西漂尾礦庫(kù)模袋法堆筑寬頂子壩可行性分析

薛忠言

（重鋼西昌礦業(yè)有限公司）

西漂尾礦庫(kù)是重鋼西昌礦業(yè)有限公司目前唯一在用尾礦庫(kù)，其接替庫(kù)——小麻柳尾礦庫(kù)現(xiàn)正處于施工階段。西漂尾礦庫(kù)由原西漂老尾礦庫(kù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)西漂老庫(kù)）及其下游西漂技改擴(kuò)容新尾礦庫(kù)組成，2座尾礦庫(kù)均由中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)［1-2］。西漂老庫(kù)于1986年開(kāi)始籌建，1988年9月竣工投入使用，設(shè)計(jì)最終堆積標(biāo)高1 620 m，尾礦堆壩高度40 m，總壩高64 m，設(shè)計(jì)總庫(kù)容986.4萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)等別為三等庫(kù)，該尾礦庫(kù)于2011年接近最終設(shè)計(jì)堆積標(biāo)高，后基本停用。為了滿(mǎn)足礦山擴(kuò)能生產(chǎn)要求，2009年，公司采用下游外推式擴(kuò)容方式對(duì)西漂老庫(kù)進(jìn)行了技改設(shè)計(jì)與施工（以下簡(jiǎn)稱(chēng)西漂擴(kuò)容新庫(kù)）。西漂擴(kuò)容新庫(kù)在西漂老庫(kù)初期壩下游550 m處另建一道壩，作為擴(kuò)容后的初期壩，初期壩壩頂標(biāo)高1 600 m，最大壩高56 m，設(shè)計(jì)最終堆積壩壩頂標(biāo)高1 620 m，總壩高76 m，新增庫(kù)容1 936.084萬(wàn)m3，擴(kuò)容后的總庫(kù)容為2 922.484萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)等別為三等庫(kù)。西漂擴(kuò)容新庫(kù)于2009年底開(kāi)工建設(shè)，2011年建成投入試運(yùn)行，2012年初通過(guò)竣工驗(yàn)收，并正式投入使用，目前西漂擴(kuò)容新庫(kù)堆積壩子壩壩頂標(biāo)高約1 618.0 m，沉積灘頂標(biāo)高約1 616.0 m，即將達(dá)到設(shè)計(jì)最終堆積壩壩頂標(biāo)高。

1 尾礦庫(kù)運(yùn)行現(xiàn)狀

西漂尾礦庫(kù)正常運(yùn)行至今，子壩壩頂標(biāo)高為1 618.0 m，堆積壩壩軸線(xiàn)全長(zhǎng)約1 500 m，灘頂標(biāo)高為1 616.0 m，尾礦堆壩高度為18 m，庫(kù)內(nèi)正常生產(chǎn)水位標(biāo)高約1 612.0 m，沉積灘干灘長(zhǎng)度約200 m，干灘縱坡坡比約為2%；澄清水水質(zhì)清澈；排滲盲溝、排洪設(shè)施運(yùn)行均正常。2018年11月由北京國(guó)信安科技有限公司對(duì)西漂尾礦庫(kù)進(jìn)行安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，結(jié)論為符合《尾礦庫(kù)安全技術(shù)規(guī)程》及相關(guān)法律法規(guī)的要求，處于正常穩(wěn)定狀態(tài)。

2 閉庫(kù)方案

西漂尾礦庫(kù)今后不再進(jìn)行加高擴(kuò)容，根據(jù)《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50863-2013）要求，對(duì)停止使用的尾礦庫(kù)應(yīng)進(jìn)行閉庫(kù)設(shè)計(jì)。

西漂尾礦庫(kù)屬正常庫(kù)，如不進(jìn)行閉庫(kù)治理，其長(zhǎng)期停用后在安全與環(huán)保方面可能存在一定的隱患和風(fēng)險(xiǎn)，為消除這些隱患和風(fēng)險(xiǎn)，維持尾礦庫(kù)的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定，擬將西漂老庫(kù)及西漂擴(kuò)容新庫(kù)作為一個(gè)整體進(jìn)行閉庫(kù)治理設(shè)計(jì)和整治，以規(guī)范尾礦庫(kù)管理。

本次尾礦庫(kù)閉庫(kù)將西漂擴(kuò)容新庫(kù)沉積灘面整體抬高至1 620 m，形成一個(gè)大面積的壩頂平臺(tái)，并與西漂老庫(kù)壩頂連成一個(gè)平面，壩頂平臺(tái)整體傾向下游側(cè)，坡度不小于0.5%；西漂老庫(kù)沉積灘面修整后整體傾向庫(kù)尾方向，坡度不小于2%，分別在其上部覆土植草或植樹(shù)，布置完善的坡面排水溝網(wǎng)。

3 寬頂子壩實(shí)施的必要性

（1）西漂老庫(kù)和擴(kuò)容新庫(kù)是上下游2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的尾礦庫(kù)，使2個(gè)庫(kù)面形成一個(gè)整體，有利于尾礦庫(kù)后期日常維護(hù)和管理。

（2）西漂老庫(kù)和擴(kuò)容新庫(kù)形成一個(gè)整體有利于尾礦庫(kù)閉庫(kù)后的土地利用。

（3）西漂擴(kuò)容新庫(kù)堆至設(shè)計(jì)堆積標(biāo)高1 620.0 m時(shí)，庫(kù)尾積水區(qū)水面線(xiàn)與上游老庫(kù)壩頂?shù)母卟罴s為4 m，積水區(qū)水深約為1.5 m，若待尾礦庫(kù)閉庫(kù)后再利用外運(yùn)土石料將下游擴(kuò)容新庫(kù)庫(kù)面一次性填平復(fù)墾，形成閉庫(kù)方案要求的壩頂平臺(tái)，經(jīng)初步估算，回填土石方量將達(dá)180.0萬(wàn)m3，外運(yùn)回填成本較高，顯然十分不經(jīng)濟(jì)。

為提前創(chuàng)造閉庫(kù)條件、降低后期閉庫(kù)成本，同時(shí)提高西漂擴(kuò)容新庫(kù)的庫(kù)容利用率、延長(zhǎng)尾礦庫(kù)使用年限，在確保西漂擴(kuò)容新庫(kù)安全運(yùn)行的前提下，先期在西漂擴(kuò)容新庫(kù)壩前實(shí)施寬頂子壩平臺(tái)是必須的。

4 寬頂子壩的筑壩技術(shù)、方法及其優(yōu)點(diǎn)

4.1 技 術(shù)

北京礦冶研究總院有限公司的尾砂模袋法筑壩技術(shù)［3-9］在云南銅業(yè)集團(tuán)、云南磷化集團(tuán)、中國(guó)黃金集團(tuán)、江西銅業(yè)集團(tuán)、甘肅白銀集團(tuán)下屬礦山的尾礦庫(kù)堆壩中得到了應(yīng)用，效果明顯。

與其他尾礦壩筑壩裝置相比，專(zhuān)利技術(shù)《一種新型尾礦沖填膜袋筑壩裝置》，利用原廢棄尾礦為筑壩材料，變廢為寶，可顯著降低工程造價(jià)，節(jié)省土地，節(jié)約尾礦庫(kù)庫(kù)容，延長(zhǎng)尾礦庫(kù)服務(wù)年限，大大減少對(duì)周邊環(huán)境的破壞，且能提高尾礦壩的安全穩(wěn)定性，為企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 方 法

寬頂子壩平臺(tái)可采用當(dāng)?shù)赝潦蠈掜斪訅巍⒛４鼘掜斪訅?、旋流器分?jí)粗砂寬頂子壩形式，也可以采用不同材料混合筑寬頂子壩。西漂擴(kuò)容新庫(kù)內(nèi)尾砂含水量較高、淤泥層較深，特別是庫(kù)尾尾砂，如采用當(dāng)?shù)赝潦牧现訅?，?huì)占用有限的尾礦存儲(chǔ)庫(kù)容，且不利于大型機(jī)械施工，運(yùn)輸及施工成本也過(guò)高。模袋法筑壩和旋流器分級(jí)粗砂筑壩工藝技術(shù)均已成熟，已在很多礦山企業(yè)尾礦庫(kù)筑壩工程中成功應(yīng)用，具有各自獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但模袋法筑壩單方成本相對(duì)人工堆壩偏高，而旋流器筑壩成型緩慢且不利于直接擋水。因此，從盡可能少侵占有效庫(kù)容和節(jié)省投資的角度出發(fā)，推薦采用模袋充灌尾砂修筑圍堰，并結(jié)合旋流器分級(jí)粗砂充填，堆筑寬頂子壩的施工方法。

4.3 優(yōu) 點(diǎn)

（1）模袋池填法適應(yīng)軟基條件，對(duì)地基變形適應(yīng)能力強(qiáng)。

（2）模袋充灌材料全部為尾砂，就地取材，利用選礦廠排出的尾礦筑壩，不侵占尾礦庫(kù)有效庫(kù)容，既節(jié)約投資又能提高庫(kù)容有效利用率。

（3）模袋池填法筑壩施工速度快、施工工期短，能有效解決礦山的生產(chǎn)排放和堆筑寬頂子壩問(wèn)題。

（4）模袋壩體充灌時(shí)，尾砂的粗細(xì)粒徑在袋體內(nèi)重新排列，固結(jié)后的壩體密實(shí)度能提高30%左右；模袋壩體及旋流器筑壩脫水固結(jié)快，且密實(shí)度高，可有效防止管涌和流土的發(fā)生，同時(shí)模袋與模袋之間的接觸面大，相互之間的摩擦力增大，可有效增加壩體的穩(wěn)定性。

（5）模袋池填法筑壩可有效提高尾礦庫(kù)庫(kù)容利用率，能一次性形成閉庫(kù)要求的平臺(tái)坡比，同時(shí)能確保該尾礦庫(kù)運(yùn)行期干灘長(zhǎng)度和安全超高要求。

（6）模袋池填法筑壩能保證尾礦庫(kù)干灘長(zhǎng)度及整個(gè)壩體的密實(shí)性，壩體抗洪能力強(qiáng)，暴雨季節(jié)模袋壩體能防御山洪沖擊，可有效提高尾礦庫(kù)汛期防排洪能力。

5 寬頂子壩實(shí)施方案

結(jié)合生產(chǎn)期的放礦，在西漂擴(kuò)容新庫(kù)壩前修筑寬頂子壩平臺(tái)，平臺(tái)最大標(biāo)高為設(shè)計(jì)最終堆積壩頂標(biāo)高1 620.0 m，平臺(tái)整體傾向上游庫(kù)內(nèi)側(cè)方向，坡度不小于0.2%，壩頂平臺(tái)分段堆排、分級(jí)實(shí)施，逐級(jí)往庫(kù)內(nèi)推進(jìn)。

5.1 模袋池填法筑壩工藝及流程

（1）模袋筑壩共分a、b、c模袋主壩，e（e1、e2、e3）、f（f1、f2、f3）和g（g1、g2、g3）各3列共計(jì)不少于9條模袋分隔壩。

（2）西漂擴(kuò)容新庫(kù)最終一級(jí)人工子壩壩頂設(shè)計(jì)高程為1 620.0 m，a模袋壩頂設(shè)計(jì)高程為1 619.88 m，b模袋壩頂設(shè)計(jì)高程為1 619.74 m，c模袋壩頂設(shè)計(jì)高程為1 619.60 m；人工子壩與模袋壩之間、以及模袋壩與模袋壩之間池體尾砂回填高程按照各壩體壩頂設(shè)計(jì)高程順坡回填，并利用推土機(jī)進(jìn)行邊坡修整，最終形成傾向庫(kù)內(nèi)方向、坡度0.2%的寬頂子壩平臺(tái)。

（3）a模袋壩距離主壩壩頂60 m，b模袋壩距離a模袋壩70 m，c模袋壩距離b模袋壩70 m。

（4）a模袋壩高2.08 m、b模袋壩高3.34 m、c模袋壩高4.6 m，模袋主壩下游坡比1:2、上游坡比1:3、頂寬5 m。

（5）各模袋分隔壩兩側(cè)坡比均為1∶2，頂寬為4 m，高度根據(jù)實(shí)際確定。

5.2 模袋池填法筑壩注意事項(xiàng)

（1）模袋壩壩基處理：b、c模袋壩基拋填粗砂后鋪設(shè)一層50 kN/m2的雙向土工格柵。

（2）模袋壩體排滲、排水施工：a、c模袋壩體內(nèi)部沿壩軸線(xiàn)方向各預(yù)埋4 m寬上下2層10 mm厚排滲席墊，席墊中間沿壩軸線(xiàn)方向布設(shè)1根φ100 mm的軟式濾水管，以加速模袋壩體的排滲固結(jié)；a、b、c模袋壩壩體每間隔200 m左右設(shè)置1個(gè)寬度不小于8 m、高度0.5～1 m不等的出水口，每條模袋壩體沿壩軸線(xiàn)設(shè)置約5～7個(gè)出水口，出水口要求貫穿模袋壩體。

（3）模袋壩體間池填區(qū)域排滲：模袋壩體之間池填區(qū)域，在沉積灘上部沿壩軸線(xiàn)每間隔100 m布置1根垂直壩軸線(xiàn)方向的軟式濾水管（φ150 mm），軟式濾水管通過(guò)四通與沿模袋壩壩軸線(xiàn)布置的φ100 mm軟式濾水管連接，沿現(xiàn)狀沉積灘面坡度敷設(shè)，并延伸至庫(kù)區(qū)上游側(cè)，集滲水全部導(dǎo)排至庫(kù)區(qū)。

5.3 老庫(kù)灘面輔助設(shè)施

（1）尾礦庫(kù)堆積壩子壩壩頂標(biāo)高已達(dá)設(shè)計(jì)最終堆積標(biāo)高1 620.0 m，沉積灘頂標(biāo)高約1 618.5 m，尾礦庫(kù)沉積干灘長(zhǎng)度約150 m，沉積灘縱坡達(dá)2%～3%，按照設(shè)計(jì)沉積灘頂標(biāo)高1 620 m、沉積灘縱坡2%計(jì)算，目前西漂老庫(kù)仍剩余有效庫(kù)容約47萬(wàn)m3。

（2）模袋池填法筑壩產(chǎn)生的尾礦泥及尾礦水通過(guò)泥漿泵抽排至老庫(kù)庫(kù)內(nèi)濾水堆存，待老庫(kù)沉積灘堆積形態(tài)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后停止放礦。

（3）西漂老庫(kù)堆排尾礦細(xì)泥前，在老庫(kù)內(nèi)分別堆筑3～4道垂直壩軸線(xiàn)方向的模袋分隔壩，形成池填區(qū)域，以延長(zhǎng)細(xì)泥尾礦的流動(dòng)距離、加速細(xì)泥尾礦在庫(kù)面的疏干，同時(shí)形成交替作業(yè)區(qū)。

6 寬頂子壩平臺(tái)安全影響分析

6.1 寬頂子壩對(duì)尾礦庫(kù)防排洪安全的影響

西漂老庫(kù)和西漂擴(kuò)容新庫(kù)運(yùn)行至設(shè)計(jì)最終堆積壩頂標(biāo)高1 620.0 m時(shí)，2庫(kù)庫(kù)面相對(duì)獨(dú)立，2庫(kù)均通過(guò)各自的排洪系統(tǒng)排泄場(chǎng)區(qū)洪水。西漂擴(kuò)容新庫(kù)采用模袋池填法形成200 m寬頂子壩平臺(tái)后，新庫(kù)仍通過(guò)其自身排洪系統(tǒng)排泄場(chǎng)區(qū)洪水。

由調(diào)洪演算結(jié)果可知，西漂擴(kuò)容新庫(kù)在運(yùn)行至設(shè)計(jì)堆積壩頂標(biāo)高1 620.0 m和老庫(kù)運(yùn)行現(xiàn)狀下時(shí)，相應(yīng)排洪系統(tǒng)的進(jìn)水能力、過(guò)流能力、尾礦庫(kù)的調(diào)洪庫(kù)容可滿(mǎn)足500 a一遇設(shè)計(jì)洪水的防洪要求，滿(mǎn)足規(guī)范要求的最小安全超高與最小干灘長(zhǎng)度要求，滿(mǎn)足地震涌浪及地震沉降值要求。西漂擴(kuò)容新庫(kù)采用模袋池填法形成200 m寬頂子壩平臺(tái)時(shí)，尾礦庫(kù)亦可滿(mǎn)足500 a一遇設(shè)計(jì)洪水的防洪要求，滿(mǎn)足規(guī)范要求的最小安全超高與最小干灘長(zhǎng)度要求，滿(mǎn)足地震涌浪及地震沉降值要求。

因此，西漂擴(kuò)容新庫(kù)寬頂子壩施工前后尾礦庫(kù)的防排洪均安全可靠。

6.2 寬頂子壩對(duì)尾礦壩穩(wěn)定安全的影響

無(wú)論是模袋充填還是旋流器分級(jí)尾砂充填，其堆壩尾砂粒度一般較全尾礦粒度粗，參考類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，模袋與模袋之間的摩擦系數(shù)較大，模袋壩體成型后整體咬合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)于自然沉積尾礦壩體，模袋池填法尾砂固結(jié)后其物理力學(xué)指標(biāo)亦高于固結(jié)后的自然沉積尾砂，但為安全起見(jiàn)，模袋壩體及其中間用池填法充填的粗尾砂指標(biāo)仍選取自然沉積尾砂勘察指標(biāo)。

穩(wěn)定計(jì)算分析結(jié)果表明，西漂擴(kuò)容新庫(kù)寬頂平臺(tái)施工前后，下游新庫(kù)壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在不同運(yùn)行工況下均滿(mǎn)足規(guī)范要求，且有較大的安全儲(chǔ)備，因此，西漂擴(kuò)容新庫(kù)寬頂子壩施工是可行的。

6.3 寬頂子壩對(duì)排洪構(gòu)筑物安全的影響

寬頂子壩平臺(tái)對(duì)尾礦庫(kù)安全的影響包含對(duì)尾礦庫(kù)下部排洪構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)安全的影響，主要體現(xiàn)在尾礦堆載增加對(duì)排水管、結(jié)合井及連接井、溢水塔等結(jié)構(gòu)承載能力的影響。

在西漂擴(kuò)容新庫(kù)寬頂子壩施工前，為確保排洪構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，本次設(shè)計(jì)要求對(duì)西漂老庫(kù)原排水管及連接井下游擴(kuò)容，新建排水管需進(jìn)行系統(tǒng)檢查，并提前對(duì)排水管變形破壞段，特別是原臨時(shí)加固管段進(jìn)一步進(jìn)行永久補(bǔ)強(qiáng)加固。

西漂擴(kuò)容新庫(kù)壩前寬頂子壩平臺(tái)實(shí)施后，西漂擴(kuò)容新庫(kù)在原設(shè)計(jì)沉積灘面上部尾礦最大增加高度僅為2.0 m，因此，寬頂子壩平臺(tái)不會(huì)影響排水管的結(jié)構(gòu)安全，尾礦庫(kù)直接利用其現(xiàn)有排洪系統(tǒng)排洪是可行的。

7 結(jié)論及建議

（1）為提前創(chuàng)造西漂尾礦庫(kù)閉庫(kù)條件、延長(zhǎng)尾礦庫(kù)使用年限，在西漂擴(kuò)容新庫(kù)壩前，結(jié)合生產(chǎn)期放礦方式，先修筑200 m的寬頂子壩平臺(tái)技術(shù)上是可行的。

（2）西漂擴(kuò)容新庫(kù)寬頂子壩平臺(tái)不會(huì)威脅尾礦庫(kù)的正常運(yùn)行和安全。

（3）模袋池填法施工必須委托具備相應(yīng)資質(zhì)和施工經(jīng)驗(yàn)的單位進(jìn)行施工，并加強(qiáng)施工質(zhì)量和安全監(jiān)管，從而確保尾礦庫(kù)安全，壩體穩(wěn)定。

（4）必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，嚴(yán)格控制堆排工藝和堆排參數(shù)，嚴(yán)禁尾礦超標(biāo)和無(wú)序排放。

（5）生產(chǎn)運(yùn)行期間應(yīng)始終堅(jiān)持低水位運(yùn)行，盡可能降低尾礦庫(kù)庫(kù)水位，以降低壩體內(nèi)浸潤(rùn)線(xiàn)埋深，提高壩體穩(wěn)定性。

（6）進(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理、完善尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)采取相應(yīng)安全對(duì)策、措施。