尾矿堆积坝浸润线影响因素及降低浸润线措施*

2015-01-18罗敏杰

现代矿业 2015年11期

关键词：砂井板结尾矿库

刘宁罗敏杰

(中国瑞林工程技术有限公司)

尾矿堆积坝浸润线影响因素及降低浸润线措施*

刘宁罗敏杰

(中国瑞林工程技术有限公司)

针对尾矿上游法筑坝的特点，分析其对堆积坝渗流及浸润线埋深的影响，提出解决对于因存在泥化夹层、细粒径尾矿夹层或出现尾矿板结情况导致浸润线埋深较浅问题的工程措施。

尾矿库渗流浸润线工程措施

尾矿库是用以贮存金属、非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿的场所，同时也是潜在危险源，一旦失事，会危害下游居民人身财产安全及公共设施安全。据不完全统计，我国尾矿库筑坝方式为上游法筑坝的约占90%。根据相关资料分析显示，如果浸润线位置相差1.0 m，坝体稳定系数就相差0.03～0.05[1]，因此尾矿堆积坝浸润线埋深是矿山企业在生产过程中必须严格控制的参数之一。

1 上游法堆积坝的特性及其对渗流的影响

1.1 上游法堆积坝的特性

从理论上来说，上游法堆积坝尾矿的沉积是有规律的，沿堆积坝至库内的水平方向和由上至下的垂直方向，尾矿粒径由粗变细、干容重由大变小、含水量由低变高。

在实际生产情况下，上游法堆积坝尾矿的沉积是复杂的，矿山生产运行过程中，每天处理矿石的性质会有所差异，不同岩石含泥量不一样，含泥量高的矿石经过处理后，部分泥浆可能随着尾矿水进入库内，在沉积滩面上形成泥化夹层；在矿山生产运行过程中，可能会由于各种原因导致某一个放矿口长期运行或同时打开多个放矿口，这会造成不同放矿口处的堆积滩面上升速度不同，导致堆积坝出现粗、细粒径尾矿互层的情况；不同的选矿方式或者矿石本身的性质可能导致入库尾矿出现板结层等情况。

1.2 泥化夹层、细粒径尾矿夹层和尾矿板结层对渗流的影响

由于组成堆积坝的绝大部分材料都是粗粒径尾矿，透水性能较好，导致堆积坝上的泥化夹层和细粒径尾矿夹层一般都能充分固结，而且泥化夹层和细粒径尾矿夹层的渗透系数一般比粗粒径尾矿的渗透系数小10-1～10-2[2]。由于上下游水位差和堆积坝材料的渗透性朝各方向相差不大，堆积坝内的渗流一般为降水流，因此泥化夹层和细粒径尾矿夹层对堆积坝渗流有影响，会使得堆积坝内渗流水受到阻碍不能顺利通过泥化夹层和细粒径尾矿夹层而改变渗流方向，沿着粗粒径尾矿进行水平流动，泥化夹层和细粒径尾矿夹层越厚，对渗流的干扰越大。尾矿出现板结层的情况与泥化夹层和细粒径尾矿夹层类似，主要是渗透系数减小，干扰渗流。

2 影响上游法堆积坝浸润线埋深的主要因素

2.1 地形因素

不同地形对堆积坝浸润线埋深影响很大。沟谷短的尾矿库难以拥有较长的滩面，同时难以降低正常运行水位，因此堆积坝浸润线埋深相对较浅；堆积坝处沟谷弯曲的尾矿库使得堆积坝内渗径长，在同样水位的前提下浸润线跌落幅度小，且向库内凸起的山体还会影响堆积坝渗流场，使得堆积坝浸润线埋深相对较浅。选定尾矿库库址后，地形因素即为客观因素，无法在生产运行中调整，只能在选址时充分考虑选址对堆积坝浸润线埋深的影响。

2.2 入库尾矿因素

先进的矿物加工设备使得磨矿细度变细，严格的环保及安全要求使得更多的粗粒径尾矿被分选出用于井下充填，因此进入尾矿库的细粒径尾矿使得堆积坝浸润线埋深相对较浅；入库尾矿出现泥化夹层和板结等情况，也使得堆积坝浸润线埋深相对较浅。矿山生产流程确定后，入库尾矿因素也是客观因素，难以通过管理调整。

2.3 放矿管理因素

放矿管理水平同样对堆积坝浸润线埋深影响很大，放矿方式不当容易导致更多细粒径尾矿留在堆积滩面上，加剧了堆积坝粗、细粒径尾矿互层的情况，使得堆积坝浸润线埋深相对较浅。放矿管理因素是矿山生产运行时影响堆积坝浸润线埋深的主观因素，根据实际情况通过科学制定放矿方案可以减小细粒径尾矿夹层的厚度，从而减弱细粒径尾矿夹层对浸润线埋深的影响。

3 降低上游法堆积坝浸润线的常用工程措施及分析

3.1 辐射井+水平排渗管

辐射井+水平排渗管施工方便，运行管理简单，辐射井位置固定，影响范围有限，水平排渗管只能水平方向辐射，对沉积较均匀的堆积坝降低浸润线效果好，但对存在较厚的泥化夹层或细粒径尾矿夹层的堆积坝降低浸润线效果则要差一些，且辐射井投资高。

3.2 槽孔管

槽孔管施工方便，运行管理简单，更适用于细粒尾矿堆积坝排渗，可精确设置埋置深度从而控制浸润线埋深，也可击穿多层泥化夹层或细粒径尾矿夹层，但对于每一层泥化夹层或细粒径尾矿夹层，每根槽孔管只能穿越一次，排渗能力有限，且槽孔管投资高。

3.3 抽水井

抽水井多用于临时降低堆积坝浸润线，需要设置泵抽排渗水，长期运行费用高。

3.4 水平排渗管+砂井

水平排渗管+砂井施工方便，运行管理简单，砂井或塑料排水板可以立体化分多层击穿较厚的泥化夹层或细粒径尾矿夹层，水平排渗管可以部分开孔与砂井对接排水，但用于细粒尾矿堆积坝排渗效果不如槽孔管好，因此水平排渗管+砂井适合降低存在较厚的泥化夹层或细粒径尾矿夹层的堆积坝浸润线，效果好，投资低。

4 工程实例

江西省某铁矿尾矿库2008—2012年入库平均粒径为0.077 mm，且含大量细泥，2012—2015年入库平均粒径为0.087 mm，堆积坝原地形为两条沟汇集处，其中右沟正对初期坝，距离初期坝较近，左沟下游被山体环抱，距离初期坝较远，放矿方式为沿堆积坝顶均匀布置放矿口，按顺序从右沟往左沟轮流开启各放矿口放矿，左沟堆积坝局部出现沼泽化。矿方实测右沟堆积坝体浸润线最小埋深为8 m，左沟堆积坝体浸润线最小埋深为2.2 m；经软件计算，到设计最终高程时，尾矿库为二等库，右沟计算浸润线于175 m标高溢出堆积坝体，左沟计算浸润线于190 m标高溢出堆积坝体，均不满足《尾矿设施设计规范》(GB 50863—2013)的要求，需要采取工程措施降低堆积坝浸润线。经比较，选择水平排渗管+砂井的方案降低堆积坝浸润线，每根水平管+5个砂井为一组排渗设施，每组排渗设施间距10 m，其中水平管长100 m，砂井平均深度15 m，排渗设施剖面图见图1。

图1 某尾矿库堆积坝新增排渗设施剖面图(单位：m)

根据工程措施重新计算右沟浸润线最小埋深为8 m，左沟除与山体交界处外，浸润线最小埋深为6.2 m，均满足《尾矿设施设计规范》(GB 50863—2013)的要求。目前工程措施已施工完毕，实测右沟浸润线最小埋深为8.5 m，左沟除与山体交界处外，浸润线最小埋深为6.4 m，施工后坝体浸润线埋深完全达到设计要求。