池填法在背陰山?jīng)_尾礦庫(kù)筑壩中的應(yīng)用

王 俊 伍紅強(qiáng)

(1.云南錫業(yè)股份有限公司老廠分公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司)

尾礦庫(kù)是指通過(guò)筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成的用以貯存金屬非金屬礦山進(jìn)行礦石選別后排出尾礦的場(chǎng)所，是礦山生產(chǎn)的重要安全、環(huán)保設(shè)施，也是一個(gè)具有高勢(shì)能的人造泥石流重大危險(xiǎn)源。尾礦庫(kù)的正常運(yùn)行是下游人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)的有力保障，是維持礦山正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證選廠持續(xù)生產(chǎn)，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益的根本。

根據(jù)不同選址地形條件，尾礦庫(kù)大體上可分為山谷型、山坡型及平地型3類[1]，尾礦庫(kù)壩體由初期壩和后期壩(砂堆壩、子壩)組成，后期壩筑壩的基本形式有上游式、中線式和下游式。針對(duì)我國(guó)尾礦庫(kù)地址地質(zhì)情況及尾礦庫(kù)的管理使用情況，當(dāng)前我國(guó)使用較廣泛的后期壩尾礦筑壩方式為上游式筑壩法，在上游式后期壩的筑壩過(guò)程中又可分為沖積法、池填法、渠槽法、水力旋流器法等，根據(jù)入庫(kù)尾礦的濃度、粒度等相關(guān)性質(zhì)參數(shù)選擇適宜的筑壩方法有助于提高尾礦庫(kù)的安全管理水平[2]。

1 工程概述

云錫公司背陰山?jīng)_尾礦庫(kù)屬于山谷型尾礦庫(kù)。該庫(kù)1964年建成并投入使用，設(shè)計(jì)總庫(kù)容為950萬(wàn)m3，在尾礦庫(kù)西側(cè)筑有尾礦壩，初期壩為均質(zhì)土壩，壩頂標(biāo)高為2 292.47 m，壩底標(biāo)高為2 282.46 m，壩高10.1 m，壩頂寬2.2 m，內(nèi)坡坡比為1∶2.5，外坡坡比為1∶3.5，壩頂長(zhǎng)124.3 m，后期壩采用尾砂進(jìn)行筑壩。隨著尾礦庫(kù)的升高，為了滿足選廠的生產(chǎn)需要，進(jìn)行技術(shù)改造設(shè)計(jì)，增設(shè)了一副壩基礎(chǔ)壩，增設(shè)的基礎(chǔ)壩壩頂標(biāo)高為2 310.0 m，壩底標(biāo)高為2 302.6 m，壩高7.4 m，壩頂寬3.0 m，內(nèi)坡坡比為1∶2，外坡坡比為1∶2，壩頂長(zhǎng)126.5 m。目前，尾礦堆積壩壩頂標(biāo)高已達(dá)2 311.23 m，尾礦堆壩高度為18.83 m，堆積壩外坡平均坡度比為1∶4.88，庫(kù)內(nèi)尾礦沉積灘平均坡度為2.0%，干灘長(zhǎng)度約200 m。

2 尾礦性質(zhì)

背陰山?jīng)_尾礦庫(kù)后期壩采用上游式堆筑子壩，曾有過(guò)一段時(shí)間沿壩軸線方向獨(dú)頭放礦，由于尾礦是不同粒度的非均勻顆粒所組成的顆粒群，在尾礦沉積流動(dòng)過(guò)程中，整個(gè)壩體的筑壩尾礦粒度分布不均勻，按粗細(xì)粒度級(jí)別形成明顯的分段，見圖1。

圖1 壩體分段示意

出自選礦廠進(jìn)入尾礦庫(kù)的尾礦顆粒組成見表1，尾礦平均粒度為0.066 mm，屬于細(xì)尾砂。

表1 尾礦顆粒組成

從尾礦筑壩的角度來(lái)看，尾礦的粒度是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，它能綜合反映尾礦的特性和本質(zhì)。原冶金工業(yè)部建筑研究總院提出的原尾礦中作為有效筑壩粒徑界限為0.02 mm，按照云錫公司尾礦庫(kù)的生產(chǎn)實(shí)踐表明，尾礦中大于0.02 mm的顆粒是可以用來(lái)筑壩的。進(jìn)入背陰山?jīng)_尾礦庫(kù)的尾礦平均粒度達(dá)0.066 mm，滿足尾礦砂壩筑壩要求。但由于采用獨(dú)頭放礦，沿壩軸線放礦筑壩，使粗顆粒尾礦沉積于排入端一側(cè)，細(xì)顆粒尾礦逐次向另一端沉積，造成明顯分段現(xiàn)象，采用此種放礦方式筑成的堆積壩在縱向上分段處抗剪強(qiáng)度低，加之粒度差異容易造成筑壩質(zhì)量低，不利于尾礦庫(kù)的安全運(yùn)行及管理，同時(shí)也給尾礦庫(kù)內(nèi)回水帶來(lái)不利影響。為此，及時(shí)糾正放礦方式，采用池填法堆筑后期壩，以提高壩體質(zhì)量及穩(wěn)定性。

3 池填法筑壩的實(shí)施

3.1 準(zhǔn)備工作

池填法筑壩前，組織清理壩基[3]，直至清理無(wú)其他廢料、雜物等為止，然后根據(jù)壩體的長(zhǎng)度確定工作量，準(zhǔn)備好筑壩工具、材料。

3.2 圍埝制作

沿壩軸長(zhǎng)方向先用人工堆筑子堤，形成連續(xù)封閉的若干個(gè)矩形池(也稱圍埝)，池高度根據(jù)設(shè)計(jì)子壩堆筑高度確定，取0.6 m，頂寬0.5～0.8 m，坡比為1∶1，矩形池大小為20 m×40 m。池面積是根據(jù)入庫(kù)尾礦的濃度、方量而定，若給入的尾礦量小，池子面積過(guò)大，會(huì)造成細(xì)泥排出困難，沉積在壩前，同時(shí)，尾礦在沉積過(guò)程中粗細(xì)不均。池中部埋設(shè)溢流管，通向庫(kù)內(nèi)。溢流管可采用φ150 mmPE管，進(jìn)漿口低于埝頂0.2 m左右。

3.3 放 礦

圍埝筑成后，按照池的排列布局鋪設(shè)放礦管路，每個(gè)池內(nèi)引入2根放礦支管放礦，按池子的排列順序放礦，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)池子內(nèi)放礦到尾礦差不多與圍埝相齊平后，即可停止放礦，再往第二個(gè)池內(nèi)繼續(xù)放礦，放礦方式依次類推。同時(shí)要保證粗粒尾礦沉積于池內(nèi)，細(xì)粒尾礦由溢流管流入庫(kù)內(nèi)。同時(shí)，在放礦筑壩時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)放礦過(guò)程的監(jiān)控，控制好池內(nèi)尾礦沉積狀態(tài)和尾礦流量，防止礦量過(guò)大、流速過(guò)快而沖毀圍埝。池填法筑壩示意見圖2[1]。

圖2 池填法筑壩示意

3.4 人工修復(fù)

池內(nèi)的尾礦經(jīng)沉積、固結(jié)后，確保不會(huì)陷人,一般晴天3～4 d，雨天6 d左右,即可達(dá)到要求，筑壩工便可進(jìn)入池內(nèi)進(jìn)行壩體修復(fù)，盡可能地確保新形成的子壩在外觀上規(guī)整，同時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)情況也可以在此基礎(chǔ)上繼續(xù)構(gòu)筑圍埝，加高子壩。

3.5 技術(shù)保障措施

(1)池填法筑壩期間，細(xì)粒礦泥容易沉積在子壩前，對(duì)壩體穩(wěn)定不利。為此，根據(jù)尾礦量和濃度來(lái)確定圍埝的寬度，若入庫(kù)尾礦流量小、濃度較低，則適度調(diào)窄圍埝的寬度，以便細(xì)粒尾礦能順利按溢流導(dǎo)管排入庫(kù)內(nèi)，不積留在壩前。

(2)圍埝高度不宜過(guò)高。一般圍埝高度控制在0.5～0.8 m為宜，過(guò)高會(huì)造成壩前尾礦堆積過(guò)多，短時(shí)間內(nèi)抬高壩體浸潤(rùn)線，必須嚴(yán)格控制圍埝高度，也方便筑壩工操作和維護(hù)。

(3)在靠近庫(kù)內(nèi)子壩上鋪設(shè)的溢流管要能隨尾礦沉積層的增厚而抬高。根據(jù)圍埝高度來(lái)控制溢流管的鋪設(shè)，以防溢流管被尾礦淹沒。

(4)池內(nèi)充填采用分散放礦。沿壩軸線方向進(jìn)入池內(nèi)的放礦管按每隔10 m左右設(shè)置，可以確保池內(nèi)尾礦顆粒均勻分布于池內(nèi)，細(xì)粒也能通過(guò)尾礦水的流動(dòng)作用排入庫(kù)內(nèi)。

(5)池內(nèi)的進(jìn)礦口與溢流口交錯(cuò)設(shè)置，避免直進(jìn)直出，不利于尾礦沉積，影響筑壩的質(zhì)量和效果。

(6)如果子壩軸線較長(zhǎng)時(shí)，可交替、分段進(jìn)行圍埝、放礦、干燥，但應(yīng)保證整個(gè)壩體均勻上升。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在構(gòu)筑圍埝時(shí)，內(nèi)層子壩相間鋪上茅草、草席和尾礦砂，可以加快子堤的堆筑速度，又有利于排滲。

4 應(yīng)用效果

背陰山?jīng)_尾礦庫(kù)采用池填法

筑壩后，以前存在的壩體上尾礦粒度明顯分帶現(xiàn)象得到了有效解決，壩前尾礦粒度分布變得均勻。通過(guò)委托勘察單位進(jìn)行壩體穩(wěn)定性勘察顯示，筑壩質(zhì)量得到提高，壩體穩(wěn)定性得到改善，壩體浸潤(rùn)線的埋深也符合尾礦庫(kù)相關(guān)規(guī)程、規(guī)范的要求，同時(shí)，保證了規(guī)范要求的干灘長(zhǎng)度，回水質(zhì)量得到相應(yīng)改善。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)池填法尾礦筑壩的應(yīng)用實(shí)踐來(lái)看，相對(duì)其他筑壩方式，池填法筑壩操作維護(hù)較簡(jiǎn)單，易于掌握，筑壩成本低，特別是對(duì)于尾礦庫(kù)縱深較短，尾礦濃度低，尾礦上升速度較快，在干灘長(zhǎng)度與回水質(zhì)量相互矛盾時(shí)，采用此法筑壩更能顯示出優(yōu)越性。采用池填法進(jìn)行后期壩的堆筑是做好尾礦庫(kù)安全管理工作，保證尾礦庫(kù)正常穩(wěn)定運(yùn)行的一種行之有效的方法，值得推廣應(yīng)用。

[1] 沃廷樞.尾礦庫(kù)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

[2] 陳殿強(qiáng)，王來(lái)貴.尾礦庫(kù)工程及加高過(guò)程力學(xué)特性研究[M].1版.沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2011.

[3] 田文旗，薛劍光.尾礦庫(kù)安全技術(shù)與管理[M].1版.北京：煤炭工業(yè)出版，2007.