馬糞溝尾礦庫運行后期排滲設施改建技術研究與實踐

席江偉 陳麗媛 薛 強 劉 碩

（河北鋼鐵集團礦業有限公司廟溝鐵礦）

河鋼集團礦業有限公司廟溝鐵礦馬糞溝尾礦庫位于秦皇島市青龍滿族自治縣祖山鎮柏樹村境內，尾礦庫設計初期壩采用透水堆石壩，壩底標高472.0 m，壩頂標高505.0 m，初期壩壩高33 m，堆積壩采用上游式筑壩法，最終堆積標高600.0 m，堆積壩高95 m，總壩高128 m，總庫容2 210.5萬m3，為二等庫，服務年限約28 a。

對于尾礦壩而言，其穩定性取決于沉積灘面的顆粒組成及其固結程度，而沉積灘面的固結程度又與浸潤線密切相關，這是因為浸潤線長期處于過高狀態會導致壩面及壩前出現沼澤化、管涌或流土等現象［1-12］。因此，馬糞溝尾礦庫設置排滲設施非常重要。

1 垂直水平聯合自流排滲設施優缺點分析

垂直水平聯合自流排滲主要包括輻射井排滲及槽孔管排滲。輻射井適用于各種地形，采用面狀截水方式，攔排范圍大，排滲效果好，并能保證長期穩定滲流，但施工工藝復雜，初期建設費用高，后期維護管理方便。槽孔管排滲最顯著的特點是布置范圍決定了降水范圍，埋置深度基本為降水深度，并且能夠穿透礦泥夾層，改變壩體垂直方向的滲透性。治理過程中預計浸潤線的降深位置即雙向槽孔管鋪設位置，一旦按設計角度確定，排滲效果立竿見影，可長期保證穩定滲流，且不需日常維護。

2 輻射井排滲及槽孔管弧形排滲參數計算

根據地震性能評估報告，對尾礦壩的滲流和地震穩定性分析結果，該尾礦壩到使用后期（即尾礦堆積壩高程達到560 m以后），壩體內浸潤線抬高、地震液化區范圍從庫內水邊上附近灘面波及壩頂至外壩坡，威脅到壩體動力安全，為此設計在尾礦壩使用后期的555 m高程布設輻射井式排滲設施，施工圖屆時根據施工設備情況進行設計。

根據尾礦庫各項排滲設施優缺點，結合業內施工經驗，礦山開展了原設計修建5座輻射井和2排槽孔管弧形排滲的方案對比研究。

2.1 原設計輻射井出水量計算

根據《供水水文地質手冊》，經計算，第一排輻射管出水量為77.8 m3/h，第二排輻射管出水量為15.3 m3/h，合計為93.1 m3/h。

2.2 槽孔管弧形排滲出水量計算

根據阿拉文·努明諾夫的河床水平暗渠流量計算公式，1根濾水段長為95 m的弧形管出水量為9.26 m3/h，34根弧形管出水量合計為314.84 m3/h；水平排滲盲溝長度為704 m，則標高570 m排滲盲溝出水量為187.6 m3/h。

2.3 2種排滲設施出水量比較

（1）理論計算出水量結果比較。根據計算結果，1眼輻射井出水量為93.1 m3/h，5眼輻射井出水量共計465.5 m3/h；弧形管間距16 m條件下，1根濾水段長為95 m的弧形管出水量為9.26 m3/h，34根弧形管出水量共計314.84 m3/h，34根弧形管及水平排滲盲溝出水量共計502.44 m3/h。本工程弧形管排滲及排滲盲溝方案出水量大于輻射井方案出水量。

（2）類似工程出水量比較。根據工程經驗，由于每個尾礦庫尾砂賦存情況不同，尾礦壩排滲問題存在很大的不確定性，理論計算成果和實測數據往往存在較大的差別。

據實測，承德永輝礦業集團有限公司一選廠狐圖溝尾礦庫1眼輻射井出水量為56.68 m3/h，首鋼礦業公司水廠鐵礦新水村尾礦庫（尾礦粒度-200目約40%）主壩1眼輻射井排滲出水量為90 m3/h；鞍鋼弓長嶺礦業公司前峪尾礦壩（尾礦粒度-200目約70%）采用弧形管排滲，一期工程1根長度為140 m排滲管平均滲水量為8.41 m3/h；二期工程1根長度為140 m排滲管平均滲水量為8.94 m3/h。

馬糞溝尾礦庫尾礦粒度與弓長嶺尾礦庫尾礦粒度較接近，因此，參考弓長嶺前峪尾礦庫實測數據，計算馬糞溝尾礦庫34根弧形管及水平排滲盲溝出水量為428.91～455.94 m3/h，與5眼輻射井出水量相當。

通過理論計算及類似工程對比，布設排滲設施之前，標高555 m平臺浸潤線埋深8 m，布設弧形管排滲設施后，弧形排滲管影響范圍半徑約11 m，浸潤線最小埋深10 m，該平臺處控制浸潤線埋深為8.5 m，因此，設置弧形管排滲可滿足要求。34根槽孔管弧形排滲及水平排滲盲溝出水量大于5眼輻射井出水量，弧形排滲管及水平排滲盲溝代替輻射井方案是可行的。

3 槽孔管弧形排滲設施實施過程

本次改建設計采用槽孔管弧形排滲替代輻射井排滲，同時在尾礦壩標高570 m預埋一道水平排滲設施，以降低后期尾礦壩浸潤線。槽孔管弧形排滲實施示意見圖1，1月14日浸潤線監測結果見圖2。

從圖1、圖2可以看出，通過槽孔管弧線段長度、角度控制及導水管的施工，實現了馬糞溝尾礦庫535～560 m標高34根槽孔管弧形排滲，555 m平臺浸潤線觀測埋深15 m左右，遠低于控制浸潤線埋深8.5 m。

4 結論

與原設計方案比較，馬糞溝尾礦庫排滲設施改建節約投資431萬元，且排滲設施運行效果良好，壩體浸潤線高度得到了更好的控制，所有點位15 m深觀測孔無水，確保了尾礦庫本質安全，實現了礦山可持續發展。