摘要：为提升有色金属尾矿库综合利用效果，本文以实际工程案例为研究对象，分析岩土工程尾矿库存在的问题，并提出针对性的解决对策。在岩土工程勘察的过程中，勘察单位要根据项目实际情况，立足于尾矿库实际情况，加强对工程地质、水文地质、坝体稳定性勘察等工作，根据岩土工程中发现的问题，采取针对性的应对措施，降低不良因素可能对有色金属尾矿库造成的影响。
关键词：岩土工程,有色金属尾矿库,综合利用,应用
尾矿是选矿作业中产生的有用组分含量低，难以用于生产实践中的组分，在工业固体废物中属于重要组成部分。我国年度有色金属开采量较大，每年产生的尾矿数量较大，其是制约矿业绿色化发展和可持续发展的主要因素，不仅会破坏环境，还会造成一定安全隐患。有色金属尾矿库综合利用过程中，岩土工程占据着重要地位，有利于有色金属尾矿库综合利用效率，在尾矿资源化利用和环境整治的基础上，保障有色金属尾矿库综合利用的安全性。
1工程概况
丰宁泰博矿业有限公司大柳条沟尾矿库位于丰宁满族自治县南关乡石灰窑村大柳条沟内，属于山谷型尾矿库。该项目于2005年由承德天圆环境工程设计有限责任公司设计，设计初期尾矿坝为浆砌石坝，坝体标高562m，坝顶标高565m，尾矿堆积坝最终堆积高度595m，尾矿堆积高度30m，总坝高33m，总库容47.89万m3，设计尾矿库为四等。根据《尾矿库安全规程》（GB39496-2020）的规定，采用尾矿堆坝的尾矿库需要在运行期间对尾矿坝进行全面安全复核，验证最终坝体的稳定性和确定后期处理措施。受丰宁泰博矿业有限公司委托，现对大柳条沟尾矿库坝体稳定性进行勘察分析。
2岩土工程在有色金属尾矿库综合利用中的应用
2.1勘察方法
（1）全面收集工程地质资料，进行分析论证。
（2）通常现场踏勘和已有资料，编制勘察计划，根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）、《尾矿堆积坝岩土工程技术标准》（GB/T50547-2022）、《有色金属工业岩土工程勘察规范》（GB51099-2015）等布置勘探点。
（3）综合采用钻探、原位测试、取土试样和室内试验等方法进行综合勘察。
（4）根据丰宁满族自治县安信测绘有限公司提供的尾矿库，根据相关规范进行施工，在钻探的同时按相关标准取样，开展原位测试工作。
（5）按照《土工试验方法标准》（GB50218-2014）对钻探过程中取得的样本开展室内土工试验，获取相关物理力学指标。
（6）结合钻探和试验得出的结构，进行尾矿库坝体渗流专项分析计算；进行坝体矿滑稳定性分析和专项计算。
（7）对尾矿库整体稳定性进行评价。
2.2勘察流程
在岩土工程中，勘察单位要在了解尾矿库地理位置、地形地貌、气象条件、地质构造与区域地壳稳定性、尾矿库等级与构筑物级别、尾矿库设计及运行现状的基础上，重点调查尾矿库的工程地质与水文地质条件，进行调洪演算和坝体稳定性分析。
2.2.1工程地质与水文地质条件
（1）地层岩性。岩土工程勘察结果显示，尾矿库库区内地层岩性分为初期坝、压坝体、堆积坝和天然地层四个部分。原初期坝为浆砌石筑，后采用毛石混凝土进行加固，坝基清基至中风化基岩。压坝体采用碎石和2500g/m2土工布反滤层压坝，表层采用500mm后干砌石护坡。堆积坝因尾矿沉积分选性较低，因此砂性尾矿中存在大量黏性尾矿夹层，且在同一平面上不连续，呈透镜体状，但有一定分布规律，垂直层序上存在上粗下细的规律，水平层序上因堆积子坝向库区内由粗变细。天然地层在尾矿库库区两侧山顶基岩大部分出露，沟谷下游覆盖第四系洪坡积角砾层。根据钻探和土工试验结果，库区各岩土层分为八个主层，包括碎石、尾中砂、尾细砂、尾粉砂、尾粉土、尾黏土、角砾、花岗岩。
（2）岩土物理力学性质。采用室内土工试验和原位测试的方法，评价地基土物理力学性质，各测试数据按工程地质分层进行数理统计，统计前将个别异常数据剔除。原位测试采用标准贯入试验，按工程地质分层开展统计工作。随试验点深度增加，标贯值呈现上升趋势，在遇到地下水和尾粉质黏土层时标贯值相对下降。试验法尾矿砂在沉积时随时间增加和上部负载的增长，尾矿砂固结程度提升，标贯值上升。
（3）水文地质。大柳条沟尾矿库位于一条长度约1.4km的沟谷内，沟口筑坝，库区底地层主要为强风化花岗岩，库区属于一个独立的水文地质单元，库区以上汇水面积约0.41km2，水文地质条件比较简单。勘察区域内无泉水出露，沟谷内无地表水流，其地表水和地下水补给来源为两类，一是尾矿水，二是季节性大气降水。地下水沿沟谷方向向下游流动，勘察时在尾矿坝不同位置取原状土样开展室内渗透试验；在尾矿库沉积滩区不同位置开展单环注水试验。水文地质勘察中，考虑到大柳条沟尾矿库停产时间较长，勘察深度范围内未见稳定地下水。根据勘察结果，该尾矿库初期坝为浆砌石坝，采用毛石混凝土加固，属于极微透水层，坝基为中风化花岗岩，属于微透水层。
（4）不良地质条件。库区无区域性深大断裂带通过，库区两岸山体宽厚，无滑坡、泥石流等不良地质灾害。库岸受风化和人工开挖卸荷作用影响，局部存在小规模崩塌病害，但只存在表面松散体，影响偏小，基本不会影响尾矿库的综合利用。
（5）地震效应评价。结合《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）对区域的地震效益展开评价。根据工程地质资料，本区域的抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05s，所属设计地质分组为第三组，设计特征周期为0.45s，尾矿库库区可以不经液化判别和处理。
2.2.2调洪演算
因尾矿库停产的时间较长，库区目前无水，根据初步设计方案，630m正常生产时设计最小干滩长度为300m，此次计算以干滩长度300m时的水位作为基础开展调洪演算工作，主要内容如下。
（1）洪水计算。结合《承德水文图集》（1989年3月）中推进的公式和参数开展洪水计算工作。勘察人员可结合各项公式以及项目实际，确定相应的计算参数，根据甲方提供的地形图和相关规范，得出洪水计算结果。
（2）泄洪计算。根据相关资料，该尾矿库采用的排洪系统为“井—洞”型，系统由排水井、排水管、消力池等组成，排水隧洞断面为城门洞型，侧墙高1.5m，B为1.6m，顶部半圆拱内半径为0.8m，排水井位3m的钢筋混凝土框架-窗口式排水井。在库内水位上升后，排水隧洞的泄流量根据受控情况的不同，其流态会随之变化，因此流量系数与计算水头要根据实际情况来确定。
2.2.3坝体稳定性分析
根据前期收集的工程地质资料以及钻探、土工试验等勘察结果，在明确尾矿库各岩土层物理力学性能的基础上，开展坝体渗流分析、坝体抗滑稳定性分析等工作。考虑到项目存在正常运行、特殊运行和洪水运行三种工况，根据库区地形以及综合利用情况，选择主剖面2-2′为分析剖面，按不同荷载工况，利用AutoBank7.7水工设计软件进行不同工况下的渗流分析，采silde边坡分析软件进行尾矿坝稳定性分析。
（1）参数选定。本文选择尾矿库主剖面2-2′进行计算，在该剖面的基础上建立渗流分析和坝体矿化稳定性分析模型，基于标准贯入试验、土工试验，参照《尾矿设施设计规范》（GB50863-2013）中的相关物理力学指标，确定各岩土层物理力学指标建议值。
（2）计算工况与荷载组合。①尾矿坝渗流分析。勘察时，尾矿库由于停产时间较长，库区无水，无法形成稳定渗流，因此本项目部进行现状尾矿库渗流稳定性分析。结合初步设计方案以及尾矿库现状图，以水位625.30m和干滩300m作为正常工况进行尾矿库渗流分析；将水位625.99m和干滩176.8m的洪水运行工况作为基础进行尾矿库渗流稳定性分析。采用AutoBank7.7水工设计软件，分别分析不同工况下的尾矿坝体渗流浸润线、渗流等压线、渗流等势线、渗流流速等值线、渗流流速矢量分析、渗流水力坡降等。②坝体抗滑稳定性分析。根据相关标准进行坝体矿化稳定性分析，涉及现状（无水）工况、正常运行工况、正常运行工况下地震荷载特殊工况、洪水运行工况四种。采用总应力法，在考虑坝体自重的基础上计算不同工况下的坝坡抗滑稳定安全系数。
2.3岩土工程勘察结果
在对大柳条沟尾矿库现状坝体进行岩土工程勘察的过程中，基于不同工况对坝体进行渗流分析和抗滑稳定性分析，结合尾矿库破坏特征，总结出以下结论。
岩土工程中库区未见开裂、渗漏等现象，现状尾矿库排洪系统运行正常，排洪设施的尺寸符合增高扩容设计的要求，无淤堵、损毁、变形、位移等情况。岩土工程中，尾矿库浸润线监测系统、坝体位移观测点、坝面排水明沟、排渗系统设施齐全，勘察时尾矿库处于未生产状态，库区内无尾矿水，沉积滩坡度为1.02%。尾矿库浸润线总体形态为，在堆积坝中上游呈缓坡倾斜，在堆积坝下部呈近水平形态，浸润线埋深9m～35m，符合相关规范。浸润线在块石压迫反滤处逸出，主要是初期为毛石混凝土坝，属于极微透水层，阻挡了地下水的径流通道，因此该处设置5眼虹吸井，可降低该处浸润线，避免浸润线从坝面逸出。根据不同工况下的坝体抗滑稳定性分析，该尾矿库现状坝坡抗滑稳定性的安全系数符合相关规范要求。
3岩土工程在有色金属尾矿库综合利用中存在的挑战和对策
在大柳条沟尾矿库岩土工程勘察中，由勘察单位总结岩土工程勘察中存在的问题，明确岩土工程在有色金属尾矿库综合利用中面临的挑战，并制定针对性的解决对策，主要挑战如下。
3.1安全管理难度较大
岩土工程勘察中，大柳条沟尾矿库所在区域的地质环境非常复杂，勘察过程中存在的安全隐患较多，勘察人员的生命安全得不到保障。尾矿库规模较大，勘察作业内容众多，安全管理的难度过大。尾矿库坝面和库下游建筑和活动人口较多，对岩土工程勘察的安全管理要求较高。
岩土工程勘察中，勘察单位必须制定完善的安全管理制度，根据尾矿库综合利用需求和库区实际情况，制定精细化的安全管理方案，保障作业人员和下游建筑、活动人口的安全性。此外，考虑到洪水等会对尾矿库造成影响，因此在岩土工程中，勘察单位要定期对坝面排水明沟、坝肩截洪沟等进行疏通和清理，确保尾矿库防洪系统的畅通性。在后期工作中，根据设计要求筑坝，确保坝坡外坡比符合设计要求，严格控制好尾矿库沉积滩的坡度，确保滩长和安全超高符合设计要求。
勘察单位要定期对坝体位移观测点以及浸润线观测孔进行监测，在库内设置水位观测标志，准确标注正常运行水位和度汛警戒水位。在岩土工程中，勘察单位要严禁将尾矿库用作蓄水，尽量保证尾矿库的安全性，避免引发地质灾害，在发现隐患和问题后要及时委派人员处理。
3.2仪器设备管理难度大
有色金属尾矿库综合利用项目中，岩土工程勘察需要采用各类仪器设备，仪器设备的质量、性能和影响勘察结果的主要因素。本项目中采用的仪器设备较多，仪器设备管理难度较大，每次开展勘察作业或室内外试验工作前，都要运用专业方法技术对仪器设备进行调整；按照仪器设备的出厂说明做好维保工作。由于岩土工程中采用的仪器设备众多，部分仪器设备的管理可能存在纰漏，影响了岩土工程勘察的效果。
因此，勘察单位要建立仪器设备的相关台账，并做好以下工作：①加强与供应商的合作与交流，积极引入仪器设备的售后服务，凭借供应商的专业技术优势，做好仪器设备的检查、试运行、调试等工作，从源头上避免仪器设备存在的质量隐患，保证仪器设备的使用精度。②根据岩土工程勘察结果，编制详细的仪器设备使用计划，按照相关依据做好仪器设备的分类保存工作，避免外部因素对仪器设备造成的影响，降低仪器设备的故障发生率。③编制仪器设备维保计划，明确检查、维护、保养周期，对使用频率较高的仪器设备，适当缩短维保周期，通过严格维护和保养，提升仪器设备在岩土工程中的使用精度，充分发挥出各项仪器设备的使用价值。
3.3技术创新力不足
有色金属尾矿库综合利用项目中，岩土工程中采用的技术手段的先进性，直接会影响岩土工程勘察的结果。该项目采用的部分技术不够先进，存在一定的勘察漏洞。
勘察单位要根据有色金属尾矿库综合利用以及岩土工程勘察的需求，加大市场调查力度，及时引进先进技术手段，除采用钻探、原位测试、室内试验等技术方法外，还会采用高精度地质雷达、三维地震勘探仪、GIS、GPS等先进技术手段，在前沿技术的支持下提升岩土工程勘察水平。
4结语
综上所述，岩土工程在有色金属尾矿库综合利用中具有重要利用价值，其勘察结果能为尾矿库综合利用提供有力依据。在对大柳条沟尾矿库进行岩土工程勘察时，本文明确了该项目中实施岩土工程勘察的主要方法和大体流程，简单总结了其中存在的问题。本文认为在尾矿库岩土工程勘察中，勘察单位要做好安全管理、仪器设备管理和技术创新等工作，在引进先进技术和规范化管理仪器设备的基础上，提高岩土工程全过程的安全性，保证岩土工程勘察作业的顺利开展，为有色金属尾矿库的综合利用创造良好条件。
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