某尾礦庫增容后庫底塌陷、滲漏可能性論證

宋 旭

（貴州有色地質(zhì)工程勘察公司,貴州貴陽550005）

1 概述

某尾礦庫始建于20世紀(jì)70年代，由1～6號壩圍成了6個庫池，堆放物質(zhì)主要是赤泥砂及其強(qiáng)堿性溶液，庫區(qū)大部分地段巖溶發(fā)育，尾礦庫在投入使用前未進(jìn)行任何防滲治理。在使用過程中，曾多次出現(xiàn)庫內(nèi)物質(zhì)外滲，嚴(yán)重地污染了外圍環(huán)境，使用單位在設(shè)計(jì)高程范圍內(nèi)，采取了相應(yīng)措施進(jìn)行了有效治理?，F(xiàn)庫水位標(biāo)高為1352m，設(shè)計(jì)使用高程為1355m，擬對該庫進(jìn)行增容改造，使用至1370m高程，堆填高度增加15m［1］。增容后是否存在庫底塌陷、滲漏問題，是本文分析、論證的核心問題。

2 從庫區(qū)地質(zhì)條件方面分析、論證

（1）地形地貌：庫區(qū)屬隆起低中山峰叢山地地貌，現(xiàn)地面標(biāo)高在1300～1430m之間，四周低，庫區(qū)位置高，與四周鄰谷地形最大高差超過200m。未建庫之前，在現(xiàn)5號、6號庫的中部偏東地段為一巖溶洼地，庫底標(biāo)高1300m，庫底面積較小且不平坦，大氣降水曾在庫內(nèi)匯集形成集水山塘，被當(dāng)?shù)厝朔Q之為“扎塘”［2］?？梢?，原始地貌上庫底滲漏小—弱，巖溶不甚發(fā)育，庫底巖體內(nèi)存在大型巖溶管道的可能性小，增容后產(chǎn)生庫底塌陷的可能性小。地表塌陷、地下滲漏主要集中在庫岸西側(cè)和南側(cè)。20世紀(jì)90年代末曾在5號庫西側(cè)做了物探工作，工作點(diǎn)地面最低標(biāo)高1320m左右，范圍覆蓋了庫底約1/3，經(jīng)物探曲線分析，在120～150m深度內(nèi)未存在大型巖溶管道和大型溶洞；1993～1998年，在庫池南側(cè)和西側(cè)分段進(jìn)行了灌漿施工，施工結(jié)束后，距堆場西側(cè)約500m外的S407泉水流量由15L/s降為0.4L/s左右，pH值由11.5降為7.5，距庫南約1.5km的S639泉流量由4L/s降為1L/s左右，pH值由11降為7。

（2）水文地質(zhì)條件：庫區(qū)屬小區(qū)域分水嶺地帶，地下水與地表水分水嶺基本一致，地表排水條件好。地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水，沿垂直裂隙下滲，活動一般，巖溶發(fā)育形態(tài)主要為豎直溶溝、溶槽，充填或半充填殘坡積粘土。溶溝、溶槽巖溶形態(tài)主要分布在庫岸西側(cè)和南側(cè)的1310～1355m標(biāo)高之間地帶，淺表層巖溶極為發(fā)育，庫岸西側(cè)和南側(cè)產(chǎn)生淺表巖溶塌陷的可能性較大，庫底存在大型巖溶管及大型溶洞的可能小。因而，增容改造后巖溶塌陷、滲漏主要集中在庫岸西側(cè)和南側(cè)，并非庫底。

（3）工程地質(zhì)條件：庫區(qū)范圍內(nèi)地層巖性主要為棲霞、茅口灰?guī)r，巖石較完整，基巖中無軟弱夾層存在，場地穩(wěn)定性好，巖石承載力較高。據(jù)取樣測試結(jié)果，庫區(qū)巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度區(qū)間極限值為11.16～73.97MPa,平均值為37.75MPa，力學(xué)性質(zhì)較好，其承載力特征值介于2000～3500kPa之間，約200～350t［3］。而庫內(nèi)物質(zhì)的平均密度為1.46g/cm3，增容后庫內(nèi)物質(zhì)厚度為70m，對庫底單位面積荷載為102.2t，遠(yuǎn)小于巖石的允許承載力。因此，庫底在堆載荷載作用下產(chǎn)生塌陷的可能性小。

3 以往開展地質(zhì)工作方面分析、論證

20多年以來，針對庫區(qū)巖溶滲漏問題做了大量的地質(zhì)勘探工作。從20世紀(jì)90年代初開始，先后進(jìn)行了庫區(qū)及外圍水文地質(zhì)調(diào)查，扎塘工程物探，5號庫區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查，6號庫南側(cè)工程地質(zhì)測繪，5號壩工程地質(zhì)勘察，5號庫北側(cè)水文地質(zhì)調(diào)查，5號、6號庫西側(cè)水文地質(zhì)及工程地質(zhì)調(diào)繪、電探，5號庫西側(cè)工程勘察、工程物探，6號庫西側(cè)工程物探，6號庫南側(cè)工程物探，5號庫北側(cè)工程物探，5號壩北側(cè)工程物探、工程勘察，陸家灣水文地質(zhì)及工程地質(zhì)測繪，6號庫南東側(cè)水文地質(zhì)及工程地質(zhì)測繪，6號庫南東側(cè)水文地質(zhì)及工程地質(zhì)調(diào)繪、工程勘察，6號庫南側(cè)工程物探，6號庫南側(cè)工程勘察，3號、4號壩穩(wěn)定性評價(jià)，庫區(qū)及外圍詳勘及水文地質(zhì)調(diào)查，庫區(qū)增容可行性勘察，庫增容改造3號、4號壩加高、副壩勘察、Ⅻ區(qū)巖溶滲漏勘察。

總結(jié)多年地質(zhì)勘探工作成果，巖溶強(qiáng)發(fā)育帶標(biāo)高基本均在1310m以上。庫底標(biāo)高在1300m，淺部溶溝、溶槽已被庫內(nèi)物質(zhì)充填，現(xiàn)庫內(nèi)物質(zhì)厚度已超過50m，且中、下部已固結(jié)成巖。根據(jù)3號、4號壩近期鉆探取樣做室內(nèi)測試，經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算承載力特征值為80～168kPa。因此，庫底產(chǎn)生巖溶塌陷、滲漏的可能性小。

4 從庫內(nèi)物質(zhì)力學(xué)性質(zhì)方面分析、論證

庫內(nèi)物質(zhì)為陸續(xù)堆積，在堆填過程中，庫內(nèi)物質(zhì)（赤泥）本身會因重力作用不斷沉積固結(jié)，越深固結(jié)程度越好，部分近似泥巖性質(zhì)，赤泥性質(zhì)主要指標(biāo)見表1。

從表1可知，赤泥在日積月累的過程中，本身具備一定的力學(xué)強(qiáng)度，從而加強(qiáng)了庫底板的堅(jiān)固性。而且，在今后繼續(xù)使用過程中，赤泥的力學(xué)強(qiáng)度會逐漸提高。在增容過程中，庫底產(chǎn)生巖溶塌陷的可能小。

表1 赤泥性質(zhì)主要指標(biāo)一覽表

5 從庫岸防滲處理方面分析、論證

本尾礦庫的滲漏主要是通過庫岸，以脈狀、裂隙狀的巖溶管道方式向庫外滲漏。根據(jù)勘察壓水試驗(yàn)資料，對5號、6號庫西側(cè)和南側(cè)分別做了防滲設(shè)計(jì)，帷幕灌漿深度均進(jìn)入相對不透水層（透水率q＜3Lu）以下2個灌漿段（即大于10m）各灌漿施工段分別如下：5號庫西側(cè)防滲底標(biāo)高1221.04m，5號壩西側(cè)防滲底標(biāo)高1271.97m，6號庫南側(cè)防滲底標(biāo)高1254.56m，6號庫南東側(cè)防滲底標(biāo)高1273.75m,Ⅰ區(qū)防滲底標(biāo)高1285m，Ⅲ區(qū)防滲底標(biāo)高1300m，6號庫南側(cè)（后）防滲底標(biāo)高1260.10m，Ⅷ防滲底標(biāo)高1270m，Ⅹ區(qū)防滲底標(biāo)高1260m，ⅩⅢ區(qū)防滲底標(biāo)高1280m。

以上防滲體系底標(biāo)高均不小于現(xiàn)有庫底標(biāo)高，最大相差80m。防滲灌漿處理深度均已進(jìn)入相對不透水層（透水率q＜3Lu）10m以下，且至地表以下40m后的灌漿壓力全部采用3.0MPa的灌漿壓力。在防滲過程中，對外圍滲漏點(diǎn)的觀測有比較明確的結(jié)論，如S407、S313、S639泉在防滲灌漿前pH值在10～12，灌漿后pH值恢復(fù)至7～8，防滲治理效果明顯，曾多次出現(xiàn)泉點(diǎn)堿水?dāng)嗔?，泉點(diǎn)水質(zhì)恢復(fù)正常，說明堿水是沿庫岸南側(cè)和西側(cè)的巖溶通道滲漏，庫底存在大型巖溶管道的可能性小。

6 從庫體運(yùn)行及長觀方面分析、論證

從20多年的長觀測資料分析，未發(fā)現(xiàn)庫內(nèi)出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象。發(fā)生的巖溶淺部塌陷可能性較大的地段均位于庫岸西側(cè)和南側(cè)，隨著庫內(nèi)物質(zhì)不斷上升，在堿水的浸泡、軟化作用，直接導(dǎo)致了庫岸充填于豎直裂隙中殘積土層的塌陷。因此，增容后，塌陷的區(qū)段主要集中在庫岸西側(cè)和南側(cè)。

7 從庫區(qū)副壩設(shè)計(jì)方面分析、論證

本庫在增容后，由于受地形的限制，需增設(shè)多座副壩。根據(jù)副壩的要求，其壩前的干灘長度基本要滿足100m以上。由于四周基本均設(shè)副壩，庫內(nèi)積水面積將縮減至現(xiàn)有的一半左右。加之可能采取混和排料及干法堆放方式，庫內(nèi)物質(zhì)的力學(xué)強(qiáng)度將進(jìn)一步提高，理論上大大降低了庫底塌陷的概率。

8 結(jié)語

綜上所述：庫區(qū)整體穩(wěn)定，無庫底塌陷、滲漏，巖體較完整，承載力較高，庫岸防滲工作仍在不斷加強(qiáng)，外圍泉點(diǎn)無大的異常，庫內(nèi)物質(zhì)固結(jié)較好，近二十年長觀資料反映庫底無異常，增容后庫底塌陷、滲漏可能性小。但在尾礦庫增容改造設(shè)計(jì)中，應(yīng)對庫岸加強(qiáng)有效的防滲措施，防止因使用標(biāo)高抬升而導(dǎo)致的庫岸巖溶塌陷及滲漏，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)長期觀測工作。