尾矿库的工程水文地质条件分析

尾矿库的工程水文地质条件分析

【摘要】尾矿库是矿山日常生产的重要设施，同时也是矿山的安全隐患所在，必须加强水文地质条件的勘察。本文结合某尾矿库水文地质条件勘察的工作实践，对该尾矿库进行了水文地质及工程地质条件分析，确定了该尾矿库仍是处于稳定状态，为进一步开采工作提供依据。

【关键词】尾矿库；工程地质；水文地质条件

尾矿库是筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存尾矿的场所，是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，一旦失稳，容易造成重特大事故。随着矿山事业的不断发展，尾矿库的数量呈上升趋势，使得尾矿库的安全形势愈来愈严峻。准确评价尾矿坝的稳定与否是防止尾矿库失稳溃坝、威胁人民生命财产安全的前提。而尾矿库的工程水文地质条件勘察是必备的基础。下面，就结合具体实例，对尾矿库的工程水文地质条件进行分析，并对其安全性进行评价。

1.尾矿库概述

某尾矿库处于整体地势北高南低，区域最高点位于尾矿库北部，海拔2209.40m；最低点位于尾矿库南部，海拔1913.00m。根据现场钻探揭露及早期地形图综合分析，该尾矿库原始地貌为相邻两沟谷，沟谷走向大致为西北向，尾矿已把两沟谷填平，尾矿堆积后形成三级台阶边坡。本文针对该尾矿库的工程水文地质条件做调查，并给出初步的评价结论。

2.尾矿库的水文地质条件

2.1尾矿库地层岩性

该尾矿库区堆积物成分复杂，规律性差，尾矿库南部堆积物主要为熔炼渣，北部部分地段原为环卫站垃圾场。渣区地层主要为第四系人工堆积层（Qml）、第四系坡、残积（Qdl+el）粘土、二叠系阳新组（P1y）灰岩。勘探深度范围内未见土洞、溶洞及落水洞等岩溶现象，石芽较发育，基岩起伏面较大。钻孔BP4揭露灰岩中充填一段2.2m的粘土，就是由于石芽发育引起基岩面起伏变化的结果。

2.2主要岩土层的渗透性

为查明拟建场尾矿库各岩土层的含水类型和渗透性或吸水率，本次勘察分别进行了钻孔注水试验和压水试验，各试验成果分层统计评价见表1～表2。

根据表2，试验地层粘土②的渗透性系数平均值为7.53×10-6cm/s，最大值为9.56×10-6cm/s，最小值为3.77×10-6cm/s，属微透水性岩层。特别说明的是，对熔炼渣①、生活垃圾①2多个钻孔的常水头注水试验，试验时，试验管中水位不

能保持稳定（普通汽油抽水机满程流量），根据其单位时间内的降深计算，其渗透系数大于10-2数量级以上，因此可以判熔炼渣①、生活垃圾①2为强透水层；对基岩进行了多个钻孔的压水试验，由于试验时压力表上无压力反应，但压入水量很大（普通汽油抽水机满程流量），估算其渗透系数大于10-2数量级以上，因此可判基岩为强透水性地层。

2.3含水层岩组类型及特征

根据地层岩性特征及赋存地下水介质的孔隙特征，将尾矿库地下水类型划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩岩溶水两大类型。各类型地下水含水层（组）及其富水性描述如下：

（1）松散岩类孔隙水含水层岩组（Qdl+el）：赋存于表层的第四系地层，主要受大气降水下渗补给，该层透水性差，富水性弱，所含水量极微；

（2）碳酸盐岩岩溶水含水层岩组（P1y）：灰、灰白、灰黑色中厚层块状灰岩，虎斑状白云质灰岩、白云岩，厚190～598m，整套灰岩富水性强，透水性极强，由于厚度大，补给充足，为尾矿库主要含水层，但地下水位较深，达130～148m。

2.4地下水补给、径流、排泄条件

尾矿库内地下水主要类型为松散土类孔隙水和碳酸盐岩岩溶水。大气降水是区内各类型地下水的主要补给来源，通过岩层的孔隙和各种形态岩溶及构造网格接受补给并向深部运移、汇集、储存。孔隙水在区间处于盆地边缘地带，含水性差，含微量上层滞水，一般多为雨季含水，向低基准面迳流，或于沟谷边缘排泄。岩溶水的运动受断裂构造控制，总体上，由北往南运动。

3.尾矿库的工程地质条件

3.1岩土物理力学性质实验

为了获得工程区内各岩土层的物理力学指标，本次勘察采用原位测试及取样进行室内岩土试验等多种手段。共采取Ⅱ级土试样71件和Ⅳ级土试样14件进行常规土工试验；采取Ⅱ级土试样4件进行三轴剪切试验；采取岩样3组分别测试饱和抗压强度、抗剪断强度；进行标准贯入试验63次，重型圆锥动力触探试验13.60m，现场直接剪切试验12组，大单容试验4组等。

3.2尾矿库堆积物成分

根据本次钻孔揭露，尾矿库堆积物成分主要是熔炼渣，其次为薄层污泥，另外在尾矿库西北部局部地段分布生活垃圾层。污泥主要由粘土和尾矿泥组成，一般呈可塑状态。生活垃圾主要由纤维、塑料、橡胶、玻璃、砖瓦和渣土等组成，结构疏松，颜色为黑灰、褐灰、黑等色，散发较强的恶臭。根据本次勘察的室内

土工颗分试验，熔炼渣粒径>2mm粒组平均为32%，小于总质量的50%，但达到总质量的25%～50%，而粒径>0.075mm粒组平均为86.8%，超过总质量的50%，因此，按照《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001（2009年版））中粒径组类的划分标准，尾矿库内堆积熔炼渣普遍为砾砂类（局部地段为粗砂类）。根据颗分试验结果，绘制土的粒径级配曲线，求出平均有效粒径d10、限定粒径d60、不均匀系数及曲率系数。堆积熔炼渣不均匀系数Cu为31.9，大于5，但曲率系数Cc为3.368，不在1～3区域之间，即级配不能同时满足Cu和Cc两个要求，为级配不良土。

3.3尾矿库堆积形态和堆积方式及沉积规律

尾矿库无筑坝堆积，主要堆积在沟谷内，沟谷横断面呈“V”字型，沟谷呈西北高南东低。堆积尾矿呈北西-南东走向，尾矿库走向长约438m，最宽处约380m，坝顶标高为2037m。库内滩面呈北高南低，经钻探揭露，库底最底处约1959m。

尾矿库的堆积方式为沟谷堆放，并未筑坝，基本呈一层污泥（厚度0.50～5.40m）一层熔炼渣重叠式堆放，熔炼渣堆放时为干渣，污泥堆放时为软塑～流塑状态。

根据地质调查及钻探揭露，结合现场标准贯入与动力触探试验数据统计分析，对尾矿库堆积物沉积规律得出以下认识。

（1）从平面上看，尾矿库内不同位置相同深度熔炼渣的密实度不同。

（2）从纵向上看，熔炼渣因堆积时间和上覆压力的增大，从上到下熔炼渣总体趋势上由松散朝稍密状变化，符合正常沉积规律。但从纵向局部来看，尾矿库同一位置不同深度熔炼渣的密实度不相同，并且同一位置下层熔炼渣的密实度可能小于其上层熔炼渣的密实度。说明其堆放时比较随意，规律性差，有些位置的熔炼渣可能先碾压再堆填，有些可能未被碾压直接堆放，靠自重沉积。

（3）尾矿库堆积物成分无论纵深上、平面上其成分都不均匀，尾矿库西北部不均匀分布生活垃圾层，污泥层在整个尾矿库都有分布，但不均匀，受尾矿库堆积物成分不均匀分布的影响，尾矿库内堆积物的密实度也呈现不均匀分布。

3.4不良地质作用

尾矿库整体地势北高南低，微地貌为沟谷型坡地，坡度较缓，渣体堆积后形成三级台阶的高边坡。根据钻探揭露及现场调查，勘探深度范围内未见土洞、溶洞及落水洞等岩溶现象，但石芽较发育，基岩起伏面较大。

尾矿库东南部由于私人小型选厂盗采熔炼渣而形成较陡的高28m人工边坡，其附近围墙轻微变形；尾矿库西部2036m标高渣体开裂，其边坡高21m，堆积物将有发展成滑坡的趋势。尾矿库及其附近未见危岩、泥石流、采空区及地面沉降等不良地质作用。