研究尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)的封堵方法

毛輝，候鵬博，李嘉偉

（山西安運(yùn)安環(huán)科技有限公司，山西 運(yùn)城044000）

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)發(fā)生了很多尾礦庫(kù)的安全環(huán)保事故，主要原因是尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)封堵不當(dāng)。因此，需要對(duì)尾礦庫(kù)事故進(jìn)行分析，同時(shí)針對(duì)尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)的封堵位置選擇，需要結(jié)合實(shí)際情況制訂多種封堵方案進(jìn)行比較。通常在對(duì)原排系統(tǒng)進(jìn)行封堵的過(guò)程中，需要采用高水材料進(jìn)行封堵，保證結(jié)構(gòu)和尾礦堆積壩的滲透穩(wěn)定性和安全性。

2 尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)概況分析

礦山企業(yè)的重要生產(chǎn)設(shè)施是尾礦庫(kù)。在尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài)下，首先需要保證尾礦庫(kù)的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。當(dāng)遇到特大暴雨時(shí)，應(yīng)該制定及時(shí)的防護(hù)措施，做好尾礦庫(kù)的防洪工作。所以尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行與企業(yè)生產(chǎn)效益有很大關(guān)系，同時(shí)還要重視尾礦庫(kù)下游的環(huán)境保護(hù)和生命財(cái)產(chǎn)安全。要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與施工合同，對(duì)項(xiàng)目施工重點(diǎn)、難點(diǎn)和周邊環(huán)境等進(jìn)行綜合分析，并且制定完善的解決措施。在實(shí)施過(guò)程中，采取各項(xiàng)措施加以保障落實(shí)，保證項(xiàng)目施工順利進(jìn)行。

近年，我國(guó)提出了尾礦庫(kù)總量控制目標(biāo)，要求各省在本地區(qū)實(shí)施尾礦庫(kù)總量控制，自2020 年起，尾礦庫(kù)數(shù)量原則上只減不增。要求各地實(shí)行尾礦庫(kù)基本信息公告制度，每年年初在地方政府和有關(guān)部門(mén)網(wǎng)站以及地方其他主流媒體的網(wǎng)站上公布上年度尾礦庫(kù)的數(shù)量、名稱(chēng)和地址等信息，確保每個(gè)尾礦庫(kù)公開(kāi)透明，接受全社會(huì)監(jiān)督。

尾礦庫(kù)的排水系統(tǒng)包括內(nèi)部排水系統(tǒng)和外部排水系統(tǒng)，主要由進(jìn)水結(jié)構(gòu)和排水結(jié)構(gòu)組成。進(jìn)水結(jié)構(gòu)通常是排水井或防洪槽；排洪結(jié)構(gòu)通常是排水隧道或排水管。其中，排水隧道可分為主要排水隧道和次要排水隧道，后者是與每一層排水井相連的系統(tǒng)。儲(chǔ)罐外部的排澇系統(tǒng)通常在尾礦儲(chǔ)罐中有較大的集水區(qū)，它是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于降低或?qū)崿F(xiàn)濁度和改道的。

在尾礦庫(kù)建成之后，大量的尾礦排入，沉積面不斷升高。庫(kù)水位的澄清距離縮短，降低外排水質(zhì)，所以要及時(shí)提高庫(kù)水位，就需要用攔擋體將水?dāng)r住。如框架式排洪井的拱擋板，窗口式排洪井的蓋板，攔擋體的安裝，不會(huì)影響水構(gòu)筑物的防洪能力。

3 排洪系統(tǒng)封堵事故類(lèi)型

3.1 排洪井筒頂部封堵

例如，1964 年，山西地區(qū)建立尾礦庫(kù)。由于傳統(tǒng)技術(shù)不能滿(mǎn)足實(shí)際需求，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)主要是采用排洪井、排洪管的形式，目前已經(jīng)停止使用。后期2#尾礦庫(kù)也停止使用，在3#尾礦庫(kù)開(kāi)始建設(shè)前，企業(yè)礦方?jīng)Q定重啟1#尾礦庫(kù)，在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)加高10m，對(duì)2#排洪系統(tǒng)進(jìn)行完善，并且對(duì)1#排洪系統(tǒng)進(jìn)行封堵，避免后期對(duì)工程造成影響。

3.2 尾礦堆積壩滲透管涌破壞

當(dāng)封堵體位置不當(dāng)，很容易出現(xiàn)尾礦堆積壩滲透管涌破壞。山西鉛鋅礦的魚(yú)壇尾礦池于1960 年建成使用，富集規(guī)模為4 500t/d。最初的水壩是土壩，壩頂高程為80m。在大壩上游的第一級(jí)大壩中，使用砂子、礫石和石塊進(jìn)行過(guò)濾和堵塞。由于暴雨，洪水進(jìn)入井中，密封頭達(dá)到40m 雖然是安全，但在初始階段，管涌沖洗大壩的坡度，大壩的頂部和斜坡都被破壞。

4 排洪系統(tǒng)封堵體位置的選擇

尾礦庫(kù)的排洪系統(tǒng)阻塞體主要位于上游面和下游面。確定封堵體的位置，必須依據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的條件以及排洪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并且充分結(jié)合相鄰結(jié)構(gòu)要求以及尾礦池的運(yùn)行要求。結(jié)合尾礦池的特征[1]，在排洪隧道中，通常使用壁中的滲透壓力孔來(lái)降低隧道周?chē)臐B透壓力，以降低隧道襯里的厚度。封堵體前面的高壓滲透區(qū)將對(duì)側(cè)導(dǎo)流通道，甚至封堵體下游的主通道襯砌構(gòu)成威脅[2]。

5 尾礦庫(kù)綜合治理實(shí)施方案

5.1 壩體安全加固

設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，尾礦庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)必須根據(jù)存儲(chǔ)容量、大壩高度、使用壽命和可能的下游危害等因素來(lái)確定。進(jìn)入封閉式存儲(chǔ)管理階段時(shí)，必須將其轉(zhuǎn)換為三級(jí)倉(cāng)庫(kù)。按照規(guī)定，必須按照100～200 年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

目前，主壩的安全系數(shù)在正常工作條件下為1.067，在洪水條件下為1.040，在特殊工作條件下為0.909。當(dāng)前的安全系數(shù)不能滿(mǎn)足尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。根據(jù)技術(shù)調(diào)查可知，初期壩腳壓密程度差，壩體滲透線(xiàn)位于較高位置，后續(xù)的子壩未按照尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求堆置，坡度陡峭，初始?jí)文_也被破壞，存在很大的安全隱患。如果單一采取疏干方案，將會(huì)增大大壩主體的安全系數(shù)。因此，采用排水設(shè)施主動(dòng)降低地下水水位或水壓的防治水措施，只能是臨時(shí)措施，不能把單一疏干降壓方案作為主要的措施[3]。可以采用壓坡方案，在初期壩前使用石塊壓坡，以這種方法來(lái)提高初期壩的穩(wěn)定性。在塊石壓坡之前，一定要控制基礎(chǔ)向與初期壩傾斜角度為30°，然后用填充塊石。保持壓坡的地面高度為6m，壓坡寬度為8m。壓坡所用碎石塊的尺寸不得小于20cm，并且所選物料不得是風(fēng)化的巖石。鑒于疏干降壓措施不能作為永久措施，因此，可采用疏干和壓坡方案作為閉庫(kù)工程的治理方案。

5.2 修建截洪溝與排水溝

由于和尾礦壩壩肩相連接的斜坡植被稀疏，并且大部分都是裸露的大理巖，蓄水能力較差。洪水來(lái)臨時(shí)，容易形成洪流沖刷壩肩，造成尾礦壩的土壤大量流失，進(jìn)而影響尾礦庫(kù)的安全性和穩(wěn)定性。

因此，需要在1#和3#壩壩肩與山體連接處設(shè)置截洪溝，由于2#壩體已在壩面設(shè)置干砌塊石，并且還在山體相接處設(shè)置截洪溝，可不再設(shè)置截洪溝。

截洪溝主要布置在1#壩兩壩肩（編號(hào)為：1#和2#截洪溝）和3#壩壩肩的東南端（編號(hào)為：3#截洪溝）。截洪溝的截面為800mm×600mm。1#截洪溝長(zhǎng)162.7m，3#截洪溝長(zhǎng)111.82m。截洪溝采用漿砌塊石結(jié)構(gòu)，材料不能采用風(fēng)化巖石，并用M7.5的砂漿抹面。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)封堵應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，綜合分析封堵位置的合理性；梁板式在井座頂封堵較為適宜；抗剪型封堵體宜在排洪井井徑較大或在排洪支洞(管)內(nèi)施工較適宜時(shí)采用；尾礦庫(kù)加高擴(kuò)容對(duì)原排洪系統(tǒng)封堵時(shí)，因結(jié)構(gòu)安全和尾礦堆積壩滲透穩(wěn)定安全要求封堵體較長(zhǎng)時(shí)宜采用高水材料封堵等。