宋彥利 鄒正勤 張力民 冀瑞鋒

（河鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司承德柏泉鐵礦）

尾礦庫(kù)是礦山選礦生產(chǎn)企業(yè)貯存尾礦的重要設(shè)施，具有高勢(shì)能的人造泥石流危險(xiǎn)源。尾礦庫(kù)一旦失勢(shì)將造成人民生命財(cái)產(chǎn)的重大損失，對(duì)下游的自然環(huán)境造成污染，影響深遠(yuǎn)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家越來(lái)越重視生產(chǎn)安全和環(huán)境保護(hù)。安全和環(huán)保問(wèn)題直接關(guān)系到一個(gè)企業(yè)的生存和發(fā)展，礦山企業(yè)必須做好尾礦庫(kù)的安全生產(chǎn)。由于許多尾礦庫(kù)筑壩尾礦砂粒度較細(xì)且采用上游筑壩，浸潤(rùn)線超高成了許多尾礦庫(kù)的主要安全隱患［1］。尾礦庫(kù)的排滲系統(tǒng)是降低壩體內(nèi)水位的重要設(shè)施，可有效排除尾礦壩體的滲水，降低尾礦壩的浸潤(rùn)線。承德某鐵礦尾礦庫(kù)從初期壩建設(shè)到后期筑壩管理，重視排滲工程的施工。堆積壩采用盲溝水平管排滲，效果較好，尾礦壩的浸潤(rùn)線始終保持在較低水平，符合安全要求。

1 初期壩施工及生產(chǎn)情況

1.1 初期壩施工情況

初期壩采用透水堆石壩。透水堆石壩起到了積水棱體的作用，可降低尾礦壩的浸潤(rùn)線，加快尾礦的排水固結(jié)，有利于尾礦壩的穩(wěn)定。該初期壩壩頂寬4.0 m，內(nèi)坡坡比1∶1.75，外坡坡比1∶1.85，最大壩長(zhǎng)294.2 m，在外坡560 m標(biāo)高處均設(shè)一寬2.0 m的平臺(tái)。

壩基建在含黏性土碎石層上，并進(jìn)行夯實(shí)處理，初期壩左右壩肩在強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖層上，對(duì)基巖表面進(jìn)行處理，使基巖與初期壩壩體更好地結(jié)合。

在初期壩的上游坡和壩基底部分別設(shè)置兩層500 g/m2的土工布作為反濾層，土工布和壩體堆石之間采用碎石過(guò)渡層過(guò)渡。

碾壓堆石壩是一種簡(jiǎn)單易行、安全可靠的壩型［2］。堆石筑壩時(shí)分層碾壓，碾壓后其孔隙率不大于35%，干容重為1.8 t/m3。

為防止尾礦漿及雨水對(duì)內(nèi)坡反濾層的沖刷，在反濾層表面鋪設(shè)保護(hù)層。保護(hù)層為干砌塊石、砂卵石、碎石，就地取材，施工簡(jiǎn)單。下游坡面只設(shè)1 層400 mm厚的干砌塊石護(hù)坡。初期壩斷面示意見(jiàn)圖1。

考慮到庫(kù)區(qū)內(nèi)北側(cè)的面積較大，防止生產(chǎn)后庫(kù)區(qū)右側(cè)浸潤(rùn)線升高，在右側(cè)的山谷內(nèi)預(yù)埋排滲盲體，排滲盲體采用500 g/m2土工布包裹碎石，寬1.5 m，厚1.5 m，鋪設(shè)于溝谷底部，此排滲盲體與初期壩低反濾層進(jìn)行相連。

1.2 初期壩生產(chǎn)情況

該鐵礦現(xiàn)有尾礦漿工藝流程選礦車(chē)間總尾礦濃度15%，礦漿流入53 m 濃縮池進(jìn)行濃縮。礦漿經(jīng)過(guò)濃縮后，濃度達(dá)28%，經(jīng)濃縮的尾礦漿通過(guò)三級(jí)泵站輸送至尾礦庫(kù)。

放礦主管在初期壩壩頂，采用多管分散放礦，每根放礦支管間為6 m。放礦管采用φ159 mm 的高分子聚乙烯放礦管連接至壩底部。為防止放礦直接沖刷壩體，將放礦管利用木桿架高，礦漿流出指向庫(kù)內(nèi)。隨著壩內(nèi)水面的升高向上縮短管路長(zhǎng)度。

初期壩使用3 d 后，初期壩外側(cè)壩底排水孔開(kāi)始出水，水質(zhì)清澈，流量150～200 m3/h。該部分水進(jìn)入壩底的消力池后，自留回選廠進(jìn)行使用。

2 堆積壩排滲方式

堆積壩排滲在筑壩過(guò)程中多使用水平排滲管式，近年來(lái)盲溝和水平排滲管式聯(lián)合使用被越來(lái)越多的新建尾礦庫(kù)使用，可有效排除堆積壩體內(nèi)的滲水，降低壩體的浸潤(rùn)線。如果后期出現(xiàn)壩體浸潤(rùn)線較高、壩面滲流、壩面管涌等，為了降低浸潤(rùn)線多采用管井式，如虹吸井、輻射井、輕型井點(diǎn)、塑料插板等。后期治理往往影響企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行，治理費(fèi)用較高。因此，在堆積壩使用過(guò)程中采取有效的排滲方式可起到良好的效果，不僅節(jié)省生產(chǎn)投資，而且對(duì)安全生產(chǎn)起促進(jìn)作用。

2.1 水平管式排滲

在2000 年以前投入使用的尾礦庫(kù)多采用水平管式排滲，采用堆積壩外排滲的方式。排滲管的鋪管方式為庫(kù)內(nèi)高壩外低，形成一定的坡度，排滲管出口位置最低，拍滲水自流到排水溝，水平管式排滲結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。沿堆積壩橫向相隔一定距離進(jìn)行鋪設(shè)。濾水管長(zhǎng)40～50 m，與導(dǎo)水管進(jìn)行連接，導(dǎo)水管長(zhǎng)40～50 m，濾水管和導(dǎo)水管的管徑在100～150 mm。此種排水方式主要依靠濾水管本身的透水能力進(jìn)行排水。濾水管主要有普通濾水管、軟式透水管、槽孔排滲管。

普通濾水管多采用塑料管打孔，外包土工布，普通濾水管結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。以φ150 mm 濾水管為例，表面積為4 710 cm2，進(jìn)水孔直徑10 mm，間距不超過(guò)10 mm，每個(gè)斷面不超過(guò)10 個(gè)進(jìn)水孔。進(jìn)水孔面積為117.75 cm2，進(jìn)水孔面積僅為接觸面積的四十分之一，普通濾水管排水效率僅為2.5%。

軟式透水管是一種具有倒濾透（排）水作用的管材，圖4 為軟式透水管結(jié)構(gòu)示意，它利用“毛細(xì)”現(xiàn)象和“虹吸”原理，集吸水、透水、排水為一體，具有工程設(shè)計(jì)要求的耐壓、透水及反濾作用。透水管是以防銹彈簧圈支撐管體，形成高抗壓軟式結(jié)構(gòu)，無(wú)紡布內(nèi)襯過(guò)濾，使泥砂雜質(zhì)不能進(jìn)入管內(nèi)，具有很好的全方位透水功能，滲透水順利滲入管內(nèi)，而泥砂雜質(zhì)被阻擋在管外，從而達(dá)到透水、過(guò)濾、排水的目的。軟式透水管滲透系數(shù)≥0.1 cm/s。軟式透水管在使用時(shí)需要在下部設(shè)置支撐，與塑料管相比在使用中坡度較難保證、耐壓強(qiáng)度較低，易變形。

槽孔排滲管就是在管壁的外側(cè)延長(zhǎng)度方向均勻的開(kāi)出滲流槽，槽寬10 mm，每間隔100～150 mm 打直徑8 mm 或10 mm 的孔，滲流槽間隔10 mm。相鄰滲流槽內(nèi)的孔進(jìn)行間隔交叉布置，槽孔排滲管結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。槽孔排滲管的滲流面積可達(dá)到接觸面積的51%，是普通濾水管的20 倍。濾水管主要采用土工布作為過(guò)濾層，槽孔排滲管采用不銹鋼網(wǎng)作為過(guò)濾層。不銹鋼網(wǎng)過(guò)濾層將微小顆粒隨滲流水過(guò)濾走，使微小顆粒不堵塞在過(guò)濾層上，在排滲管周?chē)拇稚靶纬蔀V料對(duì)排滲管進(jìn)行保護(hù)，使得排滲管能夠長(zhǎng)久的保證滲透效果。

水平管式排滲的優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)際生產(chǎn)中操作方便，在尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)中一般是每10 m 高設(shè)置一道排滲設(shè)施，可提前進(jìn)行預(yù)埋，隨著生產(chǎn)放礦的進(jìn)行，向前連接導(dǎo)水管和排滲管，依靠濾水管的濾水能力進(jìn)行排水。其缺點(diǎn)是濾水管的排滲效率低，普通濾水管僅為2.5%，槽孔排滲管也只能達(dá)到51%，且排滲效果還與濾水管布設(shè)的長(zhǎng)度有關(guān)，濾水管布設(shè)的越長(zhǎng)，管路的坡度越難保證。

2.2 盲溝水平管排滲

近年來(lái)新投入使用的尾礦庫(kù)采用盲溝水平管排滲的越來(lái)越多，排滲效果較好。與普通水平管式排滲相比，增加了排滲盲溝，大大增加了過(guò)濾面積。在距壩頂一定距離的庫(kù)內(nèi)沿平行于壩頂布設(shè)盲溝，在盲溝底部布設(shè)濾水管，濾水管直接連在導(dǎo)水管上，直接將水排至水溝。濾水管可采用普通濾水管、軟式透水管、槽孔排滲管。在盲溝內(nèi)鋪設(shè)碎石作為排水棱體，碎石外部包裹土工布。沿與壩頂垂直方向布設(shè)導(dǎo)水管，導(dǎo)水管與盲溝內(nèi)的濾水管進(jìn)行連接。盲溝水平管排滲結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

3 盲溝水平管排滲施工實(shí)踐

3.1 排滲設(shè)施施工

承德某鐵礦尾礦庫(kù)排滲設(shè)施采用盲溝水平管排滲形式，水平排滲具有工程造價(jià)低、排滲效果好、管理簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用［3］。隨著尾礦壩的升高，在壩體內(nèi)設(shè)置水平排滲棱體。尾礦壩從574 m 標(biāo)高至650m 標(biāo)高間，每隔10 m 的高度距壩頂100 m 處沿壩軸線方向設(shè)置水平排滲棱體，導(dǎo)水管每隔100 m 鋪設(shè)1 根。水平排滲體斷面尺寸為倒梯形，底部埋設(shè)DN150 的滲水管，管周?chē)畛?5～35 mm 的礫石，并用1 層500 g/m2土工布包裹，滲水管由DN100 導(dǎo)水管導(dǎo)出至壩面排水明溝，將水導(dǎo)至壩肩排水明溝排至壩下。盲溝結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。

濾水管采用塑料盲溝，由塑料芯體外包裹濾布組式。塑料芯體以合成樹(shù)脂為主要原料，形成三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。塑料芯體中空?qǐng)A形，該材料克服了傳統(tǒng)盲溝的缺點(diǎn)，具有表面開(kāi)孔率高、集水性好、空隙率大、排水性好、抗壓性強(qiáng)、耐壓性好、柔性好、耐久性好、重量輕、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，且應(yīng)用廣泛。塑料盲溝示意見(jiàn)圖8。

排滲設(shè)施應(yīng)盡可能預(yù)先埋深，以節(jié)省工程投資［4-5］。為降低施工費(fèi)用，預(yù)埋DN100導(dǎo)水管，在筑壩前標(biāo)定導(dǎo)水管的位置，連接好一定長(zhǎng)度的導(dǎo)水管，保證坡度不小于1%，用木桿架好。在放礦的過(guò)程中，隨著壩面的升高不斷連接導(dǎo)水管，保證導(dǎo)水管的坡度不小于1%，導(dǎo)水管不能有斷裂現(xiàn)象。導(dǎo)水管連接到100 m 后將管口包好，同時(shí)設(shè)置好標(biāo)桿，標(biāo)桿應(yīng)標(biāo)好高度。當(dāng)導(dǎo)水管埋深到達(dá)指定高度后，施工水平排滲棱體。

施工盲溝水平排滲棱體時(shí)應(yīng)安排好壩面的放礦，不影響正常生產(chǎn)。由于在庫(kù)內(nèi)的灘面施工，排滲棱體開(kāi)槽時(shí)要保證機(jī)械和人員的安全，必要時(shí)要對(duì)灘面進(jìn)行晾曬疏干。開(kāi)槽后為避免坡面坍塌，要及時(shí)鋪設(shè)土工布保護(hù)灘面。滲水管與導(dǎo)水管連接前要對(duì)導(dǎo)水管進(jìn)行試水，保證導(dǎo)水管暢通。滲水管與導(dǎo)水管連接部位要保證不漏砂，滲水管要用土工布進(jìn)行包裹不能漏砂，土工布連接部位要連接好不能有漏砂現(xiàn)象。排滲棱體施工完畢后，為防止放礦沖刷，要在上面用尾礦砂進(jìn)行覆蓋。

3.2 排滲設(shè)施施工效果

第一期排滲體施工后，出水量達(dá)50～60 m3/h，水質(zhì)清澈，導(dǎo)水管全部出水，壩體右側(cè)出水量較大，后減小至30 m3/h 左右。第二期排滲體壩體增長(zhǎng)，導(dǎo)水管數(shù)量增加，出水量達(dá)30～40 m3/h，在壩體右側(cè)出水量大。第三期、第四期排滲體施工后，出水量均可達(dá)40 m3/h左右。

從標(biāo)高590 m 平面開(kāi)始設(shè)置浸潤(rùn)線觀測(cè)管人工和在線觀測(cè)設(shè)施，人工觀測(cè)管埋深12 m，浸潤(rùn)線預(yù)警值8 m，觀測(cè)管內(nèi)一直沒(méi)有水。在線觀測(cè)設(shè)施安裝后，在線觀測(cè)管測(cè)量浸潤(rùn)線埋深，最低13.34 m（表1）。

由表1可知，該礦設(shè)計(jì)的浸潤(rùn)線預(yù)警值為8 m，實(shí)際水位在13 m 以上，符合安全要求，排滲設(shè)施有效地降低了堆積壩體的水位，增加了浸潤(rùn)線的埋深。

4 結(jié)語(yǔ)

尾礦庫(kù)建設(shè)應(yīng)重視設(shè)計(jì)和施工管理，加強(qiáng)生產(chǎn)管理，才能從本質(zhì)上保證尾礦庫(kù)的安全。尾礦庫(kù)采用透水堆石壩可有效排出尾礦砂的滲水，加快尾礦固結(jié)，且施工中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工。子壩堆筑應(yīng)結(jié)合實(shí)際，提前做好排滲工程計(jì)劃。尾礦堆積壩采用水平排滲，施工投資小，施工方便，排水無(wú)需設(shè)備，可有效降低尾礦壩的浸潤(rùn)線；采用盲溝水平管式排滲，可大大增加過(guò)濾面積，使壩體排滲形成一個(gè)整體，可有效提高排滲效果。