尾礦庫“頭頂庫”綜合治理

饒燕國

（攀鋼集團礦業有限公司技改設備部，四川攀枝花 617000）

0 引言

2016 年，根據國家安全監管總局關于印發《遏制尾礦庫“頭頂庫”重特大事故工作方案》的通知（安監總管一〔2016〕54號）及四川省政府安委會辦公室關于印發《四川省遏制尾礦庫“頭頂庫”重特大事故實施方案》的通知（川安辦〔2016〕29 號），攀枝花市多達20 多家企業的尾礦庫均被列為“頭頂庫”。

“頭頂庫”系指下游1 km 左右有居民或重要設施的尾礦庫。由于尾礦庫是一個具有高勢能的人造泥石流的危險源。尾礦庫一旦失事，將給工農業生產及下游人民生命財產造成巨大的災害和損失。因此，亟需探尋“頭頂庫”可行的治理方式。針對攀枝花中啟礦業有限公司五道河倮果溝口尾礦庫（以下簡稱倮果溝口尾礦庫）“頭頂庫”綜合治理方案的探討，為其他企業尾礦庫“頭頂庫”治理提供參考。

1 倮果溝口尾礦庫現狀

現狀尾礦壩堆積壩壩頂高程1056 m，總壩高56 m，初期壩高30 m，堆積壩高26 m，現狀堆積尾砂總量330 萬m3，尾礦庫等級為四等庫。

1.1 初期壩

初期壩壩高30 m，壩頂標高1030 m。在初期壩上游側設了一座輻射式排滲井，井周設輻射濾水管收集滲水，用導水管將輻射井中的滲水導出壩坡外。

1.2 堆積壩

堆積壩壩高26 m，壩頂標高1056 m，在標高1035 m，1043 m，1048 m，1052 m 分別設置有馬道，堆積壩外邊坡總坡比約為1∶5。另現狀灘頂堆積有7 m 高子堤，堤后并未開始放礦。

1.3 沉積灘面

尾礦庫沉積灘面大部分區域表面已經干凅，庫尾200 m 范圍內存在部分積水。沉積灘灘面總長約600 m，現狀干灘長度約400 m。沉積灘整體坡度為壩前高庫尾低的倒坡，坡度約為1%。

1.4 排洪系統

現狀排洪系統為溢洪塔+豎井+主（支）排洪隧洞的排洪方式。主排洪隧洞長760.504 m，縱向坡度為3%，斷面采用城門洞型，凈高4.8 m，凈寬4 m；1#支隧洞長64.60 m，2#支隧洞長91.48 m，城門洞型，凈高4.8 m，凈寬4 m，支隧洞與主隧洞交角45°；1#溢洪塔塔頂標高1056 m，塔高26 m。2#溢洪塔塔頂標高1061 m，塔高21 m。

1.5 排滲系統

尾礦庫的排滲設施主要由初期壩排滲體及堆積壩體排滲設施組成。水平盲溝采用粒徑為（30～50）mm 的碎石充填，內設Φ200 mm 軟式濾水管。導水管和聯接三通采用Φ200 mmUPVC管，導水管間距25 m，導水管將排滲盲溝收集的滲透水流引至壩坡馬道排水溝或壩肩截洪溝。排滲水平盲溝的埋設平面位置為從堆積壩頂向尾礦庫內70 m 平行壩軸線位置。

2 倮果溝口尾礦庫治理的由來

尾礦庫的下游左岸有一個小型選礦廠、一座五道河鐵路橋、一條跨河的煤氣管道、一個加油站、一個倮果花園小區、一個棄用的攔砂壩、一堆棄砂、兩座公路橋。尾礦庫的上游有攀鋼五道河排土場，與其中的第Ⅳ排土場距離最近。庫區覆蓋范圍內有麗攀高速路橋通過，橋頂高程約1100 m，橋墩處于庫區淹沒范圍內。

尾礦庫周邊環境關系復雜，下游有工業設施、居民等，根據國家安全監管總局關于印發《遏制尾礦庫“頭頂庫”重特大事故工作方案》的通知（安監總管一〔2016〕54 號）及四川省政府安委會辦公室關于印發《四川省遏制尾礦庫“頭頂庫”重特大事故實施方案》的通知（川安辦〔2016〕29 號），此尾礦庫為“頭頂庫”，一旦發生安全事故，其危害極大，因此，必須對該尾礦庫進行綜合治理。

3 倮果溝口尾礦庫治理探討

根據國家安全監管總局關于印發《遏制尾礦庫“頭頂庫”重特大事故工作方案》，“頭頂庫”治理包括隱患治理、升級改造、閉庫及銷庫、尾礦綜合利用和下游居民搬遷等五種治理方式。結合該尾礦庫實際情況，并考慮安全性和經濟性，采用現狀“閉庫”的方式進行治理。采取的治理內容如下。

3.1 初期壩

現狀初期壩外坡面完整，其穩定性較好，維持現狀。

3.2 堆積壩

（1）壩體邊坡。堆積壩外坡面進行填土修整，保證壩面平整，同時，覆土植草綠化；壩面縱橫向排水溝及壩肩排水溝砂漿抹面局部地段重新抹面，保證排水溝過水通暢。

（2）沉積灘面。將堆積壩壩頂堆積尾砂子堤清理至標高1056 m。從灘頂開始以1.0%坡度傾向庫區內1#溢洪塔方向；庫區左岸從高速公路橋墩至庫區中央灘面維持現狀坡度（1%～3.25%）；庫尾積水區域，揭開2#溢洪塔擋水板將積水排出，灘面晾曬干涸后采用干砂分層碾壓堆填，并形成1%順坡。灘面最終形成庫前、庫尾、庫兩岸高，灘面中間位置1#溢洪塔進水口低。庫區匯水通過灘面匯流引至1#溢洪塔并進入排洪隧洞排泄。在庫區整個灘面范圍內覆土，覆土層厚度為30 cm，人工修整覆土層形成與灘面一致坡度。

3.3 防排洪系統

根據《攀枝花中啟礦業有限公司五道河倮果溝口尾礦庫安全現狀評價報告》，現有排洪設施滿足該尾礦庫相應洪水標準所需的下泄流量要求，可作為治理后排洪設施。

同時，尾礦庫后緣五佳公司棄渣堆積體及右岸攀枝花鐵礦排土場距離2#塔較近，存在一定安全隱患，故將2#支洞進行封堵，1#塔、1#支隧洞、主隧洞做為閉庫后主排洪設施。另灘頂右岸排水溝采用混凝土硬化，閉庫后做為輔助排洪設施。

（1）2#排洪支洞封堵。采用混凝土結構對2#支洞進行封堵，封堵段全長9 m，兩端分別為1 m 厚C20 鋼筋混凝土結構，中間7 m 段為素填混凝土結構。封堵段距2#排水井距離（5～10）m。將2#支洞封堵之后，2#排水井內采用干尾砂填充，填充至塔頂高程與閉庫后灘面相銜接。

（2）臨時排洪明渠硬化。灘頂右岸為已建臨時度汛排洪明渠，將該排水溝采用混凝土硬化，閉庫后做為輔助排洪設施，在極端情況1#塔+隧洞排洪失效的情況下，洪水漫至該排洪明渠排放。渠身采用C20 混凝土硬化，硬化后排洪明渠底寬2 m，深2 m，側壁邊坡比1∶1。

為防止該明渠不均勻沉降，硬化渠身前渠道底部設10 cm厚碎石墊層；進水口處設置1 m 深沉砂池，防止尾砂外泄；渠道兩側頂部雨季應設置沙袋隔水墻，防止灘面尾砂隨水流沖入渠道內對下游造成環境污染。

3.4 排滲設施

現狀排滲設施與原設計相符，現狀排滲通暢，故閉庫后沿用現狀排滲設施。

3.5 安全監測

（1）位移監測設施。新建9 處位移監測樁、2 處位移監測基點。

（2）浸潤線監測設施。修復4 處浸潤線監測孔，及時掌握閉庫后的壩體浸潤線埋深情況。

4 倮果溝口尾礦庫治理后穩定及排洪能力計算

4.1 壩體邊坡穩定性分析

（1）計算標準。根據《尾礦設施設計規范》（GB 50863—2013）中規定，尾礦壩抗滑穩定的最小安全系數規范值見表1。尾礦庫完成閉庫后總壩高56 m，總庫容330 萬m3，尾礦庫等級為四等庫。考慮到本尾礦庫周邊環境關系較為復雜，閉庫后壩體滲流穩定分析與行洪安全校核標準均提高一等，按照三等庫標準進行校核。

（2）計算參數。地層的計算參數取用《攀枝花中啟礦業有限公司五道河倮果溝口尾礦庫巖土工程勘察及壩體穩定性驗算評價報告》中的建議值，各土層物理力學參數指標見表2。

表1 尾礦壩抗滑穩定的最小安全系數規范值

表2 各土層物理力學參數指標

（3）計算剖面。計算剖面選取閉庫后A-A 剖面作為典型剖面計算。

（4）計算結果。采用理正巖土計算軟件，得出結果（表3）。

表3 A-A 剖面壩體各種工況下壩坡穩定系數計算結果

通過計算分析可知，閉庫后尾礦庫壩體在各種工況下均穩定。

4.2 防洪計算

（1）防洪設計標準。尾礦庫閉庫后按照三等庫設防標準進行行洪安全校核，根據《尾礦設施設計規范》（GB 50863—2013）中規定，確定該閉庫防洪標準按500 年一遇設計校核。計算依據《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》（1984.6）。

（2）洪水復核計算。流域計算參數見表4。

表4 流域計算參數

根據《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》（1984 年6 月），洪峰流量計算結果為最大流量為271.723 m3/s，洪水總量543.671 萬m3。

（3）排洪系統泄流能力計算。排洪隧道排洪能力復核按曼寧公式計算，計算公式如下。

式中 Q——流量，m3/s

C——謝才系數

A——過水斷面面積，m2

n——糙率系數

R——水力半徑，m

i——坡降

經計算，主排洪隧洞過流量為284.064 m3/s。因此，過流量大于對應洪峰流量271.723 m3/s，隧洞泄流能力均滿足排洪的要求。主排洪隧洞過流量計算見表5。

5 結語

根據國家尾礦庫“頭頂庫”治理方案精神，對攀枝花中啟礦業有限公司五道河倮果溝口尾礦庫“頭頂庫”治理方式進行了摸索、探討。本文論述的尾礦庫“頭頂庫”綜合治理方式，得到了攀枝花市安全生產監督管理局的認可，并得以實施。該尾礦庫“頭頂庫”治理內容已于2018 年11 月20 日全部竣工完成，并經攀枝花市政府相關部門驗收通過。

表5 主排洪隧洞過流量計算

此文論述的治理方式，具有安全、可靠、經濟等特點，在維持現狀的條件下，進一步提高尾礦庫的安全度，降低企業“頭頂庫”治理負擔，對國家“頭頂庫”治理具有一定的參考價值。