淺談上游式尾礦庫閉庫治理措施

郭中岳

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 前言

尾礦庫根據(jù)入庫尾砂的狀態(tài)可分為濕式尾礦庫和干式尾礦庫,其中對于濕式尾礦庫,根據(jù)尾礦堆積壩的形成過程,尾礦壩筑壩方法分為上游式尾礦筑壩法、中線式尾礦筑壩法和下游式尾礦筑壩法。采用上游式尾礦筑壩法形成的尾礦庫稱為上游式尾礦庫。上游式尾礦堆筑的特點是堆積壩壩頂軸線位置逐級向初期壩上游方向移升,壩體由流動的礦漿自然沉積而成。上游式尾礦庫由于具有筑壩工藝簡單、管理相對容易、運營費用較低等突出優(yōu)點[1],在國內(nèi)外被普遍采用。但是其壩體是利用尾礦沉積特性在尾礦排放過程中自然形成的,其堆壩尾砂的質(zhì)量受尾礦排礦方式、粒度、流速、濃度、流量及藥劑的影響較大。尾砂往往含較多細粒夾層,滲透性較差,在設(shè)計階段很難準(zhǔn)確預(yù)測實際壩體尾砂的分布形態(tài),實際壩體尾礦分布的規(guī)律和設(shè)計的偏差較大[2]。

根據(jù)資料統(tǒng)計,國內(nèi)庫容小于1 000 萬m3的尾礦庫占總量的95.94%,壩高低于60 m 的尾礦庫占總量的89.76%,四、五等尾礦庫占比為88.98%。這些尾礦庫大部分為上游式尾礦庫,服務(wù)期短,大部分已經(jīng)接近服務(wù)年限。為了實現(xiàn)安全閉庫并滿足生態(tài)環(huán)保要求,開展上游式尾礦庫閉庫治理措施的研究顯得尤為重要[3]。

本文通過介紹上游式尾礦庫運行常見問題及相應(yīng)閉庫治理措施,并列舉某上游式尾礦庫閉庫治理實例,為上游式尾礦庫閉庫治理提供參考。

1 上游式尾礦庫運行常見問題及閉庫治理措施

1.1 尾礦壩

上游式尾礦筑壩法采用尾砂堆筑子壩,在子壩堆筑過程中,容易受人為、天氣、尾砂特性等因素的影響,出現(xiàn)局部邊坡較陡、子壩軸線彎曲等問題。此外,因尾礦堆筑過快,壩面、壩肩排水溝未同步建設(shè)完成,坡面未及時進行綠化,遇雨水天氣形成壩面沖溝。

針對上述尾礦壩問題,閉庫時應(yīng)采取坡面治理,建設(shè)壩面、壩肩排水溝,完善坡面綠化等措施。

1.2 排洪系統(tǒng)

上游式尾礦庫排洪系統(tǒng)多采用排水斜槽、排水井等需要封堵的進水構(gòu)筑物來實現(xiàn)進水水位逐步抬升。進水構(gòu)筑物在封堵過程中容易因人員操作不當(dāng)出現(xiàn)尾砂泄漏等問題[4];部分小型尾礦庫設(shè)計年代較早,設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)過低,或排洪設(shè)施采用未進行防腐處理的鋼管等易腐蝕失效材料。

針對上述排洪系統(tǒng)問題,閉庫時應(yīng)封堵排洪系統(tǒng),或新建排洪系統(tǒng)。尾礦庫閉庫后,在正常條件下庫內(nèi)不應(yīng)存水,因此還需要對尾礦庫灘面進行治理。

1.3 監(jiān)測設(shè)施

小型尾礦庫因管理力量不足,易出現(xiàn)監(jiān)測設(shè)施失效等問題,閉庫時應(yīng)對尾礦庫監(jiān)測設(shè)施進行評估和完善。

2 某上游式尾礦庫閉庫治理實例

某尾礦庫位于河北省承德市平泉縣。尾礦庫設(shè)計的最終堆積標(biāo)高為815.0 m,初期壩底標(biāo)高為772.0 m,尾礦壩總高為43.0 m,總庫容為115.39×104m3,尾礦庫為四等庫。

根據(jù)尾礦庫現(xiàn)狀平面圖(圖1)和現(xiàn)場實地查看,目前該堆積壩子壩壩頂標(biāo)高為815.3 m,灘頂標(biāo)高為815.0 m,灘面不平整,庫尾有少量積水,庫內(nèi)水位標(biāo)高為812.1 m。堆積壩平均外坡比約為1∶3.3。尾礦庫已停止生產(chǎn),堆積壩已經(jīng)堆積至最終標(biāo)高,需要進行閉庫處理。

圖1 尾礦庫現(xiàn)狀平面圖

2.1 尾礦庫目前存在問題

進行閉庫整治之前,該尾礦庫所屬企業(yè)已經(jīng)完成了《壩體穩(wěn)定性分析報告》和《安全現(xiàn)狀評價報告》。根據(jù)現(xiàn)場情況和上述報告,該尾礦庫目前存在的主要問題為:

1)在該尾礦庫尾砂清運范圍內(nèi),灘面與原水區(qū)水邊線相交位置形成坡向朝子壩方向的陡坎。

2)尾礦庫干灘長度和安全超高均不滿足規(guī)范要求[5]。

3)尾礦庫排洪能力不滿足要求。

2.2 閉庫治理措施

2.2.1 尾礦壩治理措施

2.2.1.1 灘面平整

根據(jù)現(xiàn)場情況,針對現(xiàn)在灘面不平整、尾礦庫干灘長度和安全超高不足等問題,閉庫治理采取以下措施:1)平整堆積壩最后一級子壩,將堆積壩壩頂標(biāo)高平整為814.5 m,平整后堆積壩平均外坡比約為1∶3.6;2)平整產(chǎn)生的尾砂返至灘面低洼處,并平整碾壓密實,在灘頂形成50 m 寬平臺,平臺按1.0%坡度向庫內(nèi)傾斜,平臺內(nèi)側(cè)標(biāo)高為814.0 m;3)壩頂平臺與庫內(nèi)灘面以1∶10 緩坡銜接,庫內(nèi)灘面為自然放礦沖積坡,不做調(diào)整。閉庫治理平面和剖面如圖2、圖3 所示。

閉庫后,在正常運行期間,尾礦庫內(nèi)不允許儲水,汛期洪水須及時通過排洪系統(tǒng)排走。

2.2.1.2 完善壩肩排水溝

目前北側(cè)壩肩未修建壩肩排水溝,為了順利導(dǎo)流坡面匯水,在北側(cè)壩肩新建壩肩排水溝。壩肩排水溝為漿砌石結(jié)構(gòu),底寬1.0 m,深1.2 m,總長度約為274 m,每隔20 m 設(shè)置沉降縫,沉降縫寬20 mm,深50 mm,采用瀝青麻筋填塞。

尾礦庫的壩面排水溝較齊全,因此閉庫設(shè)計不再增設(shè),但要求閉庫后加強維護,確保壩面排水溝的完好。

2.2.1.3 庫區(qū)綠化

現(xiàn)狀尾礦庫庫區(qū)未全部進行綠化,尾礦庫閉庫治理要求進行全面植被綠化。綠化可種植棉槐或沙棘等根系發(fā)達、耐寒的植物,并保證其成活率,一旦出現(xiàn)缺苗、少苗、死苗,應(yīng)盡快補栽[6]。

2.2.2 排洪系統(tǒng)治理

針對尾礦庫排洪能力不滿足規(guī)范要求的問題,企業(yè)已經(jīng)委托監(jiān)測單位對排洪系統(tǒng)進行了檢測,檢測結(jié)果如下:1)排水斜槽為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu)較好,無裂縫、變形、剝蝕等情況;2)斜槽止水帶封閉較好,伸縮縫處基礎(chǔ)無變形,個別伸縮縫可見沿浸油木板正常開裂的環(huán)形裂縫,整體結(jié)構(gòu)良好;3)庫內(nèi)排水斜槽部分地基坐于基巖之上,斜槽全程未見基礎(chǔ)下沉現(xiàn)象;4)壩肩排水溝整體完整,無變形、斷裂、損壞現(xiàn)象;5)外露鋼管牢固,無腐蝕。

閉庫治理要求將消力池內(nèi)尾砂進行清理,并將標(biāo)高812.0 m 以上的排水斜槽蓋板全部揭開,在末端設(shè)置攔污柵。欄污柵要求采用Φ10 鋼筋焊接而成,柵條中心間距為15 cm。尾礦庫排洪延用現(xiàn)狀排水系統(tǒng)。

為避免后期排洪鋼管腐蝕失效,沿現(xiàn)有上壩道路修建溢洪道。溢洪道為漿砌石結(jié)構(gòu),底寬1.0 m,深1.2 m,總長度約為500.0 m,每隔20 m 設(shè)置沉降縫,沉降縫寬20 mm,深50 mm,采用瀝青麻筋填塞。

2.2.3 監(jiān)測設(shè)施治理

目前,在壩體標(biāo)高為788.4 m 和795.4 m 的平臺分別設(shè)置了壩體位移觀測樁,并在兩側(cè)山體設(shè)置了觀測基點;在標(biāo)高為791.5 m、797.4 m 和807.5 m的平臺分別布置了壩體浸潤線觀測井。但壩體標(biāo)高795.4 m 以上無位移觀測點和水位監(jiān)測標(biāo)尺,安全觀測設(shè)施不完善。因此尾礦庫閉庫時,對安全觀測設(shè)施進行完善。

2.2.3.1 位移監(jiān)測設(shè)施

在堆積壩頂標(biāo)高814.5 m 平臺布設(shè)3 個位移監(jiān)測點(圖2)。監(jiān)測點結(jié)構(gòu)必須堅固可靠,且不易變形;監(jiān)測點底座埋入土層的深度不小于1.0 m,且應(yīng)深入冰凍層以下0.5 m。

2.2.3.2 水位監(jiān)測標(biāo)尺

在排水斜槽側(cè)壁設(shè)置水位標(biāo)尺,水位標(biāo)尺要求朝向灘前方向,并且清晰醒目。

2.2.4 增設(shè)值班室和安全標(biāo)識牌

2.2.4.1 管理設(shè)施

由于選廠車間位于尾礦庫北側(cè)壩坡上,距離尾礦庫較近,該尾礦庫閉庫后,可利用選廠辦公室作為尾礦庫的值班室。在值班室內(nèi)安裝通訊電話、危險報警裝置,放置移動式手提強光照明設(shè)備等;在倉庫內(nèi)應(yīng)配備應(yīng)急搶險物資,包括砂袋、編織袋、土工布、鐵锨、鎬、警戒燈、強光燈、手電、水鞋、安全帽、鐵絲、救生衣等,并列出清單和數(shù)量。

2.2.4.2 安全標(biāo)識牌

在庫區(qū)周邊顯著的地方及易發(fā)生危險區(qū)域設(shè)置安全警示標(biāo)識牌,嚴禁閑人出入庫區(qū),禁止放牧,嚴禁在庫區(qū)進行爆破、挖砂和取石等作業(yè)活動。在溝口住戶處,設(shè)置醒目的避災(zāi)標(biāo)識牌,標(biāo)明詳細的避災(zāi)路線。

2.3 閉庫治理小結(jié)

通過尾礦壩治理措施解決了該尾礦庫灘面不平整、干灘長度和安全超高不滿足規(guī)范要求等問題;通過排洪系統(tǒng)治理解決了尾礦庫排洪能力不足問題;同時增設(shè)了值班室和安全標(biāo)識牌,使閉庫后的尾礦庫更便于管理。

3 結(jié)束語

圖2 尾礦庫閉庫治理平面圖

圖3 尾礦庫閉庫治理剖面圖

結(jié)合上游式尾礦庫的特點,分析了上游式尾礦庫運行常見問題和相應(yīng)治理措施,并例舉某尾礦庫閉庫治理實例進行了說明。通過分析認為,上游式尾礦庫閉庫治理至少應(yīng)包含尾礦壩治理措施、排洪系統(tǒng)治理措施和監(jiān)測設(shè)施治理措施,同時應(yīng)根據(jù)每個尾礦庫存在的具體問題進行針對性的治理,使尾礦庫閉庫后實現(xiàn)長期穩(wěn)定。