云南省礦山作業(yè)安全生產培訓：尾礦壩安全與穩(wěn)定性分析
一、礦山安全員崗位責任制：
1、對所擔負監(jiān)察區(qū)的安全工作負責。
2、認真執(zhí)行各項規(guī)章制度及安全法規(guī)，堅持原則、秉公辦事。
3、認真學習業(yè)務知識，依據法規(guī)、法則檢查現場作業(yè)的安全生產情況，發(fā)現問題及時提出整改意見及處理意見。
4、對工作中查出的不安全隱患，不能立即整改的必須及時匯報有關領導，并做好記錄。
根據《中華人民共和國安全生產法》第23條規(guī)定：危險物品的生產、經營、儲存單位以及礦山、金屬冶煉、建筑施工、道路運輸單位的安全生產管理人員，應當由主管的負有安全生產監(jiān)督管理職責的部門對其安全生產知識和管理能力培訓，考核合格后發(fā)給安全管理資格證書。如建筑施工安全員要參加住建系統(tǒng)安全監(jiān)督管理部門舉辦的培訓班取證；道路運輸單位安全員要參加交通運輸系統(tǒng)安監(jiān)部門組織的培訓取證；危險品、礦山及其他單位安全員取證由政府安監(jiān)局負責。
報考咨詢：18206863120（微信同號）
二、金屬非金屬礦山（地下礦山）安全員管理人員報考條件：
1、年滿18周歲，且不超過國家法定退休年齡；
2、經社區(qū)或者縣級以上醫(yī)療機構體檢健康合格，并無妨礙從事相應特種作業(yè)的器質性心臟病、癲癇病、美尼爾氏癥、眩暈癥、癔病、震顫麻痹癥、精神病、癡呆癥以及其他疾病和生理缺陷；
3、具有初中及以上文化程度；
4、具備必要的安全技術知識與技能；
5、相應特種作業(yè)規(guī)定的其他條件。
三、金屬非金屬礦山（地下礦山）安全員管理人員報名資料：
1、本人復印件（正反兩面）1份；
2、本人近期一寸白底照片1張；
3、初中或初中以上學歷證書復印件1份；
四、考試形式：
本人參考、單人單桌、只考理論機考，及格均分為80分
五、證書性質：
金屬非金屬礦山（小型露天采石場）安全員管理員證，發(fā)證機關：應急管理局（原來的安監(jiān)局）證書1年一審，3年一換。報名后由學校統(tǒng)一組織培訓，考試，并且取得理論成績合格后，由發(fā)證機關制證后方可取得。
尾礦壩安全與穩(wěn)定性分析
一、滲透破壞
尾礦壩和壩基在滲流作用下出現破壞稱為滲透破壞，如尾礦壩下游坡面出現隆起、細尾礦被水帶走、出現集中滲流通道等。滲透破壞是尾礦壩發(fā)生事故的重要原因之一。
（一）滲透破壞的類型
尾礦壩滲透破壞類型主要有流土、管涌、接觸流土和接觸沖刷4種。
1.流土
在滲流的作用下，尾礦壩體或壩基表面的顆粒群同時起動而流失的現象稱為流土。這種破壞形式在黏性土和無黏性土中均可能發(fā)生，只要水力坡降達到一定的大小，都有可能發(fā)生流土破壞。黏性土發(fā)生流土破壞的外觀表現是土體隆起、鼓脹、浮動、斷裂等；無黏性土發(fā)生流土破壞的外觀表現是泉眼、砂沸、土體翻滾最終被滲透托起等。對于尾礦壩，流土破壞常發(fā)生在壩體下游滲流逸出處無保護的情況下。當下游逸出處滲透坡降i值較大且大于臨界坡降i，時，就會在下游壩坡逸出處發(fā)生表面隆起、裂縫開展、尾礦涌出，甚至出現尾礦土塊被整體沖走的現象，這是比較典型的流土破壞。
2.管涌
在滲流的作用下，一定級配的無黏性土中的細顆粒通過大顆粒所形成的孔隙發(fā)生移動，最終在土中形成貫通的管道的現象稱為管涌。發(fā)生管涌破壞是一個隨時間逐步發(fā)展的過程。首先，在滲透水流作用下，較細的顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動流失隨后，土體的孔隙不斷擴大，滲流速度不斷增加，較粗顆粒也會相繼被水流帶走隨著上述沖刷過程的不斷發(fā)展，會在土體中形成貫穿的滲流通道，造成土體塌陷或其他類型的破壞。
3.接觸流土
滲流垂直于兩種不同介質的接觸面運動，并把一層土的顆粒帶人另一土層的現象稱為接觸流土。這種現象一般發(fā)生在顆粒粗細相差較大的兩種土層的接觸帶，如尾礦壩上游坡面反濾層的位置。
4.接觸沖刷
滲流沿著兩種不同介質的接觸面流動并帶走細顆粒的現象稱為接觸沖刷。
對于黏性土，只有流土、接觸沖刷或接觸流土3種破壞形式，不會產生管涌破壞；對于尾礦等無黏性土，則4種破壞形式均可能發(fā)生。
（二）滲透破壞類型的判別
土體的滲透破壞與土體的顆粒組成和滲透力有關。
1.流土可能性的判別
在滲流逸出處，無論是黏性土還是無黏性土，只要滿足滲透坡降大于臨界水力坡降，均會發(fā)生流土現象。進行流土發(fā)生的可能性判別時，首先需要采用流網或其他方法求出滲流逸出處的水力坡降和該處土體的臨界水力坡降i。，然后再按下列條件進行判別∶
i<ic土體處于穩(wěn)定狀態(tài)
i=ic土體處于臨界狀態(tài)，將發(fā)生流土破壞；
i>ic，土體會發(fā)生流土破壞。
2.管涌可能性的判別
是否會發(fā)生管涌首先取決于土的性質，一般黏性土不會發(fā)生管涌。對于無黏性土，土中粗顆粒所構成的孔隙必須大于細顆粒的直徑，才有可能讓細顆粒在其中發(fā)生移動，這是產生管涌的必要條件。對于不均勻系數小于10的較均勻的土，顆粒粗細相差不多，粗顆粒形成的孔隙直徑不比細顆粒大，因此，細顆粒不能在孔隙中移動，所以不會發(fā)生管涌。
對于不均勻系數大于10的不均勻的土，是否發(fā)生管涌主要取決于土的級配情況和細粒含量。對于缺乏中間粒徑的級配不連續(xù)的土，是否發(fā)生管涌主要取決于細粒含量。當細粒含量低于25%時，細粒料填不滿粗粒料形成的孔隙，滲透破壞基本上屬于管涌型；當細粒料含量大于35%時，細粒料足以填滿粗粒料形成的孔隙，粗細料形成整體，不屬于管涌型。細粒料含量為25%~35%時，屬于過渡型。對于級配連續(xù)的不均勻土，可由土的孔隙平均直徑和最細部分的顆粒粒徑的關系來確定。
（三）滲流控制要求和控制措施
1.滲流控制要求
尾礦壩必須滿足滲流控制要求。尾礦壩設計和現狀安全評價都應進行滲流計算，一級及二級尾礦壩還應根據地形條件做專門滲流模擬試驗。尾礦壩浸潤線的確定需要分析放礦、雨水和地震等因素對尾礦壩浸潤線的影響。
2.滲流控制措施
尾礦壩的滲流控制措施必須確保浸潤線低于控制浸潤線。降低浸潤線的措施應結合壩的級別、壩體穩(wěn)定計算和抗震構造等要求綜合分析確定，一般采取下列措施。
（1）尾礦庫建設階段，在尾礦堆積壩壩基范圍內設置排滲褥墊（碎石或土工排水網墊）、排滲管（或盲溝）及排滲井等型式的水平和垂直排滲系統(tǒng)。
（2）尾礦壩運行中，隨壩體升高適時設置排滲管或盲溝、席墊、垂直塑料排水板或排滲井等型式的排滲系統(tǒng)；當實測浸潤線高于控制浸潤線時，在壩坡或沉積灘上增設排滲管、輻射排滲井等排滲設施。
（3）降低庫內水位。
二、邊坡穩(wěn)定性分析
（一）分析方法
尾礦壩邊坡穩(wěn)定性分析的方法主要有極限平衡法和有限元法。極限平衡法應用較早，也是目前最常用的邊坡穩(wěn)定性分析方法有限元法是近幾年才發(fā)展起來的新方法。極限平衡法的步驟是先假定破壞沿壩體內某一確定的滑動面滑動，根據滑動土體的靜力平衡條件和莫爾庫侖準則可以計算沿該滑動面滑動的可能性，即安全系數的大小，然后系統(tǒng)地選取許多個可能的滑動面，用同樣的方法計算安全系數，安全系數最小的滑動面是最危險的滑動面。
1.瑞典條分法
早在1915年，瑞典人彼得森（PettersonKE）就用圓弧滑動法分析邊坡的穩(wěn)定性，這就是瑞典圓弧法。該方法將穩(wěn)定安全系數定義為抗滑力矩與滑動力矩的比值，受力分析如圖4-10所示。由于滑動面上各點的反力無法確定，對于摩擦角φ>0°的土，抗滑力矩無法計算得到。只有當q=0°時，各點反力的方向垂直于滑動面，通過圓心不產生抗滑力矩，因此只有黏聚力產生的力矩。
式（4-2）為整體圓弧滑動法計算邊坡穩(wěn)定性的公式，它只適用于φ=0°的情況，即適用于飽和軟黏土不排水的條件下。
為了求解摩擦角φ>0°的情況，引人了條分法的思想。將滑動土體豎直分成若干土條，把各土體當成鋼體，分別求作用于各土條上的力對圓心的滑動力矩和抗滑力矩，然后求土坡的穩(wěn)定安全系數，如圖4-11所示。
瑞典條分法是忽略了條間力的一種簡化方法，受力分析如圖4-11所示。它滿足滑動土體的整體力矩平衡條件但不滿足土條的靜力條件，這是區(qū)別于其他條分法的主要特點。這種方法是最簡單、最古老的一種方法，應用時間長，積累了豐富的工程經驗，一般得到的安全系數偏小，誤差偏于安全，是目前工程上常用的方法。
2.簡化畢肖甫法
畢肖甫（BishopAN）于1955年提出了一個考慮土條側面力的條分法，稱為畢肖甫法。畢肖甫法不僅考慮了土條塊的重力、滑動面上的切向力和法向力，還考慮了條塊的側面法向力和切向力，滿足條塊的靜力平衡條件和整體力矩平衡條件。
3.強度折減法
強度折減法將土的抗剪強度除以折減系數Fr，直接用于有限元計算。如果計算的邊坡正好失穩(wěn)破壞，所用的折減系數就等于邊坡穩(wěn)定安全系數。
式中，參數ψr和Cr，為折減后的強度指標，將其用于有限元計算的本構模型中，折減系數Fr從1.0逐漸增大，最后達到整體失穩(wěn)時的折減系數就等于安全系數，即Fr=Fs。
在強度折減法中，判斷邊坡破壞失穩(wěn)的依據主要有計算數值不收斂、塑性區(qū)發(fā)展貫通和特征部位位移突變等。
4.總應力法和有效應力法
在尾礦壩壩體中因滲流場的原因存在著孔隙水壓力，作用在滑動弧面AC上的孔隙水壓力垂直于作用面，即作用方向垂直于滑動弧面、指向圓心，如圖4-13所示。取土條i進行受力分析，將土條重力Wi分解成法向力Wicosfθi和切向力Wisinθi。Wisinθi是滑動力，對圓心產生滑動力矩Msi。Wicosθi是土條作用于滑動面上的法向力，如果將其減去孔隙水壓力uili剩余部分（Wicosθi-uili）在滑動面上對土條產生摩擦阻力Tfi=（Wicosθi-uili）tanψ'，摩擦阻力對圓心產生抗滑力矩MRi，這種分析方法稱為有效應力法。因為這時孔隙水壓力已被扣除，摩擦阻力完全由有效應力計算，抗剪強度指標采用有效強度指標ψ'。
另一種分析方法是計算摩擦阻力時不扣除孔隙水壓力，摩擦阻力直接用式Tfi=Wicosθitanψ計算，ψi是總應力指標，這就是總應力法�？倯Ψㄒ揽坎煌脑囼灧椒ǖ贸鲞m當的強度指標c、ψ值來代替土體中孔隙水壓力對強度的影響，這是總應力法的實質。用有限的試驗方法去模擬千變萬化的孔隙水壓力狀態(tài)，可能會產生較大的誤差，這是總應力法的缺點。而有效應力法概念清楚，結果可靠，如果孔隙水壓力能夠比較容易求出，首先選用有效應力法。如果孔隙水壓力難以準確計算，就采用總應力法。這兩種方法在尾礦壩穩(wěn)定計算中應用都比較多。正確使用有效應力或總應力法及選取合適的抗剪強度指標，是尾礦壩穩(wěn)定性分析的關鍵問題。
尾礦庫在正常使用過程中，尾礦壩堆壩上升速度一般比較慢，庫內水位變化較小，壩體中的超靜孔隙水壓力已基本消散，形成比較穩(wěn)定的滲流場，壩體內各點的孔隙水壓力均能曲流網確定，原則上采用有效應力法而不是總應力法。
如果尾礦壩堆壩上升速度比較快，下層壩體來不及排水固結，存在超靜孔隙水壓力，荷載增加，而有效應力和抗剪強度增加不多，容易造成壩體失穩(wěn)。這是影響尾礦壩穩(wěn)定非常不利的條件，所以堆壩上升速度是壩體穩(wěn)定的控制因素。對于這種情況，可采用總應力法和有效應力法�？倯Ψú挥糜嬎憧紫端畨毫ψ兓头植�，比較簡單。
（二）穩(wěn)定計算要求
尾礦庫初期壩與堆積壩的抗滑穩(wěn)定性根據壩體材料及壩基的物理力學性質經計算確定。計算方法采用簡化畢肖普法或瑞典圓弧法，地震荷載按擬靜力法計算�？尚行匝芯侩A段，新建尾礦壩可不進行壩體穩(wěn)定計算，擴建或加高的尾礦壩應進行壩體穩(wěn)定計算。初步設計階段應對壩體進行穩(wěn)定計算。一等及二等尾礦庫在尾礦壩堆至1/3~1/2最終設計總壩高，三等及三等以下的尾礦庫在尾礦壩堆至1/2~2/3最終設計總壩高時，應對壩體進行全面的工程地質和水文地質勘察對于尾礦性質特殊，投產后選礦規(guī)模或工藝流程發(fā)生重大改變，尾礦性質或放礦方式與初步設計相差較大的情況，可不受堆高的限制，根據需要進行全面勘察；根據勘察結果，由設計單位對尾礦壩做全面論證，以驗證最終壩體的穩(wěn)定性和確定后期的處理措施。
礦壩壩體材料及壩基土的抗剪強度指標類別，根據強度計算方法與土的類別按表4-10取得。
新建尾礦庫尾礦壩的穩(wěn)定計算斷面根據顆粒粗細程度和尾礦的固結度進行概化分區(qū)。各區(qū)尾礦的物理力學性質指標按類似尾礦壩的勘察資料或按《尾礦設施設計規(guī)范》（GB50863）確定。擴建、改建及中期論證的尾礦庫尾礦壩穩(wěn)定計算斷面，根據勘察資料進行概化分區(qū)。一級和二級尾礦壩的地震設計烈度按批準的場地地震安全性評價結果確定。三級及三級以下的尾礦壩可采用現行國家標準《中國地震動參數區(qū)劃圖》（GB 18306）中的地震基本烈度作為地震設計烈度，當尾礦壩潰決產生嚴重次生災害時，尾礦壩的地震設防標準應提高一檔。
（三）抗震要求
1.抗震計算要求
尾礦壩的抗震計算包括地震液化分析和地震穩(wěn)定性分析，一級、二級、三級尾礦壩還應進行地震永久變形分析。四級和五級尾礦壩，地震液化分析可采用簡化計算分析法，如剪應力對比法一級、二級、三級尾礦壩，地震液化分析采用時程分析法。尾礦壩地震穩(wěn)定分析采用擬靜力法，按圓弧法進行驗算；設計烈度為9度地區(qū)的各級尾礦壩和一級、二級、三級尾礦壩，抗震穩(wěn)定分析除采用擬靜力法外，還采用時程法進行分析，綜合判斷壩體的地震安全性。采用時程法計算分析時應符合下列要求。
（1）按材料的非線性應力應變關系計算地震前的初始剪應力狀態(tài)。
（2）采用室內動力試驗測定材料的動力變形特性和抗液化強度。
（3）采用等效線形或非線性時程分析法求解地震應力和加速度反應。
（4）根據地震作用效應計算可能滑動面的抗滑穩(wěn)定性，并計算由地震引起的壩體永久變形。
（5）至少選取2~3條類似場地和地震地質環(huán)境的實測地震加速度記錄和一條擬合人工地震加速度時程。
（6）人工地震加速度時程的目標譜應為場地的反應譜。
（7）地震加速度時程的峰值應為場地設計基本加速度值。
2.抗震構造措施
地震區(qū)的尾礦壩應滿足以下抗震構造要求∶
①上游法筑壩的外坡坡度不大14°。
②尾礦壩的干灘長度不小于壩體高度，且不小于40m。
③一級、二級、三級尾礦壩下游坡面浸潤線埋深不小于6m，四級、五級尾礦壩不小于4m。
為提高尾礦壩的地震穩(wěn)定性，可采取下列抗震構造措施∶
①控制尾礦壩的上升速度。
②放緩下游壩坡的坡度。
③在壩基、壩體內部和下游壩坡設置排滲設施。
④在壩體下游坡面增設反壓體。⑤采取加密法加固下游壩坡和沉積灘。
