楊 榮，賀利民

（湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司，湖南郴州 423000）

湖南郴州某多金屬礦尾礦庫(kù)位于湖南省郴州市蘇仙區(qū)境內(nèi)，于2011年10月建成投入使用，屬山谷型尾礦庫(kù)。尾礦庫(kù)采用上游法濕排，排放方式為壩前放礦。尾礦庫(kù)由主壩和1#、2#副壩組成。主壩初期壩為碾壓土壩，壩頂標(biāo)高+170.0 m，壩高20.0 m，壩軸線長(zhǎng)104.0 m，壩頂寬3 m，上、下游邊坡均為1∶2.0，使用干砌塊石護(hù)坡，外坡+158.0 m標(biāo)高以下設(shè)塊石排水棱體。1#副壩位于初期壩南東方向，為碾壓土壩，壩頂標(biāo)高+180.0 m，壩高10 m，壩頂寬為5 m，上、下游邊坡均為1∶2.0。2#副壩初期壩為碾壓土壩，壩底標(biāo)高+200.0 m，壩頂標(biāo)高+215.0 m，壩高15 m，壩頂寬為5 m，上、下游邊坡均為1∶2.0。尾礦設(shè)計(jì)最終堆積標(biāo)高為+220.0 m，總壩高65 m，總壩容1 267.0×104 m3，有效壩容 1 245.4×104 m3，為Ⅲ等尾礦庫(kù)。

尾礦庫(kù)匯水面積0.76 km2，尾礦庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)為框架式排水井+斜槽+排水隧洞+排水涵管的方式進(jìn)行排水。

尾礦庫(kù)排滲系統(tǒng)主要為土工席墊水平排滲系統(tǒng)，主壩在 +172.0 m、+177.0 m、+182.0 m、+187.0 m、+193.0 m 5個(gè)坡面布置，1#副壩在+183.0 m、+188.0 m、+193.0 m 3個(gè)坡面布置，另1#副壩在+180.0 m標(biāo)高施工了8根水平排滲管及一條排滲盲溝進(jìn)行排滲。主壩、副壩設(shè)置在壩體內(nèi)的土工席墊導(dǎo)水管是采用Φ110 mm PVC材質(zhì)，該材質(zhì)抗剪能力、抗壓強(qiáng)度偏低，由于受選礦藥劑腐蝕和庫(kù)內(nèi)取砂設(shè)備輾壓等多方面原因，主壩堆積壩+172.0 m、+177.0 m、+182.0 m標(biāo)高、1#副壩+183.0 m、+188.0 m標(biāo)高坡面布置的水平排滲導(dǎo)水管出現(xiàn)不同程度的跑混現(xiàn)象。

該尾礦庫(kù)主壩堆積壩現(xiàn)壩頂標(biāo)高為+200.1 m，1#副壩堆積壩現(xiàn)壩頂標(biāo)高為+200.1 m。主壩現(xiàn)狀壩高為45.1 m，1#副壩現(xiàn)狀壩高為30.1 m。現(xiàn)狀庫(kù)容約為800.0×104m3，每年堆壩高度3 m，離設(shè)計(jì)最終壩高還有22 m，現(xiàn)狀庫(kù)容為Ⅳ等尾礦庫(kù)。

1 存在的問(wèn)題

尾礦庫(kù)排放規(guī)模由原設(shè)計(jì)的2 000 t／d擴(kuò)大至目前的3 500 t／d，壩體上升速度加快，由原來(lái)的1.83 m／a上升到3.0 m／a。

由于排放規(guī)模的擴(kuò)大，尾砂沉積和固結(jié)的時(shí)間比原來(lái)縮短，不利于壩體的穩(wěn)定。

尾礦排放濃度由原設(shè)計(jì)的30%左右變?yōu)楝F(xiàn)在12%～15%左右，進(jìn)入尾礦水量增加，尾礦干灘形成需要時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)沉積灘坡度變緩，達(dá)不到設(shè)計(jì)的1%，導(dǎo)致高洪庫(kù)容變小，安全超高減小，尾礦庫(kù)的防洪能力降低［1］。尾礦庫(kù)全景照如圖1所示。

2 尾礦壩浸潤(rùn)線偏高原因探究

2.1 治理前浸潤(rùn)線埋深情況

根據(jù)尾礦庫(kù)工程地質(zhì)勘察資料及尾礦壩在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)資料，該尾礦庫(kù)現(xiàn)狀浸潤(rùn)線觀測(cè)孔位置如圖2所示。

主壩段+170.0 m～+190.0 m標(biāo)高段實(shí)測(cè)浸潤(rùn)線埋深為3.5～12 m，1#副壩段+180.0 m～+190.0 m標(biāo)高段實(shí)測(cè)浸潤(rùn)線埋深為3.2～10 m，且副壩浸潤(rùn)線埋深較淺，副壩靠近壩肩處（南側(cè)）勘察期間出現(xiàn)局部沼澤化，如圖3所示。

圖1 尾礦庫(kù)全景照片

圖2 主壩浸潤(rùn)線觀測(cè)點(diǎn)位置圖

圖3 副壩段沼澤化處

2.2 浸潤(rùn)線埋深偏高原因分析

1.選廠內(nèi)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)、尾礦庫(kù)未完善清污分流工程，致使入庫(kù)水量增加。

2.由于該尾礦壩主壩、1#副壩初期壩在初始放礦時(shí)，出現(xiàn)有尾礦跑渾情況，導(dǎo)致環(huán)保壓力增大，為了保證選廠正常生產(chǎn)，在上游坡面施工了近3 m厚的粘土層，導(dǎo)致尾礦壩初期壩透水效果差。

3.根據(jù)尾礦庫(kù)庫(kù)址條件，尾礦庫(kù)滲徑和縱深較短，尾礦庫(kù)堆積至+200.0 m標(biāo)高后，將成為一個(gè)傍山型的尾礦庫(kù)，庫(kù)長(zhǎng)將逐漸減小，加之入庫(kù)尾礦上升速率快，尾礦固結(jié)時(shí)間慢，排滲效果差，導(dǎo)致浸潤(rùn)線偏高。

4.由于原礦中含有鈣離子、加之選廠各類藥劑的綜合使用，導(dǎo)致大口輻射井內(nèi)部分集滲管和輻射井虹吸外排水管結(jié)垢嚴(yán)重，排滲管集滲能力下降，集滲效果差，輻射井排水管排水實(shí)際斷面變小，以致井內(nèi)水位抬升，進(jìn)而造成壩內(nèi)浸潤(rùn)線偏高。

5.因生產(chǎn)需求，回選螢石礦，磨礦粒度變細(xì)，尾礦粒徑-0.074 mm達(dá)到82%，實(shí)際尾礦排放濃度只有13%左右；細(xì)顆粒的礦泥易形成透鏡體夾層，滲透系數(shù)變小，不利于排滲固結(jié)，引起浸潤(rùn)線偏高。

3 尾礦庫(kù)浸潤(rùn)線治理措施

3.1 完善選廠內(nèi)部和尾礦庫(kù)雨污分流工程

在選廠內(nèi)部實(shí)施清污分流工程，對(duì)一些長(zhǎng)流水進(jìn)行控制，能夠廠內(nèi)回用的廢水通過(guò)回用設(shè)備進(jìn)行循環(huán)利用，完成廠內(nèi)雨水、清水收集溝，使清水不流入廠內(nèi)排水系統(tǒng)；尾礦庫(kù)完善山體截水溝，將地表水通過(guò)市政涵管排出壩外，做到了清污分流。

3.2 增設(shè)大口輻射井排滲設(shè)施

在主壩段+190.0 m標(biāo)高坡面增設(shè)2座輻射井，編號(hào)為1#、2#輻射井，在1#副壩+190.0 m標(biāo)高坡面增設(shè)一座輻射井，編號(hào)為3#輻射井。大口輻射井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，井內(nèi)徑為3.0 m，井壁厚0.3 m，鋼筋保護(hù)層厚0.5 m。主壩1#、2#輻射井深度H＝25.0 m，副壩3#輻射井深度H＝18.0 m。輻射井剖面示意圖如圖4所示。集滲管呈一字型布置（采用DN60HDPE管），主壩段+168.0 m～+172.5 m每隔1.0 m設(shè)一排，管長(zhǎng)50.0 m，副壩段+175 m～+177 m每隔0.5 m設(shè)一排，管長(zhǎng)50.0 m，集滲管管周開(kāi)孔（開(kāi)孔間距10 cm）外包400 g／m2的土工布兩層。垂直于壩軸方向每座大口輻射井各設(shè)置一根DN100HDPE外排水管，將滲水排出壩外。主壩段1#、2#輻射井外排水管長(zhǎng)度約129 m，副壩段3#輻射井外排水管長(zhǎng)度約55 m。輻射井內(nèi)集、排水管布置示意圖如圖5所示。

圖4 輻射井剖面示意圖

圖5 輻射井內(nèi)集、排水管布置示意圖

3.3 水平排滲與垂直排滲聯(lián)合運(yùn)用提高排滲能力

主壩堆積壩段繼續(xù)沿+187.0 m、+193.0 m標(biāo)高2個(gè)坡面施工土工席墊水平排滲層，1#副壩段+193.0 m標(biāo)高1個(gè)坡面施工土工席墊水平排滲層，水平排滲層在距堆積壩灘頂100 m的沉積灘面平行壩軸線分段鋪設(shè)。為杜絕導(dǎo)水管出現(xiàn)漏砂現(xiàn)象，主壩、副壩+190.0 m標(biāo)高以上全部采用HDPE管，管徑為DN90，壁厚6.7 mm，承壓能力1.25 MPa，接頭采用熱熔方式。連接水平土工席墊排滲層由δ＝12 mm土工席墊、Φ100軟式透水管、400 g／m2土工布組成。土工席墊分三段鋪設(shè)，每段寬4.0 m，間距2.0 m，鋪設(shè)整個(gè)軸線長(zhǎng)；軟式透水管橫向貫穿排水席墊。將導(dǎo)水管間距由原來(lái)50 m調(diào)整為25～30 m，垂直壩軸線均布，通過(guò)增加導(dǎo)水管路來(lái)提高滲水能力。

為增大透水效果，在水平排滲基礎(chǔ)上采用垂直排滲設(shè)施跟土工席墊聯(lián)合使用，垂直排滲工藝采用網(wǎng)狀硬式透水管外包400 K土工布，網(wǎng)狀硬式透水管規(guī)格直徑：160 mm，壁厚6 mm，開(kāi)孔部分60%，孔數(shù)為7 000個(gè)／m2，環(huán)剛度1KN-4KN，長(zhǎng)度2 m／根，間距布置10 m，單次布置量2 m／根×30根×2排，在第一排土工席墊和第三排土工席墊上垂直等距離架設(shè)豎直排滲管，增大壩體軟弱夾層的排滲能力如圖6所示。

圖6 土工席墊+豎式網(wǎng)狀透水管鋪設(shè)示意圖

根據(jù)壩體勘探剖面、孔隙水運(yùn)動(dòng)規(guī)律，采用垂直排滲聯(lián)合水平排滲的方式要比原單一的排滲方式更符合細(xì)粒級(jí)尾礦庫(kù)的排滲，能降低壩體浸潤(rùn)線，提高壩體的安全系數(shù)，解決了細(xì)粒級(jí)尾礦抗剪強(qiáng)度低、滲透系數(shù)小、脫水固結(jié)慢的缺點(diǎn)。

3.4 新建排滲盲井

通過(guò)尾礦壩浸潤(rùn)線在線數(shù)據(jù)和人工數(shù)據(jù)表明，主壩+172.0 m標(biāo)高浸潤(rùn)線數(shù)據(jù)超設(shè)計(jì)埋深，在主壩+172.0 m標(biāo)高平行于壩軸線等距離實(shí)施四口排滲盲井，排滲盲井設(shè)計(jì)采用預(yù)制現(xiàn)澆無(wú)砂混凝土管，井深H＝5 m，內(nèi)徑D＝1.0 m，壁厚d＝0.3 m，采用井內(nèi)虹吸法排水，主壩+152 m標(biāo)高7根水平排滲管施工完成后，+172.0 m標(biāo)高浸潤(rùn)線都降至5 m以下，現(xiàn)四口排滲盲井內(nèi)基本無(wú)水。

3.5 增設(shè)水平排滲管設(shè)施

通過(guò)實(shí)施輻射井和排滲盲井工程，主壩浸潤(rùn)線超升現(xiàn)象有所好轉(zhuǎn)，為徹底治理好主壩浸潤(rùn)線超高這一安全隱患，結(jié)合現(xiàn)狀，施工單位在主壩初期壩+152.0 m標(biāo)高從外坡實(shí)施7根水平排滲孔。結(jié)合主壩初期壩剖面圖，需穿透壩體80 m才能將壩體內(nèi)滲水導(dǎo)出，施工單位克服片石與片石的間隙和片石的不規(guī)則、長(zhǎng)距離施工易造成鋼套管跑位和跟管鉆井時(shí)壩體內(nèi)出現(xiàn)跑砂等困難，完成7根水平排滲管的施工任務(wù)，實(shí)現(xiàn)庫(kù)內(nèi)壩體滲水自流。全部工程施工結(jié)束后，經(jīng)不間斷測(cè)量7口排滲管每天的出水量約為450 m3／d。7根壩體排滲管出水質(zhì)清澈透明、無(wú)任何顆粒雜質(zhì)，做到了24 h自流排滲，后期管理工作極少。

3.6 增設(shè)輻射井內(nèi)排水設(shè)施

副壩實(shí)施在輻射井內(nèi)增設(shè)集滲管工程，加大了庫(kù)內(nèi)滲水能力，通過(guò)向初期壩方向和向庫(kù)內(nèi)方向增打集滲管工程，副壩+183.0 m標(biāo)高浸潤(rùn)線從原來(lái)的最低3.2 m降至達(dá)4.9 m。井內(nèi)導(dǎo)水管的出水量由原來(lái)的240 m3／d提高到現(xiàn)每天約300 m3／d的出水，現(xiàn)副壩+183.0 m人工浸潤(rùn)線埋深已達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范4 m要求。

3.7 采用分級(jí)尾砂模袋法堆筑子壩

為保證尾礦庫(kù)后期的壩體穩(wěn)定，針對(duì)該尾礦庫(kù)縱深短、尾礦粒度細(xì)、壩體上升速度快、尾礦不宜固結(jié)的特點(diǎn)，采用了國(guó)家安監(jiān)總局在非煤礦山推廣的分級(jí)尾砂模袋法新工藝來(lái)堆筑子壩，實(shí)施分級(jí)尾砂模袋法堆筑子壩，避免了原機(jī)械堆壩庫(kù)內(nèi)取砂在壩體上反復(fù)碾壓易造成庫(kù)內(nèi)土工席墊導(dǎo)水管被破壞、回采坑內(nèi)尾砂回填形成透鏡體夾層造成尾礦滲透性差的現(xiàn)象［2～4］。

經(jīng)上述綜合治理措施的實(shí)施，該尾礦庫(kù)現(xiàn)各斷面標(biāo)高浸潤(rùn)線埋深均降低至設(shè)計(jì)要求的控制浸潤(rùn)線埋深以下，保障了尾礦壩的安全運(yùn)行。

4 結(jié) 論

綜上，通過(guò)分析該尾礦庫(kù)浸潤(rùn)線埋深偏高的成因，提出了完善尾礦庫(kù)清污分流、增設(shè)大口輻射井、采用網(wǎng)狀硬式透水管+水平土工席墊聯(lián)合排滲設(shè)施、初期壩+152.0 m實(shí)施水平排滲管設(shè)施、局部浸潤(rùn)線偏高區(qū)域?qū)嵤┡艥B盲井、實(shí)施尾砂分級(jí)模袋法筑壩等措施。工程設(shè)施完成后，尾礦庫(kù)浸潤(rùn)線埋深均降低至設(shè)計(jì)要求的控制浸潤(rùn)線埋深以下，有效地解決了該尾礦庫(kù)浸潤(rùn)線超控制浸潤(rùn)線埋深的問(wèn)題，保障了尾礦庫(kù)的運(yùn)行安全。