排土場與尾礦壩安全距離的數(shù)值模擬分析

孫發(fā)院，何美萍，黃禹梅

（1.云南亞融礦業(yè)科技有限公司，云南 昆明 650039；2.昆明順天科技有限公司，云南 昆明 650039）

隨著礦山生成能力的不斷擴大，大多數(shù)礦山著手新建排土場及尾礦庫。某礦山根據(jù)礦區(qū)的地形地質(zhì)條件，計劃在同一溝谷內(nèi)新建尾礦庫和排土場，尾礦庫位于排土場上游，中間修建尾礦壩。建設完成之后，尾礦庫、尾礦壩和排土場連為一體，因此需要考慮排土場與尾礦壩相鄰堆排對壩體穩(wěn)定性的影響，本文針對尾礦壩壩頂與排土場邊坡腳之間的安全距離進行了分析研究，針對該礦山推薦了安全合理的安全距離。

1 場地概況

排土場場區(qū)地形為北西—南東走向的溝谷地形，溝谷延伸長，山體上植被發(fā)育；排土場基底平緩，坡度約3°，排土場兩側(cè)為自然山脊，兩側(cè)山脊可以作為自然屏障，排土場屬緩坡山溝排土場。

排土場規(guī)劃容積為19592.84 萬m3，堆置高度為318.0m，按規(guī)范設計等級屬一級排土場。根據(jù)壩體結(jié)構設計，尾礦壩筑壩區(qū)域主要分為：上游壩坡細粒土、上游高壓實度廢石料筑壩區(qū)、下游低壓實度廢石料筑壩區(qū)；筑壩材料主要包括細粒土料與廢石料。

根據(jù)尾礦庫廢石筑壩施工擊實試驗結(jié)果，細粒土筑壩區(qū)壓實度不低于96%；上游高壓實度廢石料筑壩區(qū)壓實度不低于95%，或者壓實干容重不低于23.50kN/m3，或者碾壓后孔隙率不大于25%；下游低壓實度廢石料筑壩區(qū)壓實度不低于85%，或者壓實干容重不低于21.50kN/m3，或者碾壓后孔隙率不大于30%。由于廢石料隨采場作業(yè)區(qū)域以及地層巖性的變化，廢石料的來料性質(zhì)變化較大，在實際壩體施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場碾壓試驗結(jié)果，在上述3 個填筑控制指標參數(shù)中合理確定1 個～2 個作為施工填筑控制參數(shù)。

2 數(shù)值模擬計算分析

本次數(shù)值模擬分析采用FLAC3D 數(shù)值模擬軟件進行，F(xiàn)它能夠進行土質(zhì)、巖石和其它材料的三維結(jié)構受力特性模擬和塑性流動分析。

2.1 模型的建立

尾礦庫位于排土場上游，其相互關系如圖1 所示。隨著排土場的加高，對壩體產(chǎn)生擠壓的作用力，當排土場坡腳距離壩體坡頂距離較近時，排土場對壩體穩(wěn)定性影響較大，合理的安全距離L 是本文分析的重點。依據(jù)尾礦壩與排土場的位置關系，建立了數(shù)值模擬計算模型。

圖1 尾礦壩與排土場關系圖

2.2 計算方案及參數(shù)

圖2 方案一到方案四整體位移模擬結(jié)果

圖3 方案一壩體的位移矢量模擬結(jié)果

圖4 方案四壩體的位移矢量模擬結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，考慮到壩體砌筑過程中不同標高的情況，因此設計了尾礦壩相同標高情況下，排土場坡腳與尾礦壩壩頂不同安全距離的數(shù)值模擬計算方案，方案一到方案四的安全距離分別為20m、60m、100m 和140m，巖體力學參數(shù)見表1。

表1 巖體力學參數(shù)

2.3 計算結(jié)果分析

2.3.1 整體位移模擬結(jié)果

圖2 中只保留了每個方案對壩體左側(cè)（臨近尾礦庫）的整體位移結(jié)果，從圖中可以看出，隨著排土場坡腳距尾礦壩壩頂?shù)木嚯x的增加，對壩體左側(cè)的影響逐漸減小。從圖中可以看出，當排土場坡腳距尾礦壩壩頂?shù)木嚯x在100m 時，其對壩體左側(cè)壩體影響較小。

2.3.2 位移矢量模擬結(jié)果

從圖3 和圖4 中的位移矢量圖可以看出，排土場坡腳距尾礦壩壩頂?shù)木嚯x越大時，對壩體臨近尾礦庫一側(cè)的影響逐漸減小。

3 結(jié)語

尾礦壩壩頂與排土場坡腳距離是否合理，關系著尾礦壩和排土場的安全，同時也關系著排土場容量的大小。通過對尾礦壩與排土場安全距離的數(shù)值模擬計算分析，可以得出以下結(jié)論：隨著排土場坡腳距尾礦壩壩頂?shù)木嚯x的增加，對臨近尾礦庫一側(cè)壩體的影響逐漸減小。當排土場坡腳距尾礦壩壩頂?shù)木嚯x在100m時，其對臨近尾礦庫一側(cè)壩體的影響較小。

通過數(shù)值模擬計算分析方法，對排土場設計進行校核，保證排土場及尾礦壩的安全。但是排土場和尾礦壩穩(wěn)定性受砌筑材料、碾壓密實度和地表水等多種復雜因素影響，應在砌筑過程中加大對施工的管理，保證工程質(zhì)量，堆排過程中增加對壩體的監(jiān)測。