尾矿库地质灾害的预测及防治措施

工程建设引发的地质灾害尾矿库地质灾害的预测、类型及防治措施一、尾矿库工程的特点尾矿库作为矿山选矿生产的主要设施，是事故易发部位，也是隐伏巨大安全隐患的危险源．尾矿库占用大量土地，改变和破坏原有生态环境；尾矿中的污染物，通过径流和渗透，污染周围的土地、水体；最严重的当属溃坝事故，尾矿库下游为人口相对集中的居民点．溃坝时，尾矿砂、废水倾泻而下，农田、村镇顷刻间遭受灭顶之灾，其危害比水库更为严重，造成人员伤亡、淤塞拉萨河河道、严重污染土地和水体。

拟建尾矿库分布于矿区帮达浦主沟下游，由于利用自然沟谷地形，筑坝成库，三面环坡，上游汇水面积较大，直接面对暴雨、山洪冲击。

尾矿砂颗粒细且饱水．选矿厂为增加矿物提取率，要求磨矿粒度很细，颗粒越细，尾矿库沉积滩面越平缓，库水位逼近坝前，尾矿砂多呈饱水状态，在振动、搅动条件下极易液化。

尾矿库设置有排洪设施．与一般水库不同的是，尾矿库本身不具备储水调洪能力，为排泄上游进库洪水，通常在库底设置排洪斜槽、管道或隧洞等构筑物，或在一侧开挖排水明渠．尾矿库为极具威胁的污染源．尾矿砂通常含有酸性、碱性、毒性污染物及镉、砷、铅、锌、银、汞等有害重金属，是一个隐伏巨大隐患的“毒场”，其污染影响面远远超过尾矿库本身。

尾矿库服务期就是尾矿坝筑坝期．后期坝随着库区尾矿砂的持续堆高而不断堆填、加高，即尾矿坝的筑坝施工贯穿整个尾矿库的运营、服务期，导致尾矿坝管理、监督难度大．闭库后仍存在安全隐患．尾矿库最佳恢复利用途径是复垦，即在库区覆土恢复土地或植树、种草，恢复生态，改善矿区环境，但目前由于监管不到位，矿主出于经济考虑，往往简单平整，任其自然．由于坝体、排洪设施等相对简陋，加上尾矿库所处自然环境恶劣，即使闭库后尾矿库仍存在发生安全事故进而引发地质灾害的隐患。

尾矿库主要地质灾害类型及特点1、泥石流对尾矿库而言，泥石流主要表现为溃坝次生灾害．据统计，70％以上的尾矿库垮坝伴生泥石流或泥浆流灾害，正在运行的尾矿库因库区积水则比例更高．尾矿坝高度大，存放的尾矿砂多且饱水，形成大规模泥土石流灾害的可能性较大．．尾矿库溃坝形成的泥石流具有高势能、速度快、前锋高度大的特点，与坝高、坝前地形、尾矿砂堆存量以及含水状态等密切相关．值得注意的是，尾矿库溃坝通常发生于雨季，平常含水量低的尾矿砂因雨水、山谷洪水的加入，同样易于形成泥石流．坝前方陡(前倾)、窄的沟谷地形进一步为泥石流增势．2、滑坡尾矿库滑坡灾害包括坝体滑坡、诱发库岸滑坡或遭受自然滑坡灾害三个方面．尾矿库后期坝多采用上游法堆筑，尾矿砂为筑坝材料，坝体强度低，稳定性差，在初期坝与后期堆积坝之间存在一个抗剪能力极低的潜在滑动面．随着库区尾矿砂的不断增高，对坝体的压力逐渐加大，坝体最终因承受不住巨大压力而滑坡破坏，导致坝体垮塌．尾矿库由于位于帮达浦主沟下游，堆放的尾矿砂多呈饱水状态，库尾积水以便选厂循环利用，因此，同水库一样，尾矿库运行期间，将对库岸坡体产生浸泡、坡脚冲刷等作用，库岸自然地质环境发生变化，如岩土体饱水、强度降低，使得处于平衡状态的岸坡发生破坏，破坏形式包括滑坡、崩塌、塌岸，影响因素主要有库岸形态特征、岩土体性质、冲刷作用强度等，结构松软和对水反应敏感的岩土体，往往容易产生岸坡破坏．尾矿库建设及运营在诱发库岸滑坡的同时，还可能遭受自然滑坡灾害．大规模库区滑坡可造成涌浪，导致污水、尾矿砂溢坝，甚至垮坝事故．影响库岸滑坡的因素可划归为以下三类：一类是岩土体强度，如岩土体性质、结构、风化等；第二类是斜坡的形态特征，如地形坡度、人工开挖、填土等；第三类则是斜坡内应力状态，如地下水压力、堆载、地震和人工爆破等．滑坡灾害具有突发性、危害大的特点，溃坝事故往往是先滑坡，后转化为泥石流．3、塌陷尾矿库所在地主要塌陷类型为构筑物破坏塌陷。

尾矿库为排泄上游洪水，库区下通常布设排洪管、塔、斜槽、排洪隧洞等构筑物，这些构筑物一旦破坏，将造成库区塌陷、尾矿砂泄漏，污染下游水体、土壤。

4、水体污染有色金属矿山多为共生或伴生矿，由于选矿工艺技术所限或出于经济考量，选矿厂多仅提取一种或几种金属成分，其他作为尾矿废弃，同时选矿过程要加入各种浮选药剂(有些是剧毒，如选黄金的氰化物)，大量酸性、碱性、毒性和重金属滞存于尾矿库，可以说每一座尾矿库都是一个“毒场”．伴随着尾矿库溃坝、泄漏(岩溶塌陷或排洪构筑物塌陷)或渗漏、流失的尾矿砂堆积于耕地表层，尾矿库污染水用于农田灌溉，均可导致农业耕作层土壤污染，导致农作物减产、绝收，更为严重的是，水土污染具有长期性、隐蔽性的特点，一些农作物对某些重金属具有富集效应，污染农作物进入人类食物链，对人体健康构成极大威胁而农业耕作层、地下水重金属污染具有难以降解性、污染累积性、长期性、后果严重的特点，污染治理需要花费大量资金，而且是一个极其漫长的过程．尾矿库的防治措施由于引起尾矿库灾害的原因较多，所以其治理方案的选择也多种多样。

目前国内、外尾矿库灾害治理方法主要为改善坝体渗流条件、提高坝体的密实度以及改善坝体受力条件3大类。

除此之外，尾矿库安全监测也是灾害防治工作的重要组成部分。

具体防治措施如下所示1、改善坝体的渗流条件尾矿坝的渗流决定其稳定性。

由于国内尾矿坝的初期坝多为不透水土坝，所以经常发生浸润线自初期坝顶溢出现象。

轻者在浸润线出逸处流失尾矿砂，形成冲沟，重者造成尾矿坝的滑动。

随着尾矿坝堆筑高度不断加大，尾矿坝坝体内浸润线也相应抬升，可能会出现坝基、坝坡及地下水位升高等稳定性问题。

其中，地下水浸润线的抬高是造成坝体稳定性下降甚至丧失的主要原因。

对于渗流和侵蚀引起的灾害问题，应首先采用防渗材料充填加固渗漏区，隔断渗流；重整坡角，调整或设置排水系统，以最大幅度地降低浸润线或在渗流溢出面上加盖压重以及设置反滤层等措施，防止渗流破坏发生。

根据尾矿库灾害调查资料，改善坝体的排水条件是主要的防止地震液化措施。

为此应加强尾矿堆积坝的排水系统，以降低坝坡浸润线高度，增大坝体的干燥部分或适当增加尾矿池内的干滩长度。

通过修筑降排水设施，达到控制坝坡内水位线的方法很多，如井式排渗、管沟式排渗、褥垫排渗及墙式排渗等。

其中，井式和墙式排渗方法均采用水泵抽水，应用的不多；管沟式排渗和褥垫排渗方法采用自流原理，节省能源，但投入的工作量相对较大。

比较起来，按虹吸原理设计的虹吸排渗设施同时具有上述各种处理方法的优点，而且施工方便、经济，运营成本最低，也便于管理。

对于由于渗漏造成的尾矿坝隐患，一般采用较成熟的注浆封堵技术。

也有采用粉喷搅拌方法，同时治理强度不足和坝肩渗漏问题的施工经验。

2、提高坝体的密实度尾矿材料的室内试验表明，提高坝体密实度对增加抗剪强度有明显的作用。

在这方面，利用分级箱、分级管、旋流池和水力旋流器等设备对尾矿砂进行分级，分选粗颗粒尾矿砂填筑下游坝坡的技术已经成熟，实践证明其效果显著。

在各类分级设备中，尤以水力旋流器分级效率高。

对于地震引起的尾矿材料液化问题，理论上应采取措施尽量降低坝体内浸润线的高度，使其上部覆盖的干砂厚度足够大。

上游法尾矿坝抗震也可采取增加坝体密实度、增强坝体材料抗液化强度或调整坝坡形状及受力状态等措施，防止液化的发生。

事实表明，对于烈度8度及其以下的地震，当上覆有效应力大于150kPa时是比较安全的。

从增强坝料抗液化能力的方法出发，在筑坝期间对坝料进行碾压比较容易实现。

根据国内外尾矿材料液化的宏观经验，当碾压后水下坝料的相对密度不小于0．75时，其抗液化能力是有保障的。

根据坝体稳定分析计算结果，放缓坝坡可以显著减少地震期间坝体的剪应力水平，增强坝坡的稳定性。

当上述2种措施均不能实现时，可对坝体实施加固补强。

就目前普遍采用的加固方法来看，以贴坡反压方法最易施工；从处理效果比较，尤以振冲法效果显著。

3、改善坝体受力条件从改善坝体的抗震效能角度，以往的工程措施大多建立在不改变、有时甚至减缓坝体坡角的基础上。

这与坝坡加固的最终目的不符。

既能保证坝体必要的抗震性能又能增大尾矿库堆存库容的方法是对地震稳定性较差的坝坡进行加筋补强或作成加筋土，这种方法比放缓坝坡更经济。

国外已有通过分层设置钢筋混凝土梁来加强土石坝坝坡整体性，改善梁间土的受力状态和变形状态，提高坝坡稳定性的施工先例。

4、绿色加筋技术对于雨水冲刷作用明显的坝坡目前多采用粗砂或废石铺面等措施作为保护层。

随着人们环境保护意识和要求的增强，在大量修筑加筋土结构的同时，已开始注意综合利用加筋技术与绿色环保技术对边坡进行整治。

其主要设计理念是利用易于成活的低矮灌木取代强度较低的土工织物等次筋，甚至直接用作主筋。

由于植被枝条根茎能提供显著的粘聚力，因而对缺乏粘聚力的砂性土边坡如尾矿坝特别有效。

已有的室内试验结果表明，在每1 m3土中每增加1根茎，其抗剪强度增长3．2—3．7 kPa。

这种加筋结构具有很好的粘聚力，能承受很大的应变和吸收很高的能量，是用于诸如高压缩性土和强震区等场合边坡加固的可选经济方案。

绿色加筋方法对治理尾矿库的周边环境恶化现象如尘沙飞扬、坝坡尾矿砂流失等无疑具有现实意义。

同时植被的存在可有效地避免筋材的老化现象。

5、尾矿坝的安全监测尾矿坝监测系统的设置也是预防尾矿库灾害、确定治理方案的组成部分。

监测项目通常包括坝体位移、浸润线高度、孔隙水压力以及渗流情况的观测。

因此，建议企业应逐步建立上述观测系统，加强对观测数据数学模型的研究、整理，以实现尾矿库安全监测的自动化、科学化，最大程度地降低尾矿库灾害损失。

工程建设遭受的地质灾害尾矿库溃坝原因分析尾矿库最大的危险有害因素是溃坝，一旦渍坝会引起滑坡泥石流等重大灾害，造成重大人员伤亡、财产损失和环境污染。

尾矿库溃坝的主要触发原因有滑坡、浪涌或洪水漫坝、坝坡失稳、堆积坝溃口、渗流破坏。

现对可能引起溃坝的各个危险因素分析如下：(1)、滑坡(岸坡坍塌)：由于尾矿库建在陡峭山体上，爆破取石筑路活动、岩体风化、尾矿库水淹浸泡而导致山体失稳，最终引起滑坡。

(2)、浪涌或洪水漫坝：由于风速过大、泄洪排水构筑物破坏、堵塞、库区内发生大的泥石流或岸坡发生滑坡和坍塌等原因，引起水流高速冲击坝体或库区水位超过坝顶，致使坝坡失稳决口溃坝。

(3)坝坡失稳：由于坝体边坡过陡，有局部坍塌或隆起，坝面有冲刷、塌坑等不良现象裂缝，坝基下存在软基或岩溶，坝体疏松使渗流破坏不断扩大导致坝体裂缝、管涌或流土，引起坝体滑坡坍塌。

(4)坝体局部浸润线过高：上游式尾矿坝主要是通过冲填形成的尾砂滤水体排去浸入坝体内部的渗透水，一旦滤水体结构因某些原因如坝体内细粒级的沉积矿泥夹层过多等而难以形成或被破坏，坝体内部的浸润线就会升高，渗透水就可能从坝坡逸出，在坝面形成沼泽。

(5)坝面拉沟：未进行坝面维护，坝面无防冲刷措施，遇暴雨会引起坝面拉沟，局部塌陷。