)?shù)厮馁Y料進(jìn)行洪水計(jì)算并通過(guò)排洪能力校核設(shè)置一定的灘面坡度增加調(diào)洪庫(kù)容。對(duì)于一些新建的一次性筑壩尾礦庫(kù)或閉庫(kù)設(shè)計(jì)中已增設(shè)排洪系統(tǒng)的尾礦庫(kù)同樣需要在灘面設(shè)置一定的坡度來(lái)達(dá)到暴雨期間“來(lái)水即排”的目的。由此可見，設(shè)置尾礦庫(kù)灘面坡度很有必要。尾礦庫(kù)閉庫(kù)工程為一項(xiàng)永久性工程，沉積灘面在長(zhǎng)期風(fēng)吹雨淋之下坡度難免漸趨平緩，加之一些復(fù)墾再利用等人工活動(dòng)導(dǎo)致坡度比原設(shè)計(jì)有所減緩甚至局部壩前高度高于庫(kù)后高度，使得調(diào)洪庫(kù)容隨之減少，防洪能力降低，灘面積水降低了土體的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)而影響了壩體的穩(wěn)定性，若閉庫(kù)后的監(jiān)督管理不善或缺失，一旦失事，造成的災(zāi)難不亞于正在運(yùn)行的尾礦庫(kù)。

2 觀測(cè)樁技術(shù)應(yīng)用

2.1 觀測(cè)樁設(shè)置

現(xiàn)行灘面在閉庫(kù)設(shè)計(jì)后缺乏有效的監(jiān)測(cè)措施確保復(fù)墾或長(zhǎng)時(shí)間暴露之后的灘面坡度符合設(shè)計(jì)要求。考慮到閉庫(kù)后的企業(yè)經(jīng)濟(jì)因素以及野外作業(yè)和尾礦庫(kù)的特殊性，無(wú)法運(yùn)用光學(xué)經(jīng)緯儀等精密儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為使閉庫(kù)后便于對(duì)尾礦庫(kù)灘面進(jìn)行有效管理，將觀測(cè)樁系統(tǒng)應(yīng)用于閉庫(kù)后尾礦庫(kù)灘面坡度觀測(cè)，即在灘面覆土施工過(guò)程中增設(shè)簡(jiǎn)單的觀測(cè)樁系統(tǒng)監(jiān)測(cè)灘面坡度變化(圖1、圖2)。

2.2 觀測(cè)樁系統(tǒng)灘面布設(shè)

根據(jù)觀測(cè)樁實(shí)際功能，考慮耐久性、實(shí)用性等特點(diǎn)設(shè)計(jì)的觀測(cè)樁型式、尺寸如圖3、圖4所示。尾礦庫(kù)閉庫(kù)后灘面通常具有壩前高、庫(kù)后低、坡度小等特點(diǎn)。觀測(cè)樁的布置應(yīng)垂直于壩軸線，按照灘面坡度傾向進(jìn)行布設(shè)，觀測(cè)樁布設(shè)密度應(yīng)以能控制庫(kù)內(nèi)整個(gè)灘面且盡可能少為原則。觀測(cè)樁布設(shè)應(yīng)在灘面整治結(jié)束后進(jìn)行，觀測(cè)樁布設(shè)參數(shù)：①垂直于壩軸線方向布設(shè)觀測(cè)樁剖面，觀測(cè)剖面至少選1個(gè)，具體視尾礦壩軸線長(zhǎng)度或尾礦庫(kù)不同方向的坡面數(shù)而定；②每個(gè)觀測(cè)剖面不少于3根樁，樁間距以40～60m為宜；③觀測(cè)樁成塔柱型，為現(xiàn)澆C25混凝土結(jié)構(gòu)，下部擴(kuò)大作為基礎(chǔ)，減少樁自身沉降，總高度1.0 m，待觀測(cè)樁養(yǎng)護(hù)完成后，在樁頂端下部0.1m處沿樁身一周用油漆制作觀測(cè)標(biāo)識(shí)線，標(biāo)識(shí)線寬度不小于2 cm；④觀測(cè)樁地面以上高0.1 m，標(biāo)識(shí)線與地面齊平。

圖1 尾礦庫(kù)閉庫(kù)灘面觀測(cè)樁布置平面

圖2 尾礦庫(kù)閉庫(kù)灘面觀測(cè)樁布置剖面(單位：m)

圖3 觀測(cè)樁平面(單位：mm)

2.3 觀測(cè)樁應(yīng)用

在閉庫(kù)后通過(guò)觀察觀測(cè)樁標(biāo)識(shí)線有無(wú)被土體掩蓋或標(biāo)識(shí)線以下裸露觀測(cè)樁的數(shù)目判斷灘面坡度是否發(fā)生改變。當(dāng)觀測(cè)樁標(biāo)識(shí)線全部位于灘面以下或樁體高出地面小于0.1 m時(shí)，可判定該觀測(cè)樁范圍內(nèi)灘面存在坡度變緩的跡象，反之，可認(rèn)為該樁范圍內(nèi)灘面坡度變陡。

圖4 觀測(cè)樁A-A斷面(單位：mm)

2.4 觀測(cè)樁系統(tǒng)保護(hù)措施

觀測(cè)樁采用C25混凝土結(jié)構(gòu)重量較輕，若閉庫(kù)后灘面進(jìn)行耕作，存在人為破壞樁體的可能。標(biāo)識(shí)線采用油漆涂刷制作，人為損壞會(huì)造成標(biāo)識(shí)線過(guò)早脫落、模糊不清，因此閉庫(kù)后應(yīng)禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入庫(kù)區(qū)內(nèi)部，并設(shè)置警示標(biāo)牌和圍欄。禁止耕作破壞觀測(cè)樁，嚴(yán)禁深耕，避免改變?yōu)┟嬖O(shè)計(jì)坡度傾向。觀測(cè)樁一旦受損，應(yīng)立即復(fù)位并復(fù)測(cè)。

3 結(jié) 語(yǔ)

為便于對(duì)閉庫(kù)后的尾礦庫(kù)進(jìn)行安全管理，詳細(xì)分析了觀測(cè)樁系統(tǒng)在尾礦庫(kù)閉庫(kù)后灘面坡度觀測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)于確保尾礦庫(kù)閉庫(kù)后的本質(zhì)安全有一定的參考價(jià)值。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 5006-93 工程測(cè)量規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1993.

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.AQ 2030—2010尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

2015-08-12)

壽震宇(1972—)，男，高級(jí)工程師，碩士，243000 安徽省馬鞍山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西塘路666號(hào)。