浅谈尾矿坝筑坝方式

田园 张军宇

摘 要：尾矿是一种特殊的岩土结构体，同时也隐含着巨大的危险，尾矿坝一旦失事，将会给人民生命财产带来巨大的损失。不同的筑坝方式对尾矿坝安全稳定性的影响也不同，为了保障尾矿坝在使用周期内的安全，研究尾矿坝的筑坝方式对安全稳定的影响具有重要意义。

关键词：尾矿坝；事故；筑坝方式

尾矿是矿业生产中的一种特殊的人工弃料，尾矿坝是用来堆积尾矿的场所，是一种特殊的岩石结构体。尾矿主要由筛选后的岩石细小颗粒组成，一般呈细粉砂土状。我国是一个矿业大国，目前全国在建和已建的尾矿库一万多座，曾发生过多起尾矿库事故，对人民的生命财产都造成了巨大的损失。

1 国内外尾矿坝事故分析

上世纪末，美国大型坝体学会（USCOLD）进行的一次全美尾矿坝事故调查，调查结果表明：1965年至1995年是美国事故的高发期。我国尚未进行过类似的统计，但USCOLD的调查结果对我国尾矿坝仍具有参考价值。我国的矿业起步晚，但可以预测我国可能同样会出现一个尾矿库事故高发期，我们应该重视美国的前车之鉴，重视尾矿坝安全问题。不同尾矿坝的坝型造成的事故数不同，其中，上游法筑坝发生事故数量最高，下游法及中线法相对较低。由此可知，筑坝的坝型对尾矿坝的安全尤为重要。因此，有必要研究不同筑坝方法对尾矿坝的影响。

2 不同筑坝方式研究

尾矿堆积坝是尾矿库中最重要的构筑物。尾矿坝根据坝顶轴线和初期母坝的相对位置，可按照筑坝方式可分为：上游式堆坝方法、中线式堆坝方法、下游式堆坝方法、高浓度尾矿堆积法和水库式尾矿堆积法等多种型式[ 1 ]。根据地形条件的不同，尾矿库可以分为三种类型[ 2 ]：山谷型尾矿库；傍山型尾矿库；平地型尾矿库。

2.1 上游式堆坝方法

在我国，大多数有色金属矿山的尾矿库都是采用上游法筑坝的。该方法筑坝工艺比较简单，首先选取库区内粗粒尾砂在沉积干滩面上堆筑高度为1～3m的子坝，然后将放矿支管置于子坝上进行分散放矿直到尾矿砂与子坝坝面平齐；最后，再堆筑的子坝是在新形成的尾矿干滩面上按设计堆坝外坡向内移某一距离得到的，后面的子坝按照如此规律一层层往上堆筑。

2.2 下游式堆坝法

下游式堆坝法是在初期坝的基础上中心线向下游方向移动及升高来堆筑后期坝的方法。大型尾矿坝多采用这种方法加高后期坝和扩大库容。筑坝过程中采用水力旋流器将浓度高粗粒尾矿分离出来，并根据需要设置排水设施，因此渗流较为容易进行控制。下游式堆坝法的优势在于其具有较好的坝体稳定性，在抗震等方面也容易满足要求[ 9 ]。缺点是需要大量的粗粒型尾矿砂来进行筑坝，尤其在建设初期，粗粒尾矿缺乏的问题更为明显。只能通过废弃石料等材料来填补粗粒尾矿砂的不足或高筑初期坝。

2.3 中线式堆坝法

中线式筑坝方法是介于上游式筑坝和下游式筑坝之间的一种方法。它指的是以坝轴线为基础，垂直提升坝体高度，采用水力旋流器分類取得沉砂，溢流尾矿分别堆放从而形成粗尾矿堆积棱体以及细尾矿堆积棱体两种坝的组合坝型。中线式堆坝法稳定性好，填筑高坝多采用这种坝型。

此种尾矿坝的的特点是坝中心线与初期坝轴线一致，筑坝时粗粒尾矿用量大为减少，并且在短期内可形成一定库容。上游坝体的表面以及内坡面在加高坝高时应保持相应的坡度，方可保证后期稳定性。

中线式筑坝法以及下游筑坝法都具有较强的坝体稳定，且坝体上升速度快，相对而言，中线式筑坝法耗费材料较少，筑坝费用相对较低。

和下游筑坝法相比，中线式筑坝法同样具有坝体升高速度快，稳定性强等优点。由于中线式堆坝法坝体的渗透性能高，浸润线低，坝体力学强度高，因此坝体的稳定性较高，高坝堆建时常采用此种方法。

2.4 高浓度尾矿堆积法（圆锥法）

一种新的浓缩尾矿堆叠法在21世纪后逐渐在西方兴起，这种方法是将尾矿浆料浓度提高至50%以上，采用砂泵运送至尾矿堆积场的预定部位。高浓度尾矿一般为浆状或膏状，在排放口容易形成锥形堆积体，矿浆的物理性质决定了坝体的坡度。国外一些矿山采用该法的其沉积体坡度为6%左右，形成的尾矿堆场类似于干渣堆场。为了便于收集尾矿的离析水及少量的细粒状矿泥，在堆积区域下游需构建用于沉积尾矿水的沉积池，沉积池沉积后的清水可以重复利用。对于平地或丘陵地区常采用这种方式。

目前，高浓度堆坝在中国仍处于研究阶段。矿浆浓缩及高浓浆体输送是应用这种方法的难点，需进一步研究。

2.5 水库式尾矿堆积法（尾矿挡水坝）

水库式尾矿堆积法不需要尾矿筑坝，而是采用非尾矿材料来填筑大坝。采用这种方式的尾矿库和普通水库的工作条件基本相同，但坝前水位的变化较小，尾矿时是逐步堆积形成的。

水库式尾矿库库容较小，其拦挡坝一般用当地土石料或废石建成，投资成本较高，因此，当尾矿颗粒较细时不宜采用此种方法。

3 结论

由以上几种筑坝方式可知，各种坝型各有优缺点。从填筑坝体成本来看，上游法成本最低，但由于我国处于地震多发区域，其抗震性能差，并不适用强震地区修筑大型高堆尾矿坝。上游法筑坝排放要求进行周边排放，须充分控制沉积滩，其蓄水能力较小，不适合大量蓄水。

从抗震稳定性来看，下游法最好，但其造价较高，一般只在特殊条件下采用此法。对于中线法而言，其筑坝成本及抗震性均介于上游法及下游之间，综合性较强，是最能满足当前矿业可持续发展的较为经济安全的筑坝方式。从可持续发展观点出发，我国矿山企业应该逐步放弃上游法堆坝工艺而采用安全稳定性更好的中线法或者下游法等筑坝方式。

参考文献：

[1] 中华人民共和国建设部.选矿厂尾矿库设施设计规范（ZBJ1-90）[S]，1990.

[2] “中国有色金属尾矿库概论”编辑委员会.中国有色金属尾矿库概论[R].中国有色金属工业总公司，1992.

[3] 阮懋昭，涂全兴，朱文俊.山坡尾矿库水力旋流器下游式筑坝[J].化工矿物与加工.1983.02：17-19.

基金项目：杨凌职业技术学院科学研究基金项目尾矿料固结特性及其尾矿坝稳定性研究 （项目编号A2015041）

作者简介：田园（1986-），女，汉族，硕士研究生，讲师，研究方向：水利水电工程。