夏祿清 李 林

(攀鋼集團礦業(yè)有限公司設計研究院)

白馬鐵礦萬年溝尾礦庫安全運行實踐

夏祿清 李 林

(攀鋼集團礦業(yè)有限公司設計研究院)

攀鋼白馬鐵礦萬年溝尾礦庫運行過程中出現了庫區(qū)古滑坡、排洪隧硐跑渾、壩體滲水無法有效收集和排出、壩肩支溝放礦堆壩有安全隱患。為此，該礦采用了固坡、放礦及強排滲新技術，對存在的問題進行了處理，并進行了尾礦庫潰壩模型試驗，為該尾礦庫的安全運行提供了條件。

尾礦庫 安全運行 技術措施

1 尾礦庫建設及運行情況

攀鋼白馬鐵礦萬年溝尾礦庫位于四川省攀枝花市米易縣黃龍鄉(xiāng)境內，屬山谷型尾礦庫，2005年3月建設，2006年12月投入使用。該尾礦庫初期壩為透水碾壓堆石壩，初期壩高45 m，后期采用尾礦砂上游式堆筑，設計最終壩頂標高1 720 m，堆積壩高280 m，尾礦庫總壩高325 m，總庫容3.26億m3[1]，是目前國內最高的尾礦庫，屬一等庫[2]。

(1)初期壩。初期壩原設計下游邊坡為1∶1.75，后考慮到堆積總高度較高，故進行了下游坡的設計變更，設有兩級風化石料反壓平臺，單級平臺寬20 m，平臺標高分別為1 426，1 416 m，外邊坡為1∶1.5，初期壩下游壩坡總坡比約1∶2.46。在初期壩上游約150 m處設置了積滲井和庫底積滲槽，收集庫區(qū)地下水，通過埋設于初期壩底的導流管排出庫區(qū)。目前初期壩處于穩(wěn)定狀態(tài)、未出現明顯變形位移和滲漏跡象。

(2)堆積壩。初期壩頂以上采用尾礦砂堆筑上游式子壩，每級子壩高2.5 m，壩外坡比1∶4，壩內坡比1∶2，每兩級子壩設一級子壩平臺，平臺寬5 m，平均堆積邊坡比為1∶5。目前，堆積壩已運行至第19道子壩，堆積標高1 535 m，總壩高140 m，堆積尾礦量約2 800萬m3，尾礦庫干灘長度300～400 m。為防止壩肩山坡面和壩坡面匯水對壩肩及壩面形成沖刷，各級馬道坡腳及壩肩位置均設置了漿砌石排水溝。同時為防止雨水、滲流沖蝕以及大風揚塵，在壩面上鋪設了0.40～0.8 m厚的含碎石黏性土層，并種植了劍麻等植被。目前堆積壩處于穩(wěn)定狀態(tài)、運行正常。

(3)排滲設施。在堆積壩逐漸升高過程中采用盲溝排滲，每升高10 m在灘面以內150 m處鋪設一道排滲盲溝。盲溝內設5條支溝，每條支溝內敷設φ150 mm軟式透水管、管周充填碎石、碎石充填體外包400 g/m2無紡布，沿垂直壩軸線方向每隔100 m 鋪設與軟式濾水管三通或四通相接的DN150排水鋼管，將尾礦滲水排至壩坡水溝內。改善了壩體滲流狀態(tài)、降低了壩坡浸潤線高度(據監(jiān)測，浸潤線埋深20～25 m)，對壩體穩(wěn)定有利。

(4)防洪設施。尾礦庫采用隧硐+支硐+豎井+溢水塔方式排洪，排洪主隧硐總長3 258.26 m，沿程共設13條支硐、14座溢水塔。隧硐出口設在距離初期壩腳下游約100 m的南岸山坡，出口處設有消力池等消能設施。

尾礦庫排洪是一個系統(tǒng)工程，對于大型尾礦庫，在滿足安全運行的前提下，可采取分期建設，既可以縮短建設周期，也可達到分散投資的目的，還可保證工程質量?；ㄆ谖驳V庫排洪系統(tǒng)只建至6#溢水塔位置，1#～6#溢水塔直徑均為6 m、為框架式結構，隧硐為城門硐型、設計縱向坡降為1.2%，主硐及支硐凈斷面均為4.8 m×5.2 m。目前6#溢水塔以后的排洪設施仍在分期建設中(續(xù)建和待建段隧硐斷面為3 m×3 m)。

(5)監(jiān)測設施。尾礦庫設有位移、浸潤線、干灘坡降及長度、庫水位、在線監(jiān)測、子壩標識樁、(滲水)量水堰等設施。初期壩壩頂及1 416,1 426 m兩級壓坡平臺已設有位移觀測樁，庫內設置有庫水位觀測標尺，堆積壩1 535 m標高以下設置有位移和浸潤線觀測設施等，動態(tài)監(jiān)測尾礦庫的水位、壩體位移及浸潤線等；同時在1 490 m標高以下設置有位移、浸潤線在線監(jiān)測設施。

尾礦庫現狀見圖1。

圖1 萬年溝尾礦庫現狀衛(wèi)星圖片

2 尾礦庫安全運行技術

目前，萬年溝尾礦庫已進入正式運行的第10年。10 a中，采取了多項創(chuàng)新技術，對尾礦庫安全運行全過程進行了人工調控，尾礦庫未出現大的安全問題。

2.1 庫區(qū)古滑坡固坡技術

萬年溝庫區(qū)掩埋范圍內有2處中～淺層土質古滑坡，而且在尾礦庫運行初期就開始掩埋，若尾礦庫尾水浸泡古滑體(滑帶力學指標降低)而不采取對策，古滑坡下滑將造成瞬間沖擊，危及尾礦庫的安全。為此，在古滑體表面鋪設了土工布和草墊，使滑坡體遇水不致過快崩解；另外在古滑體一側灘面排放尾礦，提前形成干灘，確保了古滑體的穩(wěn)定。目前2處古滑坡已基本被尾礦砂掩埋，未影響尾礦庫的安全。

2.2 排洪隧硐跑渾治理技術

2009年2月，尾礦庫南側山體中的1#、2#支硐間排洪主隧硐多處硐壁泄水孔突然跑渾、水壓力劇增，且伴有一處底板滲冒尾礦漿。經分析后認定：尾礦庫南側山坡屬節(jié)理裂隙較發(fā)育巖體，在尾礦庫面逐漸上升的過程中，尾礦水軟化了節(jié)理裂隙面上的充填物，尾礦庫靜水壓力也逐漸增高，當其累積到一定程度后，直接擊穿并導通了山坡面至該段排洪主隧硐間的節(jié)理裂隙，造成跑渾。之后立即組織施工隊伍，緊貼尾礦庫南側山坡面向庫水面下擠壓裝滿粉質黏土的編織袋，跑渾現象逐步消失、泄水孔水壓力恢復正常。

2.3 壩坡雙向槽孔管排滲技術

現階段壩坡排滲采用5條軟式透水管+碎石反濾層組成的盲溝，收集滲水并由排水鋼管導流至壩面。由于壩前干灘坡降較大，排水鋼管的埋設不僅開挖量較大，而且坡降難以有效保證，有時難免出現坡降不足甚至負坡降現象，導致第9層盲溝不出水。為此，擬將第10層(1 540 m標高)及以上排滲系統(tǒng)改為“雙向槽孔管排滲法”及“反向預埋排滲設施”排滲。雙向槽孔排滲管[3]原理簡單、施工方便、造價低、濾水面積大、濾水效果好。

2.4 最終壩肩支溝的提前放礦及強排滲技術

尾礦庫現狀堆積壩頂距庫面北側止防溝溝口約300 m，隨著堆積壩的上升、壩頂軸線逐漸向上游推進(目前壩體上升速度約15 m/a、壩頂向上游水平推進速度約75 m/a)，干灘即將越過止防溝口，止防溝內無法循環(huán)的尾水將越來越高，溝內積水長期不能排走，尾礦庫北側干灘將越來越短，浸潤線將被迫抬高，尾礦固結非常困難，嚴重危及壩坡的穩(wěn)定；另外，考慮到將來尾礦庫壩體將逐漸推進至止防溝內，并在溝內最終形成高約120 m的壩坡，如現階段大量細粒級尾礦在止防溝內沉積，導致將來筑壩難度增大和壩坡的不穩(wěn)定。目前正在著手一階段放礦管線系統(tǒng)施工，盡早啟動止防溝尾1 560 m處的溝內放礦，達到止防溝內灘面與尾礦庫堆積壩前灘面同步上升的目的。

止防溝內最終堆壩長度約1 300 m，且堆積壩前緣直接壓覆于山坡面上，而山坡面相對于尾礦庫透水堆石壩上游坡面更隔水。為保證將來溝內堆壩體浸潤線降低、避免出現堆積壩坡大面積出滲，在止防溝放礦管線系統(tǒng)施工的同時，提前于止防溝內壓覆壩坡腳線以下山坡面適當標高，布設并施工了一條長1 475.7 m的排滲盲溝(見圖2)，確保將來壩坡的安全運行。

圖2 止防溝山坡面提前布設強排滲盲溝平面(剖面)示意

2.5 尾礦庫潰壩模型試驗簡介

為掌握該尾礦庫潰壩對下游的淹沒范圍和影響程度，針對尾礦庫工程設計及運營管理，編制了該尾礦庫安全與環(huán)境風險應急預案，特委托清華大學水木(北京)工程技術研究院于2014年10月完成了《白馬鐵礦萬年溝尾礦庫潰壩模型試驗》[4]。該試驗模型在尾礦庫和下游溝谷、設施幾何相似(水平比尺1∶240、垂直比尺1∶180)的同時，依據尾礦庫實際堆存中尾砂，在不同庫段的粒度組成、不同堆高的壓實與固結度、不同壩段的飽水條件等做到了材料相似，并針對1 720,1 660,1 600 m 3個不同堆積壩高的不同壩體部位展開潰壩模型試驗，獲取了潰壩時潰口形狀的變化、距壩址不同部位的水位和洪水到達時間及尾砂沖刷(坍塌量)、淹埋深度、淹沒范圍等數據，經綜合分析評判后，最終提出了加強監(jiān)測、優(yōu)化管理、分步建設疏排設施和人為干預潰壩等措施與建議。該試驗的實物模型可長期保留，作為以后尾礦庫環(huán)保、安全、閉庫等方面的技術支撐實體。

3 結論與建議

萬年溝尾礦庫安全運行實踐表明，提高尾礦壩安全性的關鍵是運用現代高新技術做好尾礦庫放礦與筑壩；加強地下水疏排與浸潤線控制；實施尾礦庫綜合監(jiān)測與人工調控；分期完善尾礦庫防排洪系統(tǒng)；規(guī)范尾礦庫管理。

為保證萬年溝超高尾礦壩的安全運行，采用了人工監(jiān)測和在線監(jiān)測。但在線監(jiān)測技術還不完全過關，其在線監(jiān)測傳感器有待改進；監(jiān)測結果的反分析技術及其報警閾值標準尚須盡快研究突破，以滿足尾礦壩安全運行的在線監(jiān)測要求。

[1] 中冶長天國際工程有限責任公司.攀枝花鋼鐵(集團)公司白馬鐵礦一期工程可行性研究(修編)[R].攀枝花：中冶長天國際工程有限責任公司，2003.

[2] 中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設部.GB 50863—2013 尾礦設施設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社， 2013.

[3] 延邊華冶排滲工程有限公司.一種尾礦壩的排滲方法及為實施該方法而使用的排滲管：中國，ZL200610163203.8[P].2006.

[4] 清華大學水木(北京)工程技術研究院.攀枝花鋼鐵(集團)公司白馬鐵礦萬年溝尾礦庫潰壩模型試驗報告[R].北京：清華大學水木(北京)工程技術研究院，2014.

2015-04-15)

夏祿清(1966—)，男，主任，高級工程師，617063 四川省攀枝花市瓜子坪。