尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”綜合治理

饒燕國(guó)

（攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司技改設(shè)備部，四川攀枝花 617000）

0 引言

2016 年，根據(jù)國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于印發(fā)《遏制尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”重特大事故工作方案》的通知（安監(jiān)總管一〔2016〕54號(hào)）及四川省政府安委會(huì)辦公室關(guān)于印發(fā)《四川省遏制尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”重特大事故實(shí)施方案》的通知（川安辦〔2016〕29 號(hào)），攀枝花市多達(dá)20 多家企業(yè)的尾礦庫(kù)均被列為“頭頂庫(kù)”。

“頭頂庫(kù)”系指下游1 km 左右有居民或重要設(shè)施的尾礦庫(kù)。由于尾礦庫(kù)是一個(gè)具有高勢(shì)能的人造泥石流的危險(xiǎn)源。尾礦庫(kù)一旦失事，將給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及下游人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的災(zāi)害和損失。因此，亟需探尋“頭頂庫(kù)”可行的治理方式。針對(duì)攀枝花中啟礦業(yè)有限公司五道河倮果溝口尾礦庫(kù)（以下簡(jiǎn)稱倮果溝口尾礦庫(kù)）“頭頂庫(kù)”綜合治理方案的探討，為其他企業(yè)尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”治理提供參考。

1 倮果溝口尾礦庫(kù)現(xiàn)狀

現(xiàn)狀尾礦壩堆積壩壩頂高程1056 m，總壩高56 m，初期壩高30 m，堆積壩高26 m，現(xiàn)狀堆積尾砂總量330 萬(wàn)m3，尾礦庫(kù)等級(jí)為四等庫(kù)。

1.1 初期壩

初期壩壩高30 m，壩頂標(biāo)高1030 m。在初期壩上游側(cè)設(shè)了一座輻射式排滲井，井周設(shè)輻射濾水管收集滲水，用導(dǎo)水管將輻射井中的滲水導(dǎo)出壩坡外。

1.2 堆積壩

堆積壩壩高26 m，壩頂標(biāo)高1056 m，在標(biāo)高1035 m，1043 m，1048 m，1052 m 分別設(shè)置有馬道，堆積壩外邊坡總坡比約為1∶5。另現(xiàn)狀灘頂堆積有7 m 高子堤，堤后并未開(kāi)始放礦。

1.3 沉積灘面

尾礦庫(kù)沉積灘面大部分區(qū)域表面已經(jīng)干凅，庫(kù)尾200 m 范圍內(nèi)存在部分積水。沉積灘灘面總長(zhǎng)約600 m，現(xiàn)狀干灘長(zhǎng)度約400 m。沉積灘整體坡度為壩前高庫(kù)尾低的倒坡，坡度約為1%。

1.4 排洪系統(tǒng)

現(xiàn)狀排洪系統(tǒng)為溢洪塔+豎井+主（支）排洪隧洞的排洪方式。主排洪隧洞長(zhǎng)760.504 m，縱向坡度為3%，斷面采用城門洞型，凈高4.8 m，凈寬4 m；1#支隧洞長(zhǎng)64.60 m，2#支隧洞長(zhǎng)91.48 m，城門洞型，凈高4.8 m，凈寬4 m，支隧洞與主隧洞交角45°；1#溢洪塔塔頂標(biāo)高1056 m，塔高26 m。2#溢洪塔塔頂標(biāo)高1061 m，塔高21 m。

1.5 排滲系統(tǒng)

尾礦庫(kù)的排滲設(shè)施主要由初期壩排滲體及堆積壩體排滲設(shè)施組成。水平盲溝采用粒徑為（30～50）mm 的碎石充填，內(nèi)設(shè)Φ200 mm 軟式濾水管。導(dǎo)水管和聯(lián)接三通采用Φ200 mmUPVC管，導(dǎo)水管間距25 m，導(dǎo)水管將排滲盲溝收集的滲透水流引至壩坡馬道排水溝或壩肩截洪溝。排滲水平盲溝的埋設(shè)平面位置為從堆積壩頂向尾礦庫(kù)內(nèi)70 m 平行壩軸線位置。

2 倮果溝口尾礦庫(kù)治理的由來(lái)

尾礦庫(kù)的下游左岸有一個(gè)小型選礦廠、一座五道河鐵路橋、一條跨河的煤氣管道、一個(gè)加油站、一個(gè)倮果花園小區(qū)、一個(gè)棄用的攔砂壩、一堆棄砂、兩座公路橋。尾礦庫(kù)的上游有攀鋼五道河排土場(chǎng)，與其中的第Ⅳ排土場(chǎng)距離最近。庫(kù)區(qū)覆蓋范圍內(nèi)有麗攀高速路橋通過(guò)，橋頂高程約1100 m，橋墩處于庫(kù)區(qū)淹沒(méi)范圍內(nèi)。

尾礦庫(kù)周邊環(huán)境關(guān)系復(fù)雜，下游有工業(yè)設(shè)施、居民等，根據(jù)國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于印發(fā)《遏制尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”重特大事故工作方案》的通知（安監(jiān)總管一〔2016〕54 號(hào)）及四川省政府安委會(huì)辦公室關(guān)于印發(fā)《四川省遏制尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”重特大事故實(shí)施方案》的通知（川安辦〔2016〕29 號(hào)），此尾礦庫(kù)為“頭頂庫(kù)”，一旦發(fā)生安全事故，其危害極大，因此，必須對(duì)該尾礦庫(kù)進(jìn)行綜合治理。

3 倮果溝口尾礦庫(kù)治理探討

根據(jù)國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于印發(fā)《遏制尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”重特大事故工作方案》，“頭頂庫(kù)”治理包括隱患治理、升級(jí)改造、閉庫(kù)及銷庫(kù)、尾礦綜合利用和下游居民搬遷等五種治理方式。結(jié)合該尾礦庫(kù)實(shí)際情況，并考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性，采用現(xiàn)狀“閉庫(kù)”的方式進(jìn)行治理。采取的治理內(nèi)容如下。

3.1 初期壩

現(xiàn)狀初期壩外坡面完整，其穩(wěn)定性較好，維持現(xiàn)狀。

3.2 堆積壩

（1）壩體邊坡。堆積壩外坡面進(jìn)行填土修整，保證壩面平整，同時(shí)，覆土植草綠化；壩面縱橫向排水溝及壩肩排水溝砂漿抹面局部地段重新抹面，保證排水溝過(guò)水通暢。

（2）沉積灘面。將堆積壩壩頂堆積尾砂子堤清理至標(biāo)高1056 m。從灘頂開(kāi)始以1.0%坡度傾向庫(kù)區(qū)內(nèi)1#溢洪塔方向；庫(kù)區(qū)左岸從高速公路橋墩至庫(kù)區(qū)中央灘面維持現(xiàn)狀坡度（1%～3.25%）；庫(kù)尾積水區(qū)域，揭開(kāi)2#溢洪塔擋水板將積水排出，灘面晾曬干涸后采用干砂分層碾壓堆填，并形成1%順坡。灘面最終形成庫(kù)前、庫(kù)尾、庫(kù)兩岸高，灘面中間位置1#溢洪塔進(jìn)水口低。庫(kù)區(qū)匯水通過(guò)灘面匯流引至1#溢洪塔并進(jìn)入排洪隧洞排泄。在庫(kù)區(qū)整個(gè)灘面范圍內(nèi)覆土，覆土層厚度為30 cm，人工修整覆土層形成與灘面一致坡度。

3.3 防排洪系統(tǒng)

根據(jù)《攀枝花中啟礦業(yè)有限公司五道河倮果溝口尾礦庫(kù)安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)報(bào)告》，現(xiàn)有排洪設(shè)施滿足該尾礦庫(kù)相應(yīng)洪水標(biāo)準(zhǔn)所需的下泄流量要求，可作為治理后排洪設(shè)施。

同時(shí)，尾礦庫(kù)后緣五佳公司棄渣堆積體及右岸攀枝花鐵礦排土場(chǎng)距離2#塔較近，存在一定安全隱患，故將2#支洞進(jìn)行封堵，1#塔、1#支隧洞、主隧洞做為閉庫(kù)后主排洪設(shè)施。另灘頂右岸排水溝采用混凝土硬化，閉庫(kù)后做為輔助排洪設(shè)施。

（1）2#排洪支洞封堵。采用混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)2#支洞進(jìn)行封堵，封堵段全長(zhǎng)9 m，兩端分別為1 m 厚C20 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中間7 m 段為素填混凝土結(jié)構(gòu)。封堵段距2#排水井距離（5～10）m。將2#支洞封堵之后，2#排水井內(nèi)采用干尾砂填充，填充至塔頂高程與閉庫(kù)后灘面相銜接。

（2）臨時(shí)排洪明渠硬化。灘頂右岸為已建臨時(shí)度汛排洪明渠，將該排水溝采用混凝土硬化，閉庫(kù)后做為輔助排洪設(shè)施，在極端情況1#塔+隧洞排洪失效的情況下，洪水漫至該排洪明渠排放。渠身采用C20 混凝土硬化，硬化后排洪明渠底寬2 m，深2 m，側(cè)壁邊坡比1∶1。

為防止該明渠不均勻沉降，硬化渠身前渠道底部設(shè)10 cm厚碎石墊層；進(jìn)水口處設(shè)置1 m 深沉砂池，防止尾砂外泄；渠道兩側(cè)頂部雨季應(yīng)設(shè)置沙袋隔水墻，防止灘面尾砂隨水流沖入渠道內(nèi)對(duì)下游造成環(huán)境污染。

3.4 排滲設(shè)施

現(xiàn)狀排滲設(shè)施與原設(shè)計(jì)相符，現(xiàn)狀排滲通暢，故閉庫(kù)后沿用現(xiàn)狀排滲設(shè)施。

3.5 安全監(jiān)測(cè)

（1）位移監(jiān)測(cè)設(shè)施。新建9 處位移監(jiān)測(cè)樁、2 處位移監(jiān)測(cè)基點(diǎn)。

（2）浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)設(shè)施。修復(fù)4 處浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)孔，及時(shí)掌握閉庫(kù)后的壩體浸潤(rùn)線埋深情況。

4 倮果溝口尾礦庫(kù)治理后穩(wěn)定及排洪能力計(jì)算

4.1 壩體邊坡穩(wěn)定性分析

（1）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50863—2013）中規(guī)定，尾礦壩抗滑穩(wěn)定的最小安全系數(shù)規(guī)范值見(jiàn)表1。尾礦庫(kù)完成閉庫(kù)后總壩高56 m，總庫(kù)容330 萬(wàn)m3，尾礦庫(kù)等級(jí)為四等庫(kù)?？紤]到本尾礦庫(kù)周邊環(huán)境關(guān)系較為復(fù)雜，閉庫(kù)后壩體滲流穩(wěn)定分析與行洪安全校核標(biāo)準(zhǔn)均提高一等，按照三等庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核。

（2）計(jì)算參數(shù)。地層的計(jì)算參數(shù)取用《攀枝花中啟礦業(yè)有限公司五道河倮果溝口尾礦庫(kù)巖土工程勘察及壩體穩(wěn)定性驗(yàn)算評(píng)價(jià)報(bào)告》中的建議值，各土層物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1 尾礦壩抗滑穩(wěn)定的最小安全系數(shù)規(guī)范值

表2 各土層物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)

（3）計(jì)算剖面。計(jì)算剖面選取閉庫(kù)后A-A 剖面作為典型剖面計(jì)算。

（4）計(jì)算結(jié)果。采用理正巖土計(jì)算軟件，得出結(jié)果（表3）。

表3 A-A 剖面壩體各種工況下壩坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果

通過(guò)計(jì)算分析可知，閉庫(kù)后尾礦庫(kù)壩體在各種工況下均穩(wěn)定。

4.2 防洪計(jì)算

（1）防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。尾礦庫(kù)閉庫(kù)后按照三等庫(kù)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行行洪安全校核，根據(jù)《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50863—2013）中規(guī)定，確定該閉庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)按500 年一遇設(shè)計(jì)校核。計(jì)算依據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》（1984.6）。

（2）洪水復(fù)核計(jì)算。流域計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 流域計(jì)算參數(shù)

根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》（1984 年6 月），洪峰流量計(jì)算結(jié)果為最大流量為271.723 m3/s，洪水總量543.671 萬(wàn)m3。

（3）排洪系統(tǒng)泄流能力計(jì)算。排洪隧道排洪能力復(fù)核按曼寧公式計(jì)算，計(jì)算公式如下。

式中 Q——流量，m3/s

C——謝才系數(shù)

A——過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2

n——糙率系數(shù)

R——水力半徑，m

i——坡降

經(jīng)計(jì)算，主排洪隧洞過(guò)流量為284.064 m3/s。因此，過(guò)流量大于對(duì)應(yīng)洪峰流量271.723 m3/s，隧洞泄流能力均滿足排洪的要求。主排洪隧洞過(guò)流量計(jì)算見(jiàn)表5。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)國(guó)家尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”治理方案精神，對(duì)攀枝花中啟礦業(yè)有限公司五道河倮果溝口尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”治理方式進(jìn)行了摸索、探討。本文論述的尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”綜合治理方式，得到了攀枝花市安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局的認(rèn)可，并得以實(shí)施。該尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”治理內(nèi)容已于2018 年11 月20 日全部竣工完成，并經(jīng)攀枝花市政府相關(guān)部門驗(yàn)收通過(guò)。

表5 主排洪隧洞過(guò)流量計(jì)算

此文論述的治理方式，具有安全、可靠、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，在維持現(xiàn)狀的條件下，進(jìn)一步提高尾礦庫(kù)的安全度，降低企業(yè)“頭頂庫(kù)”治理負(fù)擔(dān)，對(duì)國(guó)家“頭頂庫(kù)”治理具有一定的參考價(jià)值。