平地型干式堆存尾礦庫排洪系統的創新設置

〔摘 要〕對常規平地型干式堆存尾礦庫的排洪系統進行了分析，認為平地型防滲干式堆存尾礦庫傳統的排洪系統存在HDPE土工膜與混凝土結構連接不牢固、排水管易斷裂坍塌等問題。為解決這些問題，提出了一種創新的平地型防滲干式堆存尾礦庫排洪系統設置方式，通過引入透水堆石壩段和污水溢流管，使尾礦庫防滲結構層保持完整，降低了污染擴散的風險，提高了尾礦庫的防洪安全穩定性能。

〔關鍵詞〕尾礦庫；干式堆存；防滲；排洪系統

中圖分類號： TD926.4" " 文獻標志碼：B" 文章編號：1004-4345（2024）05-0058-04

Innovative Design of Flood Drainage System for Flat Impermeable Dry-stacked Tailings Ponds

JIN Zhibin， LIU Hanhe， WANG Haichao

（China Nerin Engineering Co.，Ltd.， Nanchang，Jiangxi 330038，China）

Abstract" Ｔhe flood drainage system of a conventional flat dry-stacked tailings pond is analyzed， and it is concluded that the system has problems such as HDPE geomembrane is not firmly connected to the concrete structure， and the drainage pipe is prone to fracture and collapse. In order to solve these problems， an innovative design of flood drainage system for flat impermeable dry-stacked tailings pond is proposed， which keeps the impermeable structural layer of tailings pond intact through the introduction of permeable rockfill dam and overflow pipe， reduces the risk of pollution diffusion， and improves the stable performance of the tailings pond in terms of flood protection and safety.

Keywords" tailings pond; dry-stacked; impermeable; flood drainage system

1" "研究背景

尾礦庫是金屬、非金屬礦山在進行礦石選別后用于貯存尾礦的場所[1]，一般由初期壩、堆積壩、排洪系統等安全設施組成。其中，排洪系統是尾礦庫安全設施的重要組成部分，是尾礦庫安全的重要決定性因素之一。其設置方式的合理性直接關系到尾礦庫的防洪安全、環保性能以及尾礦庫的安全穩定與工程投資[2]。

近年來，隨著環保法規的日益嚴格，國家對尾礦庫的防滲要求也越來越高。水平防滲是一種高效且經濟的防滲技術，它通過在尾礦庫內部鋪設防滲材料，如高密度聚乙烯（HDPE）膜、膨潤土防水毯等，形成一道連續的、不透水的水平防滲層，以有效阻止尾礦庫中液體向下和周邊滲透。這種技術具有施工簡便、適應性強、防滲效果好等優點，因此被廣泛應用于各類尾礦庫、垃圾填埋場、污水處理廠等需要防滲處理的工程中。水平防滲能有效防止周邊水體和土壤污染，減少水資源浪費，是實現礦山綠色開發、保護生態環境、促進可持續發展的重要技術手段。

根據入庫尾礦的濃度（或含水量），尾礦庫通常可分為干式堆存尾礦庫和濕排尾礦庫。根據地形條件，尾礦庫可分為山谷型、山坡型（也稱傍山型）和平地型3種類型[3]；或山谷型、傍山型、平地型、截河型和凹地型5種類型[4]。在工程實踐中，通常按尾礦壩的筑壩方式將濕排尾礦庫分為上游式、中線式、下游式以及一次建壩尾礦庫；而將干式堆存尾礦庫分為庫前式、庫周式、庫中式和庫尾式。本文擬針對平地型干式堆存尾礦庫排洪系統水平防滲設置過程進行研究，對實踐過程中遇到的具體問題進行分析，并提出一種創新設置方式。

2" "干式堆存尾礦庫排洪系統類型分析

尾礦庫排洪系統的主要功能是控制匯水面積內的洪水，防止因洪水導致潰壩事故，有時也兼具回水作用。尾礦庫的排洪系統主要由進水構筑物、泄水構筑物和消能設施組成。進水構筑物常見的有排水豎井和排水斜槽等，泄水構筑物則包括涵管（涵洞）、排水隧洞、溢洪道等。

尾礦庫的排洪方式及布置需綜合考慮地形、地質條件、洪水總量、調洪能力、尾礦性質、回水方式及水質要求、操作條件與使用年限等因素，經技術經濟比較后確定。排洪系統類型多樣，包括斜槽—管（或隧洞）排洪系統、排水井—管（或隧洞）排洪系統、溢洪道排洪系統、截洪壩—管（或隧洞）排洪系統、截洪溝排洪系統、浮船式排洪系統以及溢洪管排洪系統等[4-6]。

根據相關規程規范，干式堆存尾礦庫宜根據堆存方式在周邊設置攔、截排洪設施，位置需根據整個服務期的需求綜合確定。當設計的尾礦最終堆積高度超過60 m時，應增設中間截洪溝；若上游匯水面積較大且地形合適，應設截排洪設施。干式尾礦庫庫內排洪系統應按濕排尾礦庫設計。各種干式堆存尾礦庫的筑壩形式及適用條件見表1。

1）庫前式尾礦庫在庫前建設初期壩，庫內設置排洪系統。排礦推進時，頂面坡度坡向排洪系統。庫區排水、筑壩等執行濕排上游法筑壩的有關規定，庫內排洪系統按濕排尾礦庫設計，一般采用斜槽—管（或隧洞）排洪系統、排水井—管（或隧洞）排洪系統。這種排礦方式庫內不蓄水。

2）庫周式尾礦庫在庫周建設攔擋壩，庫內設置排洪系統。排礦時，頂面坡度坡向排洪系統。庫內坡面的雨水（含洪水）由庫中心的排洪設施排出庫外，一般采用排水井—管（或隧洞）排洪系統。這種排礦方式庫內不蓄水。

3）庫中式尾礦庫在庫區尾部設排洪設施。用于山谷型尾礦庫時，一般采用斜槽—管（或隧洞）排洪系統、排水井—管（或隧洞）排洪系統；用于平地型或傍山型尾礦庫時，可采用在攔擋壩前設排水井、管或其他排洪設施。這種排礦方式庫內不蓄水。

4）庫尾式尾礦庫在庫前建攔擋壩，在攔擋壩前設排水井（管）或其他排洪設施; 當庫區面積較大時，應在尾礦堆積區設臨時排水溝，將水排入兩側截洪溝，并在尾礦堆積體最終的下游坡面設永久性縱橫向截排水溝。

由表1可以看出，本文研究的傳統平地型防滲干式堆存尾礦庫一般可采用庫周排放堆存工藝和庫中排放堆存工藝兩種堆存工藝。通常采用的庫周式傳統平地型尾礦的堆存工藝和排洪系統設置見圖1。

3" "防滲型尾礦庫排洪系統存在的問題

近年來，國家對尾礦庫的防滲要求越來越高，越來越多的尾礦庫開始采用水平防滲技術。

根據尾礦的屬性類別（如第Ⅰ類一般工業固體廢物、第Ⅱ類一般工業固體廢物或危險廢物），尾礦庫防滲設施的設計和建設應符合相應的污染控制標準。例如，第Ⅱ類一般工業固體廢物的尾礦庫防滲層性能應達到或超過滲透系數為1.0×10-7 cm/s、厚度不小于1.5 m的黏土層的防滲性能。然而，在實際工程中，天然基礎層能同時滿足滲透系數不大于1.0×10-7 cm/s和厚度不小于1.5 m的情況較難遇到，此時通常會采用以HDPE土工膜為主要防滲材料的水平防滲方式[7]。

雖然上節中所論述的排洪系統設置同樣適用于防滲型干式堆存尾礦庫，但防滲型尾礦庫的排洪系統設置不僅需要關注防洪安全，還涉及環保問題。目前，除庫尾排礦的尾礦庫外，大部分防滲型干式堆存尾礦庫庫內排洪系統采用的是傳統的斜槽—管（或隧洞）排洪系統、排水井—管（或隧洞）排洪系統。這些系統都存在HDPE土工膜與混凝土結構連接的問題。盡管有設計者對此連接方式進行了改進[8]，但由于HDPE膜和混凝土材料性質的差異，連接不牢固的隱患依然存在。

另外，如前所述，傳統的平地型防滲干式堆存尾礦庫通常采用庫周排放堆存工藝和庫中排放堆存工藝。這兩種工藝都存在明顯的缺陷。庫中排放堆存工藝由于邊坡一直在變動，無法進行有效地清污分流覆蓋，且污水容易從四周外溢，存在較大的污水外滲環保風險。而庫周排放堆存工藝則需要進行排水井穿過HDPE膜的接口處理，這容易破壞HDPE膜的整體性，使防滲層與排水豎井之間的連接成為尾礦庫的薄弱環節，增加污染物外散的環保風險。同時，排水管投資較高，且上部尾礦堆體荷載較大，容易發生斷裂、坍塌等事故，搶險治理困難。

4" "平地型防滲干式堆存尾礦庫排洪系統的創新設置

針對上述問題，本文提出了一種創新的平地型防滲干式堆存尾礦庫尾礦堆存工藝和排洪系統設置方式。即在尾礦庫四面修筑攔擋壩（堤），其中一面攔擋壩（堤）下游為防洪污水調節池（庫）。該面攔擋壩（堤）的局部區段為透水堆石壩段，堆石壩內埋設有不同高度的污水溢流管。尾礦庫庫區和攔擋壩（堤）內側鋪設以HDPE土工膜為主要防滲材料的防滲層，其中透水堆石壩段的防滲層、庫區防滲層和防洪污水調節池（庫）防滲層為整體鋪設。尾礦排放時采用庫周式堆存方式，庫內污水從設有污水溢流管的一面溢流至防洪污水調節池（庫）。創新設置如圖2所示。

污水溢流管作為尾礦庫的污水排泄通道，負責將庫內雨洪水產生的污水排泄至與尾礦庫庫區相連接的防洪污水調節池（庫）。防洪污水調節池（庫）的容積以容納尾礦庫庫區面積匯流的一次設計頻率洪水為準，因其容積較大，一般采用鋪設HDPE膜為主要防滲材料的水平防滲結構層的土工結構。

為保持防滲層的完整性，下游為防洪污水調節池（庫）的一面攔擋壩（堤）的局部區域設置透水堆石壩段。該段防滲層與庫區防滲層和防洪污水調節池（庫）防滲層整體鋪設。透水堆石壩段區域的上部壩（堤）體修筑于鋪設好的防滲層之上，并在其上游以及與防滲層之間設置反濾層。透水堆石壩內埋設有多排不同高度的HDPE污水溢流管，庫內雨洪水產生的污水可通過在這些HDPE排水管進行排泄。同時，保持HDPE管進口高程高于尾礦堆存面，以便降水量小時，僅通過堆石壩上游的反濾層進行過濾排水，降雨量大時才通過HDPE管排出洪水以及庫內來不及滲出的污水。當洪水量較大時，還可降低透水堆石壩壩頂高程以形成溢洪道。

隨著尾礦堆體的排放堆高，需保持溢流的HDPE管進口高程高于尾礦堆存面，并將下部低于尾礦堆存面的HDPE管進行封堵。這種排放堆存工藝和排污系統可避免雨水積蓄在庫內影響尾礦的排水固結和穩定，有利于確保尾礦庫的防洪安全穩定，降低污水外滲的環保風險。

綜上所述，該設置方式能夠保持尾礦庫防滲結構層的整體性，避免或減輕污染擴散；工程造價也相對較低；解決了平地型防滲干式尾礦庫防洪排污與環保高要求之間的矛盾。通過該設置方式，企業可節省投資，降低環保風險，實現良好的經濟效益和環境效益。在排洪過程中，超過設計頻率的洪水不進入防洪污水調節池（庫），而是通過排洪管道上的三通開關直接排出[9]，避免調節池（庫）內污水稀釋排放，從而進一步減少對環境的潛在污染。

5" "結語

隨著環保要求的日益嚴格，尾礦庫的防滲和排洪問題愈發凸顯。傳統的平地型防滲干式堆存尾礦庫排洪系統存在諸多不足，如HDPE土工膜與混凝土結構連接不牢固、排水管易斷裂坍塌等。本文提出的創新設置方式，通過引入透水堆石壩段和污水溢流管，有效解決了這些問題。該設置方式不僅保持了尾礦庫防滲結構層的整體性，降低了污染擴散的風險，還通過優化排洪系統，提高了尾礦庫的防洪安全穩定性能。此外，該方式還具有工程造價低、易于維護等優點，為尾礦庫的設計和建設提供了新的思路。它不僅滿足了尾礦庫防洪和環保的高要求，還為企業節省了投資，降低了環保風險，具有廣闊的應用前景和推廣價值。

參考文獻

[1] 中華人民共和國住建部.尾礦設施設計規范：GB 50863—2013[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[２] 鄧書申.尾礦庫排洪系統設計及優化方法[J].金屬礦山，2014（2）：146-149.

[３] 《尾礦設施設計參考資料》編寫組．尾礦設施設計參考資料［M］．北京： 冶金工業出版社，1980．

[４] 岑建. 《尾礦庫安全規程（ＧＢ 39496—2020）》解讀[M].北京：應急管理出版社，2023.

[5] 孫群富.尾礦庫排洪系統重要性及選擇[J].化工管理，2013（24）：61.

[6] 吳長華.干法赤泥堆場排洪系統的設計[J].中華建設，2012（9）：178-179.

[7] 中華人民共和國生態環境部. 一般工業固體廢物貯存和填埋污染控制標準：GB 18599—2020 [S].北京：中國環境出版集團，2021.

[8] 焦云喬，鄭學鑫.土工膜與混凝土結構焊接連接在尾礦庫防滲工程中的具體應用[J].工程建設與設計，2015（4）：115-116.

[9] 余國平，汪金衛，李道明.固體廢物堆場清污分流工程相關問題探討[J].有色冶金設計與研究，2022，43（6）：42-45.