方星燃

（新疆有色冶金設(shè)計研究院有限公司，新疆烏魯木齊 834600）

0 概述

根據(jù)國家有關(guān)法律、法規(guī)要求，選礦廠的大量脈石“礦渣”通常以礦漿狀態(tài)排出。大量的尾礦如不妥善處理，就會大面積地覆沒農(nóng)田和污染水系，對環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。同時，尾礦中往往還會含有目前尚不能回收的貴重稀有金屬，也不允許隨意丟棄，需要存儲起來，待以后開發(fā)。因此尾礦庫設(shè)計是礦山建設(shè)中必不可少的重要環(huán)節(jié)。

Autobank 軟件是針對水利行業(yè)設(shè)計要求而開發(fā)的分析軟件，可對大壩、涵洞、水閘、渠首等構(gòu)筑物進(jìn)行穩(wěn)定分析。而尾礦專業(yè)由于專業(yè)較為特殊目前市場上暫無針對尾礦專業(yè)而單獨開發(fā)的相關(guān)計算軟件。因此將類似的水利行業(yè)計算軟件應(yīng)用到與之類似尾礦行業(yè)是有一定必要性的。

本文利用Autobank 軟件對尾礦壩進(jìn)行了滲流穩(wěn)定計算，分析了滲流水頭、深頭比降等要素的分布驗證了尾礦庫壩體的滲流穩(wěn)定安全性。

1 工程模型介紹

本項目計算模型為哈密焱鑫銅業(yè)土屋銅礦尾礦庫，原設(shè)計初期壩頂高程為593.0m，壩基高程為574.0m，壩高為19.0m，壩頂寬度為5.5m，壩長2216m，上游側(cè)邊坡為1:1.8，下游側(cè)邊坡為1:2.0。技改設(shè)計采用采礦廢石筑壩，子壩共為8 級，最終堆積壩頂標(biāo)高為633.0m，最終堆積壩高40m，總壩高59m，技改后尾礦庫等級為三等庫。

由于本項目為技改工程，計算以已建設(shè)壩體593.0m標(biāo)高以下為初期壩，593以上部分為碎石加高壩體。

2 模型建立過程

1）模型建立要點

為保證計算的準(zhǔn)確性，滲流計算穩(wěn)定計算采用同一計算模型。首先在AutoCad 中將壩體各參數(shù)繪制成圖，主要要素為各不同界面的土層物理學(xué)參數(shù)、節(jié)點坐標(biāo)（相對）、水位關(guān)系。將繪制好的圖形文件導(dǎo)出為.dxf 格式后導(dǎo)入Autobank 軟件。在Autobank中重新核對各坐標(biāo)點是否有誤，Autobank 識別Auto-Cad創(chuàng)作的圖元有一定概率出錯，應(yīng)在Autobank中重新進(jìn)行校正。

2）提高模型精度的措施

Autobank 軟件計算前要求將模型劃分為若干單元。為提高模型精度應(yīng)盡可能保證每個單元的形狀規(guī)則，內(nèi)角不應(yīng)相差太多，軟件計算邏輯為內(nèi)角大于180°均視為非法。在求解區(qū)域的凹角處應(yīng)布置較多的單元，才可以準(zhǔn)確的反應(yīng)該處的應(yīng)力、應(yīng)變水利坡降等要素。同時軟件支持將復(fù)雜區(qū)塊劃分為四邊形單元，但在實際的設(shè)計工作中由于尾礦庫初期壩與堆積壩整體建模，尺寸較大，劃分為四邊形單元拼接工作量較大，因此本文認(rèn)為根據(jù)軟件自動網(wǎng)格劃分（三角形單元）在尾礦庫設(shè)計中是合適的。

3）邊界條件的確定

在確定邊界條件時軟件可直接輸入水面線的高程Y 坐標(biāo)，根據(jù)標(biāo)高繪制邊界線。有限元的邊界條件實際上是賦予每個邊界上的單元節(jié)點的，邊界線為一條折現(xiàn)（PL線）凡是與此線重合的單元節(jié)點程序均認(rèn)為受此邊界條件的作用，否則認(rèn)為不受作用，因此邊界線應(yīng)沿求解區(qū)域的單元邊界繪制，防止區(qū)域邊界轉(zhuǎn)折的地方出現(xiàn)漏點。

3 模型計算

1）計算參數(shù)

根據(jù)企業(yè)目前實測資料，現(xiàn)有尾礦庫沉積灘平均坡度為1%，設(shè)計沉積灘坡度按1%設(shè)計，澄清距離計算長度為213m。土層（部分）及筑壩材料相關(guān)參數(shù)采用地質(zhì)勘查報告中參數(shù)，主要物理學(xué)參數(shù)見表1，各層滲透系數(shù)見表2。

表1 土層及筑壩材料物理學(xué)參數(shù)表

表2 各土層滲透系數(shù)表

2）計算結(jié)果

根據(jù)AutoBank7.07 程序進(jìn)行滲流計算，結(jié)果如下：

（1）尾礦庫壩頂標(biāo)高為633m。

（2）正常水位（630m）滲流計算結(jié)果見圖1。

圖1 正常水位工況下浸潤線計算結(jié)果

（3）正常最高洪水位（630.5m）滲流計算結(jié)果見圖2。

圖2 正常最高洪水位工況下浸潤線計算結(jié)果

（4）臨界最高洪水位（631.2m）滲流計算結(jié)果見圖3。

圖3 臨界最高洪水位工況下浸潤線計算結(jié)果

4 結(jié)論

由分析結(jié)果可知，浸潤線不會在壩坡逸出，根據(jù)計算尾礦庫滲流量為5×10-6m3，滲流量較小，浸潤線不出逸至壩體外坡，壩體滲流是安全穩(wěn)定的。

目前土屋銅礦尾礦庫已竣工投產(chǎn)使用，尾礦庫擴(kuò)建工程目前運行良好。通過實際運用可以看出AutoBank 軟件在尾礦庫設(shè)計中滲流分析部分具有建模準(zhǔn)確，可視化強(qiáng)、使?jié)B流分析更直觀化的優(yōu)點。