西漂尾礦庫模袋法堆筑寬頂子壩可行性分析

薛忠言

（重鋼西昌礦業有限公司）

西漂尾礦庫是重鋼西昌礦業有限公司目前唯一在用尾礦庫，其接替庫——小麻柳尾礦庫現正處于施工階段。西漂尾礦庫由原西漂老尾礦庫（以下簡稱西漂老庫）及其下游西漂技改擴容新尾礦庫組成，2座尾礦庫均由中冶長天國際工程有限責任公司設計［1-2］。西漂老庫于1986年開始籌建，1988年9月竣工投入使用，設計最終堆積標高1 620 m，尾礦堆壩高度40 m，總壩高64 m，設計總庫容986.4萬m3，設計等別為三等庫，該尾礦庫于2011年接近最終設計堆積標高，后基本停用。為了滿足礦山擴能生產要求，2009年，公司采用下游外推式擴容方式對西漂老庫進行了技改設計與施工（以下簡稱西漂擴容新庫）。西漂擴容新庫在西漂老庫初期壩下游550 m處另建一道壩，作為擴容后的初期壩，初期壩壩頂標高1 600 m，最大壩高56 m，設計最終堆積壩壩頂標高1 620 m，總壩高76 m，新增庫容1 936.084萬m3，擴容后的總庫容為2 922.484萬m3，設計等別為三等庫。西漂擴容新庫于2009年底開工建設，2011年建成投入試運行，2012年初通過竣工驗收，并正式投入使用，目前西漂擴容新庫堆積壩子壩壩頂標高約1 618.0 m，沉積灘頂標高約1 616.0 m，即將達到設計最終堆積壩壩頂標高。

1 尾礦庫運行現狀

西漂尾礦庫正常運行至今，子壩壩頂標高為1 618.0 m，堆積壩壩軸線全長約1 500 m，灘頂標高為1 616.0 m，尾礦堆壩高度為18 m，庫內正常生產水位標高約1 612.0 m，沉積灘干灘長度約200 m，干灘縱坡坡比約為2%；澄清水水質清澈；排滲盲溝、排洪設施運行均正常。2018年11月由北京國信安科技有限公司對西漂尾礦庫進行安全現狀評價，結論為符合《尾礦庫安全技術規程》及相關法律法規的要求，處于正常穩定狀態。

2 閉庫方案

西漂尾礦庫今后不再進行加高擴容，根據《尾礦設施設計規范》（GB50863-2013）要求，對停止使用的尾礦庫應進行閉庫設計。

西漂尾礦庫屬正常庫，如不進行閉庫治理，其長期停用后在安全與環保方面可能存在一定的隱患和風險，為消除這些隱患和風險，維持尾礦庫的長期安全穩定，擬將西漂老庫及西漂擴容新庫作為一個整體進行閉庫治理設計和整治，以規范尾礦庫管理。

本次尾礦庫閉庫將西漂擴容新庫沉積灘面整體抬高至1 620 m，形成一個大面積的壩頂平臺，并與西漂老庫壩頂連成一個平面，壩頂平臺整體傾向下游側，坡度不小于0.5%；西漂老庫沉積灘面修整后整體傾向庫尾方向，坡度不小于2%，分別在其上部覆土植草或植樹，布置完善的坡面排水溝網。

3 寬頂子壩實施的必要性

（1）西漂老庫和擴容新庫是上下游2個相對獨立的尾礦庫，使2個庫面形成一個整體，有利于尾礦庫后期日常維護和管理。

（2）西漂老庫和擴容新庫形成一個整體有利于尾礦庫閉庫后的土地利用。

（3）西漂擴容新庫堆至設計堆積標高1 620.0 m時，庫尾積水區水面線與上游老庫壩頂的高差約為4 m，積水區水深約為1.5 m，若待尾礦庫閉庫后再利用外運土石料將下游擴容新庫庫面一次性填平復墾，形成閉庫方案要求的壩頂平臺，經初步估算，回填土石方量將達180.0萬m3，外運回填成本較高，顯然十分不經濟。

為提前創造閉庫條件、降低后期閉庫成本，同時提高西漂擴容新庫的庫容利用率、延長尾礦庫使用年限，在確保西漂擴容新庫安全運行的前提下，先期在西漂擴容新庫壩前實施寬頂子壩平臺是必須的。

4 寬頂子壩的筑壩技術、方法及其優點

4.1 技 術

北京礦冶研究總院有限公司的尾砂模袋法筑壩技術［3-9］在云南銅業集團、云南磷化集團、中國黃金集團、江西銅業集團、甘肅白銀集團下屬礦山的尾礦庫堆壩中得到了應用，效果明顯。

與其他尾礦壩筑壩裝置相比，專利技術《一種新型尾礦沖填膜袋筑壩裝置》，利用原廢棄尾礦為筑壩材料，變廢為寶，可顯著降低工程造價，節省土地，節約尾礦庫庫容，延長尾礦庫服務年限，大大減少對周邊環境的破壞，且能提高尾礦壩的安全穩定性，為企業和社會帶來顯著的環境效益和經濟效益。

4.2 方 法

寬頂子壩平臺可采用當地土石料寬頂子壩、模袋寬頂子壩、旋流器分級粗砂寬頂子壩形式，也可以采用不同材料混合筑寬頂子壩。西漂擴容新庫內尾砂含水量較高、淤泥層較深，特別是庫尾尾砂，如采用當地土石材料筑子壩，會占用有限的尾礦存儲庫容，且不利于大型機械施工，運輸及施工成本也過高。模袋法筑壩和旋流器分級粗砂筑壩工藝技術均已成熟，已在很多礦山企業尾礦庫筑壩工程中成功應用，具有各自獨特的優點，但模袋法筑壩單方成本相對人工堆壩偏高，而旋流器筑壩成型緩慢且不利于直接擋水。因此，從盡可能少侵占有效庫容和節省投資的角度出發，推薦采用模袋充灌尾砂修筑圍堰，并結合旋流器分級粗砂充填，堆筑寬頂子壩的施工方法。

4.3 優 點

（1）模袋池填法適應軟基條件，對地基變形適應能力強。

（2）模袋充灌材料全部為尾砂，就地取材，利用選礦廠排出的尾礦筑壩，不侵占尾礦庫有效庫容，既節約投資又能提高庫容有效利用率。

（3）模袋池填法筑壩施工速度快、施工工期短，能有效解決礦山的生產排放和堆筑寬頂子壩問題。

（4）模袋壩體充灌時，尾砂的粗細粒徑在袋體內重新排列，固結后的壩體密實度能提高30%左右；模袋壩體及旋流器筑壩脫水固結快，且密實度高，可有效防止管涌和流土的發生，同時模袋與模袋之間的接觸面大，相互之間的摩擦力增大，可有效增加壩體的穩定性。

（5）模袋池填法筑壩可有效提高尾礦庫庫容利用率，能一次性形成閉庫要求的平臺坡比，同時能確保該尾礦庫運行期干灘長度和安全超高要求。

（6）模袋池填法筑壩能保證尾礦庫干灘長度及整個壩體的密實性，壩體抗洪能力強，暴雨季節模袋壩體能防御山洪沖擊，可有效提高尾礦庫汛期防排洪能力。

5 寬頂子壩實施方案

結合生產期的放礦，在西漂擴容新庫壩前修筑寬頂子壩平臺，平臺最大標高為設計最終堆積壩頂標高1 620.0 m，平臺整體傾向上游庫內側方向，坡度不小于0.2%，壩頂平臺分段堆排、分級實施，逐級往庫內推進。

5.1 模袋池填法筑壩工藝及流程

（1）模袋筑壩共分a、b、c模袋主壩，e（e1、e2、e3）、f（f1、f2、f3）和g（g1、g2、g3）各3列共計不少于9條模袋分隔壩。

（2）西漂擴容新庫最終一級人工子壩壩頂設計高程為1 620.0 m，a模袋壩頂設計高程為1 619.88 m，b模袋壩頂設計高程為1 619.74 m，c模袋壩頂設計高程為1 619.60 m；人工子壩與模袋壩之間、以及模袋壩與模袋壩之間池體尾砂回填高程按照各壩體壩頂設計高程順坡回填，并利用推土機進行邊坡修整，最終形成傾向庫內方向、坡度0.2%的寬頂子壩平臺。

（3）a模袋壩距離主壩壩頂60 m，b模袋壩距離a模袋壩70 m，c模袋壩距離b模袋壩70 m。

（4）a模袋壩高2.08 m、b模袋壩高3.34 m、c模袋壩高4.6 m，模袋主壩下游坡比1:2、上游坡比1:3、頂寬5 m。

（5）各模袋分隔壩兩側坡比均為1∶2，頂寬為4 m，高度根據實際確定。

5.2 模袋池填法筑壩注意事項

（1）模袋壩壩基處理：b、c模袋壩基拋填粗砂后鋪設一層50 kN/m2的雙向土工格柵。

（2）模袋壩體排滲、排水施工：a、c模袋壩體內部沿壩軸線方向各預埋4 m寬上下2層10 mm厚排滲席墊，席墊中間沿壩軸線方向布設1根φ100 mm的軟式濾水管，以加速模袋壩體的排滲固結；a、b、c模袋壩壩體每間隔200 m左右設置1個寬度不小于8 m、高度0.5～1 m不等的出水口，每條模袋壩體沿壩軸線設置約5～7個出水口，出水口要求貫穿模袋壩體。

（3）模袋壩體間池填區域排滲：模袋壩體之間池填區域，在沉積灘上部沿壩軸線每間隔100 m布置1根垂直壩軸線方向的軟式濾水管（φ150 mm），軟式濾水管通過四通與沿模袋壩壩軸線布置的φ100 mm軟式濾水管連接，沿現狀沉積灘面坡度敷設，并延伸至庫區上游側，集滲水全部導排至庫區。

5.3 老庫灘面輔助設施

（1）尾礦庫堆積壩子壩壩頂標高已達設計最終堆積標高1 620.0 m，沉積灘頂標高約1 618.5 m，尾礦庫沉積干灘長度約150 m，沉積灘縱坡達2%～3%，按照設計沉積灘頂標高1 620 m、沉積灘縱坡2%計算，目前西漂老庫仍剩余有效庫容約47萬m3。

（2）模袋池填法筑壩產生的尾礦泥及尾礦水通過泥漿泵抽排至老庫庫內濾水堆存，待老庫沉積灘堆積形態達到設計要求后停止放礦。

（3）西漂老庫堆排尾礦細泥前，在老庫內分別堆筑3～4道垂直壩軸線方向的模袋分隔壩，形成池填區域，以延長細泥尾礦的流動距離、加速細泥尾礦在庫面的疏干，同時形成交替作業區。

6 寬頂子壩平臺安全影響分析

6.1 寬頂子壩對尾礦庫防排洪安全的影響

西漂老庫和西漂擴容新庫運行至設計最終堆積壩頂標高1 620.0 m時，2庫庫面相對獨立，2庫均通過各自的排洪系統排泄場區洪水。西漂擴容新庫采用模袋池填法形成200 m寬頂子壩平臺后，新庫仍通過其自身排洪系統排泄場區洪水。

由調洪演算結果可知，西漂擴容新庫在運行至設計堆積壩頂標高1 620.0 m和老庫運行現狀下時，相應排洪系統的進水能力、過流能力、尾礦庫的調洪庫容可滿足500 a一遇設計洪水的防洪要求，滿足規范要求的最小安全超高與最小干灘長度要求，滿足地震涌浪及地震沉降值要求。西漂擴容新庫采用模袋池填法形成200 m寬頂子壩平臺時，尾礦庫亦可滿足500 a一遇設計洪水的防洪要求，滿足規范要求的最小安全超高與最小干灘長度要求，滿足地震涌浪及地震沉降值要求。

因此，西漂擴容新庫寬頂子壩施工前后尾礦庫的防排洪均安全可靠。

6.2 寬頂子壩對尾礦壩穩定安全的影響

無論是模袋充填還是旋流器分級尾砂充填，其堆壩尾砂粒度一般較全尾礦粒度粗，參考類似工程經驗，模袋與模袋之間的摩擦系數較大，模袋壩體成型后整體咬合結構強度優于自然沉積尾礦壩體，模袋池填法尾砂固結后其物理力學指標亦高于固結后的自然沉積尾砂，但為安全起見，模袋壩體及其中間用池填法充填的粗尾砂指標仍選取自然沉積尾砂勘察指標。

穩定計算分析結果表明，西漂擴容新庫寬頂平臺施工前后，下游新庫壩坡抗滑穩定安全系數在不同運行工況下均滿足規范要求，且有較大的安全儲備，因此，西漂擴容新庫寬頂子壩施工是可行的。

6.3 寬頂子壩對排洪構筑物安全的影響

寬頂子壩平臺對尾礦庫安全的影響包含對尾礦庫下部排洪構筑物結構安全的影響，主要體現在尾礦堆載增加對排水管、結合井及連接井、溢水塔等結構承載能力的影響。

在西漂擴容新庫寬頂子壩施工前，為確保排洪構筑物結構安全穩定，本次設計要求對西漂老庫原排水管及連接井下游擴容，新建排水管需進行系統檢查，并提前對排水管變形破壞段，特別是原臨時加固管段進一步進行永久補強加固。

西漂擴容新庫壩前寬頂子壩平臺實施后，西漂擴容新庫在原設計沉積灘面上部尾礦最大增加高度僅為2.0 m，因此，寬頂子壩平臺不會影響排水管的結構安全，尾礦庫直接利用其現有排洪系統排洪是可行的。

7 結論及建議

（1）為提前創造西漂尾礦庫閉庫條件、延長尾礦庫使用年限，在西漂擴容新庫壩前，結合生產期放礦方式，先修筑200 m的寬頂子壩平臺技術上是可行的。

（2）西漂擴容新庫寬頂子壩平臺不會威脅尾礦庫的正常運行和安全。

（3）模袋池填法施工必須委托具備相應資質和施工經驗的單位進行施工，并加強施工質量和安全監管，從而確保尾礦庫安全，壩體穩定。

（4）必須嚴格按照設計要求進行施工，嚴格控制堆排工藝和堆排參數，嚴禁尾礦超標和無序排放。

（5）生產運行期間應始終堅持低水位運行，盡可能降低尾礦庫庫水位，以降低壩體內浸潤線埋深，提高壩體穩定性。

（6）進一步加強現場管理、完善尾礦庫安全監測，發現異常情況及時采取相應安全對策、措施。