三維排滲在細粒尾礦筑壩中的應用

■任媛 肖博

（西安有色冶金設計研究院 陜西西安 710001）

三維排滲在細粒尾礦筑壩中的應用

■任媛 肖博

（西安有色冶金設計研究院 陜西西安 710001）

本文提出了細粒尾礦筑壩的關鍵技術，分析了細粒尾礦筑壩的技術理論，結合國內很多礦山尾礦筑壩實踐經驗，提出了三維排滲，壩基設排滲褥墊的排滲方法，來縮短壩體排水固結的時間，增強壩體穩定性，較好的解決了細粒尾礦筑壩的關鍵技術。

細粒尾礦筑壩三維排滲排滲褥墊穩定性

這些年隨著采礦業的發展，很多黃金礦山為了提高金的回收率，引進了先進的選礦工藝流程，例如：碳浸法、氰化鋅粉置換等提金工藝，這些工藝流程一般提高磨礦細度條件下進行的。選礦廠排出的尾礦粒度很細，一般在-200目占90%左右。陜西的大西溝菱鐵礦采用焙燒工藝后，選礦廠排出的尾礦也比較細，而云南錫業公司的細粒尾礦則早為人知。

1 細粒尾礦筑壩的提出

尾礦筑壩較常見的方式為上游式堆壩，通常尾礦壩分初期壩和后期壩，考慮一定的庫容時，降低尾礦堆積壩的高度，相對要增加初期壩的高度，所以細粒尾礦是否能筑壩，直接關系到工程投資的總造價，并且一次性筑壩的前期投資也會大大提高。例如：陜西陜西大西溝礦業有限公司茨溝尾礦庫工程，由于尾砂粒度較細，-325目占97%，尾礦加權平均粒徑 dp=0.022mm，采用庫內放礦，尾礦壩分四期修筑，堆石碾壓壩，尾礦壩總高128m，其中一期壩高59m，一期尾礦壩造價為2664.56萬元。單方尾礦投資達18.6元。類似的工程還有很多，這就要求我們在滿足安全、技術、經濟的條件下來解決細粒尾礦筑壩的問題。

通常細粒尾礦筑壩采取的措施有子壩采用堆石進行堆筑或子壩外坡加壓廢石、風化料等材料來提高堆積壩的強度，或者采用尾礦干式堆存的方式，降低壩體的浸潤線高度，從而提高壩體的穩定性。

有些礦山附近缺少用來加固壩體的石料，或是運輸距離較遠，投資較高、管理較復雜等原因，造成細粒尾礦筑壩的困難。

細粒尾礦是指平均粒徑dcp≤0.03mm，其中，-0.019mm含量一般＞50%、+0.074mm的含量＜10%和+0.039mm≤30%的尾礦。

根據試驗和國內筑壩實踐，一般認為，粒徑大于0.037mm的尾礦在分散放礦時可形成沉積灘；0.037~0.019mm的顆粒沉積較好；-0.019mm的顆粒不易沉積，當其懸液濃度為5~10%，潛流速度超過10cm/s時可能發生異重流，所以把0.020mm顆粒作為筑壩的分界粒徑。

云錫公司研究和實踐證明，當小于0.020mm顆粒占70%以上時，用其筑壩的可能性將很小，新冠選礦尾礦0.02mm占74.4%，未筑壩；卡房尾礦0.02mm占61%筑壩高4m；黃茅山尾礦0.02mm占63%，筑壩高10m；云南錫業公司細粒尾礦-0.019mm占64.03~ 69.86%，筑壩高17.35~28m。

人們對細粒尾礦的擔心，主要是細粒尾礦堆積體滲透性差，固結慢，沉積灘面緩。這些問題如果能解決，用尾礦堆壩或者堆較高的壩，其經濟和社會效益是非常明顯的。

2 細粒尾礦筑壩的實踐

四方金礦荒草溝尾礦壩入庫的尾砂-200目占83%，d50= 0.022mm。初期壩為透水堆石壩，壩高30m，堆積壩為上游法尾砂堆壩，設計壩高58m，已堆積壩高55m，總壩高85m，1998年8月投入運行，2009年7月已達前述壩高。堆積壩平均壩坡1:4.5。經過地質勘測：

壩體物理力學指標：

壩體土性名稱定名為：尾粉土；含水量標準值26.7~27.69%；比重：2.7；天然重度18.42~19.23；干重度：14.61~15.49；空隙比：0.750~ 0.823；孔隙度：42.97~42.04%；飽和度91.22~97.88%；液限：33.9~ 32.1%，塑限：23~24.2%；液性指數：0.3~0.6；塑性指數：9.6~9.8；壓縮指數：0.19~0.23Mpa-1；變形模量：8.21~10.31 Mpa。

室內快剪指標C（Mpa）32.9~43.9；φ（°）19.6~20.9

固結不排水三軸試驗指標：凝聚力Ccu（Kpa）24.6~32.7；內摩擦角（°）28.4~30.85；有效粘聚力C’cu（Kpa）11~25；有效內摩擦角（°）27.15~32.75；滲透系數：（10-5cm/s）垂直方向：0.229~6.57

水平方向：1.08~4.47。現場滲水試驗：滲透系數（cm/s）：2.43×10-6~1.14×10-4；壩面浸潤線埋深：25.45~35.2m；灘面浸潤線深度6.2~ 13.96m。

經計算該庫的靜力和動力都是穩定的，沉積灘的坡度在0.0209~0.0262，可以滿足規范要求的最小干灘100m的要求，除了壩體飽和度較高，滲透系數偏小外，其它和一般尾礦庫相差不大，但浸潤線遠比一般尾礦庫要低。這給用細粒尾礦堆筑較高的壩提供了范例。

荒草溝尾礦庫采用的關鍵技術之一是加強排滲。初期壩底部保持了原天然地基的透水性，又布置了庫底的枝狀排滲管網，在庫底形成排水墊層，穿過初期壩由庫底引出。同時該庫原布置的排洪涵管報廢后，仍有良好的排水效果，其實測的排水流量比壩體排水還多。

堆積壩內采用三維排滲，壩基設排滲褥墊，可以明顯降低壩體浸潤線高度，提高細粒尾砂筑壩的穩定性。

近年來，后期壩體內設二維排滲系統的尾礦庫很多，排滲管采用PVC管，打孔，外裹土工布，經實踐考驗，該方法排滲效果很不錯。

細粒尾礦筑壩采用三維立體網進行排滲，在堆積壩體內，每級馬道高程，堆筑子壩前，沿灘面鋪設水平、豎直排滲管網，豎直排滲管連通每級馬道間的水平排滲管網；壩基鋪設排滲褥墊，即在初期壩腳向庫內延伸一段距離，垂直于壩軸線方向鋪設水平、橫向排滲管，縱向水平間距6~8m，排滲管可采取軟式透水管，外包裹土工布。以上兩種排滲措施很大程度上降低了壩前浸潤線高度，從而提高壩體的穩定性。

四方金礦荒草溝尾礦庫排滲措施采取了三維立體網進行排滲，根據壩體工程勘察結果，壩體的含水率和飽和度高，影響壩的穩定，因此，細粒尾礦筑壩必須采用加強排水的措施。采用水平管排水的設計，排水管的間距與需降水的高度時間和管徑有關，參照我國在淤泥質亞粘土中的經驗，水平間距為4m，層距也為4m，上、下兩層交錯布置，排水管管材采用PVC排水管，人工打孔，開孔率(6～8%)，外包土工布(400g/m2)纏繞搭接而成，搭接寬度為1/2布寬，也可買軟式透水管等成品管。豎直排滲管仍采用PVC排水管，人工打孔，外裹土工布，外設反濾料和塊石透水體，為了保證豎直排水管的強度，在塊石外設竹條編制的竹筐。豎直排水管與水平排水管相連接，形成三維排水，加強了壩體的固結排水，有利于壩體的穩定上升。排水管的施工和子壩同步進行，集水管和輸水支管必須在子壩填筑前完成。

（1）排水管所用土工布技術要求：

①保土性：O95≤1.8d85=0.144mm

O95—土工織物的等效粒徑，mm;

D85—被保護土的特征粒徑，即土中小于該粒徑的質量占總質量的85%，mm;

1.8 —經驗系數。

②透水性：

為了滲透水流通暢的排出，土工織物的滲透系數kg20與被保護土的滲透系數ks20之間的關系應符合下列關系：Kg20≧10ks20＞10-1cm/s③防堵性：

為了保證在滲透過程中土工織物不致被細土粒淤堵失效，梯度比：

GR≤3 GR通過專門的試驗確定。

⑵排水管排水能力計算：排水管是三維排滲的主要元件，現將水平排水管的排水能力計算列于后：

恒定流：胡格浩特公式

P613[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-375-2