尾矿库排洪系统失事后处置措施分析

刘晓峰

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

尾矿库是矿山企业的重要设施，也是潜伏巨大安全及环境隐患的危险源，其不仅关系到矿山的正常生产运行，同时还关系到下游居民的生命及财产安全。据不完全统计，国内尾矿库病害事故中，排洪系统的病害事故占33.3%，洪水漫顶事故占44.4%。我国有色金属矿山因排洪系统失事引起的灾难几乎占整个尾矿库事故的50%[1]。例如，2008年7月22日，陕西省山阳县永恒矿建公司双河钒矿尾矿库排水井及连接隧洞进口端坍陷，导致尾砂污染镇东河；2015年11月23日，甘肃省陇南市西和县甘肃陇星锑业有限责任公司选矿厂尾矿库排水井水面下的拱圈盖板破裂，导致尾砂污染太石河；2020年3月28日，伊春鹿鸣矿业有限公司钼矿尾矿库4号排水井发生倾斜，导致尾砂泄漏，污染伊吉密河；等等。为避免事故进一步扩大或引发次生灾害，对失事后的尾矿库排洪系统应进行及时有效封堵。

本文结合某铁矿山尾矿库，因排水井盖板断裂引发的尾砂泄漏现场抢险处理实际，介绍相关排洪系统失事后的处置及封堵措施。与常规排洪系统封堵不同，由于排洪系统失事后，尾矿库内尾砂随时存在再次泄漏的风险，须禁止施工人员直接进入隧洞或涵洞内进行封堵作业，应先进行临时性封堵措施，在确保提供了安全的施工作业环境前提下，方可进行永久性封堵作业。

1 事故概况

某铁矿山尾矿库为截河型尾矿库，采用上游式尾矿堆坝工艺，于2004年10月建成投入使用。库内有2套排洪系统：1#排水井+1#支隧洞、2#排水井+2#支隧洞。库外有1套排洪系统：3#排水井+3#支隧洞。1#、2#及3#支隧洞均汇入主隧洞中。主、支隧洞均采用C25钢筋混凝土衬砌，断面形式为圆拱直墙型。主隧洞净断面为2.2 m（宽）×2.3 m（高），坡度为0.01；支隧洞净断面为1.5 m（宽）×2.0 m（高），坡度为0.015。

2018年1月4日，库内1#排水井盖板断裂，导致尾砂泄漏，泄漏量约3 000 m3。尾砂泄漏后主要淤积于下游灌溉水库，并将主、支隧洞淤堵，且在1#排水井周边形成约Φ50 m约5 m深的坝陷坑。尾矿泄漏现场及泄漏主下游情况见图1、图2。

图1 尾矿泄漏现场

图2 尾矿泄漏至下游情况

2 处理措施

2.1 库内坍塌区充填

为减少尾矿下泄量，减缓库内坍塌区发展速度，沿岸坡向库内搭设施工作业平台。施工作业平台由空油桶、塑料浮筒及竹篾制成，并绑扎固定好；再通过施工作业平台，往库区塌陷坑区运输土工格栅、土工袋或编织袋装碎块石或粗砂进行抛投充填，直至抛投物不再发生明显沉陷。

2.2 临时性封堵

临时性封堵主要是在隧洞上方钻孔，并下若干排钢管，形成临时封堵体[2]。钢管实际数量及排数根据抗剪切计算确定，每排钢管的间距需结合钻孔孔深以及钻孔施工精度具体确定。

根据现场地形及地质资料，在现场地面上标识1#支隧洞的路径，并考虑在覆盖层厚度适当的位置进行，钻孔施工放线，见图3。钻孔深度深入至隧洞底板以下1.0 m，并设置钢套管（规格Φ146 mm×5 mm），形成钢管栅栏，钢管内灌注C30细石混凝土。钢管栅栏垂直于隧洞轴线布置，共设两排，排间距为50 m，每排设有5根钢管，钢管间距34 cm。在钢管栅栏上游实施1排混凝土灌注孔，灌注孔共3个。待钻穿隧洞顶板后，钢套管灌水冲洗隧洞，再自下而上灌注C30混凝土。混凝土应具有充分的流动性，塌落度控制在100～150 mm，并添加早强剂。灌注混凝土过程中，在距离底板50 cm以上反复插拔并逐步抬升套管，直至将3个钻孔全部封堵为止。钢管桩格栅施工现场见图4。

图3 钻孔施工放线

图4 钢管桩格栅施工现场

2.3 开挖临时排洪设施

为确保尾矿库排洪安全，临时溢洪道泄流能力应满足替代排水井泄流的要求。在初期坝方向的堆积坝坝肩上开挖临时溢洪道。临时溢洪道底宽3.0 m、顶宽7.5 m、深1.5 m，呈倒梯形，内侧铺设防渗膜或彩条布，并将其锚固于四周。

2.4 隧洞清理

待1#支隧洞上的临时封堵体混凝土强度达到设计值的80%后，施工人员再进行隧洞内尾矿清理工作。因不明了隧洞是否受损，为确保施工作业安全，避免施工人员直接进入隧洞作业而造成危害，首先应通过高压水枪冲洗淤堵尾砂，探明隧洞内情况后再逐步深入。尾砂泄漏后隧洞淤堵情况，见图5。为加快施工进度，清理工作分为三段：第一段从主隧洞出口处进行，清理后端淤堵尾砂；第二段从3#排水井进入3#支隧洞，并清理前段淤堵尾砂；第三段待打通3#支隧洞与主隧道的排水通道后，再清理1#和2#支隧洞的淤堵尾砂。隧洞内尾砂清理现场，见图6。

图5 尾砂泄漏后隧洞淤堵情况

图6 隧洞内尾砂清理现场

2.5 永久性封堵

为确保1#支隧洞封堵安全，在钢管栅栏临时封堵体后方采用锚杆+混凝土进行永久封堵，永久封堵体长度按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全[3]确定。其施工顺序为：1）在临时封堵体后方采用袋装砂石料进行反滤，并预埋PVC-U排渗管DN90进行排渗。2）设置前、后模板，并在模板间的隧洞四周打插8根C25螺纹钢筋锚杆。锚杆入岩深度不小于80 cm，呈梅花形布置，间距1 m，且对隧洞内壁衬砌混凝土表面进行凿毛处理，再由内往外逐步浇筑C25混凝土。3）在隧洞顶部进行回填灌浆，灌浆孔深入围岩不小于10 cm，岩体破碎处深入不小于30 cm。4）对封堵体围岩进行固结灌浆，加强围岩强度。

3 结论

经过近3年的生产运行，该封堵设施运行良好，未出现异常情况。

排洪系统是涉及尾矿库安全的重要设施，故在设计、施工及运行管理过程中，各参与方均应按要求执行到位，严格把关。在排洪系统失事后，首先应采取相关措施控制事态发展，并确保施工安全，避免盲目施工。