尾礦壩工程地質(zhì)勘察與評價研究

汪 康，陳 堅

（江西省地質(zhì)局贛西地質(zhì)調(diào)查大隊，江西 南昌 330200）

尾礦壩的作用是尾礦庫用來貯存尾礦和水資源，尾礦壩主體主要由主壩和副壩組成。副壩和主壩修建時分為初期工程和后期工程。初期工程主要是對尾礦壩選址區(qū)域地質(zhì)勘查和整體修建，采用砂土和砂石材料建筑尾礦壩，根據(jù)礦產(chǎn)企業(yè)需求可將壩體分為不透水壩和透水壩兩種，兩種壩體透水性質(zhì)和透水能力不同。在修建時一般廣泛修建尾礦透水壩，修建時采用透水性能較好的材料，加固壩體的穩(wěn)定性。后期工程是尾礦壩投入使用后的維護工程，確保尾礦壩的安全性，延伸尾礦壩，加高筑成小壩體用來滿足礦業(yè)企業(yè)發(fā)展的需求，后期工程修建的壩體可以細分為上游式尾礦壩和下游式尾礦壩。

不同類型的尾礦壩其抗滑性和穩(wěn)定性程度均不同。隨著礦產(chǎn)資源開采力度不斷加大，尾礦壩工程逐漸增多，尾礦壩工程地質(zhì)勘察工作影響尾礦壩工程的穩(wěn)定性和安全性，需要全面進行工程地質(zhì)勘查，及時對尾礦壩工程和地質(zhì)勘查工作進行綜合評價，研究尾礦壩工程地質(zhì)勘察與評價尤為重要。

1 尾礦壩工程地質(zhì)勘察與評價現(xiàn)狀

隨著尾礦壩工程規(guī)模越來越大，越來越多的企業(yè)逐漸重視尾礦壩工程地質(zhì)勘察與工程地質(zhì)評價，全面細致地地質(zhì)勘察與評價。尾礦庫的安全是選礦廠生產(chǎn)的前提，是選礦廠正常運行的基礎，一旦地質(zhì)勘查工作存在隱患問題將會嚴重影響尾礦壩工程正常工作，會給選礦廠造成嚴重的資金損失。尾礦壩工程實景如圖1所示。

圖1 某尾礦壩實景圖

根據(jù)對尾礦壩工程實地考察，發(fā)現(xiàn)尾礦壩工程還存在很大的問題，包括尾礦庫工程地質(zhì)勘察市場問題、勘察費用欠合理、勘察成果質(zhì)量差、尾礦庫工程地質(zhì)勘察范圍不準確和勘察和試驗并重等多個問題。企業(yè)修建尾礦壩工程一般會將工程承包給專業(yè)的修建單位，從尾礦壩工程地質(zhì)勘察市場分析，發(fā)現(xiàn)勘察單位存在巖土工程勘察經(jīng)驗不足和勘察設備不足等問題，部分從事勘察人員不具備豐富的勘察經(jīng)驗和專業(yè)勘察知識，勘察過程中使用的設備較落后，勘察單位為了節(jié)省資金，沒有采用先進設備進行地質(zhì)勘查，導致勘察數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)不符，地質(zhì)勘察結(jié)果可信度不高[1]。企業(yè)為了節(jié)省尾礦壩工程成本，勘察費用安排不合理，企業(yè)為了追求低投入，在工程修建初期階段，對尾礦壩工程地質(zhì)勘查重視程度不高，大多企業(yè)會選擇保守設計，長時間使用將會降低尾礦壩的穩(wěn)定程度，企業(yè)給勘察單位的資金較少，勘察單位會減少勘察內(nèi)容確保自己的經(jīng)濟收益，很大程度上降低了尾礦壩工程質(zhì)量。尾礦壩工程地質(zhì)勘察范圍需要向四周延伸，分析周圍地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)特征，是否周圍存在不良地質(zhì)斷層，尾礦壩工程修建可能會導致斷層發(fā)生變化，發(fā)現(xiàn)大部分勘察單位進行地質(zhì)勘察時，勘察范圍沒有得到擴展，勘察內(nèi)容不全面，導致尾礦壩工程在后期的承載能力上存在一定問題。

2 尾礦壩工程地質(zhì)勘察

2.1 水文地質(zhì)條件

選取某尾礦壩工程作為本文研究的對象，分析尾礦壩工程地質(zhì)特征，分別從工程水文地質(zhì)條件和地層巖性進行分析。某尾礦壩工程位于該地區(qū)的西側(cè)，附近多山脈，山脈走向多呈東北-西南走向，該區(qū)域地形地貌復雜，地形切割程度比較強烈。某尾礦壩工程所屬區(qū)域為侵蝕型低丘陵地形，其地貌類型以丘陵構(gòu)造剝蝕地貌類型為主，巖石侵蝕堆積現(xiàn)象比較明顯，周圍溝谷十分發(fā)育。該地區(qū)主要以丘陵為主，勘察范圍內(nèi)地形高差不大，勘察范圍最高海拔為365m，勘察范圍最低海拔為240m，勘察范圍的海拔相對高差為125m左右?？辈靺^(qū)域兩側(cè)山坡地形地勢陡峭，地勢西南高，東北低，兩側(cè)山體的坡度大約在25°～30°之間，該區(qū)域的水文地質(zhì)條件較好，分析該地區(qū)的水文地質(zhì)條件對尾礦壩工程的影響[2]。該區(qū)域的溝谷較多，地表水在谷底出排出，尾礦壩工程區(qū)域中上游地表水流量為24.36 L/s，中游地表水量為36.34 L/s，下游地表水流量為45.6 L/s。尾礦壩工程地下水分布在該區(qū)域的溝谷地帶，在該區(qū)域中發(fā)現(xiàn)少量的地下水，區(qū)域海拔較高范圍未發(fā)現(xiàn)地下水，地表水主要集中在溝底山腳下，且流量較小，地表水深度大約為23m左右，平均流量為12.6 L/s。尾礦壩工程水文地質(zhì)勘查也需要考慮到巖土體的滲透性，是影響尾礦壩工程修建的重要因素之一，勘查發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的鹽土體的滲透性較強，區(qū)域巖土體主要以粉細砂和壩基黃土狀亞砂構(gòu)成，兩種巖體的透水性較好，巖體透水性的強度，影響該區(qū)域地表水變化。

2.2 地層巖性

尾礦壩工程地質(zhì)地層巖性可以按照地層時代和地層成因劃分，根據(jù)地層巖性成因可以劃分為人工堆積層和第四紀沉積層，該區(qū)域第四紀沉積層巖性如下表1所示。

表1 第四紀沉積層巖性

根據(jù)表1可知，尾礦壩工程區(qū)域的地層巖性特征，區(qū)域中地層巖性類型較多，主要以粉土巖性為主，顏色主要呈現(xiàn)出黃褐色，處于中等密度，濕度一般，其中含有30%～60%礫石，10%～20%雜石，5%～8%碎石，周圍植物根系發(fā)育較好。砂巖顏色為灰白色，巖石質(zhì)地較硬，強風化砂巖巖芯呈塊狀，中風化砂巖巖芯主要呈短柱狀，局部可能會出現(xiàn)塊狀形態(tài)。地層巖性可以分為第四系、第三系、二疊系、三疊系、石炭系和泥盆系，每一種類型的地層巖石發(fā)育時間和發(fā)育成因均不同，巖石堆積厚度也具有一定差異性，根據(jù)巖性變化情況和巖性組合差異劃分地層單位，地層單位作為尾礦壩工程地質(zhì)勘察的主要內(nèi)容，地層巖性影響尾礦壩工程建設。

3 尾礦壩工程地質(zhì)評價

3.1 主壩工程評價

尾礦壩工程地質(zhì)評價通過對主壩和副壩結(jié)構(gòu)特征分析，掌握整個工程地質(zhì)變化情況，主要評價主壩和副壩的穩(wěn)定性和安全性。某尾礦壩主壩均采用粉質(zhì)黏土、風化材料和部分碎石材料修建，碎石顏色呈灰色和深灰色，碎石顆粒直徑大約為6cm左右，形狀呈現(xiàn)出不規(guī)則形態(tài)。尾礦壩工程修建區(qū)域為溝谷地形，橫向和縱向平均坡度大約為10°～30°之間，溝谷溝底地層主要由粉土和砂巖構(gòu)成，屬于軟弱土層類型。溝底土質(zhì)較好，該尾礦壩的主壩填土壓實度大約為 93%，內(nèi)部含水量可以達到25%，具有較強的穩(wěn)定性，主壩坡面不易出現(xiàn)塌陷等情況。溝谷兩側(cè)山坡坡度相對比較陡峻，巖石組成結(jié)構(gòu)相對比較穩(wěn)定，勘察過程中未發(fā)現(xiàn)滑動面，該區(qū)域斷裂結(jié)構(gòu)較少，地層活躍度不高，該區(qū)域不易出現(xiàn)滑坡等現(xiàn)象[3]。評價主壩區(qū)域地層地下水腐蝕性，抽取地層地下水檢測，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的地下水pH為7.79，侵蝕性為12.56，總礦化度為108mg/L，腐蝕等級處于微腐蝕狀態(tài)。主壩區(qū)域分布的巖石類型全風化灰?guī)r和角礫，檢測出兩種巖土層滲漏性強度，全風化灰?guī)r滲透系數(shù)最大值為1.52×10-4cm/s，滲透參數(shù)最小值為1.24×10-5cm/s，角礫滲透參數(shù)最大值為4.62×10-4cm/s，滲透參數(shù)最小值為7.87×10-6cm/s，根據(jù)測出透水參數(shù)值可知，地層透水等級為微透水等級。主壩區(qū)域附近地層表面具有溶蝕裂縫和溶槽等多種溶蝕現(xiàn)象，溶蝕作用會對主壩工程造成一定影響，在此基礎上將溶蝕作用降低到最小狀態(tài)。

3.2 副壩工程評價

尾礦壩工程主要由主壩和副壩構(gòu)成，副壩也是尾礦壩工程的重要組成部分，加強副壩穩(wěn)定性與主壩穩(wěn)定性同樣重要，副壩包括排水隧洞和排水井部分。采用強風化巖作為主要修建材料，該區(qū)域的強風化巖分布均勻，地層承受力強，副壩區(qū)域不存在液化砂土和粉土，地層中部未發(fā)現(xiàn)斷裂現(xiàn)象地層結(jié)構(gòu)相對比較穩(wěn)定。抽取副壩地層中地下水檢測，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域地下水pH值為8.56，侵蝕性為12.36，總礦化度為98mg/L，腐蝕等級處于微腐蝕狀態(tài)。副壩區(qū)域分布的巖石類型強風化灰?guī)r和強風化泥灰?guī)r，檢測出兩種巖土層滲漏性強度，強風化灰?guī)r滲透系數(shù)最大值為1.34×10-4cm/s，滲透參數(shù)最小值為4.98×10-5cm/s，強風化泥灰?guī)r滲透參數(shù)最大值為2.62×10-4cm/s，滲透參數(shù)最小值為5.87×10-6cm/s，地層滲透等級為微透水等級。副壩區(qū)域溝谷兩側(cè)坡度大約為為20°-30°之間，局部地勢比較平緩，局部坡度大約為為10°～15°左右，山體巖石質(zhì)地較硬，不易出現(xiàn)滑坡和塌陷現(xiàn)象。副壩區(qū)域兩側(cè)山體分布少量危巖體，呈塊狀集中分布，分布面積大約為為100m2～300m2，危巖體局部出現(xiàn)裂縫，容易出現(xiàn)山體崩塌情況，給尾礦壩帶來潛在的安全問題。

4 結(jié)語

本文研究了尾礦壩工程地質(zhì)勘察與評價，從尾礦壩工程水文地質(zhì)條件和地層巖性兩個方面進行勘察，分別評價了主壩工程和副壩工程。根據(jù)對尾礦壩工程實地考察，評價尾礦壩工程的穩(wěn)定性、適應性、地下水腐蝕性、庫區(qū)滲漏性和庫區(qū)地質(zhì)災害等多個方面。本文研究只涉及到工程地質(zhì)勘查與評價內(nèi)容，沒有對勘查問題做出全面分析，希望在下一次研究中，根據(jù)具體的尾礦壩勘察問題提出相應的解決措施。