现代矿业MODERN MINING
总第625期2021年5月第5期
Serial No.625
May.2021
李峥祥于忠锋
(长沙有冶金设计研究院有限公司)
摘要为了研究某高尾矿坝在地震作用下是否会发生滑动破坏及对某尾矿库安全性度作 出评价，以河南西部山区某二等尾矿库为研究对象，采用Geo-studio软件进行有限元数值分析，研究了该高尾矿库在地震作用下的反应加速度、反应位移、液化情况、安全系数和动力稳定性的规律。计算结果表明：在现运行条件地震工况下，该高尾矿坝满足最小安全系数规定，且不会出现瞬时失稳滑动，符合《尾矿设施设计规范》坝体稳定性要求，并对尾矿库安全运行提出了合理建议。
关键词高尾矿坝动力分析数值模拟地震作用动力稳定性
D0I：10.3969/j.issn.1674-6082.2021.05.069
尾矿库是用以贮存金属、非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿的场所。尾矿坝是指拦挡尾矿和水的外围构筑物，通常指初期坝和尾矿堆积坝的总体［1］。尾矿库是重大危险源，存在坝体失稳破坏的可能，这将会威胁周围居民及设施安全，带来诸多环境和灾害问题［2］o尾矿库在地震作用下，砂土、粉土等的液化导致抗剪强度降低，更容易发生溃坝。国内外专家进行了广泛研究，如Newmark［3］、Seed⑷、Finn、美国国家研究委员会NRC、谢定义［5］、Ishihara〔6］，这些研究为地震作用下坝体动力稳定性提供了理论基础。本文采用加拿大岩土软件公司的Geo-studio软件进行动力稳定性分析，对现行尾矿库安全性做出评价，以期为其他尾矿库安全设计提供参考。
1尾矿库基本情况及数值模拟计算
1.1尾矿库基本情况介绍
某高尾矿库位于河南西部山区，属于山谷型尾矿库，初期坝为碾压堆石坝，设计坝顶标高1270m，坝高60m，坝顶宽4m，上下游坝坡坡比均为1：2.0，坝轴线长约160m；后期采用尾砂上游法筑坝，标高1270~1370m尾砂平均堆积边坡为1：4；标高1370 m至最终堆积标高1470m尾砂平均堆积边坡为1：
5，总堆积高200m，尾矿库总坝高260m，总库容约4270x104m3，有效库容约3850x104m3，为二等库。根据《尾矿设施设计规范》(GB50863—2013)要求对尾矿坝抗滑进行专门的动力抗震计算。
1.2尾矿坝有限元模型建立
坝体抗滑稳定计算采用Geo-Studio软件进行分
李峥祥(1991—)，男，工程师，硕士,410007湖南省长沙市雨花区木莲东路299号。析，计算采用该软件中的Slope模块。根据工勘资料，选取位于尾矿库主沟底的铅直剖面为计算剖面，浸
润线情况采用工勘实测资料，取底面高程为+1181叫顶部高程为+1351叫水平距离为810m，建立计算有限元模型，有限元网格共有5956个节点，6868个单元，具体有限元网格剖分见图1o
尾粉细砂-3
图1坝体动力分析有限元模型
1.3计算参数的选取
根据工勘资料给出了尾矿库各土层物理力学参数的建议值。其中尾粉质黏土的内摩擦角建议值为22°，
高于规范上的建议值16°，说明该尾粉质黏土固结情况较好，其物理力学参数在固结过程中有所提高，参考相关工程经验偏安全考虑，本次尾矿库坝体稳定计算时尾粉质黏土内摩擦角按20。考虑，动力计算时初期坝及尾砂的物理力学指标见表1o
1.4地震加速度的输入
该库区所处地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第1组。根据《构筑物抗震设计规范》(GB50191—2012),6度地震区的2级尾矿库在坝体稳定计算时可只考虑水平向地震作用。在进行本次坝体动力计算时，采用与该场地条件相近的一条水平向地震波，地震波时间间隔均为0.02s，其地震波持续时间为16s，并将地震加速度时程的峰值调整为场地基本加速度值0.05g.
2402010冷笑话
总 第 625 期
HOUSE OF SAND AND FOG现代矿业
2021 年 5 月 第 5 期
过氧化氢溶液
表1尾矿库各土层物理力学参数材料泊松 比
容重
/(kN/m 3)内摩擦角/ （°）
黏聚力
/kPa
碎石土（初期坝）
0.2522.0
380尾中砂-10.28
17.0244尾中砂-2
0.27
19.1
29
5
尾粉细砂-10.32
1&0
226尾粉细砂-20.31
19.6
25
6尾粉细砂-30.32
20.0276尾粉土0.37
20.52311
尾粉质黏土0.4020.0
20
10
基岩
0.22
24.836
8
再作为输入地震波曲线。计算采用的地震波形见图门事件
小或完全丧失抗剪强度，土体像液体一样流动或喷
出地面，形成液化［7］o 经过计算，尾矿坝在峰值加速
度为0.05 g 的水平地震波作用下不会发生液化，循环 应力比分布见图 5。根据坝体循环应力比分布图可
知，在初期坝下游浸润线逸出处周围及堆积坝库尾 沉积滩处是易液化区。在尾矿库运行中，应注意降 低初期坝下游浸润线以提高坝体稳定。上游库尾容
易液化区范围较小且距离坝体较远，对坝体稳定影
响较小。
图5尾矿库循环应力比分布
0.06
M X W W
眉车
.O4.O2O
60.-0.02-0.04
醚基汽油—0.06 ------1-----1-----1-------1-------1---------1------1-----1
0 2 4 6 8 10 12 14 16
时间/s
图2地震波加速度时程曲线
2动力分析计算结果及分析2. 1反应加速度轻松论坛
坝体不同时刻同一位置加速度反应不同，坝体 不同位置同一时刻地震加速度反应亦不同。选取地
质加速度最大时刻7.86 s，加速度比较大的位置集中 在初期坝上游坝坡和堆积坝坝顶正下方库底尾粉土
层；最大加速度值为0.084 g ，位于初期坝上游坝坡面
中部，坝体各点加速度响应分布见图3o
2. 4安全稳定性分析
在持续一定时间的地震波作用下，地震惯性力 的方向和幅值都随时间不断发生改变，坝坡的瞬
时安全系数和临界破坏面的位置与形状都随时间
不断变化。为了较为准确地模拟地震作用下坝坡 稳定的时间效应，就需要对坝体进行时间域上的 动力有限元分析［8］。图6给出了尾矿坝坝坡抗滑
稳定最小安全系数随时间变化的时程曲线。由图
6可见，时间0 s 时，安全系数为1.719，之后安全系
数一直维持在1.430 ~ 1.438，均大于《尾矿设施设
计规范》地震工况下最小安全系数1.15。安全系数 最小值出现在16 s，地震各历时安全系数均大于
1.0，地震过程中不会发生瞬时失稳滑动，该尾矿库
图3尾矿坝加速度分布云
2.2位移变化
地震作用下从堆积坝坝坡顶部向堆积坝坝下游 和库尾方向水平向位移逐渐减小。坝体水平向位移
随土层埋深增加逐渐减小，最大水平向位移为
0.006 6 mo 坝体水平向位移分布见云图4。
图6安全系数时程曲线
图4坝体水平向位移分布（单位：m ）
2.3液化分析
砂土或粉土受地震力作用，土体积缩小、孔隙压 力剧增，从而使有效应力减小。土抗剪强度迅速减
3结语
（1） 河南西部山区某二等尾矿库尾矿坝加速度
比较大的位置集中在初期坝上游坝坡和堆积坝坝顶 正下方库底尾粉土层。
（2） 坝体水平向位移从堆积坝坝坡顶部呈放射
状逐渐减小，最大水平向位移为 0.006 6 m 。
（3） 在峰值加速度为0.05 g 的水平地震波作用下
不会发生液化，坝下游浸润线逸出处周围及堆积坝库
尾沉积滩处是易液化区。在尾矿库运行中应注意降低 初期坝下游浸润线以提高坝体稳定。（下转第244页）
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徐文博：1254台车施工切割井炮孔一次成井爆破在七角井铁矿的应用2021年5月第5期
图3掏心首响炮孔布置
3.2.4切割井炮孔设计及起爆顺序
根据上述设计以及现场围岩较硬的实际情况，切割井设计施工31个076mm孔(包括6个0102mm 扩孔)，6个©76mm扩井孔，其中切割井采用1~6段半秒起爆管顺序起爆，扩井孔采用7~8段半秒起爆管顺序起爆，第一次爆破切割井高度为6m，具体炮孔设计施工布置如图4所示°
由于地质条件复杂，采用1254型台车施工孔深超过20m的切割井炮孔[6]，上部炮孔易产生较大偏斜，
主要发生在切割井15m以上的部位，炮孔的偏斜将影响正常起爆的组织，补偿空间达不到预期效果，存在拒爆现象，后续处理比较麻烦。
对于盲切割井爆破施工，只能由下向上顺序爆破，除第一次在巷道内装药爆破6m外，剩余2~3次爆破均在切割井内搭设平台完成装药，施工组织繁杂且高处作业存在安全隐患°
为确保1254型台车正常施工切割井炮孔，对已施工切割巷断面规格达不到4m x4m或顶板不平整区域，需组织进行适当的扩刷处理，以保证巷道顶部平整且操作视线良好，便于1254型台车施工炮孔，而此项扩刷工作增加了后续的劳动生产。
5小结
采用机械化施工切割井炮孔、一次成井爆破技术掘进切割井，作为矿山安全、高效回采矿石，连接多项回采工艺的一项程序，具有举足轻重的意义。三级矿量的平衡稳定，对矿山的生产组织至关重要。通过对肃北七角井铁矿采用1254型台车施工切割井炮孔，以及一次成井爆破试验的成功应用，证明相应的天，溜井施工工艺可以在同类型矿山中进一步推广，也证实了通过不断的现场实践和总结经验，择优回采工艺是矿山企业今后发展必不可少的途径。
参考文献
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(收稿日期2020-01-22)
(上接第241页)
(4)地震作用下不同历时安全系数一直维持在1.430~1.438，最小值出现在16s，地震各历时安全系
数均大于1.0，地震过程中不会发生瞬时失稳滑动，故此尾矿库属于正常尾矿库。
参考文献
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[8]张玉坤.某尾矿库在地震作用下的坝体动力稳定性研究[D].石
家庄：石家庄铁道大学，2017.
(收稿日期2021-01-11)
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