堆积尾矿库勘察研究
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摘要：尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的,用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源,存在溃坝危险,一旦失事,容易造成重特大事故。 近年来尾矿库溃坝事故频发,2008年震惊中外的山西省临汾市襄汾县新塔矿业有限公司尾矿库9.8特别重大溃坝事故造成277人死亡,4人失踪,33人受伤。2009年5月14日湖南湘西花恒县兴银锰业公司尾矿库溃坝造成3人死亡,4人轻伤。 近年来国家连续下发了一系列关于加强尾矿安全和管理的通知和文件,尾矿库勘察、稳定性评价工作得到逐步重视和开展。
中图分类号：D918.2文献标识码：A
1 勘察的目的、任务
建立尾矿库的目的是保证有足够的库容储存尾矿砂、确保尾矿库的安全正常运行。
尾矿库勘察的主要内容有:1)从地质条件方面论证所选库址的可行性;2)为拟建的构筑物提供设计所需的坝材及地基土的物理力学指标,对地质条件不良地段提出治理的措施建议;3)对已有尾矿坝坝体进行进行勘查,对坝体稳定性进行分析、评价坝体加高的可能性及为闭库设计提供坝体各土层的物理力学指标。
2 尾矿库勘察阶段及方法
按不同的设计、建设阶段,尾矿库勘察分为:初步设计阶段勘察,施工图设计阶段勘察和尾矿库正常运行后的勘察。
2.1 初步设计阶段勘察
主要是建库选址勘察,内容是查明拟建场区的地形地貌和不良地质灾害的发育程度,藉以避开抗震不利、不良地质现象发育地段。
抗震不利地段主要包括孤立山咀、地震液化、采空塌陷等。
不良地质现象主要包括活动断层、岩溶塌陷、采空区、崩塌、滑坡、泥石流等发育地段。库区下游应避开厂矿、村镇、景观、文物、人员集中场所。
工作内容有踏勘、地形测量、水文地质和工程地质测绘等,藉以查明场区地形地貌特征,地层岩性、岩层产状,地质构造、活动断裂,汇水面积,不良地质现象,采矿及矿产赋存情况,库区下游影响范围内的村镇、工矿企业、人文、景点分布情况。
2.2 施工图设计阶段勘察
主要目的是查明选定库址的地基稳定性、渗透性、压缩性指标及被水淹没后不稳定岩层的分布范围,并提出各项防治措施。主要方法是用钻孔进行勘察。为达到勘察目的,钻孔应沿拟建初级坝位置布设,用以查明坝基的岩土层分布、土层的渗透性,有无软弱层、液化层和岩溶、采空塌陷的分布情况。
此外,对尾矿坝各附属设施包括排洪系统,尾矿输送管道、库水循环管道等部位也应布置一定钻孔,确保基础位于稳定地层中,避免不均匀沉降而造成管道破裂,威胁库体安全。
2.3 尾矿库建成后的工程勘察
目的是为尾矿库稳定分析提供基本参数,提供尾矿库继续加高扩容的设计依据,为闭库设计提供必要的技术参数。
凡设计坝高大于20米或总库容大于60万方的上游式尾矿库,必须进行稳定分析并宜在下列时间进行:1)坝体堆积至1/2～2/3最终设计坝高时;2)尾矿堆积坝整体外坡比陡于设计值时;3)堆积坝已接近或达到设计最终坝高,拟继续加高坝体时;4)当尾矿库出现不安全症状时;5)尾矿库终了,应进行闭库后的坝体稳定性分析评价。
主要通过钻探、原位测试、室内试验辅以调查、测绘查明影响坝体稳定的因素。钻孔主要沿垂直坝体方向布设。查明堆积坝的土层的组成、分布和密实程度;查明尾矿堆积体的物理力学性质,包括动力性及高应力状态下的强度与变形性质;查明勘查期间浸润线,渗漏途径。应查明坝体坡度是否满足设计要求,初级坝的构成及结构形式,坝移、破坏、浸润线变化和出漏情况及其它影响尾矿库安全的因素。
3 尾矿库存在的问题及解决方法
尾矿库勘察中存在的问题,有尾矿库本身的,也有勘察工作中的。
3.1 尾矿库本身存在的问题及解决方法
1)没有专业的尾矿库施工队伍,尾矿库建设是一个高风险,高技术含量的工作。以前往往由企业自行设计施工,不按规范和无施工标准及必要的监督机制。解决方法:加强尾矿库设计、施工统一管理。建立尾矿库建设改造的专业队伍和资质审批制度。加强库区建设的事前、事中、事后监督管理。2)堆积坝坡度陡不符合设计要求;干滩长度不足;排洪、排水系统损坏,坝体渗水。解决方法:按设计进行放坡;分散放矿,保证尾矿砂合理的沉积次序和干滩长度;修复或重建排水、排洪系统,贴坡反滤处理。3)老尾矿库选址不当,尾矿库位于居民区、工矿企业、文物、景点上游,严重威胁下游生命财产安全;库区位于滑坡、泥石流、岩溶塌陷、采空区等地质灾害危险地段。解决方法:闭库、及时清运;搞好地质灾害治理,闭库、清运。4)安全检查存在走过场现象,对真正的隐患未能认真查清。解决方法:提高对尾矿库安全的重视,建立健全完整的管理监督制度。加强尾矿库安全知识的培训,及时发现隐患和采取有效的防范措施。
3.2 勘察工作中存在的问题及解决方法
1)无上坝的道路,勘察设备无法到达现场进行工作,不利于尾矿库抢险、和监测工作。解决方法:尾矿库设计、施工时预留道路以利于今后的抢险、监测、勘察工作。结合坝坡改造,修复库区道路。 2)尾矿堆积坝主要由尾矿砂堆积而成,结构松散,很难取到原状土样进行物理力学分析。解决方法:利用探坑环刀取样;采用双管单动、专用内置环刀取砂器;建立原位测试数据与物理力学指标的对应关系;预埋取样器、取样盒。3)勘察钻探期间,未按规范使用泥浆、套管护壁,钻孔完成后未及时按规范采用水泥砂浆封孔,造成坝体溃坝。解决方法:合理使用泥浆、套管护壁;钻孔完成后未及时按规范采用水泥砂浆封孔。
4 今后工作的展望
随着国家对尾矿安全及环境保护的重视,涌现了许多尾矿生产、利用的新方法、新技术。如尾矿浆干法排放解决了环境污染问题,实现尾矿再造废水的闭合循环,有效地减少尾矿库沉积的泥浆,增加了安全系数;旋流器分级沉砂脱泥技术使尾矿砂代替建筑河砂成为可能,使尾矿砂在改良土壤、制造彩瓦、行道砖、加气混凝土砌块及土栽培技术等方面拓展了尾矿砂的利用范围,化害为利、变废为宝。相信随着科学技术的不断发展,在尾矿砂的治理和利用上也将有着广阔的前景。
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