尾矿坝稳定性监测及预警措施研究

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1、尾矿坝稳定性监测及预警措施研究【摘要】从尾矿坝安全稳定出发，并针对其给下游人民的生活带来的威胁，通过对尾矿坝的浸润线、位移、干滩面长度、等物理量得监测并采取有效的预警措施，达到安全监测、安全预警的目的。【关键词】浸润线；位移；干滩面；安全监测；安全预警1.前言尾矿坝是用于存放金属或非金属矿山选矿后排出尾矿的场所，是一种高势能人造泥石流源。一旦发生事故将会引起滑坡泥石流等重大灾害，对库区下游人民的生命和财产安全造成巨大损失，对库区周围的环境造成严重污染。同时尾矿坝事故造成的危害又是世界各种事故灾害中最严重的危害之一，它在世界93种事故、公害中排名14位，

2、非常靠前。经初步统计，我国现有尾矿库1万多座，危库、险库、病库占39%，所占比例非常高。当然，尾矿坝致使重大人员伤亡和巨大财产损失的事故屡见不鲜。因此加大尾矿坝的安全监测、安全预警势在必行，特别是易发生病灾的部位应加大监测和管理力度。2.尾矿坝的灾害及监测尾矿坝初期堆坝选址方面一般是选择上游式、山谷型坝为主，一般来讲，施工简单且稳定性较好。但是一旦发生事故对下游居民威胁较大，往往尾矿坝又会伴随泥石流、滑坡等，逃生时间较短，产生灾害巨大。但尾矿坝发生最后破坏前有一些明显的前期表现，也就是所谓的病灾。及时对坝体病害进行监测，为坝体施工、稳定性分析、加固措施

3、等提供依据及数据资料。坝体的主要灾害有：（1）坝体的失稳施工不当或安全性较低，但主要是在外界不稳定因素刺激下使得整个坝体滑动，库内泥石冲向下游。（2）初期坝漏矿施工不当或排水不够好，应该注意马上采取措施。（3)雨水或矿浆回流造成坝面溃决主要是坝体内浸润线升高，使得坝体稳定性降低。（4）库内滑坡喀斯特等坝址问题地基不能抵抗尾矿库的对坝体的作用力，使地基剪切破坏，坝体整体开始向外移动。（5）坝坡、坝基、坝局部等渗水、管涌、流沙、坝体沼泽化可能是排水系统不顺畅或施工不合理等引起的。（6）排洪系统的构筑物破坏随着坝体的加高，使用年代久远排水系统排水效果变差。（

4、7）洪水浸坝等原因的溃坝降雨的突然增加，库内水位上升，对坝的作用增大，同时浸润线升高，雨水对坝体的土体湿润作用土体摩擦力降低。（8）地震引起的液化、裂缝、位移等对坝体的稳定性影响不可小视，应注意抗震设防。针对以上的病害，以前通常是采用人工观测的方法进行观察，该方法可以测量坝体的位移、库内水位、浸润线等。但是对人力要求较多，特殊情况下很难对坝体监测。现在监测比较先进的是在线监测、视频监测。3.尾矿坝的监测及预警由于尾矿坝存在的灾害复杂，目前对尾矿坝进行安全监测主要是通过以下监测实现：位移监测、应力应变监测、库内水位监测、浸润线监测、干滩长度监测、环境量监

5、测等。图1尾矿坝监测系统图3.1位移监测。监测坝体位移主要是坝体的水平位移和竖直位移。水平位移的监测主要是采用经纬仪、全站仪测量，并在坝体上设置观测点在两侧选择两个基点，不过对监控点及基点的位置选择要恰当，尤其是基点应该设在基岩上用钢筋混凝土构筑。同时可以运用gps监测，在（图1）观测点上安装发射信息装置，在办公地方装有信息接受并配合信息分析系统，起到时时对坝体水平位移、竖直位移监测的作用。3.2应力应变监测。在坝体内埋设应力应变器，主要是对坝体的土压力的情况及水压力的情况进行测量，同时还对内部土体的蠕动进行监测。在坝体内埋设测斜管在测斜管内安装及应力

6、应变器测斜装置，对坝体内部的应力应变监测同时也可以监测坝体的浸润线进行实测。3.3库内水位监测。采用水位计对库内水位进行监测，如图1所示：把水位计与测量装置连接分析库内水位的情况。3.4浸润线监测。在坝体内不同的位置埋设渗压传感器并与分析仪器相连，本方法采用的是在线监测。3.5干滩长度监测。这个可以换算出来，测量坝体标高，库内水位标高，及干滩坡度进行求解得出干滩面的长度。3.6环境量监测。影响坝体较大的环境因素是降雨量，因此可以在在坝体上装上雨量计。可以对降雨量的情况有很好的实地监测效果。由以上的监测可以对坝体各项指标进行接收并分析，当有数值累积值或短

7、时间内的速率超过给定的值时，主机发出预警信号。4.工程实例4.1工程概况。某尾矿坝采用的是上游式筑坝、山谷型筑库，离下游的公路、村庄较近。设计总标高94m，总库容3590m3，属于中型库。目前总坝高为78m，已经堆至第十六期子坝，标高334m。根据公司的发展规划以及该坝目前稳定性分析和继续加高至345m的需要。按照《选矿厂尾矿设施设计规范》要求应该是iii级坝，根据《尾矿库安全监测技术规范》、《土石坝安全监测技术规范》的要求，iv级及iv级以上的尾矿坝必须进行监测。4.2尾矿坝的监测。图2尾矿坝体上各个监站的平面图4.2.1浸润线观测系统设置。浸润线

8、观测系统主要用来观测浸润线的位置，了解浸润线的变化规律，为渗流分析提供依据。本次监测设置了7个