广东石版矿尾矿库安全度的辨识

广东石版矿尾矿库安全度的辨识

广东省石牙矿2号采矿库已关闭。由于项目、运营和管理不规范，尾矿库存在各种疾病，安全维护难度较大。通过现场检查、调洪演算、渗流及抗滑稳定性计算等分析评价工作,明确了该库的主要病害类型,确定了尾矿库的安全度,并提出了相应的治理对策措施。1尾矿库闭库现状石人嶂钨矿梅子窝2号尾矿库为一山谷型尾矿库,初期坝处于近南北向沟谷的北端狭窄口,库内宽阔,两侧山坡植被完整。山坡坡积物为粉质粘土,厚度1-3m不等。库区下伏基岩岩性坚硬致密。库区无大断层穿过,无不良地质现象。该库于1969年建成投入使用,目前处于停用状态,面临闭库问题。尾矿库总坝高48.9m,堆积尾矿约45.2万m3,属4等库。堆积坝采用上游法侧向放矿形成,尾矿颗粒较粗,平均粒径约0.78mm,整体外坡比1∶3。2004年6月库区遭遇连续大暴雨,原尾矿库初期土坝跨塌破坏,堆积坝局部崩滑;同年重整外坡,并修建了新的浆砌石坝作为基本坝,坝长31m,高9.4m,基础深2.1m,基础以上布置泄水管。本区地处中亚热带季风气候区,年平均气温19.6℃,最大风速17m/s,年平均降雨量1600mm。尾矿库汇水面积1.228km2,采用斜槽—涵洞排洪形式,槽洞总长175m,坡度6.5%,断面为0.8m×1.5m。靠山体一侧布置有断面1.1m×0.95m的截洪沟。2现场检查2.1排洪系统布局不合理主要检查排洪构筑物有无变形、移位、损毁、淤堵、排水能力是否满足要求等。梅子窝2#尾矿库目前形成分区排水局面,主排水区采用斜槽-涵洞形式排水,坝顶小区采用明渠排水。进行了库区及槽洞内部踏勘,检查了解到:斜槽结构较完整,未出现淤堵,但涵洞几处接缝有冒水现象;截洪沟局部区段底板磨蚀较严重;长期侧向排放尾砂造成排洪系统布局不尽合理;槽洞的排水能力需要进行定量计算分析。2.2外坡坡位现状主要检查坝体的轮廓尺寸、变形、裂缝、塌陷、滑坡、渗流破坏、坡面防护等情况。该库整体外坡1∶3,但局部外坡过陡,实测外坡坡比最大值1∶1.36;雨季浸润线在初期坝顶出逸,存在流土、管涌情况,坝脚局部崩塌,坡顶出现塌陷坑;坡面无防护措施,尾砂裸露,雨季时出现冲刷拉沟。2.3泥石流条件分析检查周边山体稳定性以及违章建筑、违章施工和违章民办采选活动等情况。库内无大断层穿过,非岩溶区,周边山体无滑坡现象;库上游不具备形成泥石流条件;库区无违章爆破、取尾矿再选等活动,库内碎石堆为采矿废石,对安全影响不大。2.4坡面排水系统对该库的危险有害因素进行了定性识别分析,主要结果如下:(1)调洪能力不足。调洪库容过小,已形成子坝挡水局面。(2)浸润线过高。重修的砌石初期坝排渗不佳且位置不合理,抬高了浸润线。(3)坝体渗漏。长期小量漏砂,在堆积体内形成空洞导致是坡面产生陷坑。(4)坝坡渗水。排渗措施不完善,坡面渗流出逸。(5)局部坍塌。管涌、流土导致坡脚及坝坡局部坍塌。(6)冲刷拉沟。坡面无防护,雨季冲刷会产生拉沟及流砂问题。(7)排洪构筑物倒塌、堵塞等损坏。坝顶排水沟存在杂草泥沙淤堵隐患,排水涵洞的长期稳定性会降低,截洪沟局部磨蚀严重可能导致底板破坏。(8)安全超高和干滩能否满足要求需定量计算确定。3定量计算与分析3.1校核频率下洪水过程线的确定(1)工程防洪标准和调洪演算方法。该尾矿库属4等库,校核防洪标准采用200年洪水重现期。按广东省暴雨径流查算图表推荐的广东省推理公式法进行计算,水文参数选自2003年最新修订的《广东省暴雨参数等值线图》。(2)尾矿库集水区域地理特征。汇水面积F=1.228km2,坝趾至分水岭的主河槽长2km,主沟槽平均坡降J=0.14。(3)设计暴雨计算。根据广东省水文局编制的《广东省暴雨参数等值线图》,查得梅子窝地区暴雨均值Ht和偏差系数Cv;依据《广东省暴雨径流查算图表》使用手册,按皮尔逊Ⅲ型曲线查P=0.5%下的Ktp,按Htp=Ht×Ktp计算校核频率下各历时的点暴雨量Ktp;集水面积小于10km2,按使用手册规定不需作点面折算,即以at=1按Htp面=Htp×at计算面暴雨量Ht面。(4)校核洪峰流量及汇流时间的推求。采用广东省大陆地区推理公式(1988年修定),确定P=0.5%下洪峰流量为Qm=58.45m3/s,汇流时间τ=0.42h。(5)洪水过程线的确定。通过毛雨及净雨计算,主洪峰过程线的计算,分段单元洪水过程线推求,确定完整的洪水过程线。(6)库区截洪沟外的洪峰流量与实际洪水过程线计算。梅子窝2号尾矿库的截洪沟环山修建,所形成的截洪区面积为0.916km2,实际直接汇流入库的区域仅为0.312km2。按推理公式法分别计算校核频率下截洪区的洪峰流量为50.41m3/s。按明渠计算截洪沟的排洪能力为9.78m3/s,远远小于该区域校核频率下的洪峰流量,说明其不足以拦截洪区全部洪水。因此梅子窝2号尾矿库入库洪水为直接汇流区的来水叠加洪峰期截洪沟外溢入的洪水,洪水过程线进行了相应处理。(7)防洪演算。2#尾矿库有1条排水斜槽,以其入口标高为起跳水位,其排洪能力根据排洪过程中水的流态按自由泄流、半压力流分别计算。根据尾矿库洪水过程线、排水系统流量及水位——库容曲线,通过水量平衡方程演算其防洪能力。计算结果表明:按现有条件,该尾矿库在校核频率洪水下将出现漫坝现象,防洪能力严重不足,不能满足安全运行条件,须采取综合措施治理。由于目前已形成子坝挡水局面,存在严重安全隐患,加高坝体方案不利于尾矿库长期安全稳定,因而要满足防洪要求,必须在截排水方面采取措施。3.2坝体内部水位计算采用有限单元法数值计算完成渗流分析,分别考虑正常库内蓄水水位(起调水位),校核洪水水位2种工况,计算坝体浸润线及出露位置、水力坡降,以校核坝坡是否出现渗透破坏,并为抗滑稳定性计算提供坝体内部水位位置。依据梅子窝2号尾矿库《闭库工程地质勘察报告》,选用尾矿及残坡积土渗透系数k值:尾粗砂1×10-4m/s;尾中砂5×10-5m/s;尾粉质粘土3×10-8m/s;残坡积土2×10-7m/s。在坝体中间布置计算剖面,正常水位下浸润线及渗流总水力坡降计算结果如图1所示,校核洪水条件下有类似分析结果。计算结果表明:正常蓄水水位和校核洪水水位下浸润线均较高,在坝脚出逸,在坝脚部位最大水力坡降分别为0.66、0.69,大大超过堆积尾砂的允许水力坡降0.25,不满足渗透稳定要求,会出现渗流破坏。3.3坝坡抗滑稳定验算采用土石坝稳定分析软件HH?slope,按“瑞典圆弧法”计算正常运行和洪水运行荷载组合下的坝坡抗滑稳定安全系数。依据《闭库工程地质勘察报告》及工程类比经验数据,选取各介质力学参数见表1。洪水条件下坝坡抗滑稳定计算结果见图2。计算结果显示,坝坡整体安全系数约为1.4;但在坡脚处,安全系数小于1.0。实际上,坡脚处在暴雨或上游补给水充足时,浸润线出露,常出现坝坡局部垮塌。4排洪洞排水措施梅子窝2#尾矿库面临的主要安全问题是防洪能力不足带来的漫坝风险,浸润线过高造成的坝坡渗流破坏以及坝坡局部失稳,须采取综合工程技术措施进行治理。建议采取以下措施:(1)重整子坝区内堆积面局部坡度,使区内及东侧山坡降雨洪流自然排放到西侧排水沟处,解决子坝挡水的安全问题,也解决排洪涵洞未来年久破坏后的排水难题。(2)在库区西侧从初期坝顶到上部子坝之间的这一段截洪沟东边,修筑挡水堤,解决截洪沟排水能力不足问题,使洪水沿截洪沟下泄,不流入库内。(3)对坝坡进行综合整治,采取排渗措施,整修过陡的坡段,坝坡覆土植草,设置坡面水沟,坝脚段贴坡反滤等,解决渗透破坏、局部崩滑及冲刷拉沟等问题。5生态治理建议(1)按防洪能力、渗流稳定性、抗滑稳定性及外观状况判断,尾矿库的安全度应属险库,须及时进行闭库治理设计和施工。(2)闭库治理的主要思路应该是加大拦截洪水能力,减少