尾礦堆積壩浸潤線影響因素及降低浸潤線措施*

劉 寧 羅敏杰

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司)

尾礦堆積壩浸潤線影響因素及降低浸潤線措施*

劉 寧 羅敏杰

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司)

針對尾礦上游法筑壩的特點，分析其對堆積壩滲流及浸潤線埋深的影響，提出解決對于因存在泥化夾層、細粒徑尾礦夾層或出現(xiàn)尾礦板結(jié)情況導致浸潤線埋深較淺問題的工程措施。

尾礦庫 滲流 浸潤線 工程措施

尾礦庫是用以貯存金屬、非金屬礦山進行礦石選別后排出尾礦的場所，同時也是潛在危險源，一旦失事，會危害下游居民人身財產(chǎn)安全及公共設施安全。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國尾礦庫筑壩方式為上游法筑壩的約占90%。根據(jù)相關(guān)資料分析顯示，如果浸潤線位置相差1.0 m，壩體穩(wěn)定系數(shù)就相差0.03～0.05[1]，因此尾礦堆積壩浸潤線埋深是礦山企業(yè)在生產(chǎn)過程中必須嚴格控制的參數(shù)之一。

1 上游法堆積壩的特性及其對滲流的影響

1.1 上游法堆積壩的特性

從理論上來說，上游法堆積壩尾礦的沉積是有規(guī)律的，沿堆積壩至庫內(nèi)的水平方向和由上至下的垂直方向，尾礦粒徑由粗變細、干容重由大變小、含水量由低變高。

在實際生產(chǎn)情況下，上游法堆積壩尾礦的沉積是復雜的，礦山生產(chǎn)運行過程中，每天處理礦石的性質(zhì)會有所差異，不同巖石含泥量不一樣，含泥量高的礦石經(jīng)過處理后，部分泥漿可能隨著尾礦水進入庫內(nèi)，在沉積灘面上形成泥化夾層；在礦山生產(chǎn)運行過程中，可能會由于各種原因?qū)е履骋粋€放礦口長期運行或同時打開多個放礦口，這會造成不同放礦口處的堆積灘面上升速度不同，導致堆積壩出現(xiàn)粗、細粒徑尾礦互層的情況；不同的選礦方式或者礦石本身的性質(zhì)可能導致入庫尾礦出現(xiàn)板結(jié)層等情況。

1.2 泥化夾層、細粒徑尾礦夾層和尾礦板結(jié)層對滲流的影響

由于組成堆積壩的絕大部分材料都是粗粒徑尾礦，透水性能較好，導致堆積壩上的泥化夾層和細粒徑尾礦夾層一般都能充分固結(jié)，而且泥化夾層和細粒徑尾礦夾層的滲透系數(shù)一般比粗粒徑尾礦的滲透系數(shù)小10-1～10-2[2]。由于上下游水位差和堆積壩材料的滲透性朝各方向相差不大，堆積壩內(nèi)的滲流一般為降水流，因此泥化夾層和細粒徑尾礦夾層對堆積壩滲流有影響，會使得堆積壩內(nèi)滲流水受到阻礙不能順利通過泥化夾層和細粒徑尾礦夾層而改變滲流方向，沿著粗粒徑尾礦進行水平流動，泥化夾層和細粒徑尾礦夾層越厚，對滲流的干擾越大。尾礦出現(xiàn)板結(jié)層的情況與泥化夾層和細粒徑尾礦夾層類似，主要是滲透系數(shù)減小，干擾滲流。

2 影響上游法堆積壩浸潤線埋深的主要因素

2.1 地形因素

不同地形對堆積壩浸潤線埋深影響很大。溝谷短的尾礦庫難以擁有較長的灘面，同時難以降低正常運行水位，因此堆積壩浸潤線埋深相對較淺；堆積壩處溝谷彎曲的尾礦庫使得堆積壩內(nèi)滲徑長，在同樣水位的前提下浸潤線跌落幅度小，且向庫內(nèi)凸起的山體還會影響堆積壩滲流場，使得堆積壩浸潤線埋深相對較淺。選定尾礦庫庫址后，地形因素即為客觀因素，無法在生產(chǎn)運行中調(diào)整，只能在選址時充分考慮選址對堆積壩浸潤線埋深的影響。

2.2 入庫尾礦因素

先進的礦物加工設備使得磨礦細度變細，嚴格的環(huán)保及安全要求使得更多的粗粒徑尾礦被分選出用于井下充填，因此進入尾礦庫的細粒徑尾礦使得堆積壩浸潤線埋深相對較淺；入庫尾礦出現(xiàn)泥化夾層和板結(jié)等情況，也使得堆積壩浸潤線埋深相對較淺。礦山生產(chǎn)流程確定后，入庫尾礦因素也是客觀因素，難以通過管理調(diào)整。

2.3 放礦管理因素

放礦管理水平同樣對堆積壩浸潤線埋深影響很大，放礦方式不當容易導致更多細粒徑尾礦留在堆積灘面上，加劇了堆積壩粗、細粒徑尾礦互層的情況，使得堆積壩浸潤線埋深相對較淺。放礦管理因素是礦山生產(chǎn)運行時影響堆積壩浸潤線埋深的主觀因素，根據(jù)實際情況通過科學制定放礦方案可以減小細粒徑尾礦夾層的厚度，從而減弱細粒徑尾礦夾層對浸潤線埋深的影響。

3 降低上游法堆積壩浸潤線的常用工程措施及分析

3.1 輻射井+水平排滲管

輻射井+水平排滲管施工方便，運行管理簡單，輻射井位置固定，影響范圍有限，水平排滲管只能水平方向輻射，對沉積較均勻的堆積壩降低浸潤線效果好，但對存在較厚的泥化夾層或細粒徑尾礦夾層的堆積壩降低浸潤線效果則要差一些，且輻射井投資高。

3.2 槽孔管

槽孔管施工方便，運行管理簡單，更適用于細粒尾礦堆積壩排滲，可精確設置埋置深度從而控制浸潤線埋深，也可擊穿多層泥化夾層或細粒徑尾礦夾層，但對于每一層泥化夾層或細粒徑尾礦夾層，每根槽孔管只能穿越一次，排滲能力有限，且槽孔管投資高。

3.3 抽水井

抽水井多用于臨時降低堆積壩浸潤線，需要設置泵抽排滲水，長期運行費用高。

3.4 水平排滲管+砂井

水平排滲管+砂井施工方便，運行管理簡單，砂井或塑料排水板可以立體化分多層擊穿較厚的泥化夾層或細粒徑尾礦夾層，水平排滲管可以部分開孔與砂井對接排水，但用于細粒尾礦堆積壩排滲效果不如槽孔管好，因此水平排滲管+砂井適合降低存在較厚的泥化夾層或細粒徑尾礦夾層的堆積壩浸潤線，效果好，投資低。

4 工程實例

江西省某鐵礦尾礦庫2008—2012年入庫平均粒徑為0.077 mm，且含大量細泥，2012—2015年入庫平均粒徑為0.087 mm，堆積壩原地形為兩條溝匯集處，其中右溝正對初期壩，距離初期壩較近，左溝下游被山體環(huán)抱，距離初期壩較遠，放礦方式為沿堆積壩頂均勻布置放礦口，按順序從右溝往左溝輪流開啟各放礦口放礦，左溝堆積壩局部出現(xiàn)沼澤化。礦方實測右溝堆積壩體浸潤線最小埋深為8 m，左溝堆積壩體浸潤線最小埋深為2.2 m；經(jīng)軟件計算，到設計最終高程時，尾礦庫為二等庫，右溝計算浸潤線于175 m標高溢出堆積壩體，左溝計算浸潤線于190 m標高溢出堆積壩體，均不滿足《尾礦設施設計規(guī)范》(GB 50863—2013)的要求，需要采取工程措施降低堆積壩浸潤線。經(jīng)比較，選擇水平排滲管+砂井的方案降低堆積壩浸潤線，每根水平管+5個砂井為一組排滲設施，每組排滲設施間距10 m，其中水平管長100 m，砂井平均深度15 m，排滲設施剖面圖見圖1。

圖1 某尾礦庫堆積壩新增排滲設施剖面圖(單位：m)

根據(jù)工程措施重新計算右溝浸潤線最小埋深為8 m，左溝除與山體交界處外，浸潤線最小埋深為6.2 m，均滿足《尾礦設施設計規(guī)范》(GB 50863—2013)的要求。目前工程措施已施工完畢，實測右溝浸潤線最小埋深為8.5 m，左溝除與山體交界處外，浸潤線最小埋深為6.4 m，施工后壩體浸潤線埋深完全達到設計要求。

5 結(jié) 語

(1)采用上游法筑壩時，尾礦堆積壩中一般存在泥化夾層、細粒徑尾礦夾層或出現(xiàn)尾礦板結(jié)的情況，這對堆積壩滲流會產(chǎn)生影響。

(2)放礦管理水平會影響泥化夾層、細粒徑尾礦夾層的嚴重程度，從而影響堆積壩浸潤線的埋深。

(3)采用水平排滲管+砂井的工程措施解決對于因存在泥化夾層、細粒徑尾礦夾層或出現(xiàn)尾礦板結(jié)情況導致浸潤線埋深較淺的問題效果很好。

(4)企業(yè)提高放礦管理水平有助于改善堆積壩浸潤線埋深較淺的問題。

[1] 王洪德，李 航.尾礦庫初期壩排滲能力對滲流場浸潤線影響[J].遼寧工程技術(shù)大學學報：自然科學版，2014 (4):443-446.

[2] 金永健.尾礦壩二維固結(jié)滲流模型研究及壩體穩(wěn)定性分析[D].長沙:中南大學，2009.

*國家科技支撐計劃項目(編號:SQ2012BAJY3502)；“贛鄱英才555工程”領軍人才培養(yǎng)計劃項目經(jīng)費資助項目(編號:贛財行指[2012]165號)。

2015-09-18)

劉 寧(1983—)，男，工程師，330031 江西省南昌市前湖大道888號。