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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。wWW.11665.CoM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。
  4.结论
  根据区域地质资料及野外勘察结果,尾矿库内未发现有大的活动构造断裂通过,库区地貌为构造剥蚀低山地貌,现状下不良地质作用不发育,下伏基岩为稳定岩基,调查初步结果表明,该尾矿库处于稳定状态,尾矿库的安全得到了保障。
  参考文献:
  [1] 张庆;卢俞杰;魏振国.西非某红土型铝土矿水文地质工程地质调查[j].科技创新导报,2010年第32期.
  [2] gb50021-2001.岩土工程勘察规范[s].
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  •  作者:佚名 [标签: 尾矿 水文 地质 尾矿 尾矿 水文 地质 ]
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