邢皓晨 王保民

中北大學化工與環(huán)境學院

解析某高速公路與尾礦庫的相互影響

邢皓晨 王保民

中北大學化工與環(huán)境學院

分析繁-大高速公路建設(shè)與繁峙縣恒源礦業(yè)有限責任公司尾礦庫之間的相互影響，提出相應(yīng)防護措施，分析采取措施之后尾礦庫和高速公路的相互影響。得出結(jié)論，在采取相應(yīng)防護措施后，保證安全的前提下可以大大降低二者之間的相互影響，保證企業(yè)安全生產(chǎn)的同時節(jié)約企業(yè)運行成本。

尾礦庫；高速公路；安全評價

尾礦庫對工程的–影響主要為發(fā)生洪水、泥石流、地震等不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害時造成壩體垮塌，形成尾礦流[1]。危害下游高速公路路基、橋梁安全；尾礦庫庫岸側(cè)壁黃土受尾礦水的浸泡，易發(fā)生崩塌、滑塌現(xiàn)象。下游工程對尾礦庫也有一定的影響[2-3]。因此，分析尾礦庫和下游工程設(shè)施之間的相互影響，對其安全性具有重要的意義。

1 工程概況

1.1 高速公路概況

繁峙至大營高速公路是山西省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃的“3縱11橫11環(huán)”中第3橫的重要組成部分，它東接擬建的王莊堡－五臺高速公路，直抵京津冀地區(qū)，西接大營－河曲高速公路，可達陜北府谷、神木，是我國中西部內(nèi)陸省區(qū)的出海通道之一。

1.2 尾礦庫概況

繁大高速公路在K8+345處通過繁峙縣恒源礦業(yè)有限責任公司尾礦庫庫區(qū)。該選礦廠年處理原礦20萬噸，年生產(chǎn)鐵精礦粉8萬噸。年產(chǎn)生干選廢石2萬噸、尾礦砂10萬噸。尾礦堆積干容重1.55t/m3，故年排尾礦量6.45萬立方米。

該尾礦庫初期壩為透水混合壩，建于溝谷較窄處，下部5m采用采場廢石和河床礫石堆筑（包括0.5m的碎石過渡層、褥墊層）；上部3m采用現(xiàn)場混合料堆筑。初期壩壩高8m，壩頂標高975m，壩頂寬度設(shè)計為4m，壩外坡比1∶2.5，內(nèi)坡比1∶2，壩軸線長度約100m。筑壩方式為分層碾壓，每層厚度200~300mm，碾壓后孔隙率小于30%。在壩體內(nèi)坡設(shè)反濾層。根據(jù)實測圖，現(xiàn)壩頂標高984.3m，分三期子壩進行堆積，一期子壩壩頂標高977.1m，二期子壩壩頂標高981.0m，三期子壩壩頂標高984.3m。

2 高速公路與尾礦庫相互影響分析

2.1 尾礦庫最終運行參數(shù)

根據(jù)《繁峙縣恒源礦業(yè)有限責任公司尾礦庫初步設(shè)計（安全專篇）》設(shè)計要求，尾礦庫最終壩高為990m，該尾礦庫調(diào)洪高度計算。

水文計算參數(shù)：匯水面積，F(xiàn)溢流=0.26km2；流域長度，L溢流=1.35km；主河道縱向平均坡度，J溢流=40‰。

按《忻州市水文水利計算手冊》（2009年12月）中的地區(qū)經(jīng)驗公式計算。

設(shè)計洪水總量計算公式如下：

式中：

hp—設(shè)計洪水徑流深，mm；

F—流域面積，km2。結(jié)果，見下表。

表 計算參數(shù)及洪水總量計算

尾礦庫水域面積為29 950m2，調(diào)洪高度為：4 620÷29 950=0.2m。

結(jié)合《尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程》與調(diào)洪校核的相關(guān)內(nèi)容，該尾礦庫為五等庫，最小安全超高0.4m，調(diào)洪高度0.2m，最大風壅水面高度設(shè)定為0.4m，該尾礦庫最高水邊線高度達到989m。

2.2 高速公路對尾礦庫發(fā)展影響分析

目前高速公路涵洞底標高為987.254m，為了高速路能在安全條件下運行，尾礦庫的最高水邊線標高只能達到987.254m。該溝谷內(nèi)987.254m至989m處庫容約為101 440m3，高速公路減少尾礦庫排尾101 440m3，對尾礦庫的庫容影響較大。

2.3 尾礦庫對高速公路影響分析

尾礦庫水邊線標高達到987m后，庫區(qū)沉積水將浸泡高速公路路基，影響高速公路路基穩(wěn)定性?，F(xiàn)狀尾礦庫攔洪壩建設(shè)位于原設(shè)計位置上游約560m，增大了高速公路上游匯水面積。同時，尾礦為細顆粒固體物，易起揚塵，影響高速公路視線。

3 采取高速公路保護措施后影響分析

3.1 擬采取的保護措施

為了減少高速路對尾礦庫庫容的影響，擬對該高速路采取保護措施，在K8+320~K8+400段路線南側(cè)設(shè)置尾礦壩（尾礦壩：攔擋尾礦庫庫內(nèi)蓄水，避免尾礦庫蓄水浸泡路基），攔水擋壩標高以991.0m控制（高于規(guī)劃尾礦庫排放標高2m），確保尾礦庫不會浸泡路基邊坡，不影響公路的正常使用、不降低路基的長期穩(wěn)定性。同時由于上游沖溝內(nèi)匯水無法從K8+345箱涵排出，需在K8+320~K8+400段路線北側(cè)，填平上游小型沖溝（匯水面積0.1m3，流量2.9m3/s，百年一遇）。

3.2 采取保護措施后相互影響分析

修建尾礦庫上游壩及填平上游小型沖溝的方式對高速路進行保護，在保護設(shè)施正常運行下，減小了庫區(qū)匯水面積，從而減小了庫區(qū)防洪壓力，尾礦庫可正常運行至設(shè)計高程，并且對高速公路路基基本不會產(chǎn)生影響。但結(jié)合庫區(qū)現(xiàn)狀情況，高速公路從庫區(qū)穿過，在采取相關(guān)安全措施后對尾礦庫仍存在以下影響：結(jié)合庫區(qū)現(xiàn)狀情況，高速公路從庫區(qū)穿過，占用了庫區(qū)的庫容，占用量約為6000m3；高速公路采取措施后，上游攔水壩的維護責任變?yōu)楦咚俾方ㄔO(shè)方，高速路建設(shè)方需承擔上游擋水壩及排水溝的日常維護責任；可能存在因高速公路的建設(shè)，造成尾礦庫使用到后期，無法再進行增高擴容的情況。

4 結(jié)論

在不采取任何措施的情況下，高速公路的建設(shè)影響尾礦庫的庫容為101440m3。在采取相關(guān)保護措施的條件下，尾礦庫可以運行至設(shè)計高程，并對高速公路路基不產(chǎn)生影響，占用庫容6000m3，比不采取措施大大降低。但是高速公路的修建可能影響下一步尾礦庫的延期許可，可能造成尾礦庫使用到后期，無法再進行增高擴容的情況。

[1] 李全明,張興凱,王云海,等.尾礦庫潰壩風險指標體系及風險評價模型研究[J].水力學報,2009,40(8):989-994

[2] 李又云.王城高速公路穿越尾礦庫路堤沉降分析[D].山西:長安大學,2013

[3] 張劍.繁峙至大營高速公路繞避尾礦庫路線方案設(shè)計[J].山西建筑,2013,39(30):139-141