承德某鐵礦尾礦庫排滲設施施工實踐

宋彥利 鄒正勤 張力民 冀瑞鋒

（河鋼集團礦業有限公司承德柏泉鐵礦）

尾礦庫是礦山選礦生產企業貯存尾礦的重要設施，具有高勢能的人造泥石流危險源。尾礦庫一旦失勢將造成人民生命財產的重大損失，對下游的自然環境造成污染，影響深遠。隨著國民經濟的發展，國家越來越重視生產安全和環境保護。安全和環保問題直接關系到一個企業的生存和發展，礦山企業必須做好尾礦庫的安全生產。由于許多尾礦庫筑壩尾礦砂粒度較細且采用上游筑壩，浸潤線超高成了許多尾礦庫的主要安全隱患［1］。尾礦庫的排滲系統是降低壩體內水位的重要設施，可有效排除尾礦壩體的滲水，降低尾礦壩的浸潤線。承德某鐵礦尾礦庫從初期壩建設到后期筑壩管理，重視排滲工程的施工。堆積壩采用盲溝水平管排滲，效果較好，尾礦壩的浸潤線始終保持在較低水平，符合安全要求。

1 初期壩施工及生產情況

1.1 初期壩施工情況

初期壩采用透水堆石壩。透水堆石壩起到了積水棱體的作用，可降低尾礦壩的浸潤線，加快尾礦的排水固結，有利于尾礦壩的穩定。該初期壩壩頂寬4.0 m，內坡坡比1∶1.75，外坡坡比1∶1.85，最大壩長294.2 m，在外坡560 m標高處均設一寬2.0 m的平臺。

壩基建在含黏性土碎石層上，并進行夯實處理，初期壩左右壩肩在強風化混合花崗巖層上，對基巖表面進行處理，使基巖與初期壩壩體更好地結合。

在初期壩的上游坡和壩基底部分別設置兩層500 g/m2的土工布作為反濾層，土工布和壩體堆石之間采用碎石過渡層過渡。

碾壓堆石壩是一種簡單易行、安全可靠的壩型［2］。堆石筑壩時分層碾壓，碾壓后其孔隙率不大于35%，干容重為1.8 t/m3。

為防止尾礦漿及雨水對內坡反濾層的沖刷，在反濾層表面鋪設保護層。保護層為干砌塊石、砂卵石、碎石，就地取材，施工簡單。下游坡面只設1 層400 mm厚的干砌塊石護坡。初期壩斷面示意見圖1。

考慮到庫區內北側的面積較大，防止生產后庫區右側浸潤線升高，在右側的山谷內預埋排滲盲體，排滲盲體采用500 g/m2土工布包裹碎石，寬1.5 m，厚1.5 m，鋪設于溝谷底部，此排滲盲體與初期壩低反濾層進行相連。

1.2 初期壩生產情況

該鐵礦現有尾礦漿工藝流程選礦車間總尾礦濃度15%，礦漿流入53 m 濃縮池進行濃縮。礦漿經過濃縮后，濃度達28%，經濃縮的尾礦漿通過三級泵站輸送至尾礦庫。

放礦主管在初期壩壩頂，采用多管分散放礦，每根放礦支管間為6 m。放礦管采用φ159 mm 的高分子聚乙烯放礦管連接至壩底部。為防止放礦直接沖刷壩體，將放礦管利用木桿架高，礦漿流出指向庫內。隨著壩內水面的升高向上縮短管路長度。

初期壩使用3 d 后，初期壩外側壩底排水孔開始出水，水質清澈，流量150～200 m3/h。該部分水進入壩底的消力池后，自留回選廠進行使用。

2 堆積壩排滲方式

堆積壩排滲在筑壩過程中多使用水平排滲管式，近年來盲溝和水平排滲管式聯合使用被越來越多的新建尾礦庫使用，可有效排除堆積壩體內的滲水，降低壩體的浸潤線。如果后期出現壩體浸潤線較高、壩面滲流、壩面管涌等，為了降低浸潤線多采用管井式，如虹吸井、輻射井、輕型井點、塑料插板等。后期治理往往影響企業的生產運行，治理費用較高。因此，在堆積壩使用過程中采取有效的排滲方式可起到良好的效果，不僅節省生產投資，而且對安全生產起促進作用。

2.1 水平管式排滲

在2000 年以前投入使用的尾礦庫多采用水平管式排滲，采用堆積壩外排滲的方式。排滲管的鋪管方式為庫內高壩外低，形成一定的坡度，排滲管出口位置最低，拍滲水自流到排水溝，水平管式排滲結構見圖2。沿堆積壩橫向相隔一定距離進行鋪設。濾水管長40～50 m，與導水管進行連接，導水管長40～50 m，濾水管和導水管的管徑在100～150 mm。此種排水方式主要依靠濾水管本身的透水能力進行排水。濾水管主要有普通濾水管、軟式透水管、槽孔排滲管。

普通濾水管多采用塑料管打孔，外包土工布，普通濾水管結構見圖3。以φ150 mm 濾水管為例，表面積為4 710 cm2，進水孔直徑10 mm，間距不超過10 mm，每個斷面不超過10 個進水孔。進水孔面積為117.75 cm2，進水孔面積僅為接觸面積的四十分之一，普通濾水管排水效率僅為2.5%。

軟式透水管是一種具有倒濾透（排）水作用的管材，圖4 為軟式透水管結構示意，它利用“毛細”現象和“虹吸”原理，集吸水、透水、排水為一體，具有工程設計要求的耐壓、透水及反濾作用。透水管是以防銹彈簧圈支撐管體，形成高抗壓軟式結構，無紡布內襯過濾，使泥砂雜質不能進入管內，具有很好的全方位透水功能，滲透水順利滲入管內，而泥砂雜質被阻擋在管外，從而達到透水、過濾、排水的目的。軟式透水管滲透系數≥0.1 cm/s。軟式透水管在使用時需要在下部設置支撐，與塑料管相比在使用中坡度較難保證、耐壓強度較低，易變形。

槽孔排滲管就是在管壁的外側延長度方向均勻的開出滲流槽，槽寬10 mm，每間隔100～150 mm 打直徑8 mm 或10 mm 的孔，滲流槽間隔10 mm。相鄰滲流槽內的孔進行間隔交叉布置，槽孔排滲管結構見圖5。槽孔排滲管的滲流面積可達到接觸面積的51%，是普通濾水管的20 倍。濾水管主要采用土工布作為過濾層，槽孔排滲管采用不銹鋼網作為過濾層。不銹鋼網過濾層將微小顆粒隨滲流水過濾走，使微小顆粒不堵塞在過濾層上，在排滲管周圍的粗砂形成濾料對排滲管進行保護，使得排滲管能夠長久的保證滲透效果。

水平管式排滲的優點是在實際生產中操作方便，在尾礦庫設計中一般是每10 m 高設置一道排滲設施，可提前進行預埋，隨著生產放礦的進行，向前連接導水管和排滲管，依靠濾水管的濾水能力進行排水。其缺點是濾水管的排滲效率低，普通濾水管僅為2.5%，槽孔排滲管也只能達到51%，且排滲效果還與濾水管布設的長度有關，濾水管布設的越長，管路的坡度越難保證。

2.2 盲溝水平管排滲

近年來新投入使用的尾礦庫采用盲溝水平管排滲的越來越多，排滲效果較好。與普通水平管式排滲相比，增加了排滲盲溝，大大增加了過濾面積。在距壩頂一定距離的庫內沿平行于壩頂布設盲溝，在盲溝底部布設濾水管，濾水管直接連在導水管上，直接將水排至水溝。濾水管可采用普通濾水管、軟式透水管、槽孔排滲管。在盲溝內鋪設碎石作為排水棱體，碎石外部包裹土工布。沿與壩頂垂直方向布設導水管，導水管與盲溝內的濾水管進行連接。盲溝水平管排滲結構見圖6。

3 盲溝水平管排滲施工實踐

3.1 排滲設施施工

承德某鐵礦尾礦庫排滲設施采用盲溝水平管排滲形式，水平排滲具有工程造價低、排滲效果好、管理簡便等優點而被廣泛采用［3］。隨著尾礦壩的升高，在壩體內設置水平排滲棱體。尾礦壩從574 m 標高至650m 標高間，每隔10 m 的高度距壩頂100 m 處沿壩軸線方向設置水平排滲棱體，導水管每隔100 m 鋪設1 根。水平排滲體斷面尺寸為倒梯形，底部埋設DN150 的滲水管，管周圍填充15～35 mm 的礫石，并用1 層500 g/m2土工布包裹，滲水管由DN100 導水管導出至壩面排水明溝，將水導至壩肩排水明溝排至壩下。盲溝結構見圖7。

濾水管采用塑料盲溝，由塑料芯體外包裹濾布組式。塑料芯體以合成樹脂為主要原料，形成三維立體網狀結構。塑料芯體中空圓形，該材料克服了傳統盲溝的缺點，具有表面開孔率高、集水性好、空隙率大、排水性好、抗壓性強、耐壓性好、柔性好、耐久性好、重量輕、施工方便等優點，且應用廣泛。塑料盲溝示意見圖8。

排滲設施應盡可能預先埋深，以節省工程投資［4-5］。為降低施工費用，預埋DN100導水管，在筑壩前標定導水管的位置，連接好一定長度的導水管，保證坡度不小于1%，用木桿架好。在放礦的過程中，隨著壩面的升高不斷連接導水管，保證導水管的坡度不小于1%，導水管不能有斷裂現象。導水管連接到100 m 后將管口包好，同時設置好標桿，標桿應標好高度。當導水管埋深到達指定高度后，施工水平排滲棱體。

施工盲溝水平排滲棱體時應安排好壩面的放礦，不影響正常生產。由于在庫內的灘面施工，排滲棱體開槽時要保證機械和人員的安全，必要時要對灘面進行晾曬疏干。開槽后為避免坡面坍塌，要及時鋪設土工布保護灘面。滲水管與導水管連接前要對導水管進行試水，保證導水管暢通。滲水管與導水管連接部位要保證不漏砂，滲水管要用土工布進行包裹不能漏砂，土工布連接部位要連接好不能有漏砂現象。排滲棱體施工完畢后，為防止放礦沖刷，要在上面用尾礦砂進行覆蓋。

3.2 排滲設施施工效果

第一期排滲體施工后，出水量達50～60 m3/h，水質清澈，導水管全部出水，壩體右側出水量較大，后減小至30 m3/h 左右。第二期排滲體壩體增長，導水管數量增加，出水量達30～40 m3/h，在壩體右側出水量大。第三期、第四期排滲體施工后，出水量均可達40 m3/h左右。

從標高590 m 平面開始設置浸潤線觀測管人工和在線觀測設施，人工觀測管埋深12 m，浸潤線預警值8 m，觀測管內一直沒有水。在線觀測設施安裝后，在線觀測管測量浸潤線埋深，最低13.34 m（表1）。

由表1可知，該礦設計的浸潤線預警值為8 m，實際水位在13 m 以上，符合安全要求，排滲設施有效地降低了堆積壩體的水位，增加了浸潤線的埋深。

4 結語

尾礦庫建設應重視設計和施工管理，加強生產管理，才能從本質上保證尾礦庫的安全。尾礦庫采用透水堆石壩可有效排出尾礦砂的滲水，加快尾礦固結，且施工中應嚴格按照設計施工。子壩堆筑應結合實際，提前做好排滲工程計劃。尾礦堆積壩采用水平排滲，施工投資小，施工方便，排水無需設備，可有效降低尾礦壩的浸潤線；采用盲溝水平管式排滲，可大大增加過濾面積，使壩體排滲形成一個整體，可有效提高排滲效果。