治理某问题尾矿库坝体管涌的方法和措施

魏德宁

(阜新市安全生产监督管理局，辽宁 阜新 123000)

随着我国金属与非金属矿山的快速发展，尾矿库越来越得到社会的重视。尾矿库是贮存矿山尾矿或废渣的场所，是矿产资源利用过程中的一个重要工业设施。尾矿库常常建设在村庄、工厂等人流密集场所附近，极易因溃坝引发泥石流等灾害，将会是重大危险源，对尾矿库下游人民生命和财产安全构成威胁［1］。因此，确保尾矿库的安全运行［2］，杜绝事故，是尾矿库安全管理的重要任务。本文研究某尾矿库生产运行中出现渗透管涌的问题，在不破坏坝体主体结构的情况下，通过采取相关技术措施，最终得到了有效的治理。

1 尾矿库现状及面临的问题

某尾矿库建设充分利用废荒山地，周边无居民及重要设施，属于三面筑坝的傍山型尾矿库，见图1。库区坝体采用一次性筑坝，为沙土混合坝，坝高23 m，坝顶宽5 m，内坡比为1∶1.75，外坡比为1∶2.0。库区坝体长270 m，宽105 m，库区面积0.4 km2。防洪排水系统均正常。全库容为28.35万m3。

该尾矿库在生产运行中，出现了主坝体南侧坝趾处有多处渗流，局部坝面沼泽化，部分坝体以成饱和状。如不及时采取有效的措施，一旦形成管涌，将导致坝体坍塌而溃坝［3］，造成安全生产事故和财产损失。

图1 尾矿库平面图

分析其原因，由于该尾矿库采用上游法筑坝工艺，其坝体用砂土混合筑坝，基础未夯实，未堆砌石，并且上游坝面未铺设反滤层及土工布。另外，由于放矿方式的不合理以及排水系统局部发生淤堵，排渗能力下降，致使坝体内水不能及时排出，使得坝体内浸润线升高。因此，水从坝体底部渗出。从渗流开始，该坝体长期处于流塑态，水在坝体堆积体颗粒之间不断向外渗透，当渗透水渗出坝体后，压力释放，使坝内外同一平面渗透压增大，渗透速度加快，带动尾矿颗粒向水流方向移动，并逐步扩大、连通形成管涌，导致坝体坍塌而溃坝。因此，该尾矿库随时可能出现溃坝严重安全生产事故，需及时进行处理［4］。

同时，由于治理时间的紧迫性，大规模尾矿库的技术改造如果没有相应的设计方案，盲目重建，造成坝体主体破坏或失稳，极易造成垮塌，甚至泥石流等跑库事故。因此，采取积极的措施，快速、有效地解决当前渗透问题，是十分必要的。

2 坝体维护治理措施

由于坝体部分沼泽化、基底处渗流严重的实际情况，为保证坝体的稳定，避免大规模挖掘坝体造成坝体失稳，此次坝体维修措施在渗水点处对应坝基起高5.0 m，坡面长度20 m，坝底水平深度 5.0 m，高点水平深度2.0 m范围内进行，其剖面图见图2。

图2 尾矿库坝体维修处剖面图

确定开挖区域后，首先将开挖区域上部坝坡面用网遮盖固定好，防止坡面浮土下落。挖掘工作按要求到位后，坝坡内侧设置反滤层(图2)。反滤层采用坡面铺设土工布吊挂，吊挂面平滑，紧贴内侧面。土工布由2层颗粒大小不同的砂、碎石组成，下层到上层颗粒逐渐增大，保证下层的颗粒无法穿过上层较粗的孔隙。

底部设置排渗盲沟［5］。为了降低坝体的浸润线，提高坝体的稳定性，在坝的底部外坡脚纵向、坝体横向设有砂砾卵石堆成的排渗盲沟。排渗盲沟为粒石—金属网—土工布结构(图3)，将金属网铺设平整，上面铺盖粒石，卷起金属网包裹粒石使之成为方筒状，规格:0.8 m×0.8 m。横向排渗盲沟设置一条，平行于坝基，位于坝体挖掘部位的基底，与土工布碎石结构的反滤层紧密结合，见图2，图4。纵向多条，其间距5.0 m，坡度 5‰，外漏长度不大于 1.0 m，见图2，图4。

反滤层及排渗盲沟布设完成后，覆盖夯实。坝外坡修复到原来坡比，坡面平整、夯实，坝坡稳定后浆砌石护坡，护坡厚度0.3 m并设置竖向排水沟，防止雨水冲刷，见图5。

图3 粒石+金属网+土工布结构的排渗盲沟断面示意图

图4 尾矿坝体排渗盲沟示意图

图5 砌石结构示意图

施工过程中，注意坝体碾压应沿平行坝轴线方向进行，不得垂直坝轴线方向碾压。分段填筑时，上、下层分段位置应错开。分段碾压时，相邻两段交接带碾迹应彼此搭接。基础应清理好，清基时耕作层、淤泥层，应该全部清除。基础开挖至强风化层，施工前应先挖探坑，再确定开挖深度。坝体与地面结合处要设齿槽，坝肩要设排水沟;土坝两端与山坡界河部分的坡面不宜过陡。土坝填筑时，碾压实，避免出现上部土层密室，下部疏松，造成坝体含水形成水平渗水带。

经过施工，尾矿库维修后最终形成的坝体见图6。

图6 尾矿库维修后坝体剖面图

可见，坝体经过上述维修后，尾矿库中的水通过渗透，反滤层给水留下了流经的通道，同时又能防止渗透造成坝体砂土的流失。水沿反滤层集中到横向排渗盲沟中，通过多条坡脚纵向的排渗盲沟排出坝外，引导坝体内部的存水流出，有效治理了坝体的渗透，保证了坝体的稳定。

3 工程总结

在工程措施中，因水而产生的“渗流、管涌、浸润、漫坝、液化”是最重要的技术控制参数。因此，尾矿库渗透治理的关键是治理水，分析原因主要是坝体设计不合理、浸润线偏高、渗流难以控制造成了本次渗流。通过上述局部的维修工程措施，使用普通材料，就能为坝体中的水留通道，防止坝体液化，保证坝体的稳定性。目前，该尾矿库运行状态良好，证实了该办法的可行性和安全性。

［1］金属非金属矿山安全编委会.金属非金属矿山安全［M］.武汉:湖北科学技术出版社，2003:211－215.

［2］祝玉学，戚国庆.尾矿库工程分析与管理［M］.北京:冶金工业出版社，1999:16－17.

［3］李夕兵，蒋卫东.汛期尾矿坝溃坝事故树分析［J］.安全与环境学报，2001(5):45－48.

［4］丁军明，黄德镛，李 雄，等.尾矿库危险源辨识及事故预防［J］.矿业快报，2006:13－14.

［5］贺金刚，郭振世.金堆城栗西尾矿库坝体渗流的原因及其治理［J］.矿业研究与开发，2007:21－23.