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尾礦庫(kù)工程是個(gè)大系統(tǒng),包含了選廠內(nèi)尾礦處理、尾礦漿濃密和輸送、尾礦壩構(gòu)筑、尾礦排放、防滲與排滲、防洪與排洪、水循環(huán)、廢水處理與污染控制、庫(kù)區(qū)土地恢復(fù)與植被、尾礦庫(kù)監(jiān)測(cè)與管理等子系統(tǒng);涵蓋了尾礦庫(kù)系統(tǒng)內(nèi)部(尾礦與尾礦廢水)、尾礦庫(kù)系統(tǒng)與環(huán)境之間(滲流水-基礎(chǔ)土壤-地下水或地表水體)復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物地球化學(xué)反應(yīng)和溶質(zhì)遷移過程;涉及了尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)、基建和運(yùn)營(yíng)、閉庫(kù)和土地恢復(fù)以及后期污染治理等工程問題;反映出巖土工程問題與環(huán)境工程問題的相互交織、滲透、一體化和時(shí)空廣大的工程特點(diǎn)。尾礦庫(kù)主要安全穩(wěn)定問題包括:潰壩、洪水漫頂、邊坡失穩(wěn)、滲流破壞、結(jié)構(gòu)破壞、庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害等。
1.潰壩
在尾礦庫(kù)勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行以及管理的全過程中,各個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題均可能導(dǎo)致尾礦庫(kù)不能正常使用,甚至潰壩。一旦尾礦庫(kù)發(fā)生潰壩事故,尾礦往往立即液化,擴(kuò)大尾礦壩的缺口,使大量尾礦泥沙沿山谷傾瀉,將造成下游農(nóng)田淹沒、人員傷亡、環(huán)境污染等嚴(yán)重災(zāi)害。可能引起潰壩危害的原因如下:
1)尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)排水能力低、排水系統(tǒng)淤堵或無排水系統(tǒng),隨意變更排水系統(tǒng)的形式、布置及尺寸,施工質(zhì)量達(dá)不到規(guī)范要求。
2)放礦位置不當(dāng),或未進(jìn)行交替均勻放礦,造成水位過高、扇形坡等,最小安全超高和尾礦庫(kù)的最小干灘長(zhǎng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。
3)設(shè)計(jì)以外的尾礦、廢料或廢水進(jìn)庫(kù);礦漿沿子壩內(nèi)坡趾,橫向流動(dòng)沖刷子壩內(nèi)坡。
4)管理不善,如局部集中放礦導(dǎo)致礦漿沖刷壩外坡,造成壩體坍塌潰壩;壩端無截水溝,山坡雨水沖刷壩肩等。
5)排水管或排水斜槽、排水井等發(fā)生變形、破損、斷裂和磨蝕,最大裂縫開裂寬度超出允許值,伸縮縫、止水及充填物作用失效,管內(nèi)淤堵。
6)壩面排水溝及壩端截水溝護(hù)砌變形、破損、斷裂和磨蝕,溝內(nèi)淤堵。
7)未經(jīng)技術(shù)論證,用常規(guī)子壩攔洪,在尾礦灘面或壩肩處設(shè)置泄洪口。
8)大氣降水量短時(shí)間內(nèi)驟增、庫(kù)周山體發(fā)生大面積滑坡、塌方,特大暴雨、庫(kù)周山體滑坡、塌方導(dǎo)致庫(kù)水位猛漲出現(xiàn)漫壩事故。
9)未經(jīng)技術(shù)論證和批準(zhǔn),在尾礦壩或庫(kù)區(qū)周圍亂采濫挖、違章建筑、違章作業(yè)。
10)庫(kù)區(qū)發(fā)生高于設(shè)防烈度的地震,地震造成持力區(qū)尾礦液化。
11)壩體邊坡過陡、有局部坍塌或隆起、壩面有沖刷、塌坑等不良現(xiàn)象。
12)壩基下存在軟弱地層或巖溶等,壩體疏松不密實(shí)等。
2.洪水漫頂
造成尾礦庫(kù)洪水漫頂事故的主要原因有:
1)排洪構(gòu)筑物破壞或堵塞,導(dǎo)致排洪能力不足,庫(kù)區(qū)水位超過壩頂。
2)安全超高不足導(dǎo)致洪水漫頂。
3)在降水量集中的月份,發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度降雨,出現(xiàn)洪水漫頂事故。
4)庫(kù)區(qū)內(nèi)發(fā)生泥石流或岸坡滑塌,引起水流高速?zèng)_擊壩體,致使壩坡失穩(wěn)潰決。
尾礦庫(kù)發(fā)生洪水漫頂事故時(shí),尾礦往往立即液化,擴(kuò)大尾礦壩缺口,使得大量尾礦沿山谷傾瀉,其危害程度遠(yuǎn)比水庫(kù)潰壩時(shí)嚴(yán)重得多,強(qiáng)大的泥石流危及下游居民人身和財(cái)產(chǎn)安全。
3.邊坡失穩(wěn)
邊坡失穩(wěn)是指壩坡部分或整體受到剪切破壞,受到沉積尾礦荷載作用,沿滑裂面或坡體下移的現(xiàn)象(侯永莉等,2020)。造成邊坡失穩(wěn)的主要原因?yàn)椋?/font>
1)尾礦壩筑壩材料未做試驗(yàn),設(shè)計(jì)黏聚力、內(nèi)摩擦角等參數(shù)與實(shí)際不符,穩(wěn)定性計(jì)算失誤,邊坡過陡,導(dǎo)致壩體失穩(wěn)。
2)上游式尾礦壩筑壩材料過細(xì),不符合設(shè)計(jì)規(guī)范,在碾壓土壩施工過程中,分層鋪土太厚,碾壓不實(shí),或含水量、干重度未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),壩體失穩(wěn)。
3)壩體填筑質(zhì)量差,壩坡面有沖刷、塌坑等不良現(xiàn)象,壩體疏松使?jié)B流破壞不斷擴(kuò)大導(dǎo)致壩體開裂、管涌或流土,引起壩體滑坡坍塌。
4)壩體地基處理不當(dāng)或浸水抗剪強(qiáng)度降低,尾礦壩與基底接觸面間的抗剪強(qiáng)度小于尾礦庫(kù)物料本身的抗剪強(qiáng)度時(shí),易產(chǎn)生沿基底接觸面的滑坡。
5)尾礦庫(kù)坐落在軟弱基底上,或基巖存在裂縫、裂隙,由于基底承載能力低而產(chǎn)生滑移,并牽動(dòng)尾礦庫(kù)產(chǎn)生沿基底軟弱面的滑坡。
6)尾礦顆粒細(xì)小,且由于固結(jié)時(shí)間較短大部分處于松散至稍密狀態(tài),在地震動(dòng)荷載作用下,飽和尾礦砂容易液化引發(fā)壩體失穩(wěn)。
7)達(dá)到最終設(shè)計(jì)壩高后,未進(jìn)行加高擴(kuò)容論證和設(shè)計(jì),不做壩體穩(wěn)定分析和防洪能力驗(yàn)算,盲目超期運(yùn)行,致使壩體下滑力大于極限抗滑強(qiáng)度,導(dǎo)致壩體失穩(wěn)。
4.滲流破壞
滲流破壞是造成尾礦庫(kù)事故的主要原因之一。由于尾礦壩浸潤(rùn)線過高,發(fā)生浸潤(rùn)線出逸,形成壩坡滲流、管涌,致使尾礦庫(kù)壩坡面飽和松軟,直至壩體塌滑。滲流破壞的主要原因?yàn)椋?/span>
1)初期壩和堆積壩銜接處滲流。滲流量增大,大量滲流不能從壩底滲出時(shí),浸潤(rùn)線沿初期壩內(nèi)坡上移,出逸點(diǎn)從初期壩和堆積壩銜接處逸出。可能引起的原因包括①隨意變更壩體防滲、排滲及反濾層的設(shè)置;②排滲設(shè)施中的排滲設(shè)施選料不符合質(zhì)量要求或未按技術(shù)規(guī)范要求施工;③放寬不當(dāng)導(dǎo)致壩體浸潤(rùn)線不規(guī)則變化,發(fā)生局部浸潤(rùn)線出逸;④壩體防滲、排滲及反濾層遭到破壞或損壞、失效或能力降低;⑤庫(kù)水位控制不當(dāng)或過高。
2)堆積壩體滲流。尾礦集中排放和子壩堆筑方法不合理造成礦泥集中,使堆積壩成為一個(gè)不均勻體。尾礦顆粒層理分布復(fù)雜,礦泥夾層和透鏡體隔水層形成,導(dǎo)致壩體浸潤(rùn)線不規(guī)則變化,發(fā)生局部浸潤(rùn)線出逸或局部集中滲流。
3)尾礦壩與山坡接觸地段滲流。尾礦堆積壩的壩肩部分坐落在未經(jīng)處理的風(fēng)化山坡上,每期筑壩作業(yè)之前,岸坡上的草皮、樹根、廢管件等危及壩體安全的雜物未清除,遇有泉眼、井、洞穴未進(jìn)行岸坡處理,造成尾礦水從天然坡面滲漏。隨著庫(kù)內(nèi)水位增高,滲漏水強(qiáng)度也增大,導(dǎo)致尾礦堆積壩外坡滲流,致使尾礦流失,壩面松軟塌滑。
4)初期壩和副壩外坡上出現(xiàn)大量集中滲流。反濾層在施工或生產(chǎn)中受到損壞;初期壩內(nèi)排水的周圍充填保護(hù)層不當(dāng)。
5)沿排水管外壁發(fā)生貼壁集中滲流。排水管施工質(zhì)量未達(dá)標(biāo)且地基處理不當(dāng),排水管發(fā)生不均勻沉陷而造成管道接頭錯(cuò)動(dòng)以及管道裂縫產(chǎn)生滲漏水,使尾礦水沿著管壁滲漏,沖刷管道周圍壩體造成壩體塌陷。
5.結(jié)構(gòu)破壞
尾礦庫(kù)未按設(shè)計(jì)進(jìn)行施工,隨意改變尾礦庫(kù)結(jié)構(gòu)參數(shù),造成尾礦庫(kù)結(jié)構(gòu)破壞,帶來不安全因素,甚至引起滑坡、潰壩等事故。造成結(jié)構(gòu)破壞的主要原因?yàn)椋?/span>
1)壩頂寬度小于規(guī)范要求。
2)透水堆石壩堆石體上游坡比陡于1∶1.6。
3)壩體下游坡面未設(shè)置馬道。
4)尾礦堆積壩下游坡面與兩岸山坡結(jié)合處的山坡上未設(shè)置截水溝。
5)壩體未設(shè)置反濾層,造成管涌。
6)尾礦壩未設(shè)置壩體位移等觀測(cè)設(shè)施。
6.庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害
大多數(shù)尾礦庫(kù)建在山谷中,周邊是陡峭山體。由于采礦活動(dòng)、巖體風(fēng)化、尾礦庫(kù)水淹浸泡,可能導(dǎo)致庫(kù)岸山體邊坡滑坡或崩塌,上游發(fā)生泥石流。壩基下存在采空區(qū)或巖溶塌陷等地質(zhì)災(zāi)害時(shí),也會(huì)引起尾礦壩的潰壩破壞。