某尾矿库浸润线偏高探析及治理

杨 荣，贺利民

（湖南柿竹园有色金属有限责任公司，湖南郴州 423000）

湖南郴州某多金属矿尾矿库位于湖南省郴州市苏仙区境内，于2011年10月建成投入使用，属山谷型尾矿库。尾矿库采用上游法湿排，排放方式为坝前放矿。尾矿库由主坝和1#、2#副坝组成。主坝初期坝为碾压土坝，坝顶标高+170.0 m，坝高20.0 m，坝轴线长104.0 m，坝顶宽3 m，上、下游边坡均为1∶2.0，使用干砌块石护坡，外坡+158.0 m标高以下设块石排水棱体。1#副坝位于初期坝南东方向，为碾压土坝，坝顶标高+180.0 m，坝高10 m，坝顶宽为5 m，上、下游边坡均为1∶2.0。2#副坝初期坝为碾压土坝，坝底标高+200.0 m，坝顶标高+215.0 m，坝高15 m，坝顶宽为5 m，上、下游边坡均为1∶2.0。尾矿设计最终堆积标高为+220.0 m，总坝高65 m，总坝容1 267.0×104 m3，有效坝容 1 245.4×104 m3，为Ⅲ等尾矿库。

尾矿库汇水面积0.76 km2，尾矿库防洪标准为500年一遇，尾矿库排洪系统为框架式排水井+斜槽+排水隧洞+排水涵管的方式进行排水。

尾矿库排渗系统主要为土工席垫水平排渗系统，主坝在 +172.0 m、+177.0 m、+182.0 m、+187.0 m、+193.0 m 5个坡面布置，1#副坝在+183.0 m、+188.0 m、+193.0 m 3个坡面布置，另1#副坝在+180.0 m标高施工了8根水平排渗管及一条排渗盲沟进行排渗。主坝、副坝设置在坝体内的土工席垫导水管是采用Φ110 mm PVC材质，该材质抗剪能力、抗压强度偏低，由于受选矿药剂腐蚀和库内取砂设备辗压等多方面原因，主坝堆积坝+172.0 m、+177.0 m、+182.0 m标高、1#副坝+183.0 m、+188.0 m标高坡面布置的水平排渗导水管出现不同程度的跑混现象。

该尾矿库主坝堆积坝现坝顶标高为+200.1 m，1#副坝堆积坝现坝顶标高为+200.1 m。主坝现状坝高为45.1 m，1#副坝现状坝高为30.1 m。现状库容约为800.0×104m3，每年堆坝高度3 m，离设计最终坝高还有22 m，现状库容为Ⅳ等尾矿库。

1 存在的问题

尾矿库排放规模由原设计的2 000 t／d扩大至目前的3 500 t／d，坝体上升速度加快，由原来的1.83 m／a上升到3.0 m／a。

由于排放规模的扩大，尾砂沉积和固结的时间比原来缩短，不利于坝体的稳定。

尾矿排放浓度由原设计的30%左右变为现在12%～15%左右，进入尾矿水量增加，尾矿干滩形成需要时间长，同时沉积滩坡度变缓，达不到设计的1%，导致高洪库容变小，安全超高减小，尾矿库的防洪能力降低［1］。尾矿库全景照如图1所示。

2 尾矿坝浸润线偏高原因探究

2.1 治理前浸润线埋深情况

根据尾矿库工程地质勘察资料及尾矿坝在线监测系统资料，该尾矿库现状浸润线观测孔位置如图2所示。

主坝段+170.0 m～+190.0 m标高段实测浸润线埋深为3.5～12 m，1#副坝段+180.0 m～+190.0 m标高段实测浸润线埋深为3.2～10 m，且副坝浸润线埋深较浅，副坝靠近坝肩处（南侧）勘察期间出现局部沼泽化，如图3所示。

图1 尾矿库全景照片

图2 主坝浸润线观测点位置图

图3 副坝段沼泽化处

2.2 浸润线埋深偏高原因分析

1.选厂内各生产环节、尾矿库未完善清污分流工程，致使入库水量增加。

2.由于该尾矿坝主坝、1#副坝初期坝在初始放矿时，出现有尾矿跑浑情况，导致环保压力增大，为了保证选厂正常生产，在上游坡面施工了近3 m厚的粘土层，导致尾矿坝初期坝透水效果差。

3.根据尾矿库库址条件，尾矿库渗径和纵深较短，尾矿库堆积至+200.0 m标高后，将成为一个傍山型的尾矿库，库长将逐渐减小，加之入库尾矿上升速率快，尾矿固结时间慢，排渗效果差，导致浸润线偏高。

4.由于原矿中含有钙离子、加之选厂各类药剂的综合使用，导致大口辐射井内部分集渗管和辐射井虹吸外排水管结垢严重，排渗管集渗能力下降，集渗效果差，辐射井排水管排水实际断面变小，以致井内水位抬升，进而造成坝内浸润线偏高。

5.因生产需求，回选萤石矿，磨矿粒度变细，尾矿粒径-0.074 mm达到82%，实际尾矿排放浓度只有13%左右；细颗粒的矿泥易形成透镜体夹层，渗透系数变小，不利于排渗固结，引起浸润线偏高。

3 尾矿库浸润线治理措施

3.1 完善选厂内部和尾矿库雨污分流工程

在选厂内部实施清污分流工程，对一些长流水进行控制，能够厂内回用的废水通过回用设备进行循环利用，完成厂内雨水、清水收集沟，使清水不流入厂内排水系统；尾矿库完善山体截水沟，将地表水通过市政涵管排出坝外，做到了清污分流。

3.2 增设大口辐射井排渗设施

在主坝段+190.0 m标高坡面增设2座辐射井，编号为1#、2#辐射井，在1#副坝+190.0 m标高坡面增设一座辐射井，编号为3#辐射井。大口辐射井采用钢筋混凝土结构，井内径为3.0 m，井壁厚0.3 m，钢筋保护层厚0.5 m。主坝1#、2#辐射井深度H＝25.0 m，副坝3#辐射井深度H＝18.0 m。辐射井剖面示意图如图4所示。集渗管呈一字型布置（采用DN60HDPE管），主坝段+168.0 m～+172.5 m每隔1.0 m设一排，管长50.0 m，副坝段+175 m～+177 m每隔0.5 m设一排，管长50.0 m，集渗管管周开孔（开孔间距10 cm）外包400 g／m2的土工布两层。垂直于坝轴方向每座大口辐射井各设置一根DN100HDPE外排水管，将渗水排出坝外。主坝段1#、2#辐射井外排水管长度约129 m，副坝段3#辐射井外排水管长度约55 m。辐射井内集、排水管布置示意图如图5所示。

图4 辐射井剖面示意图

图5 辐射井内集、排水管布置示意图

3.3 水平排渗与垂直排渗联合运用提高排渗能力

主坝堆积坝段继续沿+187.0 m、+193.0 m标高2个坡面施工土工席垫水平排渗层，1#副坝段+193.0 m标高1个坡面施工土工席垫水平排渗层，水平排渗层在距堆积坝滩顶100 m的沉积滩面平行坝轴线分段铺设。为杜绝导水管出现漏砂现象，主坝、副坝+190.0 m标高以上全部采用HDPE管，管径为DN90，壁厚6.7 mm，承压能力1.25 MPa，接头采用热熔方式。连接水平土工席垫排渗层由δ＝12 mm土工席垫、Φ100软式透水管、400 g／m2土工布组成。土工席垫分三段铺设，每段宽4.0 m，间距2.0 m，铺设整个轴线长；软式透水管横向贯穿排水席垫。将导水管间距由原来50 m调整为25～30 m，垂直坝轴线均布，通过增加导水管路来提高渗水能力。

为增大透水效果，在水平排渗基础上采用垂直排渗设施跟土工席垫联合使用，垂直排渗工艺采用网状硬式透水管外包400 K土工布，网状硬式透水管规格直径：160 mm，壁厚6 mm，开孔部分60%，孔数为7 000个／m2，环刚度1KN-4KN，长度2 m／根，间距布置10 m，单次布置量2 m／根×30根×2排，在第一排土工席垫和第三排土工席垫上垂直等距离架设竖直排渗管，增大坝体软弱夹层的排渗能力如图6所示。

图6 土工席垫+竖式网状透水管铺设示意图

根据坝体勘探剖面、孔隙水运动规律，采用垂直排渗联合水平排渗的方式要比原单一的排渗方式更符合细粒级尾矿库的排渗，能降低坝体浸润线，提高坝体的安全系数，解决了细粒级尾矿抗剪强度低、渗透系数小、脱水固结慢的缺点。

3.4 新建排渗盲井

通过尾矿坝浸润线在线数据和人工数据表明，主坝+172.0 m标高浸润线数据超设计埋深，在主坝+172.0 m标高平行于坝轴线等距离实施四口排渗盲井，排渗盲井设计采用预制现浇无砂混凝土管，井深H＝5 m，内径D＝1.0 m，壁厚d＝0.3 m，采用井内虹吸法排水，主坝+152 m标高7根水平排渗管施工完成后，+172.0 m标高浸润线都降至5 m以下，现四口排渗盲井内基本无水。

3.5 增设水平排渗管设施

通过实施辐射井和排渗盲井工程，主坝浸润线超升现象有所好转，为彻底治理好主坝浸润线超高这一安全隐患，结合现状，施工单位在主坝初期坝+152.0 m标高从外坡实施7根水平排渗孔。结合主坝初期坝剖面图，需穿透坝体80 m才能将坝体内渗水导出，施工单位克服片石与片石的间隙和片石的不规则、长距离施工易造成钢套管跑位和跟管钻井时坝体内出现跑砂等困难，完成7根水平排渗管的施工任务，实现库内坝体渗水自流。全部工程施工结束后，经不间断测量7口排渗管每天的出水量约为450 m3／d。7根坝体排渗管出水质清澈透明、无任何颗粒杂质，做到了24 h自流排渗，后期管理工作极少。

3.6 增设辐射井内排水设施

副坝实施在辐射井内增设集渗管工程，加大了库内渗水能力，通过向初期坝方向和向库内方向增打集渗管工程，副坝+183.0 m标高浸润线从原来的最低3.2 m降至达4.9 m。井内导水管的出水量由原来的240 m3／d提高到现每天约300 m3／d的出水，现副坝+183.0 m人工浸润线埋深已达到设计规范4 m要求。

3.7 采用分级尾砂模袋法堆筑子坝

为保证尾矿库后期的坝体稳定，针对该尾矿库纵深短、尾矿粒度细、坝体上升速度快、尾矿不宜固结的特点，采用了国家安监总局在非煤矿山推广的分级尾砂模袋法新工艺来堆筑子坝，实施分级尾砂模袋法堆筑子坝，避免了原机械堆坝库内取砂在坝体上反复碾压易造成库内土工席垫导水管被破坏、回采坑内尾砂回填形成透镜体夹层造成尾矿渗透性差的现象［2～4］。

经上述综合治理措施的实施，该尾矿库现各断面标高浸润线埋深均降低至设计要求的控制浸润线埋深以下，保障了尾矿坝的安全运行。

4 结 论

综上，通过分析该尾矿库浸润线埋深偏高的成因，提出了完善尾矿库清污分流、增设大口辐射井、采用网状硬式透水管+水平土工席垫联合排渗设施、初期坝+152.0 m实施水平排渗管设施、局部浸润线偏高区域实施排渗盲井、实施尾砂分级模袋法筑坝等措施。工程设施完成后，尾矿库浸润线埋深均降低至设计要求的控制浸润线埋深以下，有效地解决了该尾矿库浸润线超控制浸润线埋深的问题，保障了尾矿库的运行安全。