李林生 郝進喜 孫天學(xué)

(1.五礦邯邢礦業(yè)有限公司符山鐵礦;2.五礦邯邢礦業(yè)有限公司)

尾礦庫是一個具有高勢能的重大危險源，近年來，隨著我國礦業(yè)開發(fā)步伐的加快，尾礦庫安全事故頻發(fā)，給人民的生命財產(chǎn)帶來了巨大損失，尾礦庫的安全狀況也越來越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。符山鐵礦床的成因類型為矽卡巖型磁鐵礦床，經(jīng)過了30余a的正常開采，礦山資源已接近枯竭。為最大限度地利用礦石資源，延長礦山服務(wù)年限［1］，目前礦山主要進行殘礦回收［2］。為此，對井下開采時的大量礦渣進行了回收，堆存在尾礦庫下游區(qū)域，在尾礦庫下游形成了一個新的排土場，對原尾礦庫的邊坡穩(wěn)定、防洪和回水造成一定的威脅。為確保該尾礦庫的安全穩(wěn)定運行，采用瑞典圓弧法和總應(yīng)力法，分析了該排土場對尾礦庫邊坡穩(wěn)定、防洪和回水的影響，并提出了相應(yīng)的防治對策，以消除新排土場對尾礦庫的不利因素。

1 尾礦庫現(xiàn)狀

符山鐵礦黑鐵峧尾礦庫位于河北省涉縣境內(nèi)，該尾礦庫由華北冶金礦山建設(shè)公司設(shè)計研究院設(shè)計［3］，尾礦庫總壩高97.5 m，總庫容500 萬 m3，服務(wù)年限15 a。初期壩為堆石壩，壩底標高737.5 m，壩頂標高776.0 m，最大壩高38.5 m，頂寬5.0 m，外坡比為1∶1.5，內(nèi)坡比1∶2。期間進行了2次增容設(shè)計，最終堆積標高855.0 m，總壩高為117.5 m。

現(xiàn)堆積壩壩頂標高 853.7 m，灘頂標高851.7 m，堆積壩平均外坡比約1∶4.0。尾礦壩壩面無滲流、沼澤化，無浸潤線出逸跡象。

采用庫尾原廢棄溜井為庫區(qū)排洪，井徑2.0 m，溜井前設(shè)漿砌石過水通道，底標高為844.0 m，標高846.0 m以下為直墻，以上為護坡，護坡坡比1∶0.2。通道中設(shè)2.0 m寬溢流擋板，過水寬度1.5 m。非汛期溢流擋板隨庫內(nèi)水位升高而加高，保存庫內(nèi)澄清水作回水用，汛期打開溢流擋板排洪。

2 排土場的形成及規(guī)劃

排土場位于尾礦庫下游，坡腳已經(jīng)達到尾礦庫蓄水池標高。排土前蓄水池下游修建了回水管，為預(yù)制混凝土管，目前該回水管已被壓壞，尾礦回水直接從排土場底部流出?，F(xiàn)排土場為單臺階排土，排土場頂標高約753.0 m，最大堆置高度27 m，自然安息角約35°。

為了滿足排土要求，計劃將排土場向尾礦庫一側(cè)和東南側(cè)推進排土，頂標高約753.0 m，排土后將尾礦庫初期壩部分邊坡、蓄水池掩埋覆蓋。

3 排土對尾礦庫的影響計算分析

3.1 排土對尾礦庫邊坡穩(wěn)定的影響分析

根據(jù)排土規(guī)劃，最終排土外邊界將初期壩部分壩體覆蓋，尾礦庫壩體的穩(wěn)定性將發(fā)生變化，需重新復(fù)核壩體的穩(wěn)定性。

3.1.1 尾礦庫的等別及工程地質(zhì)條件

根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范規(guī)定，黑鐵峧尾礦庫等別為三等，按規(guī)范要求，正常運行、洪水運行和特殊狀態(tài)下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)分別為1.20、1.10和1.05。

3.1.2 計算方法

采用瑞典圓弧法和總應(yīng)力法，計算尾礦庫的安全性，計算過程采用AutoBank6.1軟件。

選取尾礦庫最終排土標高753.0 m，根據(jù)《符山鐵礦黑鐵峧尾礦庫巖土工程勘察報告》，對堆積壩進行尾砂分層，計算簡圖見圖1。尾礦砂密實度按有關(guān)規(guī)程的規(guī)定進行評定［4-5］，描述如下:①尾粗砂，灰綠色，稍濕，松散孔表層;②尾中砂，褐黃—灰綠色，稍濕—濕，稍密—中密，局部在表層孔深6.5 m范圍內(nèi)松散，局部含植物根系，該層分布廣泛;③尾細砂，灰綠色，稍濕—濕，稍密—中密，局部在表層孔深2.5 m范圍內(nèi)松散，該層分布廣泛;④尾粉土，灰綠色，稍濕—濕，中密—密實，該層分布廣泛;⑤尾粉質(zhì)黏土，灰色，一般可塑—硬塑，局部軟塑，廣泛分布在下部，部分分布在中部;⑥尾黏土，灰綠色，可塑，為單孔揭露;⑦雜填土，雜色，結(jié)構(gòu)松散，主要成分為碎石及黏土，為單孔揭露。

圖1 邊坡穩(wěn)定計算簡圖

3.1.3 計算條件

排土標高753.0 m;初期壩外壩腳標高737.5 m;壩頂標高853.7 m。

3.1.4 計算指標

尾礦材料以及地基的物理力學(xué)指標參考行業(yè)相關(guān)規(guī)范和類似工程經(jīng)驗選取，見表1。

表1 尾礦材料物理力學(xué)指標

3.1.5 浸潤線

根據(jù)AutoBank6.1軟件計算浸潤線，結(jié)果見圖2、圖3。

圖2 正常運行滲流計算結(jié)果示意

圖3 洪水運行滲流計算結(jié)果示意

3.1.6 穩(wěn)定性分析結(jié)果

黑鐵峧尾礦庫壩體填土標高在753.0 m時，正常運行、洪水運行和特殊工況下運行的抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果見表2，穩(wěn)定計算結(jié)果見圖4、圖5和圖6。

表2 穩(wěn)定分析計算結(jié)果

圖4 正常運行穩(wěn)定計算結(jié)果示意

圖5 洪水運行穩(wěn)定計算結(jié)果示意

圖6 特殊運行穩(wěn)定計算結(jié)果示意

計算結(jié)果表明，尾礦庫下游排土后，在正常、洪水和特殊運行工況下，壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足規(guī)范規(guī)定的要求。

3.2 排土對尾礦庫防洪和回水的影響

該尾礦庫的排洪口位于初期壩北側(cè)的支溝內(nèi)，標高約757 m，高于排土場的頂標高753.0 m，排土不會對尾礦庫的排洪產(chǎn)生不利影響。但是排土場位于排洪下游，尾礦庫排洪會沖刷排土場，對排土場的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，需將洪水引到排土場下游。

目前符山鐵礦自行修建的回水管已被廢石壓壞，尾礦回水直接從排土場底部流出，沖刷排土場基礎(chǔ)，對排土場的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，需新建回水系統(tǒng)。

繼續(xù)排土?xí)⒊跗趬蝺蓚?cè)部分壩肩排水溝和集水池掩埋，壩體坡面匯水會沖刷排土場，需在排土場與初期壩的交接部位設(shè)置排水溝。

4 防治對策

(1)如果尾礦庫下游排土細顆粒較多，會影響尾礦庫的滲透性，勢必會抬升浸潤線埋深，對尾礦壩的邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。建議尾礦壩下游排土材料小于2 cm的顆粒含量不大于10%，以保證排土體的滲透性。

(2)為了防止洪水沖刷排土場，在排洪系統(tǒng)出口修建排洪溝，將洪水引至排土場下游。根據(jù)現(xiàn)場地形，建議排洪溝修建在排土場西側(cè)，排洪溝凈斷面尺寸1.2 m×1.5 m，漿砌石側(cè)壁和底板厚均為0.5 m，漿砌石水泥砂漿強度等級M7.5。

(3)為了防止回水沖刷排土場基礎(chǔ)，在集水池處向下游重新鋪設(shè)回水管，建議采用高分子管，直徑0.5 m，與庫內(nèi)回水系統(tǒng)直接連接。

(4)為了防止壩體坡面匯水沖刷排土場，建議在排土場與初期壩的交接部位設(shè)置排水溝，將壩面匯水通過新設(shè)置的排水溝導(dǎo)向排土場下游。

5 結(jié)語

黑鐵峧尾礦庫的等級類別為三等，該尾礦庫的下游由于長期堆存礦渣，形成了新的排土場，為掌握其對尾礦庫壩體穩(wěn)定性、防洪和回水的影響，采用瑞典圓弧法和總應(yīng)力法進行了計算。結(jié)果表明，在正常、洪水和特殊工況下，壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足規(guī)范規(guī)定的要求，對尾礦庫的防洪和回水不會產(chǎn)生不利影響。為減小尾礦庫下游排土對尾礦庫的影響，提出了相應(yīng)的防治對策，可以完全消除排土對尾礦庫下游的不利影響。

［1］ 李林生，郝進喜，孫天學(xué).符山鐵礦覆蓋層散體中超貧礦石回收利用研究［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2014(10):6-9.

［2］ 范才兵.符山鐵礦殘礦回收的實踐與前景［J］.金屬礦山，2005(9):227-230.

［3］ 褚軍凱，霍俊發(fā)，張碧蹤.符山鐵礦民采空區(qū)治理技術(shù)研究［J］.金屬礦山，2011(5):12-17.

［4］ 王建松，楊 龍，等.符山鐵礦黑鐵峧尾礦庫巖土工程勘察報告［R］.邯鄲:五礦邯邢礦業(yè)邯鄲地質(zhì)勘查有限公司，2009.

［5］ 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.AQ 2006—2005 尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程［S］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2006.