上游式尾矿库一种新的初期坝型式的渗流计算分析

高峰 李松

摘 要：上游式尾矿库运行过程中，考虑到尾矿库运行初期和后期渗透稳定，初期坝坝型通常采用透水堆石坝。但在尾矿库运行前期，往往由于反滤层施工质量等原因，容易出现尾矿“跑浑”现象。本文提出一种新的初期坝型，既减少尾矿库运行初期的“跑浑”问题，又能保证堆积坝渗透稳定。

关键词：初期坝;渗水量;渗透稳定

上游式尾矿库运行过程中，考虑到尾矿库运行初期和后期渗透稳定，初期坝坝型通常采用透水堆石坝。在尾矿库运行中后期，采用尾矿堆坝后，初期坝起到排渗棱体作用。由于透水堆石坝孔隙大，为防止尾矿渗透至下游，在坝体内需设置反滤层，但由于反滤层施工质量等原因，初期容易出现尾矿“跑浑”现象。所谓跑浑现象，即除了库内水，尾矿也通过孔隙渗入下游，容易造成环境污染。

本文提出一种新的初期坝型，在常规堆石坝的上游侧分区填筑一部分土石混合料（约1/4初期坝高），既减少尾矿库运行初期的尾矿“跑浑”，又能保证堆积坝渗透稳定。

1 渗流计算模型

为比较常规初期坝和新型初期坝两种方案的渗流量和渗透稳定性差异，本文建立的二维有限元模型进行计算分析。模型参考了类似堆筑工艺项目，新型初期坝方案示意图见图1所示。

2 渗流量对比分析

渗流量计算采用二维有限元的分析方法[1]，计算不同水位工况下对比两个方案的渗流量差异。

不同运行水位运行工况下渗流量计算结果见上表所示。当运行水位在土石混合料高度以下时，新方案渗透水量比常规方案的渗透水量小的多。由于土石混合料的渗透系数小，可以明顯改善尾矿库运行初期的跑浑问题。当水位超高土石混合料高度时，则两种方案渗透水量差不多，新方案的渗透水量稍小。

3 渗透稳定对比分析

初期坝堆满后，采用尾矿上游式筑坝。初期坝在堆积坝体中起到排渗棱体的作用。对两种方案的渗流稳定性进行计算分析，对比两个方案渗流稳定性差异。

两个方案的渗流稳定性计算结果见图2、图3。从图中看出，新方案计算浸润线埋深比常规方案埋深要小，这对坝体渗透稳定不利。但两种方案计算浸润线埋深均大于临界浸润线埋深，也大于现行规范中最小埋深要求。

参考上游式尾矿库运行经验，尾矿库运行过程中，初期坝反滤层孔隙将逐渐被尾矿颗粒淤堵，排渗性能逐渐削弱。此时无论采用哪种方案，在初期坝反滤层孔隙被尾矿於堵后，浸润线都将有所提高。因此在尾矿库运行期间，必须在尾矿坝上布置浸润线监测点，及时监测浸润线的变化。随坝体升高适时设置排渗管[2]等排渗设施，当实测浸润线高于控制浸润线时，可在坝坡或沉积滩上增设排渗管、辐射井等降渗设施。

4 结论

（1）通过两种方案渗流量计算，新型初期坝方案能明显能减少初期渗透水量，亦能明显改善尾矿库运行初期跑浑问题。

（2）采用尾矿堆坝后，对两种方案进行渗流稳定分析，虽然新方案堆积坝内浸润线埋深小于常规方案，但整体埋深仍能满足规范中对渗流控制要求。

（3）在尾矿库运行过程中，考虑初期坝反滤层会逐渐被尾矿於堵，渗透性降低。无论采用哪种初期坝方案，都在尾矿库运行中后期都应重点关注坝内浸润线埋深的变化。

参考文献：

[1]杨玉婷，艾敏，许志发，赵怀刚，高亚伟.尾矿库渗流场数值模拟研究方法综述[J].中国水运，2018，18（11）：65-67.

[2]金永超.排渗管井在尾矿库中的应用[J].资源信息与工程，2019，34（3）：118-119.