淺談尾礦庫排洪系統(tǒng)的封堵方法

何明亮

（長春黃金設(shè)計(jì)院有限公司，吉林長春 130012）

在礦山企業(yè)運(yùn)行期間，尾礦庫是十分重要的一項(xiàng)生產(chǎn)設(shè)施，并且也是礦山企業(yè)的基本污染源和重大危險(xiǎn)源。尾礦庫配套的排洪系統(tǒng)的主要作用就是排出庫區(qū)匯水面積范圍內(nèi)的大氣降水、尤其是大暴雨條件下的產(chǎn)生的洪水，防止庫水位漫頂發(fā)生潰壩等嚴(yán)重安全事故和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，次要作用就是排泄尾礦庫回水返回選廠生產(chǎn)、重復(fù)利用，降低選廠新水用量。尾礦庫排洪構(gòu)筑物達(dá)到運(yùn)行年限和一定高程后，需要進(jìn)行封堵，封堵的位置和質(zhì)量決定了尾礦庫的安全狀態(tài)。本文依照尾礦庫安全運(yùn)行的實(shí)際條件，提出了庫區(qū)排洪系統(tǒng)封堵體位置的選取，以及具體的排洪系統(tǒng)封堵方式。

1.尾礦庫防洪系統(tǒng)概況

尾礦庫在礦山企業(yè)中占據(jù)著重要的地位，基于尾礦庫防洪系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)使尾礦庫水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)要求相符合，及時(shí)制定出相關(guān)的防護(hù)策略，加強(qiáng)尾礦庫防洪力度。尾礦庫排洪系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)直接決定了經(jīng)濟(jì)效益的提升，并且還必須重視尾礦庫下游環(huán)境保護(hù)力度，確保人們自身生命安全，依照實(shí)際情況和基本要求綜合性分析施工項(xiàng)目中的難點(diǎn)，勘察周圍地質(zhì)情況，落實(shí)完善策略。在實(shí)施期間必須保障各項(xiàng)對策，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工目標(biāo)，促使項(xiàng)目施工作業(yè)良好開展。近幾年，我國提出了有關(guān)于尾礦庫總量控制的標(biāo)準(zhǔn)，明確要求各項(xiàng)領(lǐng)域強(qiáng)化尾礦庫總量監(jiān)督控制力度。從去年開始，尾礦庫數(shù)量原則上呈現(xiàn)出了只減不增的現(xiàn)象，并且頒布了一系列的尾礦庫信息公告制度，在地方政府以及主流媒體等網(wǎng)站中將年度尾礦庫數(shù)量和名稱等多項(xiàng)信息加以公布，進(jìn)而保障尾礦庫的透明性和公開性，全社會(huì)對其全面監(jiān)督[1]。

作為尾礦庫最重要的安全設(shè)施之一，排洪系統(tǒng)通常來講不直接參與選廠的生產(chǎn)，但確是整個(gè)尾礦庫安全的重要保證。從安全角度來看，做好尾礦庫的洪水計(jì)算與排洪構(gòu)筑物的規(guī)劃設(shè)計(jì)是非常重要的。在城鎮(zhèn)、工廠和礦山都面臨著雨洪導(dǎo)排問題，排洪工程投入資金較高，對整個(gè)工程項(xiàng)目的可行性、經(jīng)濟(jì)性有著直接性的影響，特別是伴隨著礦山開發(fā)的逐漸增多，礦山排洪和尾礦庫排洪工程量大，建設(shè)資金多，排洪工程設(shè)計(jì)極為關(guān)鍵，既要保證泄洪安全，又要經(jīng)濟(jì)合理。但是，多年以來，礦山排洪工程設(shè)計(jì)并沒有受到全面的重視，具體表現(xiàn)為原防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低、水文資料不完善、排水構(gòu)筑物泄流流態(tài)不合理、工程沒有得到綜合利用等，這些都屬于排洪設(shè)計(jì)中常見的問題。所以尾礦庫在后續(xù)的改造和設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)和政策，滿足規(guī)范要求。

尾礦庫排洪系統(tǒng)的整體布置通常來講，分為2個(gè)部分，分別是庫外排水系統(tǒng)和庫內(nèi)排水系統(tǒng)。其中，庫外排洪系統(tǒng)一般為攔洪壩～分洪隧洞或攔洪壩～截洪溝，庫內(nèi)排洪系統(tǒng)為排水斜槽～排水管、排水井～排水管（或排水隧洞）或溢洪道。尾礦庫的匯水面積較大或者地形合適時(shí)，為了緩解庫內(nèi)泄洪壓力，實(shí)現(xiàn)環(huán)保清污分流，庫周應(yīng)設(shè)置截洪溝、攔洪壩、分洪隧洞等庫外排洪措施，將庫區(qū)周邊大區(qū)域的匯水面積的雨水排出庫外。對于庫內(nèi)隨著尾礦漿的排放，庫水位和尾砂面逐漸升高，這就要求庫內(nèi)排洪構(gòu)筑物也要具備逐層封堵的能力，能夠體現(xiàn)這種能力的構(gòu)筑物主要為排水斜槽和排水井，其中排水井分為框架式排水井、窗口式排水井和砌塊式排水井，排水斜槽分為平蓋板斜槽和圓拱蓋板斜槽。當(dāng)庫區(qū)洪峰流量較大、調(diào)洪庫容較小、尾砂堆高較高時(shí)選擇排水井泄洪；當(dāng)庫區(qū)洪峰流量小，調(diào)洪庫容較大、尾砂堆高底時(shí)選擇排水斜槽泄洪。

2.排洪系統(tǒng)封堵事故類型

排水系統(tǒng)封堵因根據(jù)不同的構(gòu)筑物選擇不同的封堵方式、封堵位置和封堵措施，如封堵處理不當(dāng)，必然會(huì)留下安全隱患，可能會(huì)引起安全事故。以下為排水構(gòu)筑物常見的封堵事故類型。

其一，排洪井筒頂部封堵。以某地區(qū)的尾礦庫舉例說明，該尾礦庫建設(shè)時(shí)間為20世紀(jì)60年代，尾礦庫排洪系統(tǒng)主要是采取排洪井和排水管形式，經(jīng)過10多年運(yùn)行以后停止，在尚未對新尾礦庫進(jìn)行建設(shè)的情況下決定開啟該尾礦庫，持續(xù)加高堆積壩體，新建二期排洪系統(tǒng)，同時(shí)封堵一期排洪系統(tǒng)，封堵位置處于排洪井筒頂部。當(dāng)加高擴(kuò)容快要完成的情況下排水井周邊發(fā)生了塌陷坑，塌陷深度達(dá)為30m，直徑是60m，尾礦大量流失現(xiàn)象極為嚴(yán)峻。通過現(xiàn)場清理，相關(guān)分析后確定，產(chǎn)生該種現(xiàn)象的主要原因是因?yàn)榫喜烤差A(yù)制拱板受壓，超過極限強(qiáng)度出現(xiàn)斷裂引起的。

其二，排水管封堵體位置不合理，排水設(shè)施破裂引起堆積壩體塌陷，出現(xiàn)管涌破壞。某尾礦庫于1960年建設(shè)完成，初期壩為土壩，堆積壩為尾砂筑壩，廢棄的排水管僅進(jìn)口封堵。隨著尾砂堆高，排水管因壓力增大、地基沉降加劇導(dǎo)致破裂，大量尾砂沿排水管泄出，堆積壩凹陷管涌破壞。

其三、排水隧洞封堵長度不足或頂拱未回填灌漿引起尾砂泄露。隧洞封堵體與山體的摩擦阻力承受著尾礦漿的水平推力。當(dāng)封堵長度不足，封堵體嵌入山體深度較淺，頂拱未灌漿或灌漿不密實(shí)時(shí)，隨著庫內(nèi)尾砂的逐漸堆高，封堵體可能會(huì)被推動(dòng)，或者封堵體與山體縫隙擴(kuò)大，導(dǎo)致大量尾砂泄露，引起環(huán)境污染。

其四、框架式排水井、窗口式排水井和排水斜槽預(yù)制擋板或堵頭安裝不合理，未進(jìn)行邊縫灌漿封堵嚴(yán)實(shí)，導(dǎo)致礦漿沿縫隙滲入排洪系統(tǒng)內(nèi)，隨著尾砂堆高，縫隙處壓力逐漸加大，滲漏量增加，回水跑混，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致?lián)醢褰Y(jié)構(gòu)損壞，形成尾礦庫安全事故。

3.排洪系統(tǒng)封堵的位置選擇應(yīng)考慮的因素

尾礦庫是礦山企業(yè)的重要設(shè)施，屬于人為堆積形成的一座高位泥石流危險(xiǎn)源，也是周邊環(huán)境污染源，目前被法律、法規(guī)方面認(rèn)定為是非煤礦山的重大危險(xiǎn)源之一。排洪系統(tǒng)作為尾礦庫的重要安全設(shè)施，不管是否封堵，都應(yīng)確保其安全運(yùn)行，如發(fā)生事故能否及時(shí)處置也決定了企業(yè)的應(yīng)急處理能力。上游式濕排尾礦筑壩的尾礦庫，運(yùn)行成本較低，技術(shù)成熟，安全可控，監(jiān)管方便，因此在我國被大范圍采用。上游法尾礦庫應(yīng)用過程需要不斷進(jìn)行壩體增高，為了將庫內(nèi)洪水排出，一般情況下，需要按階梯狀設(shè)置多個(gè)排洪系統(tǒng)，新排洪系統(tǒng)在啟用的基礎(chǔ)上對老排洪系統(tǒng)進(jìn)行封堵。老排洪系統(tǒng)隨尾礦庫不斷增高而被埋于庫內(nèi)，自身承受的荷載不斷增加，排洪系統(tǒng)封堵工程因?yàn)樽鳂I(yè)空間狹小、專業(yè)施工隊(duì)伍較少且工程質(zhì)量驗(yàn)收困難，因此國內(nèi)尾礦庫因老排洪系統(tǒng)封堵不到位誘發(fā)的后期破損事故頻繁出現(xiàn)，排洪系統(tǒng)破損往往引發(fā)跑砂、漏漿事故，進(jìn)而威脅尾礦庫整體安全及造成環(huán)境污染事故[2]。

尾礦庫老排洪系統(tǒng)發(fā)生破損事故后，面對與壓力作用下庫內(nèi)飽和尾礦堆積體通過破損部位沿排洪通道逐漸朝著下游擴(kuò)散，伴隨著時(shí)間推移破損部位越?jīng)_越大，庫內(nèi)尾礦堆積體向下游滲漏量也逐漸累積增加，并延伸至壩體部位，進(jìn)而形成了嚴(yán)重安全與環(huán)保事故。對于發(fā)生老排洪系統(tǒng)破損事故的尾礦庫來講，研究并采取可靠方法在最短時(shí)間內(nèi)安全可靠的展開破損封堵，這也是在防止事故對尾礦庫安全的影響及對下游造成的人民生命財(cái)產(chǎn)安全、環(huán)境污染的重要措施。

排水系統(tǒng)的封堵設(shè)施布設(shè)于上游迎水面和下游臨空面之間，結(jié)合具體的排水構(gòu)筑物的特點(diǎn)，明確封堵設(shè)施的基本位置，并且從尾礦堆積體范圍、周圍結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性等多方面入手，全面判斷尾礦排洪構(gòu)筑物的封堵條件。第一，上游迎水面的情況，應(yīng)考慮封堵體外部尾砂最終堆高，最終水位高度，礦漿容重，周邊山體穩(wěn)定性等。第二，下游臨空面的情況，封堵體至尾礦庫外之間排水構(gòu)筑物的型式、強(qiáng)度和穩(wěn)定性等。第三，封堵體周邊情況，如隧洞周邊山體滲漏，襯砌面與山體的銜接情況，排水管止水帶情況等。

4.合理選擇封堵體的類型

其一，梁板型封堵體。針對于梁板型封堵體來講，需要嚴(yán)格遵循水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范性要求實(shí)施，應(yīng)用整板現(xiàn)澆成預(yù)制塊，然后實(shí)施安裝作業(yè)。在井座頂應(yīng)用期間，應(yīng)當(dāng)保持井座頂有著良好的承載長度；在隧道以及管道應(yīng)用期間，結(jié)合實(shí)際情況提前預(yù)留出槽孔。一般情況下，將其應(yīng)用于井座頂處永久封堵，預(yù)制擋板臨時(shí)封堵。

其二，重力型封堵體，該項(xiàng)類型的封堵體長度與抗剪型封堵體長度相比較來看要大于很多，因此應(yīng)用較少。

其三，抗剪型封堵體。封堵體與周圍隧道襯砌、巖壁的有效接觸面積的抗剪強(qiáng)度來承載著封堵體迎水面的總壓力，水利部門和電力部門自身都有著相符合的水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范，而且也具備合理的封堵體長度計(jì)算方式。

其四，反濾型封堵體。此種類型的封堵體包含了兩種類型，分別是透水型和防滲型兩方面。為了避免尾砂伴隨著滲水帶出以及封堵體迎水面的壓力被均勻落實(shí)于封堵體內(nèi)，還需要應(yīng)用反濾型封堵。

其五，膏體封堵體。在20世紀(jì)90年代初期階段，我國水泥廠生產(chǎn)出了高水材料，該材料水、灰的重量比例大約為3.0（具體項(xiàng)目的水灰比例應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定）。在高壓狀態(tài)下，壓力坡降可以依照相應(yīng)比例適當(dāng)?shù)奶砑哟治采?，明確要求提升體積含水率，在這一現(xiàn)狀下，需要凝固速度特別快、混凝土抗?jié)B性、增長速度非常高的低標(biāo)號(hào)混凝土，該項(xiàng)類型的混凝土抗壓效果特別高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了設(shè)計(jì)填充材料的強(qiáng)度需求，該方法也被廣泛應(yīng)用在了冶金礦山井下填充中內(nèi)。井下充填料凝固時(shí)間大體上為20min左右，凝固之前的10min泵送效果極佳，自然流動(dòng)坡逐漸下降，沒有毒性也沒有腐蝕性。在與充填壓力坡降相符合的基礎(chǔ)上摻入相應(yīng)比例的粗尾砂，其中體積含水率達(dá)到97%即可，本身有著凝固速度極快、低標(biāo)號(hào)混凝土抗?jié)B性以及強(qiáng)度增長非?？斓戎T多特征，抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了煤礦對于充填材料強(qiáng)度提出的高要求。膏體在凝固前期階段中，泵送性能良好，自然流動(dòng)坡逐漸下降到了1%～2%左右，但是其也存在一些缺陷性，那就是遇到陽光以及通風(fēng)以后將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的裂縫問題，適合在全尾砂充填井下充填護(hù)壁以及尾礦庫排洪系統(tǒng)封堵期間（尤其是應(yīng)急期間）封堵加以應(yīng)用，價(jià)格合理。

其六，其他類型的封堵體。首先，對井座進(jìn)行封堵處理，直接從井座中實(shí)施封堵作業(yè)，以剛性封堵方式為主，因?yàn)榫鶄?cè)壁內(nèi)存在著孔洞，處于相關(guān)無側(cè)限時(shí)中，封堵體可能被嚴(yán)重?cái)D壓，故封堵時(shí)必須依照實(shí)際壓力對豎向和側(cè)向封堵體的長度合理設(shè)計(jì)。另外，錐形以及拱形封堵。從實(shí)際情況來看，錐形封堵被稱之為拱形封堵，把正壓力逐漸轉(zhuǎn)換成側(cè)壓力，管壁和井壁給予一定的支撐力。

5.尾礦庫排洪封堵治理

排洪系統(tǒng)事故應(yīng)急封堵或封堵后可能因封堵方式、封堵位置不合理，封堵長度不足引起封堵體移動(dòng)、滲漏、甚至封堵體破裂引起尾砂泄露，致使環(huán)境污染，壩體滲流管涌破壞。企業(yè)應(yīng)根據(jù)庫區(qū)排洪構(gòu)筑物的型式和封堵型式，編制事故應(yīng)急預(yù)案，以準(zhǔn)確及時(shí)處理排洪系統(tǒng)應(yīng)急封堵和封堵體安全隱患。

（1）排水隧洞封堵體漏漿。對于庫區(qū)排洪設(shè)施采用排水井（斜槽）～排水隧洞的排洪方式，封堵體的位置一般選在隧洞內(nèi)，受山體埋深應(yīng)力分散的保護(hù)，不受尾砂堆高的影響。該種封堵方式就是在隧洞設(shè)計(jì)的封堵長度內(nèi)，采用混凝土澆筑將至滿，待混凝土凝固收縮后，如不進(jìn)行頂拱灌漿，封堵體不接隧洞頂端，容易形成尾砂滲漏通道，且與山體接觸面減少，抗滑穩(wěn)定性降低，封堵體上游受壓可能會(huì)被推移。故在排水隧洞封堵時(shí)應(yīng)預(yù)留灌漿孔，待封堵體凝固后壓力灌漿，如在尾礦庫運(yùn)行過程中已封堵的隧洞礦漿滲漏，可以采取鉆孔注漿的方式加強(qiáng)封堵。

（2）壩下排水管破裂，影響壩體穩(wěn)定。壩下排水管廢棄封堵后，隨著庫內(nèi)尾砂的增高，依然受到的尾砂壓力越來越大，如果選擇的封堵位置不合理，排水管破裂時(shí)，泥漿可能通過該處泄流至下游，導(dǎo)致壩體或庫區(qū)塌陷，故排水管的封堵方式和位置的選擇極為重要。一般來說，排水管封堵的位置主要為進(jìn)水口和出水口，中間封堵難度大且不利于尾礦庫安全。對于因排水管破裂導(dǎo)致庫區(qū)尾砂泄露，壩體沉陷，浸潤線埋深變淺的尾礦庫，應(yīng)首先對庫內(nèi)排水管的入口和出口進(jìn)行封堵，壩面凹陷土石料充填，塊石壓坡，必要時(shí)應(yīng)采取水平排滲或豎向排滲降低壩體浸潤線，并進(jìn)行工程地質(zhì)勘察和穩(wěn)定性分析，確保尾礦庫處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

6.結(jié)語

從以上論述來看，尾礦庫排洪系統(tǒng)封堵前應(yīng)根據(jù)現(xiàn)狀條件選擇合理的封堵方法或措施，了解到封堵位置是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，由于尾礦堆積壩的不斷上升是一個(gè)長期的漸進(jìn)過程。因此，進(jìn)水構(gòu)筑物的封堵也是一項(xiàng)長期的、細(xì)致認(rèn)真的安全管理過程。所以，需要選擇合理的封堵方式，杜絕尾礦庫封堵風(fēng)險(xiǎn)，在保證施工人員安全及尾礦庫今后正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上盡可能使方案簡便易行、造價(jià)低廉，以此達(dá)到永久性封堵的目的。