白马铁矿万年沟尾矿库安全运行实践

夏禄清 李 林

(攀钢集团矿业有限公司设计研究院)

白马铁矿万年沟尾矿库安全运行实践

夏禄清 李 林

(攀钢集团矿业有限公司设计研究院)

攀钢白马铁矿万年沟尾矿库运行过程中出现了库区古滑坡、排洪隧硐跑浑、坝体渗水无法有效收集和排出、坝肩支沟放矿堆坝有安全隐患。为此，该矿采用了固坡、放矿及强排渗新技术，对存在的问题进行了处理，并进行了尾矿库溃坝模型试验，为该尾矿库的安全运行提供了条件。

尾矿库 安全运行 技术措施

1 尾矿库建设及运行情况

攀钢白马铁矿万年沟尾矿库位于四川省攀枝花市米易县黄龙乡境内，属山谷型尾矿库，2005年3月建设，2006年12月投入使用。该尾矿库初期坝为透水碾压堆石坝，初期坝高45 m，后期采用尾矿砂上游式堆筑，设计最终坝顶标高1 720 m，堆积坝高280 m，尾矿库总坝高325 m，总库容3.26亿m3[1]，是目前国内最高的尾矿库，属一等库[2]。

(1)初期坝。初期坝原设计下游边坡为1∶1.75，后考虑到堆积总高度较高，故进行了下游坡的设计变更，设有两级风化石料反压平台，单级平台宽20 m，平台标高分别为1 426，1 416 m，外边坡为1∶1.5，初期坝下游坝坡总坡比约1∶2.46。在初期坝上游约150 m处设置了积渗井和库底积渗槽，收集库区地下水，通过埋设于初期坝底的导流管排出库区。目前初期坝处于稳定状态、未出现明显变形位移和渗漏迹象。

(2)堆积坝。初期坝顶以上采用尾矿砂堆筑上游式子坝，每级子坝高2.5 m，坝外坡比1∶4，坝内坡比1∶2，每两级子坝设一级子坝平台，平台宽5 m，平均堆积边坡比为1∶5。目前，堆积坝已运行至第19道子坝，堆积标高1 535 m，总坝高140 m，堆积尾矿量约2 800万m3，尾矿库干滩长度300～400 m。为防止坝肩山坡面和坝坡面汇水对坝肩及坝面形成冲刷，各级马道坡脚及坝肩位置均设置了浆砌石排水沟。同时为防止雨水、渗流冲蚀以及大风扬尘，在坝面上铺设了0.40～0.8 m厚的含碎石黏性土层，并种植了剑麻等植被。目前堆积坝处于稳定状态、运行正常。

(3)排渗设施。在堆积坝逐渐升高过程中采用盲沟排渗，每升高10 m在滩面以内150 m处铺设一道排渗盲沟。盲沟内设5条支沟，每条支沟内敷设φ150 mm软式透水管、管周充填碎石、碎石充填体外包400 g/m2无纺布，沿垂直坝轴线方向每隔100 m 铺设与软式滤水管三通或四通相接的DN150排水钢管，将尾矿渗水排至坝坡水沟内。改善了坝体渗流状态、降低了坝坡浸润线高度(据监测，浸润线埋深20～25 m)，对坝体稳定有利。

(4)防洪设施。尾矿库采用隧硐+支硐+竖井+溢水塔方式排洪，排洪主隧硐总长3 258.26 m，沿程共设13条支硐、14座溢水塔。隧硐出口设在距离初期坝脚下游约100 m的南岸山坡，出口处设有消力池等消能设施。

尾矿库排洪是一个系统工程，对于大型尾矿库，在满足安全运行的前提下，可采取分期建设，既可以缩短建设周期，也可达到分散投资的目的，还可保证工程质量。基建期尾矿库排洪系统只建至6#溢水塔位置，1#～6#溢水塔直径均为6 m、为框架式结构，隧硐为城门硐型、设计纵向坡降为1.2%，主硐及支硐净断面均为4.8 m×5.2 m。目前6#溢水塔以后的排洪设施仍在分期建设中(续建和待建段隧硐断面为3 m×3 m)。

(5)监测设施。尾矿库设有位移、浸润线、干滩坡降及长度、库水位、在线监测、子坝标识桩、(渗水)量水堰等设施。初期坝坝顶及1 416,1 426 m两级压坡平台已设有位移观测桩，库内设置有库水位观测标尺，堆积坝1 535 m标高以下设置有位移和浸润线观测设施等，动态监测尾矿库的水位、坝体位移及浸润线等；同时在1 490 m标高以下设置有位移、浸润线在线监测设施。

尾矿库现状见图1。

图1 万年沟尾矿库现状卫星图片

2 尾矿库安全运行技术

目前，万年沟尾矿库已进入正式运行的第10年。10 a中，采取了多项创新技术，对尾矿库安全运行全过程进行了人工调控，尾矿库未出现大的安全问题。

2.1 库区古滑坡固坡技术

万年沟库区掩埋范围内有2处中～浅层土质古滑坡，而且在尾矿库运行初期就开始掩埋，若尾矿库尾水浸泡古滑体(滑带力学指标降低)而不采取对策，古滑坡下滑将造成瞬间冲击，危及尾矿库的安全。为此，在古滑体表面铺设了土工布和草垫，使滑坡体遇水不致过快崩解；另外在古滑体一侧滩面排放尾矿，提前形成干滩，确保了古滑体的稳定。目前2处古滑坡已基本被尾矿砂掩埋，未影响尾矿库的安全。

2.2 排洪隧硐跑浑治理技术

2009年2月，尾矿库南侧山体中的1#、2#支硐间排洪主隧硐多处硐壁泄水孔突然跑浑、水压力剧增，且伴有一处底板渗冒尾矿浆。经分析后认定：尾矿库南侧山坡属节理裂隙较发育岩体，在尾矿库面逐渐上升的过程中，尾矿水软化了节理裂隙面上的充填物，尾矿库静水压力也逐渐增高，当其累积到一定程度后，直接击穿并导通了山坡面至该段排洪主隧硐间的节理裂隙，造成跑浑。之后立即组织施工队伍，紧贴尾矿库南侧山坡面向库水面下挤压装满粉质黏土的编织袋，跑浑现象逐步消失、泄水孔水压力恢复正常。

2.3 坝坡双向槽孔管排渗技术

现阶段坝坡排渗采用5条软式透水管+碎石反滤层组成的盲沟，收集渗水并由排水钢管导流至坝面。由于坝前干滩坡降较大，排水钢管的埋设不仅开挖量较大，而且坡降难以有效保证，有时难免出现坡降不足甚至负坡降现象，导致第9层盲沟不出水。为此，拟将第10层(1 540 m标高)及以上排渗系统改为“双向槽孔管排渗法”及“反向预埋排渗设施”排渗。双向槽孔排渗管[3]原理简单、施工方便、造价低、滤水面积大、滤水效果好。

2.4 最终坝肩支沟的提前放矿及强排渗技术

尾矿库现状堆积坝顶距库面北侧止防沟沟口约300 m，随着堆积坝的上升、坝顶轴线逐渐向上游推进(目前坝体上升速度约15 m/a、坝顶向上游水平推进速度约75 m/a)，干滩即将越过止防沟口，止防沟内无法循环的尾水将越来越高，沟内积水长期不能排走，尾矿库北侧干滩将越来越短，浸润线将被迫抬高，尾矿固结非常困难，严重危及坝坡的稳定；另外，考虑到将来尾矿库坝体将逐渐推进至止防沟内，并在沟内最终形成高约120 m的坝坡，如现阶段大量细粒级尾矿在止防沟内沉积，导致将来筑坝难度增大和坝坡的不稳定。目前正在着手一阶段放矿管线系统施工，尽早启动止防沟尾1 560 m处的沟内放矿，达到止防沟内滩面与尾矿库堆积坝前滩面同步上升的目的。

止防沟内最终堆坝长度约1 300 m，且堆积坝前缘直接压覆于山坡面上，而山坡面相对于尾矿库透水堆石坝上游坡面更隔水。为保证将来沟内堆坝体浸润线降低、避免出现堆积坝坡大面积出渗，在止防沟放矿管线系统施工的同时，提前于止防沟内压覆坝坡脚线以下山坡面适当标高，布设并施工了一条长1 475.7 m的排渗盲沟(见图2)，确保将来坝坡的安全运行。

图2 止防沟山坡面提前布设强排渗盲沟平面(剖面)示意

2.5 尾矿库溃坝模型试验简介

为掌握该尾矿库溃坝对下游的淹没范围和影响程度，针对尾矿库工程设计及运营管理，编制了该尾矿库安全与环境风险应急预案，特委托清华大学水木(北京)工程技术研究院于2014年10月完成了《白马铁矿万年沟尾矿库溃坝模型试验》[4]。该试验模型在尾矿库和下游沟谷、设施几何相似(水平比尺1∶240、垂直比尺1∶180)的同时，依据尾矿库实际堆存中尾砂，在不同库段的粒度组成、不同堆高的压实与固结度、不同坝段的饱水条件等做到了材料相似，并针对1 720,1 660,1 600 m 3个不同堆积坝高的不同坝体部位展开溃坝模型试验，获取了溃坝时溃口形状的变化、距坝址不同部位的水位和洪水到达时间及尾砂冲刷(坍塌量)、淹埋深度、淹没范围等数据，经综合分析评判后，最终提出了加强监测、优化管理、分步建设疏排设施和人为干预溃坝等措施与建议。该试验的实物模型可长期保留，作为以后尾矿库环保、安全、闭库等方面的技术支撑实体。

3 结论与建议

万年沟尾矿库安全运行实践表明，提高尾矿坝安全性的关键是运用现代高新技术做好尾矿库放矿与筑坝；加强地下水疏排与浸润线控制；实施尾矿库综合监测与人工调控；分期完善尾矿库防排洪系统；规范尾矿库管理。

为保证万年沟超高尾矿坝的安全运行，采用了人工监测和在线监测。但在线监测技术还不完全过关，其在线监测传感器有待改进；监测结果的反分析技术及其报警阈值标准尚须尽快研究突破，以满足尾矿坝安全运行的在线监测要求。

[1] 中冶长天国际工程有限责任公司.攀枝花钢铁(集团)公司白马铁矿一期工程可行性研究(修编)[R].攀枝花：中冶长天国际工程有限责任公司，2003.

[2] 中华人民共和国住房与城乡建设部.GB 50863—2013 尾矿设施设计规范[S].北京：中国计划出版社， 2013.

[3] 延边华冶排渗工程有限公司.一种尾矿坝的排渗方法及为实施该方法而使用的排渗管：中国，ZL200610163203.8[P].2006.

[4] 清华大学水木(北京)工程技术研究院.攀枝花钢铁(集团)公司白马铁矿万年沟尾矿库溃坝模型试验报告[R].北京：清华大学水木(北京)工程技术研究院，2014.

2015-04-15)

夏禄清(1966—)，男，主任，高级工程师，617063 四川省攀枝花市瓜子坪。