淺談尾礦壩筑壩方式

田園 張軍宇

摘 要：尾礦是一種特殊的巖土結構體，同時也隱含著巨大的危險，尾礦壩一旦失事，將會給人民生命財產帶來巨大的損失。不同的筑壩方式對尾礦壩安全穩定性的影響也不同，為了保障尾礦壩在使用周期內的安全，研究尾礦壩的筑壩方式對安全穩定的影響具有重要意義。

關鍵詞：尾礦壩；事故；筑壩方式

尾礦是礦業生產中的一種特殊的人工棄料，尾礦壩是用來堆積尾礦的場所，是一種特殊的巖石結構體。尾礦主要由篩選后的巖石細小顆粒組成，一般呈細粉砂土狀。我國是一個礦業大國，目前全國在建和已建的尾礦庫一萬多座，曾發生過多起尾礦庫事故，對人民的生命財產都造成了巨大的損失。

1 國內外尾礦壩事故分析

上世紀末，美國大型壩體學會（USCOLD）進行的一次全美尾礦壩事故調查，調查結果表明：1965年至1995年是美國事故的高發期。我國尚未進行過類似的統計，但USCOLD的調查結果對我國尾礦壩仍具有參考價值。我國的礦業起步晚，但可以預測我國可能同樣會出現一個尾礦庫事故高發期，我們應該重視美國的前車之鑒，重視尾礦壩安全問題。不同尾礦壩的壩型造成的事故數不同，其中，上游法筑壩發生事故數量最高，下游法及中線法相對較低。由此可知，筑壩的壩型對尾礦壩的安全尤為重要。因此，有必要研究不同筑壩方法對尾礦壩的影響。

2 不同筑壩方式研究

尾礦堆積壩是尾礦庫中最重要的構筑物。尾礦壩根據壩頂軸線和初期母壩的相對位置，可按照筑壩方式可分為：上游式堆壩方法、中線式堆壩方法、下游式堆壩方法、高濃度尾礦堆積法和水庫式尾礦堆積法等多種型式[ 1 ]。根據地形條件的不同，尾礦庫可以分為三種類型[ 2 ]：山谷型尾礦庫；傍山型尾礦庫；平地型尾礦庫。

2.1 上游式堆壩方法

在我國，大多數有色金屬礦山的尾礦庫都是采用上游法筑壩的。該方法筑壩工藝比較簡單，首先選取庫區內粗粒尾砂在沉積干灘面上堆筑高度為1～3m的子壩，然后將放礦支管置于子壩上進行分散放礦直到尾礦砂與子壩壩面平齊；最后，再堆筑的子壩是在新形成的尾礦干灘面上按設計堆壩外坡向內移某一距離得到的，后面的子壩按照如此規律一層層往上堆筑。

2.2 下游式堆壩法

下游式堆壩法是在初期壩的基礎上中心線向下游方向移動及升高來堆筑后期壩的方法。大型尾礦壩多采用這種方法加高后期壩和擴大庫容。筑壩過程中采用水力旋流器將濃度高粗粒尾礦分離出來，并根據需要設置排水設施，因此滲流較為容易進行控制。下游式堆壩法的優勢在于其具有較好的壩體穩定性，在抗震等方面也容易滿足要求[ 9 ]。缺點是需要大量的粗粒型尾礦砂來進行筑壩，尤其在建設初期，粗粒尾礦缺乏的問題更為明顯。只能通過廢棄石料等材料來填補粗粒尾礦砂的不足或高筑初期壩。

2.3 中線式堆壩法

中線式筑壩方法是介于上游式筑壩和下游式筑壩之間的一種方法。它指的是以壩軸線為基礎，垂直提升壩體高度，采用水力旋流器分類取得沉砂，溢流尾礦分別堆放從而形成粗尾礦堆積棱體以及細尾礦堆積棱體兩種壩的組合壩型。中線式堆壩法穩定性好，填筑高壩多采用這種壩型。

此種尾礦壩的的特點是壩中心線與初期壩軸線一致，筑壩時粗粒尾礦用量大為減少，并且在短期內可形成一定庫容。上游壩體的表面以及內坡面在加高壩高時應保持相應的坡度，方可保證后期穩定性。

中線式筑壩法以及下游筑壩法都具有較強的壩體穩定，且壩體上升速度快，相對而言，中線式筑壩法耗費材料較少，筑壩費用相對較低。

和下游筑壩法相比，中線式筑壩法同樣具有壩體升高速度快，穩定性強等優點。由于中線式堆壩法壩體的滲透性能高，浸潤線低，壩體力學強度高，因此壩體的穩定性較高，高壩堆建時常采用此種方法。

2.4 高濃度尾礦堆積法（圓錐法）

一種新的濃縮尾礦堆疊法在21世紀后逐漸在西方興起，這種方法是將尾礦漿料濃度提高至50%以上，采用砂泵運送至尾礦堆積場的預定部位。高濃度尾礦一般為漿狀或膏狀，在排放口容易形成錐形堆積體，礦漿的物理性質決定了壩體的坡度。國外一些礦山采用該法的其沉積體坡度為6%左右，形成的尾礦堆場類似于干渣堆場。為了便于收集尾礦的離析水及少量的細粒狀礦泥，在堆積區域下游需構建用于沉積尾礦水的沉積池，沉積池沉積后的清水可以重復利用。對于平地或丘陵地區常采用這種方式。

目前，高濃度堆壩在中國仍處于研究階段。礦漿濃縮及高濃漿體輸送是應用這種方法的難點，需進一步研究。

2.5 水庫式尾礦堆積法（尾礦擋水壩）

水庫式尾礦堆積法不需要尾礦筑壩，而是采用非尾礦材料來填筑大壩。采用這種方式的尾礦庫和普通水庫的工作條件基本相同，但壩前水位的變化較小，尾礦時是逐步堆積形成的。

水庫式尾礦庫庫容較小，其攔擋壩一般用當地土石料或廢石建成，投資成本較高，因此，當尾礦顆粒較細時不宜采用此種方法。

3 結論

由以上幾種筑壩方式可知，各種壩型各有優缺點。從填筑壩體成本來看，上游法成本最低，但由于我國處于地震多發區域，其抗震性能差，并不適用強震地區修筑大型高堆尾礦壩。上游法筑壩排放要求進行周邊排放，須充分控制沉積灘，其蓄水能力較小，不適合大量蓄水。

從抗震穩定性來看，下游法最好，但其造價較高，一般只在特殊條件下采用此法。對于中線法而言，其筑壩成本及抗震性均介于上游法及下游之間，綜合性較強，是最能滿足當前礦業可持續發展的較為經濟安全的筑壩方式。從可持續發展觀點出發，我國礦山企業應該逐步放棄上游法堆壩工藝而采用安全穩定性更好的中線法或者下游法等筑壩方式。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國建設部.選礦廠尾礦庫設施設計規范（ZBJ1-90）[S]，1990.

[2] “中國有色金屬尾礦庫概論”編輯委員會.中國有色金屬尾礦庫概論[R].中國有色金屬工業總公司，1992.

[3] 阮懋昭，涂全興，朱文俊.山坡尾礦庫水力旋流器下游式筑壩[J].化工礦物與加工.1983.02：17-19.

基金項目：楊凌職業技術學院科學研究基金項目尾礦料固結特性及其尾礦壩穩定性研究 （項目編號A2015041）

作者簡介：田園（1986-），女，漢族，碩士研究生，講師，研究方向：水利水電工程。