上游式尾礦庫一種新的初期壩型式的滲流計算分析

高峰 李松

摘?要：上游式尾礦庫運行過程中，考慮到尾礦庫運行初期和后期滲透穩定，初期壩壩型通常采用透水堆石壩。但在尾礦庫運行前期，往往由于反濾層施工質量等原因，容易出現尾礦“跑渾”現象。本文提出一種新的初期壩型，既減少尾礦庫運行初期的“跑渾”問題，又能保證堆積壩滲透穩定。

關鍵詞：初期壩;滲水量;滲透穩定

上游式尾礦庫運行過程中，考慮到尾礦庫運行初期和后期滲透穩定，初期壩壩型通常采用透水堆石壩。在尾礦庫運行中后期，采用尾礦堆壩后，初期壩起到排滲棱體作用。由于透水堆石壩孔隙大，為防止尾礦滲透至下游，在壩體內需設置反濾層，但由于反濾層施工質量等原因，初期容易出現尾礦“跑渾”現象。所謂跑渾現象，即除了庫內水，尾礦也通過孔隙滲入下游，容易造成環境污染。

本文提出一種新的初期壩型，在常規堆石壩的上游側分區填筑一部分土石混合料（約1/4初期壩高），既減少尾礦庫運行初期的尾礦“跑渾”，又能保證堆積壩滲透穩定。

1 滲流計算模型

為比較常規初期壩和新型初期壩兩種方案的滲流量和滲透穩定性差異，本文建立的二維有限元模型進行計算分析。模型參考了類似堆筑工藝項目，新型初期壩方案示意圖見圖1所示。

2 滲流量對比分析

滲流量計算采用二維有限元的分析方法[1]，計算不同水位工況下對比兩個方案的滲流量差異。

不同運行水位運行工況下滲流量計算結果見上表所示。當運行水位在土石混合料高度以下時，新方案滲透水量比常規方案的滲透水量小的多。由于土石混合料的滲透系數小，可以明顯改善尾礦庫運行初期的跑渾問題。當水位超高土石混合料高度時，則兩種方案滲透水量差不多，新方案的滲透水量稍小。

3 滲透穩定對比分析

初期壩堆滿后，采用尾礦上游式筑壩。初期壩在堆積壩體中起到排滲棱體的作用。對兩種方案的滲流穩定性進行計算分析，對比兩個方案滲流穩定性差異。

兩個方案的滲流穩定性計算結果見圖2、圖3。從圖中看出，新方案計算浸潤線埋深比常規方案埋深要小，這對壩體滲透穩定不利。但兩種方案計算浸潤線埋深均大于臨界浸潤線埋深，也大于現行規范中最小埋深要求。

參考上游式尾礦庫運行經驗，尾礦庫運行過程中，初期壩反濾層孔隙將逐漸被尾礦顆粒淤堵，排滲性能逐漸削弱。此時無論采用哪種方案，在初期壩反濾層孔隙被尾礦於堵后，浸潤線都將有所提高。因此在尾礦庫運行期間，必須在尾礦壩上布置浸潤線監測點，及時監測浸潤線的變化。隨壩體升高適時設置排滲管[2]等排滲設施，當實測浸潤線高于控制浸潤線時，可在壩坡或沉積灘上增設排滲管、輻射井等降滲設施。

4 結論

（1）通過兩種方案滲流量計算，新型初期壩方案能明顯能減少初期滲透水量，亦能明顯改善尾礦庫運行初期跑渾問題。

（2）采用尾礦堆壩后，對兩種方案進行滲流穩定分析，雖然新方案堆積壩內浸潤線埋深小于常規方案，但整體埋深仍能滿足規范中對滲流控制要求。

（3）在尾礦庫運行過程中，考慮初期壩反濾層會逐漸被尾礦於堵，滲透性降低。無論采用哪種初期壩方案，都在尾礦庫運行中后期都應重點關注壩內浸潤線埋深的變化。

參考文獻：

[1]楊玉婷，艾敏，許志發，趙懷剛，高亞偉.尾礦庫滲流場數值模擬研究方法綜述[J].中國水運，2018，18（11）：65-67.

[2]金永超.排滲管井在尾礦庫中的應用[J].資源信息與工程，2019，34（3）：118-119.