模袋法堆坝技术在某尾矿库工程项目中的应用

叶尔江·多力达西，张 沣，王新岩

(1.新疆维吾尔族自治区阿勒泰地区应急管理局，新疆 阿勒泰 836300；2.新疆喀拉通克矿业有限责任公司，新疆 富蕴 836107；3.矿冶科技集团有限公司，北京 100160)

模袋[1]是由上、下两层具有高强度的土工织物制作成的连续袋状材料。模袋法堆坝[2]技术是利用模袋材料透水固砂的特性，使充灌进模袋体内的尾矿浆在充灌压力与模袋张力共同作用下排水固结形成模袋体，将模袋体交错堆筑形成子坝。模袋法堆坝技术[3]可以有效解决细粒尾矿难以堆坝的问题，适用于各种复杂干滩条件，增加了尾矿库调洪滩长，可以使坝体快速上升，满足企业生产需求[4]。

云南省大平掌尾矿库、汤丹尾矿库、江西阳山尾矿库、宜春钽铌矿二号尾矿库均采用了模袋法堆坝技术[5]，实践表明，该技术在施工难易程度、新增库容、施工工期等方面具有一定优势。与传统上游法筑坝相比，该技术具有更高的安全性[6]；与土石料筑坝相比，该技术用库内尾砂堆坝，具有不影响周边环境、节约库容、保证企业连续生产的优点。模袋法堆坝技术的应用可以为企业带来显著的经济效益[7-8]。

本文以新疆某尾矿库工程项目为例，介绍堆模袋法堆坝技术在该项目中的应用，为以后的类似工程提供参考和思路。

1 工程概况

某尾矿库工程位于新疆阿勒泰地区境内阿勒泰山南麓一开阔沟谷中，沟底平均坡降为1.5%。尾矿库所在区域动峰值加速度为0.20 g，场地的基本地震烈度为Ⅷ度，地震动反应谱特征周期0.45 s，场地内及周边无全新世活动断裂通过和大的断裂构造。

该尾矿库初期坝为土石坝，高18 m，顶宽4 m，下游坡比1∶2.5；尾矿库设计总坝高28 m，总库容为3 248.61万m3，为四等库。设计采用模袋法分两级进行堆坝，每级子坝高5 m，单级子坝外坡比1∶3.5，内坡比1∶2.0，综合外坡比1∶4.8。模袋法堆坝典型剖面图见图1。

图1 模袋法堆坝剖面图Fig.1 Sectional view of the dam by the geofabriform method

该尾矿库采用“斜槽+暗涵”的方式进行排洪，排洪系统净断面尺寸为1 m×1.5 m；该尾矿库安全运行控制指标见表1。

表1 尾矿库安全运行管理主要控制指标表

2 稳定性分析

2.1 计算参数

计算选取尾矿库最大坝高处作为典型计算剖面(见图2)，分别采用简化毕肖普法及瑞典圆弧法等对尾矿库在正常蓄水位、校核洪水位及地震等三种工况下进行稳定性计算分析。根据地质勘查结果尾矿库物理力学参数见表2。

图2 模袋法稳定性计算典型剖面图Fig.2 Typical cross-section diagram of stability calculation of mould bag method

表2 某尾矿库物理力学参数表

2.2 边界条件

该尾矿库平均干滩坡度为1%，调洪水深为50 cm，坝体控制浸润线最小埋深9 m。渗流计算水力边界条件依据库型及调洪演算结果确定，即：正常运行、设计洪水工况分别按照干滩长度150 m和100 m施加上游水头边界，下游坝坡采用自由出流边界。地震工况下，峰值加速度为0.20 g，场地的基本地震烈度为Ⅷ度，地震动反应谱特征周期0.45 s。正常运行、设计洪水工况渗流计算结果分别见图3、图4。

图3 正常运行工况渗流计算结果剖面图Fig.3 Sectional view of seepage calculation results under normal operating conditions

图4 洪水工况渗流计算结果剖面图Fig.4 Sectional view of seepage calculation results under flood operating conditions

本次计算分别考虑从模袋坝滑动以及整体滑动的组合工况，对典型剖面进坝体渗流及静动力作用下的坝体稳定性进行分析。典型剖面稳定性计算最小安全系数见表3。

表3 典型剖面稳定性计算最小安全系数表

不同运行工况下最危险滑弧示意图如图5～10所示。

图5 后期筑坝正常工况下从模袋坝滑动最危险滑弧示意图(瑞典圆弧法)Fig.5 Schematic diagram of the most dangerous sliding arc from the form-bag dam under normal conditions in the later construction of the dam (ordinary)

图6 后期筑坝洪水工况下从模袋坝滑动最危险滑弧示意图(瑞典圆弧法)Fig.6 Schematic diagram of the most dangerous sliding arc from the form bag dam under flood conditions in the later dam construction (ordinary)

图7 后期筑坝地震工况下从模袋坝滑动最危险滑弧示意图(瑞典圆弧法)Fig.7 Schematic diagram of the most dangerous sliding arc from the bag dam under the seismic conditions of the later dam construction (ordinary)

图8 后期筑坝正常工况下整体滑动最危险滑弧示意图(瑞典圆弧法)Fig.8 Schematic diagram of the most dangerous slip arc of the overall sliding under normal conditions of later dam construction (ordinary)

图9 后期筑坝洪水工况下整体滑动最危险滑弧示意图(瑞典圆弧法)Fig.9 Schematic diagram of the most dangerous slip arc of the overall sliding under the flood conditions of the later dam construction (ordinary)

图10 后期筑坝地震工况下整体滑动最危险滑弧示意图(瑞典圆弧法)Fig.10 Schematic diagram of the most dangerous slip arc of the overall sliding under the seismic conditions of the later dam (ordinary)

按照《尾矿设施设计规范》(GB 50863—2013)要求，本工程算例尾矿坝稳定计算考虑正常运行、洪水运行以及地震运行三种运行条件，本次计算分别考虑从模袋坝滑动以及从整体滑动的组合工况，对各计算断面进行坝体渗流及静动力作用下的坝体稳定性分析，结果均满足相应规范的要求。

2.3 分析结果

根据以上计算成果可得出以下结论：

1)中后期坝体控制浸润线最小埋深9 m。

2)在初期坝上采用模袋筑坝方案是可行的，中后期模袋坝在各种工况下，坝体整体滑动以及模袋坝滑动的最小安全系数均大于规范规定值，满足规范要求。

3)计算选取的典型剖面整体滑动工况安全系数最小，典型剖面对应的库区位置，应重点加强日常监测，包括浸润线、位移等监测，做好安全管理工作，确保尾矿坝安全。

通过简化毕肖普法和瑞典圆弧法进行稳定性分析可知，在不同工况下，该尾矿库的结构稳定性满足相应规范的要求。

3 结论

1)本文将模袋法堆坝技术引入新疆某尾矿库工程算例，通过物理力学参数和边界条件的计算，对工程稳定性进行了分析，结果表明在不同工况下，该尾矿库的结构稳定性均能满足相应规范的要求。

2)本文的研究表明将模袋法堆坝技术应用于尾矿库工程是可行的，这也为其他尾矿库设计、加高提供了实际工程经验，具有一定的参考借鉴价值。