池填法在背陰山沖尾礦庫筑壩中的應用

王 俊 伍紅強

(1.云南錫業股份有限公司老廠分公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司)

尾礦庫是指通過筑壩攔截谷口或圍地構成的用以貯存金屬非金屬礦山進行礦石選別后排出尾礦的場所，是礦山生產的重要安全、環保設施，也是一個具有高勢能的人造泥石流重大危險源。尾礦庫的正常運行是下游人民群眾生命和財產的有力保障，是維持礦山正常運轉，保證選廠持續生產，創造經濟價值和社會效益的根本。

根據不同選址地形條件，尾礦庫大體上可分為山谷型、山坡型及平地型3類[1]，尾礦庫壩體由初期壩和后期壩(砂堆壩、子壩)組成，后期壩筑壩的基本形式有上游式、中線式和下游式。針對我國尾礦庫地址地質情況及尾礦庫的管理使用情況，當前我國使用較廣泛的后期壩尾礦筑壩方式為上游式筑壩法，在上游式后期壩的筑壩過程中又可分為沖積法、池填法、渠槽法、水力旋流器法等，根據入庫尾礦的濃度、粒度等相關性質參數選擇適宜的筑壩方法有助于提高尾礦庫的安全管理水平[2]。

1 工程概述

云錫公司背陰山沖尾礦庫屬于山谷型尾礦庫。該庫1964年建成并投入使用，設計總庫容為950萬m3，在尾礦庫西側筑有尾礦壩，初期壩為均質土壩，壩頂標高為2 292.47 m，壩底標高為2 282.46 m，壩高10.1 m，壩頂寬2.2 m，內坡坡比為1∶2.5，外坡坡比為1∶3.5，壩頂長124.3 m，后期壩采用尾砂進行筑壩。隨著尾礦庫的升高，為了滿足選廠的生產需要，進行技術改造設計，增設了一副壩基礎壩，增設的基礎壩壩頂標高為2 310.0 m，壩底標高為2 302.6 m，壩高7.4 m，壩頂寬3.0 m，內坡坡比為1∶2，外坡坡比為1∶2，壩頂長126.5 m。目前，尾礦堆積壩壩頂標高已達2 311.23 m，尾礦堆壩高度為18.83 m，堆積壩外坡平均坡度比為1∶4.88，庫內尾礦沉積灘平均坡度為2.0%，干灘長度約200 m。

2 尾礦性質

背陰山沖尾礦庫后期壩采用上游式堆筑子壩，曾有過一段時間沿壩軸線方向獨頭放礦，由于尾礦是不同粒度的非均勻顆粒所組成的顆粒群，在尾礦沉積流動過程中，整個壩體的筑壩尾礦粒度分布不均勻，按粗細粒度級別形成明顯的分段，見圖1。

圖1 壩體分段示意

出自選礦廠進入尾礦庫的尾礦顆粒組成見表1，尾礦平均粒度為0.066 mm，屬于細尾砂。

表1 尾礦顆粒組成

從尾礦筑壩的角度來看，尾礦的粒度是一項重要的指標，它能綜合反映尾礦的特性和本質。原冶金工業部建筑研究總院提出的原尾礦中作為有效筑壩粒徑界限為0.02 mm，按照云錫公司尾礦庫的生產實踐表明，尾礦中大于0.02 mm的顆粒是可以用來筑壩的。進入背陰山沖尾礦庫的尾礦平均粒度達0.066 mm，滿足尾礦砂壩筑壩要求。但由于采用獨頭放礦，沿壩軸線放礦筑壩，使粗顆粒尾礦沉積于排入端一側，細顆粒尾礦逐次向另一端沉積，造成明顯分段現象，采用此種放礦方式筑成的堆積壩在縱向上分段處抗剪強度低，加之粒度差異容易造成筑壩質量低，不利于尾礦庫的安全運行及管理，同時也給尾礦庫內回水帶來不利影響。為此，及時糾正放礦方式，采用池填法堆筑后期壩，以提高壩體質量及穩定性。

3 池填法筑壩的實施

3.1 準備工作

池填法筑壩前，組織清理壩基[3]，直至清理無其他廢料、雜物等為止，然后根據壩體的長度確定工作量，準備好筑壩工具、材料。

3.2 圍埝制作

沿壩軸長方向先用人工堆筑子堤，形成連續封閉的若干個矩形池(也稱圍埝)，池高度根據設計子壩堆筑高度確定，取0.6 m，頂寬0.5～0.8 m，坡比為1∶1，矩形池大小為20 m×40 m。池面積是根據入庫尾礦的濃度、方量而定，若給入的尾礦量小，池子面積過大，會造成細泥排出困難，沉積在壩前，同時，尾礦在沉積過程中粗細不均。池中部埋設溢流管，通向庫內。溢流管可采用φ150 mmPE管，進漿口低于埝頂0.2 m左右。

3.3 放 礦

圍埝筑成后，按照池的排列布局鋪設放礦管路，每個池內引入2根放礦支管放礦，按池子的排列順序放礦，當第一個池子內放礦到尾礦差不多與圍埝相齊平后，即可停止放礦，再往第二個池內繼續放礦，放礦方式依次類推。同時要保證粗粒尾礦沉積于池內，細粒尾礦由溢流管流入庫內。同時，在放礦筑壩時，要加強對放礦過程的監控，控制好池內尾礦沉積狀態和尾礦流量，防止礦量過大、流速過快而沖毀圍埝。池填法筑壩示意見圖2[1]。

圖2 池填法筑壩示意

3.4 人工修復

池內的尾礦經沉積、固結后，確保不會陷人,一般晴天3～4 d，雨天6 d左右,即可達到要求，筑壩工便可進入池內進行壩體修復，盡可能地確保新形成的子壩在外觀上規整，同時，根據生產情況也可以在此基礎上繼續構筑圍埝，加高子壩。

3.5 技術保障措施

(1)池填法筑壩期間，細粒礦泥容易沉積在子壩前，對壩體穩定不利。為此，根據尾礦量和濃度來確定圍埝的寬度，若入庫尾礦流量小、濃度較低，則適度調窄圍埝的寬度，以便細粒尾礦能順利按溢流導管排入庫內，不積留在壩前。

(2)圍埝高度不宜過高。一般圍埝高度控制在0.5～0.8 m為宜，過高會造成壩前尾礦堆積過多，短時間內抬高壩體浸潤線，必須嚴格控制圍埝高度，也方便筑壩工操作和維護。

(3)在靠近庫內子壩上鋪設的溢流管要能隨尾礦沉積層的增厚而抬高。根據圍埝高度來控制溢流管的鋪設，以防溢流管被尾礦淹沒。

(4)池內充填采用分散放礦。沿壩軸線方向進入池內的放礦管按每隔10 m左右設置，可以確保池內尾礦顆粒均勻分布于池內，細粒也能通過尾礦水的流動作用排入庫內。

(5)池內的進礦口與溢流口交錯設置，避免直進直出，不利于尾礦沉積，影響筑壩的質量和效果。

(6)如果子壩軸線較長時，可交替、分段進行圍埝、放礦、干燥，但應保證整個壩體均勻上升。根據實踐經驗表明，在構筑圍埝時，內層子壩相間鋪上茅草、草席和尾礦砂，可以加快子堤的堆筑速度，又有利于排滲。

4 應用效果

背陰山沖尾礦庫采用池填法

筑壩后，以前存在的壩體上尾礦粒度明顯分帶現象得到了有效解決，壩前尾礦粒度分布變得均勻。通過委托勘察單位進行壩體穩定性勘察顯示，筑壩質量得到提高，壩體穩定性得到改善，壩體浸潤線的埋深也符合尾礦庫相關規程、規范的要求，同時，保證了規范要求的干灘長度，回水質量得到相應改善。

5 結 語

通過對池填法尾礦筑壩的應用實踐來看，相對其他筑壩方式，池填法筑壩操作維護較簡單，易于掌握，筑壩成本低，特別是對于尾礦庫縱深較短，尾礦濃度低，尾礦上升速度較快，在干灘長度與回水質量相互矛盾時，采用此法筑壩更能顯示出優越性。采用池填法進行后期壩的堆筑是做好尾礦庫安全管理工作，保證尾礦庫正常穩定運行的一種行之有效的方法，值得推廣應用。

[1] 沃廷樞.尾礦庫手冊[M].北京：冶金工業出版社，2013.

[2] 陳殿強，王來貴.尾礦庫工程及加高過程力學特性研究[M].1版.沈陽：遼寧科學技術出版社，2011.

[3] 田文旗，薛劍光.尾礦庫安全技術與管理[M].1版.北京：煤炭工業出版，2007.