爆破对尾矿坝的安全影响及其治理措施
李 吉 利
（陕西大西沟矿业有限公司）
摘要：定向爆破筑坝的最大单响药量是60.18 t，距爆区中心约500m处是矿方“严重带病运行”的尾矿坝。爆前，经过对坝体可能发生溃坝的原因、条件进行了分析。对症施治，采取了截源、强排、坝脚施重等一系列措施，严防了溃坝的发生。同时采取了工程监测，获得了宝贵的工程技术资料和数据，为同类工程提供了借鉴作用。
关键词：爆破震动；液化；溃坝；监测
The safety influence and management practice of tailingsfilldam blasting
Li Jili
(Da Xigou mining industry, Shaanxi)
Abstract: The largest quantity of once blasting of directional blasting is 60.18t, and the tailingsfilldam is 500m from the blasting center. The reasons and factors that would cause dam break were studied before blasting operation, and certain measures such as resources block, forced drainage and dam foot weight increment were adopted to prevent the dam break from happening. At the same time, the monitoring technology was carried out to get valuable engineering information and data, which would be taken as reference to the same projects.
Keywords: concussion of blasting; liquefaction; dam break; monitoring
1、引言
2006年5月10日上午11时整，在陕西省柞水县小岭镇木梓沟内，一声巨响，山摇地动，瞬间形成了一道高约50m，长约230m顶宽30m，底宽230m的堆石坝。本次定向爆破的成功，不仅仅满足了尾矿坝筑坝工程的需要，而且还在爆破参数、震动效应、尤其是爆破震动对近距离尾矿坝的安全影响及治理措施等方面获得了宝贵的工程技术资料和数据，在同类工程中具有借鉴作用。
2、工程概况
木梓沟尾矿库定向爆破筑坝工程是陕西龙钢大西沟矿业有限公司建设90万t/a矿山的关键配套工程之一。经多方案技术经济及安全论证，决定采用投资省、周期短、见效快的定向爆破筑坝。爆破采用双岸低高程、单排多分层的条形药包和非电微差起爆。总爆破方量49.96万m3,总装药量455.28t，共布置11个条形药包，分10响，总延时550ms，最大单响药量60.18t。属B级硐室爆破，是我国爆破筑尾矿坝史上最大的一次爆破工程。
此次爆破，爆区环境比较复杂。爆区右岸山顶152m处有两座3.5kv输电线铁塔，线路从爆区南侧高空穿越。右岸南侧下方133m处的岩体中正在开挖断面为9.65m2的排洪硐。距爆区中心450～800m处有密集的工业与民用建筑。特别是在爆区沟中下游150～700m处有两座正在运行使用的尾矿库，并且距爆区最近的尾矿坝经专家鉴定是“严重带病运行”。
3、库坝现状
现运行尾矿库选址于木梓沟内200多米处，尾矿坝距爆区中心约500m。其子坝由细微尾砂前进式分层堆筑，已形成了9层子坝，高约22m。由于该坝先天不足，尾砂粒径细小，物理力学指标较差，沉降速度较慢及管理不当等原因，致使该坝“严重带病运行”，其主要现象如下：
——库内干坡较小。库内干坡距离很短，尾矿水直接浸泡子坝，下部4层子坝外坡面有2/3面积处于饱和或半饱和状态，浸润线高达7～8m，底层子坝坡面及子坝基面上大面积渗水，清晰可见的出水点及坍塌、冲沟、流坡和裂缝等现象随处可见。
——回水严重不畅。尾矿库现有6根放矿管昼夜不停地排放尾矿，而回水仅有一个约25cm×25cm的回水孔，排入量远远大于排出量。因此，回水严重不畅，库内水位较高，积水面积较大，致使坝体浸润线较高。
——局部形成“管涌”。子坝外坡面已出现渗漏点及泥浆式水潭，细颗粒尾砂被水携带流走形成通道，现场坝坡调查时，在第三层子坝上一位同志踩出了一个直径0.3m，深0.5m的空洞，说明坝体内“管涌”已经形成。
——坝肩无排水沟。子坝建在尾矿砂软基上，坝肩也无排水沟等设施，左坝肩有一山沟，2006年春天的大气降水全部渗流于坝基尾砂上，新形成了一道宽约4m、深约3m、长约20m的大冲沟。
4、溃坝分析
在诸多爆破安全隐患中，危害最大的就是影响坝体稳定性而发生溃坝事故。一旦发生事故，后果不堪设想。为确保安全万无一失，必须在爆破前对病坝进行治理，对爆破震动引起溃坝原因有足够的认识。
众所周知，在混凝土浇注过程中，用振动棒使砂浆振动而液化，以排出气体，减少砂眼，提高密实。同理，爆破震动也会使尾矿库和子坝中的饱和或半饱和砂浆产生液化，使筑坝尾砂料的物理力学指标降低，尤其是凝聚力C及内摩擦角φ值降低，当库内尾砂浆对坝施加的压力大于坝体所能承受的压力时，便会产生溃坝：
——子坝顶部溃塌。造成溃坝的原因是尾矿库里没有干滩，靠近子坝顶部积水多，使坝顶尾砂含水饱和。当爆破地震波由坝基传到坝顶时，由于坝顶较高，震动波具有放大效应，使坝顶震动强度大于坝基，使坝顶液化严重于坝基。当坝顶的C、φ值很低时，坝顶就会液化成砂浆而流淌，当坝顶流淌降低至库内积水液面时，积水从坝顶溢出，就会产生大面积溃坝，造成灾害。
——子坝腰部溃塌。造成溃坝的原因是尾矿库内干坡距离较短，积水较多，浸润线较高，子坝腰部的砂层含水饱和。当爆破地震波传至，会使饱和砂浆迅速液化，从而使其C、φ值降低，加之坝顶重力的施重，会使坝体腰部滑塌、鼓包。当随之产生的裂隙一旦与库内积水导通，使液化加剧，由局部滑塌、鼓包变为溃坝，造成灾害。
——子坝底部溃塌。造成这种溃坝的原因基本与腰部溃塌条件相同，而坝体上部的重力更大。当子坝底部的饱和砂层液化，C、φ值降低后，滑塌、鼓包所产生的裂隙会延伸更远，更容易与库内积水导通，一旦形成溃坝，砂浆方量会更大，造成的灾害也会更大。
综上所述，发生溃坝的条件都是干滩小、干坡距离短、积水量大、面积大，导致浸润线高，坝体含水量大，呈饱和或半饱和状态。在爆破震动波的干扰下，使坝体材料的C、φ值降低，产生滑坡或鼓包。随之产生的裂隙与积水导通，形成溃坝，造成灾害。
5、治理措施
综上所述，明确了溃坝各种形式、根本原因和溃坝过程后，便可对症施治。本次爆破采取了下列措施后，严防了溃坝事故的发生：
——减少入库量。大西沟铁矿在爆破前两天，选厂停产，停止向尾矿库内排放尾砂浆，从源头上堵截了库内积水和尾砂含水来源。
——加大排水量。现运行尾矿库的回水口是随积水液面上升而渐次堵住低水平的回水口，为了降低库内积水液面标高，把过去已堵上的两个回水口重新启开，使液面迅速回落。
——加大干滩面。在采取了截源强排的措施后，使坝前干滩面积加大，使干坡距离增加到了200m左右。使0.7m3的挖掘机可以直接开到干滩上挖筑最上一层的子坝。
——施重子坝脚。为防止子坝底部滑塌、鼓包，在子坝下部的5层子坝外坡上，用碎石镇压一底部厚15m、上部厚5m的钝三角形体，总方量约2.7万m3。为了使子坝浸润线降低，施重体底部填压厚2m的块石，以便坝底含水层的水能畅通导出。此外，还把子坝基面的大气降水和坝底透水冲沟全部用碎石填平，以防止整个坝基的震动液化和提高整个坝基的C、φ值。
——降低爆震强度。本次爆破采用微差起爆，共分10响，特别是最大单响药量的控制，由设计初始的92.25t降低到了60.18t.
6、工程监测
实践表明：1）在实验室做试验；2）工程实践。像硐室爆破和溃坝这样一些大型工程与自然灾害的数据是在实验室里无法获得的。为取得工程有关资料和数据，以供同类工程借鉴，本次爆破特意进行了坝体爆震监测和坝体位移观测。
6.1坝体爆震监测
本次爆破共布置了12个震动速度监测点，其中3个监测点布置在现运行尾矿坝上。布置位置坐标及爆破震动测试结果见表1、2。
表1 坝体布置坐标
|
测点 |
坐标／m |
标高／m |
部位 |
|
X |
Y |
|
7 |
7962.18 |
9062.65 |
851.68 |
坝顶部 |
|
8 |
7941.92 |
9064.92 |
845.08 |
坝腰部 |
|
9 |
7916.82 |
9080.32 |
834.34 |
坝脚部 |
