三维排渗在细粒尾矿筑坝中的应用

■任媛 肖博

（西安有色冶金设计研究院 陕西西安 710001）

三维排渗在细粒尾矿筑坝中的应用

■任媛 肖博

（西安有色冶金设计研究院 陕西西安 710001）

本文提出了细粒尾矿筑坝的关键技术，分析了细粒尾矿筑坝的技术理论，结合国内很多矿山尾矿筑坝实践经验，提出了三维排渗，坝基设排渗褥垫的排渗方法，来缩短坝体排水固结的时间，增强坝体稳定性，较好的解决了细粒尾矿筑坝的关键技术。

细粒尾矿筑坝三维排渗排渗褥垫稳定性

这些年随着采矿业的发展，很多黄金矿山为了提高金的回收率，引进了先进的选矿工艺流程，例如：碳浸法、氰化锌粉置换等提金工艺，这些工艺流程一般提高磨矿细度条件下进行的。选矿厂排出的尾矿粒度很细，一般在-200目占90%左右。陕西的大西沟菱铁矿采用焙烧工艺后，选矿厂排出的尾矿也比较细，而云南锡业公司的细粒尾矿则早为人知。

1 细粒尾矿筑坝的提出

尾矿筑坝较常见的方式为上游式堆坝，通常尾矿坝分初期坝和后期坝，考虑一定的库容时，降低尾矿堆积坝的高度，相对要增加初期坝的高度，所以细粒尾矿是否能筑坝，直接关系到工程投资的总造价，并且一次性筑坝的前期投资也会大大提高。例如：陕西陕西大西沟矿业有限公司茨沟尾矿库工程，由于尾砂粒度较细，-325目占97%，尾矿加权平均粒径 dp=0.022mm，采用库内放矿，尾矿坝分四期修筑，堆石碾压坝，尾矿坝总高128m，其中一期坝高59m，一期尾矿坝造价为2664.56万元。单方尾矿投资达18.6元。类似的工程还有很多，这就要求我们在满足安全、技术、经济的条件下来解决细粒尾矿筑坝的问题。

通常细粒尾矿筑坝采取的措施有子坝采用堆石进行堆筑或子坝外坡加压废石、风化料等材料来提高堆积坝的强度，或者采用尾矿干式堆存的方式，降低坝体的浸润线高度，从而提高坝体的稳定性。

有些矿山附近缺少用来加固坝体的石料，或是运输距离较远，投资较高、管理较复杂等原因，造成细粒尾矿筑坝的困难。

细粒尾矿是指平均粒径dcp≤0.03mm，其中，-0.019mm含量一般＞50%、+0.074mm的含量＜10%和+0.039mm≤30%的尾矿。

根据试验和国内筑坝实践，一般认为，粒径大于0.037mm的尾矿在分散放矿时可形成沉积滩；0.037~0.019mm的颗粒沉积较好；-0.019mm的颗粒不易沉积，当其悬液浓度为5~10%，潜流速度超过10cm/s时可能发生异重流，所以把0.020mm颗粒作为筑坝的分界粒径。

云锡公司研究和实践证明，当小于0.020mm颗粒占70%以上时，用其筑坝的可能性将很小，新冠选矿尾矿0.02mm占74.4%，未筑坝；卡房尾矿0.02mm占61%筑坝高4m；黄茅山尾矿0.02mm占63%，筑坝高10m；云南锡业公司细粒尾矿-0.019mm占64.03~ 69.86%，筑坝高17.35~28m。

人们对细粒尾矿的担心，主要是细粒尾矿堆积体渗透性差，固结慢，沉积滩面缓。这些问题如果能解决，用尾矿堆坝或者堆较高的坝，其经济和社会效益是非常明显的。

2 细粒尾矿筑坝的实践

四方金矿荒草沟尾矿坝入库的尾砂-200目占83%，d50= 0.022mm。初期坝为透水堆石坝，坝高30m，堆积坝为上游法尾砂堆坝，设计坝高58m，已堆积坝高55m，总坝高85m，1998年8月投入运行，2009年7月已达前述坝高。堆积坝平均坝坡1:4.5。经过地质勘测：

坝体物理力学指标：

坝体土性名称定名为：尾粉土；含水量标准值26.7~27.69%；比重：2.7；天然重度18.42~19.23；干重度：14.61~15.49；空隙比：0.750~ 0.823；孔隙度：42.97~42.04%；饱和度91.22~97.88%；液限：33.9~ 32.1%，塑限：23~24.2%；液性指数：0.3~0.6；塑性指数：9.6~9.8；压缩指数：0.19~0.23Mpa-1；变形模量：8.21~10.31 Mpa。

室内快剪指标C（Mpa）32.9~43.9；φ（°）19.6~20.9

固结不排水三轴试验指标：凝聚力Ccu（Kpa）24.6~32.7；内摩擦角（°）28.4~30.85；有效粘聚力C’cu（Kpa）11~25；有效内摩擦角（°）27.15~32.75；渗透系数：（10-5cm/s）垂直方向：0.229~6.57

水平方向：1.08~4.47。现场渗水试验：渗透系数（cm/s）：2.43×10-6~1.14×10-4；坝面浸润线埋深：25.45~35.2m；滩面浸润线深度6.2~ 13.96m。

经计算该库的静力和动力都是稳定的，沉积滩的坡度在0.0209~0.0262，可以满足规范要求的最小干滩100m的要求，除了坝体饱和度较高，渗透系数偏小外，其它和一般尾矿库相差不大，但浸润线远比一般尾矿库要低。这给用细粒尾矿堆筑较高的坝提供了范例。

荒草沟尾矿库采用的关键技术之一是加强排渗。初期坝底部保持了原天然地基的透水性，又布置了库底的枝状排渗管网，在库底形成排水垫层，穿过初期坝由库底引出。同时该库原布置的排洪涵管报废后，仍有良好的排水效果，其实测的排水流量比坝体排水还多。

堆积坝内采用三维排渗，坝基设排渗褥垫，可以明显降低坝体浸润线高度，提高细粒尾砂筑坝的稳定性。

近年来，后期坝体内设二维排渗系统的尾矿库很多，排渗管采用PVC管，打孔，外裹土工布，经实践考验，该方法排渗效果很不错。

细粒尾矿筑坝采用三维立体网进行排渗，在堆积坝体内，每级马道高程，堆筑子坝前，沿滩面铺设水平、竖直排渗管网，竖直排渗管连通每级马道间的水平排渗管网；坝基铺设排渗褥垫，即在初期坝脚向库内延伸一段距离，垂直于坝轴线方向铺设水平、横向排渗管，纵向水平间距6~8m，排渗管可采取软式透水管，外包裹土工布。以上两种排渗措施很大程度上降低了坝前浸润线高度，从而提高坝体的稳定性。

四方金矿荒草沟尾矿库排渗措施采取了三维立体网进行排渗，根据坝体工程勘察结果，坝体的含水率和饱和度高，影响坝的稳定，因此，细粒尾矿筑坝必须采用加强排水的措施。采用水平管排水的设计，排水管的间距与需降水的高度时间和管径有关，参照我国在淤泥质亚粘土中的经验，水平间距为4m，层距也为4m，上、下两层交错布置，排水管管材采用PVC排水管，人工打孔，开孔率(6～8%)，外包土工布(400g/m2)缠绕搭接而成，搭接宽度为1/2布宽，也可买软式透水管等成品管。竖直排渗管仍采用PVC排水管，人工打孔，外裹土工布，外设反滤料和块石透水体，为了保证竖直排水管的强度，在块石外设竹条编制的竹筐。竖直排水管与水平排水管相连接，形成三维排水，加强了坝体的固结排水，有利于坝体的稳定上升。排水管的施工和子坝同步进行，集水管和输水支管必须在子坝填筑前完成。

（1）排水管所用土工布技术要求：

①保土性：O95≤1.8d85=0.144mm

O95—土工织物的等效粒径，mm;

D85—被保护土的特征粒径，即土中小于该粒径的质量占总质量的85%，mm;

1.8 —经验系数。

②透水性：

为了渗透水流通畅的排出，土工织物的渗透系数kg20与被保护土的渗透系数ks20之间的关系应符合下列关系：Kg20≧10ks20＞10-1cm/s③防堵性：

为了保证在渗透过程中土工织物不致被细土粒淤堵失效，梯度比：

GR≤3 GR通过专门的试验确定。

⑵排水管排水能力计算：排水管是三维排渗的主要元件，现将水平排水管的排水能力计算列于后：

恒定流：胡格浩特公式

P613[文献码]B

1000-405X（2015）-10-375-2