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Cerro Verde尾矿坝(露天开采设计深度1287m)

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1 引言

近年来随着矿业的蓬勃发展,旧的矿山开采深度不断加深,同时新的矿山不断勘探和开拓,从而导致了尾矿库的容积变得越来越大,尾矿坝的高度变得越来越高。秘鲁(Peru)是全球铜业的引领者,最大的铜矿有Antamina矿、Toquepala矿Toquepala mine---秘鲁最大露天铜矿的岩石力学研究】、Cerro Verde矿、Cuajone矿【Cuajone Pit将成为世界第一的露天矿山(开采深度1.3km)】和Tintaya矿。本文简要讨论了Cerro Verde矿的尾矿坝建设以及尾矿坝可能带来的高风险。


2 采矿

Cerro Verde矿(佛得角矿)是一个大型露天铜钼矿,位于秘鲁阿雷基帕(Arequipa)西南约32公里。该矿自1976 年开始运营,估计储量为46.3亿吨,铜品位为0.4%,目前由Freeport-McMoRan公司运营。2015年扩建项目完成后,Cerro Verde能够每年生产约10亿磅铜和2300万磅钼,这将使该矿跻身于世界五大铜生产商之列。

Cerro Verde矿的最高台阶的高程为2810m,最终坑底设计标高为1523m,因此开采深度为1287m,将与Cuajone矿的开采深度大致相同,成为全球开采最深的露天矿,目前的开采深度为600m矿坑最终的设计规模为长5.3km,宽2.8km。Cerro Verde矿总划分为13个岩土域(geotechnical domains),每个域的坡道角(ISA)根据岩体质量的差异而不同,分布在38°~52°度之间。

3 尾矿坝
Cerro Verde矿最吸引人的部分是它的尾矿坝,按照《(2022)The Risk of Tailings Dam Failure in British Columbia: An Analysis of the British Columbia Existing and Future Tailings Storage Database》,在同一区域由Freeport 运营的Linga dam是目前全世界已经建成的最高的尾矿坝,坝高265m,最终设计高度为305m秘鲁的Antamina Tailings Dam,尾矿坝设计高度是280m,由国际工程和环境咨询公司WSP-Golder Associates设计。Cerro Verde矿的尾矿坝由国际工程咨询公司Stantec设计,下图所示的是尾矿库的初期坝。
在秘鲁这样的地区作岩土工程,最重要的一个考虑因素是地震【秘鲁巴兰卡(Barranca, Peru)西北方向42km处发生M7.5级地震,地震烈度VIII级】,因此试验和数值模拟时需要考虑动态载荷作用。Cerro Verde矿尾矿坝的实验室试验包括高围压条件下静态和循环三轴试验,循环DSS固结不排干试验,共振/循环扭转试验,剪切波速试验等。使用FLAC3D进行静态变形模拟, 静态安全系数FOS=1.5;使用FLAC2D进行地震变形模拟, 地震后的安全系数FOS=1.2。

4 高风险

2022年7月,BC省的一个研究机构发布了BC省现有的和未来的尾矿储存数据库[

An Analysis of the British Columbia Existing and Future Tailings Storage Database],根据这份研究报告,BC省目前有86个场地至少有一个尾矿库,包括57个已关闭或正在维护的场地,18个正在运行的场地以及11个拟建的场地。在已关闭或正在维护的场地中,有46%的尾矿库具有溃坝的高风险;在正在运行的场地中,有83%的尾矿库具有溃坝的高风险;在拟建的场地中,有83%的尾矿库具有溃坝的高风险。 

这种高风险主要来自三方面的因素:(1) 不恰当的尾矿坝构筑方法;(2) 地震;(3) 降雨。目前BC省尾矿坝最高的5个矿山是:

[1] KSM 坝高239m(拟建);

[2] Galore Creek 坝高165m(拟建) 

[3] HVC‐Highland 坝高162m;

[4] Copper Mountain 坝高160m;

[5] Brenda 坝高137m.

其中Copper Mountain矿的尾矿坝将由目前的坝高160m增加至255m。研究指出,受极端气候的影响,BC省尾矿坝发生破坏的可能性极高(83%)。上一次BC省的重大尾矿溃坝事故发生于2014年能精确预警尾矿坝的溃坝吗?|波利山(Mount Polley)尾矿坝事故调查】,波利山的尾矿坝其实并不高,坝高只有52m。

来源:计算岩土力学
岩土FLAC3D试验
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首次发布时间:2023-06-16
最近编辑:1年前
计算岩土力学
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