老鴉嶺尾礦庫南側山體滲漏原因分析及治理*

唐 愷 吳小剛 秦 柯

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心）

尾礦庫是礦山的一項重要生產(chǎn)設施，同時也是礦山環(huán)境污染治理、防止尾礦漿影響環(huán)境的一項主要工程措施。尾礦庫的工作機理就是密閉儲存，防止逸出，所以只要其密閉性良好、工程穩(wěn)定，對環(huán)境造成的不良影響是很有限的。據(jù)調(diào)查，我國早期建設的尾礦庫大多沒有進行防滲處理或只是進行了簡單的防滲處理，隨著尾礦的堆排，極易產(chǎn)生尾礦泄漏事故，造成環(huán)境污染，后果十分嚴重。

老鴉嶺尾礦庫為一次性筑壩，碾壓堆石壩，三面環(huán)山，溝谷筑壩，早期建庫時未做防滲處理，筑壩所用堆石均在庫內(nèi)直接采取，后期隨著尾礦的堆排，發(fā)生了尾礦水泄漏事故。為確保尾礦庫的安全運營，防止?jié)B漏事故擴大，必須采取有效的防滲治理措施對尾礦庫進行防滲漏治理。

1 工程勘察、物探資料分析

1.1 礦山概況

2010年5月初，冬瓜山銅礦老鴉嶺尾礦庫南側山體首次發(fā)生了尾礦水滲漏事件，滲漏出水點距尾礦庫南側山體1 km左右，當時庫內(nèi)水位標高在+74～+75 m，出水點（瓦窯山溶洞）標高在+43 m左右，滲漏量在450～500 m3/h。

2018年3月初，一期原滲漏出口瓦窯山溶洞（標高+43 m）再次出現(xiàn)尾礦水滲漏現(xiàn)象，此時庫內(nèi)水位標高在+110 m左右，滲漏點出水量在30～50 m3/h。

1.2 建庫時勘察

冬瓜山銅礦老鴉嶺尾礦庫在2006年初步設計時進行了建庫詳細勘察，其提交的詳細勘察報告書中對尾礦庫庫區(qū)滲漏的主要結論如下：

（1）擬建壩址區(qū)及庫區(qū)，無影響壩基及庫區(qū)的地質構造，老鴉嶺和沙子堡2個采空區(qū)對壩基及庫區(qū)無影響，也未發(fā)現(xiàn)滑坡、泥石流、巖溶等其它不良地質作用，適宜建尾礦庫。

（2）擬建庫區(qū)斷裂裂隙不發(fā)育，表部普遍分布有隔水的黏土層，不存在滲漏問題。

（3）由勘察結論得出，場地是適宜建設尾礦庫的，且指出庫區(qū)不存在滲漏現(xiàn)象。

1.3 2010年第一次物探勘察

2010年5月，老鴉嶺尾礦庫首次出現(xiàn)尾礦水滲漏事件后，緊接著于2010年6月冬瓜山銅礦進行了地球物理勘察工作，并圈定了10處可能的滲漏通道［1］，編號為Ⅰ～Ⅹ。

1.4 一期Ⅰ～Ⅲ滲漏通道勘察

2010年5月滲漏事件發(fā)生后，當時各方綜合分析滲漏可能主要發(fā)生在Ⅰ～Ⅲ通道范圍內(nèi)，所以治理工作采用了分段、分期進行，一期主要是Ⅰ～Ⅲ范圍。

針對這一范圍，冬瓜山銅礦進行了一期（Ⅰ～Ⅲ通道）地質調(diào)查和物探，得出了老鴉嶺尾礦庫一期治理工程巖體滲透性剖面圖（圖1），可以得出以下主要結論：

（1）在Ⅰ～Ⅲ滲漏通道范圍內(nèi)，先導孔揭露的地層巖性較為單一，主要以大理巖為主，個別地段分布有厚度不等的花崗斑巖巖脈，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，有溶蝕現(xiàn)象，大部地段與滲漏通道聯(lián)系較差，局部地段與滲漏通道聯(lián)系較好［2-3］。

（2）雖然Ⅰ～Ⅲ滲漏通道范圍內(nèi)巖體總體來說節(jié)理裂隙較發(fā)育，但巖芯嚴重破碎及漏水漏漿主要發(fā)生在49#、73#孔地段。結合CT探測結果，經(jīng)綜合分析認為49#孔及附近是造成前期滲漏的主要地段，滲漏部位在深度45.8～58.8 m。73#孔及附近是以后庫水上升后潛在的滲漏地段，滲漏部位在15.8～21.8 m。

（3）1#、13#、85#孔在9.8～21.8 m深度是以后庫水上升后潛在滲漏地段，雖然與滲漏通道聯(lián)通較差，從尾礦庫安全考慮，應予以重視。

1.5 一期施工

根據(jù)一期Ⅰ～Ⅲ滲漏通道勘察結果，冬瓜山銅礦進行了應急治理方案設計和防滲治理施工，2011年7月20日竣工，歷時411 d。

5月12日—10月4日進行了庫內(nèi)臨時圍堰填筑、邊坡支護、巖脈混凝土回填、蓋重混凝土澆筑等施工項目。

10月5日開始在Ⅰ～Ⅲ滲漏通道范圍內(nèi)進行先導孔施工和帷幕灌漿施工，截至2011年7月19日，完成帷幕灌漿孔147個，總進尺15 219.80 m。

一期治理工作結束后，尾礦庫運行正常，達到了預期效果，原滲漏出口瓦窯山溶洞已無水滲出，可見干枯的溶洞口，溶洞內(nèi)淤泥已有干裂情況。

1.6 二期Ⅲ～Ⅹ滲漏通道勘察

在一期滲漏治理的基礎上，冬瓜山銅礦進行了二期Ⅲ～Ⅹ滲漏通道范圍內(nèi)勘察和物探工作，得出了老鴉嶺尾礦庫二期治理工程巖體滲透性剖面圖（圖2），可以得出以下主要結論：

（1）二期勘察范圍和庫區(qū)內(nèi)水力聯(lián)系分析。在二期勘察期間，庫區(qū)水位為85 m標高，鉆探過程中漏水較嚴重的鉆孔主要發(fā)生在4#、7#、11#、12#孔段，但是未見向庫區(qū)巖壁滲漏現(xiàn)象發(fā)生，4個鉆孔鉆探過程中無返水，沖洗液全部滲漏，成孔后50 m鉆孔內(nèi)無水，孔底標高為70 m。鉆孔水位和庫區(qū)水位對比，說明二期勘察部位和庫區(qū)不構成明顯的水力聯(lián)系。

（2）二期勘察范圍和前期滲漏溶洞水力聯(lián)系分析［4］。前期滲漏瓦窯山溶洞出水點標高在43 m左右，二期勘察鉆探段標高遠高于原出水點，鉆進過程及壓水試驗過程中原出水點干枯，說明鉆孔水的滲漏是向局部破碎地帶的滲漏，二期勘察部位與前期滲漏溶洞不構成明顯的水力聯(lián)系。

（3）二期勘察期間庫區(qū)和前期滲漏溶洞的水力聯(lián)系分析。二期勘察部位和庫區(qū)不構成明顯的水力聯(lián)系，與前期滲漏溶洞也不構成明顯的水力聯(lián)系，目前庫區(qū)水位遠高于前期滲漏溶洞出水點標高而溶洞原出水點干枯，說明目前庫區(qū)和前期滲漏溶洞未構成明顯的水力聯(lián)系。

（4）滲漏可能性分析。一期防滲治理結束后，滲漏停止，說明滲漏入口部位在一期治理區(qū)，二期勘察范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)新的溶洞，庫區(qū)和前期滲漏溶洞未構成明顯的水力聯(lián)系。二期勘察表明，確實存在一些透水性強的巖體破碎地帶和部位，各種方法對比后綜合分析認為，滲透性較強的主要部位：①7#孔及附近區(qū)，深度9.8～39.8 m；②5#孔，深度27.8～33.8 m；③近地表的0～10 m深度范圍及4#、11#、12#孔段范圍。這些是可能的潛在滲漏通道部位，后期隨著庫內(nèi)水位上升，水壓力的增大，不完全排除各透水體水力聯(lián)系增強導致滲漏的可能性。

1.7 2018年第二次物探勘察

2018年3月15日，對老鴉嶺尾礦庫（南面）山體背側進行滲水通道地球物理勘查工作，并于2018年4月提交了勘察工作成果報告。

根據(jù)提交的物探報告，冬瓜山老鴉嶺尾礦庫（南面）山體背側+120 m標高500 m長的臺階上進行地下滲水通道勘查。根據(jù)探地雷達法、自然電場法、充電法、電流強度法、瞬變電磁法（簡稱TEM法）和可控源大地電磁測深法（簡稱CSAMT法）的綜合資料對比分析，查明庫區(qū)南側存在5塊區(qū)域8處斷裂破碎帶型或裂隙型的水滲漏通道，自西向東編號：Ⅰ、Ⅱ（Ⅱ-1、Ⅱ-2）、Ⅲ（Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3）、Ⅳ、Ⅴ，其寬度在10～70 m，走向北東或北西向，向下延深50～80 m。根據(jù)2018年4月12日在冬瓜山銅礦召開的本次滲水通道地球物理勘察匯報會，確定Ⅱ（Ⅱ-1、Ⅱ-2）通道是本次尾礦水滲漏治理的重點區(qū)域。

2 本次滲漏原因分析

2.1 滲漏成因及途徑分析

根據(jù)一期地質調(diào)查報告、二期勘察報告、物探報告和最新物探報告，經(jīng)綜合分析認為本次滲漏成因及途徑如下：老鴉嶺尾礦庫庫區(qū)存在構造活動，巖體破碎，裂隙發(fā)育，庫區(qū)外圍發(fā)育有溶洞，庫區(qū)巖體有不同程度的溶蝕現(xiàn)象；由于部分地段節(jié)理裂隙與溶洞聯(lián)通形成滲漏通道，庫水順溶洞流出，這是尾礦庫南側庫區(qū)山體發(fā)生滲漏的主要原因。

2.2 滲漏部位及地段分析

根據(jù)防滲一期調(diào)查和物探、二期勘察和物探資料、一期施工范圍、最新地球物理勘察報告可得出對本次滲漏部位和地段分析如下：

（1）老鴉嶺尾礦庫庫區(qū)南側巖體破碎，裂隙發(fā)育，庫區(qū)外圍發(fā)育有溶洞，由于部分地段節(jié)理裂隙、溶洞與庫區(qū)+110 m標高附近裂隙聯(lián)通形成滲漏通道，庫水順溶洞流出，是發(fā)生滲漏的主要原因［5］。

（2）一期滲漏治理結束至2018年2月期間（此時庫內(nèi)水位標高為+110 m），老鴉嶺尾礦庫運行正常，瓦窯山溶洞無明顯滲漏現(xiàn)象，說明庫內(nèi)水位+110 m標高以下和滲漏點基本不構成明顯的水力聯(lián)系。

（3）一期施工范圍為ZK1～ZK85鉆孔（屬于前期物探Ⅰ～Ⅲ通道），未完全囊括早期圈定的Ⅰ～Ⅹ滲漏通道范圍中的主要滲漏區(qū)域，雖然一期施工后瓦窯山溶洞不漏水，但后期隨著庫內(nèi)水位升高，不排除庫區(qū)再次漏水的可能。所以，本屬于主要滲漏區(qū)域但未施工的地段是本次滲漏治理的主要范圍之一。

（4）根據(jù)二期勘察和物探資料，Ⅲ～Ⅹ號勘察范圍內(nèi)近地表的0～10 m深度范圍內(nèi)是滲透性較強的部位，更是潛在的滲漏通道。本次滲漏發(fā)生時，庫內(nèi)水位在+113 m標高，恰恰在此標高范圍內(nèi)，瓦窯山溶洞再次漏水，說明此區(qū)域和深度范圍也是本次滲漏治理的主要范圍。

（5）根據(jù)最新地球物理勘察報告，庫區(qū)南側存在5塊區(qū)域8處斷裂破碎帶型或裂隙型的水滲漏通道，自西向東編號：Ⅰ、Ⅱ（Ⅱ-1、Ⅱ-2）、Ⅲ（Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3）、Ⅳ、Ⅴ，其寬度在10～70 m，走向北東或北西向，向下延深50～80 m。其中，Ⅱ（Ⅱ-1、Ⅱ-2）通道是本次滲漏治理的重點區(qū)域，在設計治理方案時，作為首先治理區(qū)域。

3 治理方案

根據(jù)勘察資料和物探資料，經(jīng)綜合分析，采取如下防滲治理措施［6-7］：

（1）對已滲漏的尾礦水采用“集”，即在滲漏點修建臨時集水池，把收集的水通過高壓泵打回尾礦庫內(nèi)，既減少了污染源，又可以做到滲漏水回收利用。

（2）對滲漏途徑采取“灌”，即采取鉆孔防滲、帷幕灌漿的方式。

本次灌漿治理區(qū)域為鉆孔ZK2-12～ZK85區(qū)間和鉆孔ZK1～ZK3-1區(qū)間。設計治理方案采用帷幕灌漿防滲，鉆孔ZK2-12～ZK2-9區(qū)間設計灌漿深度25 m；ZK2-9～ZK2-8區(qū)間設計灌漿深度25～40 m，ZK2-8～ZK2-6區(qū)間設計灌漿深度40 m，ZK2-6～ZK2-4區(qū)間設計灌漿深度40～30 m；鉆孔ZK2-4～ZK85區(qū)間設計灌漿深度30 m；鉆孔ZK1～ZK3-1區(qū)間設計灌漿深度25 m。

灌漿孔采用“孔口封閉、自上而下、孔內(nèi)循環(huán)、分段灌漿”的方法；先導孔、檢查孔采用自下而上分段灌漿方法。帷幕灌漿孔的排數(shù)設計為2排：上游排和下游排，帷幕線整體盡量靠近山體側，確保臨空側巖石厚度。灌漿按分序加密的原則施灌，帷幕灌漿孔分為3個次序（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），進行循序鉆灌施工，先灌下游排，后灌上游排。施工時，首先鉆灌先導孔。灌漿孔孔徑宜為56～76 mm，終孔孔徑不小于56 mm，先導孔、質量檢查孔孔徑應滿足獲取巖芯和進行測試的要求?？拙?、排距參照一期滲漏治理施工參數(shù)設計，設計孔距2.0 m、排距1.5 m，灌漿孔均為鉛直孔。以透水率q＜5 Lu作為灌漿質量控制標準，并結合巖心分析。

4 結 語

（1）經(jīng)過本次防滲漏治理后，滲漏出口瓦窯山溶洞已無水滲出，可見干枯的溶洞口，溶洞內(nèi)淤泥已有干裂情況，達到了預期防滲漏治理目標，老鴉嶺尾礦庫得以繼續(xù)運行，避免了尾礦水滲漏造成更大的環(huán)境污染。

（2）尾礦庫的滲漏治理是一項復雜的系統(tǒng)工程，實踐表明采用地下灌漿和地表收集的綜合治理措施是行之有效的，即地下采用垂直帷幕灌漿，地表新建收集池收集已滲漏的尾礦水打回尾礦庫，防止?jié)B漏的尾礦水對周邊環(huán)境造成更大污染。老鴉嶺尾礦自運行以來發(fā)生了2次尾礦水滲漏事件，均采取帷幕灌漿防滲漏治理方案，經(jīng)實踐檢驗，帷幕灌漿有效地切斷了庫區(qū)巖體節(jié)理裂隙與瓦窯山溶洞聯(lián)通的滲漏通道，治理成效顯著。