尾矿库“头顶库”综合治理

饶燕国

（攀钢集团矿业有限公司技改设备部，四川攀枝花 617000）

0 引言

2016 年，根据国家安全监管总局关于印发《遏制尾矿库“头顶库”重特大事故工作方案》的通知（安监总管一〔2016〕54号）及四川省政府安委会办公室关于印发《四川省遏制尾矿库“头顶库”重特大事故实施方案》的通知（川安办〔2016〕29 号），攀枝花市多达20 多家企业的尾矿库均被列为“头顶库”。

“头顶库”系指下游1 km 左右有居民或重要设施的尾矿库。由于尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源。尾矿库一旦失事，将给工农业生产及下游人民生命财产造成巨大的灾害和损失。因此，亟需探寻“头顶库”可行的治理方式。针对攀枝花中启矿业有限公司五道河倮果沟口尾矿库（以下简称倮果沟口尾矿库）“头顶库”综合治理方案的探讨，为其他企业尾矿库“头顶库”治理提供参考。

1 倮果沟口尾矿库现状

现状尾矿坝堆积坝坝顶高程1056 m，总坝高56 m，初期坝高30 m，堆积坝高26 m，现状堆积尾砂总量330 万m3，尾矿库等级为四等库。

1.1 初期坝

初期坝坝高30 m，坝顶标高1030 m。在初期坝上游侧设了一座辐射式排渗井，井周设辐射滤水管收集渗水，用导水管将辐射井中的渗水导出坝坡外。

1.2 堆积坝

堆积坝坝高26 m，坝顶标高1056 m，在标高1035 m，1043 m，1048 m，1052 m 分别设置有马道，堆积坝外边坡总坡比约为1∶5。另现状滩顶堆积有7 m 高子堤，堤后并未开始放矿。

1.3 沉积滩面

尾矿库沉积滩面大部分区域表面已经干凅，库尾200 m 范围内存在部分积水。沉积滩滩面总长约600 m，现状干滩长度约400 m。沉积滩整体坡度为坝前高库尾低的倒坡，坡度约为1%。

1.4 排洪系统

现状排洪系统为溢洪塔+竖井+主（支）排洪隧洞的排洪方式。主排洪隧洞长760.504 m，纵向坡度为3%，断面采用城门洞型，净高4.8 m，净宽4 m；1#支隧洞长64.60 m，2#支隧洞长91.48 m，城门洞型，净高4.8 m，净宽4 m，支隧洞与主隧洞交角45°；1#溢洪塔塔顶标高1056 m，塔高26 m。2#溢洪塔塔顶标高1061 m，塔高21 m。

1.5 排渗系统

尾矿库的排渗设施主要由初期坝排渗体及堆积坝体排渗设施组成。水平盲沟采用粒径为（30～50）mm 的碎石充填，内设Φ200 mm 软式滤水管。导水管和联接三通采用Φ200 mmUPVC管，导水管间距25 m，导水管将排渗盲沟收集的渗透水流引至坝坡马道排水沟或坝肩截洪沟。排渗水平盲沟的埋设平面位置为从堆积坝顶向尾矿库内70 m 平行坝轴线位置。

2 倮果沟口尾矿库治理的由来

尾矿库的下游左岸有一个小型选矿厂、一座五道河铁路桥、一条跨河的煤气管道、一个加油站、一个倮果花园小区、一个弃用的拦砂坝、一堆弃砂、两座公路桥。尾矿库的上游有攀钢五道河排土场，与其中的第Ⅳ排土场距离最近。库区覆盖范围内有丽攀高速路桥通过，桥顶高程约1100 m，桥墩处于库区淹没范围内。

尾矿库周边环境关系复杂，下游有工业设施、居民等，根据国家安全监管总局关于印发《遏制尾矿库“头顶库”重特大事故工作方案》的通知（安监总管一〔2016〕54 号）及四川省政府安委会办公室关于印发《四川省遏制尾矿库“头顶库”重特大事故实施方案》的通知（川安办〔2016〕29 号），此尾矿库为“头顶库”，一旦发生安全事故，其危害极大，因此，必须对该尾矿库进行综合治理。

3 倮果沟口尾矿库治理探讨

根据国家安全监管总局关于印发《遏制尾矿库“头顶库”重特大事故工作方案》，“头顶库”治理包括隐患治理、升级改造、闭库及销库、尾矿综合利用和下游居民搬迁等五种治理方式。结合该尾矿库实际情况，并考虑安全性和经济性，采用现状“闭库”的方式进行治理。采取的治理内容如下。

3.1 初期坝

现状初期坝外坡面完整，其稳定性较好，维持现状。

3.2 堆积坝

（1）坝体边坡。堆积坝外坡面进行填土修整，保证坝面平整，同时，覆土植草绿化；坝面纵横向排水沟及坝肩排水沟砂浆抹面局部地段重新抹面，保证排水沟过水通畅。

（2）沉积滩面。将堆积坝坝顶堆积尾砂子堤清理至标高1056 m。从滩顶开始以1.0%坡度倾向库区内1#溢洪塔方向；库区左岸从高速公路桥墩至库区中央滩面维持现状坡度（1%～3.25%）；库尾积水区域，揭开2#溢洪塔挡水板将积水排出，滩面晾晒干涸后采用干砂分层碾压堆填，并形成1%顺坡。滩面最终形成库前、库尾、库两岸高，滩面中间位置1#溢洪塔进水口低。库区汇水通过滩面汇流引至1#溢洪塔并进入排洪隧洞排泄。在库区整个滩面范围内覆土，覆土层厚度为30 cm，人工修整覆土层形成与滩面一致坡度。

3.3 防排洪系统

根据《攀枝花中启矿业有限公司五道河倮果沟口尾矿库安全现状评价报告》，现有排洪设施满足该尾矿库相应洪水标准所需的下泄流量要求，可作为治理后排洪设施。

同时，尾矿库后缘五佳公司弃渣堆积体及右岸攀枝花铁矿排土场距离2#塔较近，存在一定安全隐患，故将2#支洞进行封堵，1#塔、1#支隧洞、主隧洞做为闭库后主排洪设施。另滩顶右岸排水沟采用混凝土硬化，闭库后做为辅助排洪设施。

（1）2#排洪支洞封堵。采用混凝土结构对2#支洞进行封堵，封堵段全长9 m，两端分别为1 m 厚C20 钢筋混凝土结构，中间7 m 段为素填混凝土结构。封堵段距2#排水井距离（5～10）m。将2#支洞封堵之后，2#排水井内采用干尾砂填充，填充至塔顶高程与闭库后滩面相衔接。

（2）临时排洪明渠硬化。滩顶右岸为已建临时度汛排洪明渠，将该排水沟采用混凝土硬化，闭库后做为辅助排洪设施，在极端情况1#塔+隧洞排洪失效的情况下，洪水漫至该排洪明渠排放。渠身采用C20 混凝土硬化，硬化后排洪明渠底宽2 m，深2 m，侧壁边坡比1∶1。

为防止该明渠不均匀沉降，硬化渠身前渠道底部设10 cm厚碎石垫层；进水口处设置1 m 深沉砂池，防止尾砂外泄；渠道两侧顶部雨季应设置沙袋隔水墙，防止滩面尾砂随水流冲入渠道内对下游造成环境污染。

3.4 排渗设施

现状排渗设施与原设计相符，现状排渗通畅，故闭库后沿用现状排渗设施。

3.5 安全监测

（1）位移监测设施。新建9 处位移监测桩、2 处位移监测基点。

（2）浸润线监测设施。修复4 处浸润线监测孔，及时掌握闭库后的坝体浸润线埋深情况。

4 倮果沟口尾矿库治理后稳定及排洪能力计算

4.1 坝体边坡稳定性分析

（1）计算标准。根据《尾矿设施设计规范》（GB 50863—2013）中规定，尾矿坝抗滑稳定的最小安全系数规范值见表1。尾矿库完成闭库后总坝高56 m，总库容330 万m3，尾矿库等级为四等库。考虑到本尾矿库周边环境关系较为复杂，闭库后坝体渗流稳定分析与行洪安全校核标准均提高一等，按照三等库标准进行校核。

（2）计算参数。地层的计算参数取用《攀枝花中启矿业有限公司五道河倮果沟口尾矿库岩土工程勘察及坝体稳定性验算评价报告》中的建议值，各土层物理力学参数指标见表2。

表1 尾矿坝抗滑稳定的最小安全系数规范值

表2 各土层物理力学参数指标

（3）计算剖面。计算剖面选取闭库后A-A 剖面作为典型剖面计算。

（4）计算结果。采用理正岩土计算软件，得出结果（表3）。

表3 A-A 剖面坝体各种工况下坝坡稳定系数计算结果

通过计算分析可知，闭库后尾矿库坝体在各种工况下均稳定。

4.2 防洪计算

（1）防洪设计标准。尾矿库闭库后按照三等库设防标准进行行洪安全校核，根据《尾矿设施设计规范》（GB 50863—2013）中规定，确定该闭库防洪标准按500 年一遇设计校核。计算依据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》（1984.6）。

（2）洪水复核计算。流域计算参数见表4。

表4 流域计算参数

根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》（1984 年6 月），洪峰流量计算结果为最大流量为271.723 m3/s，洪水总量543.671 万m3。

（3）排洪系统泄流能力计算。排洪隧道排洪能力复核按曼宁公式计算，计算公式如下。

式中 Q——流量，m3/s

C——谢才系数

A——过水断面面积，m2

n——糙率系数

R——水力半径，m

i——坡降

经计算，主排洪隧洞过流量为284.064 m3/s。因此，过流量大于对应洪峰流量271.723 m3/s，隧洞泄流能力均满足排洪的要求。主排洪隧洞过流量计算见表5。

5 结语

根据国家尾矿库“头顶库”治理方案精神，对攀枝花中启矿业有限公司五道河倮果沟口尾矿库“头顶库”治理方式进行了摸索、探讨。本文论述的尾矿库“头顶库”综合治理方式，得到了攀枝花市安全生产监督管理局的认可，并得以实施。该尾矿库“头顶库”治理内容已于2018 年11 月20 日全部竣工完成，并经攀枝花市政府相关部门验收通过。

表5 主排洪隧洞过流量计算

此文论述的治理方式，具有安全、可靠、经济等特点，在维持现状的条件下，进一步提高尾矿库的安全度，降低企业“头顶库”治理负担，对国家“头顶库”治理具有一定的参考价值。