尾矿库库区钻探封孔的重要性综述

彭 湃

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410019）

1 背景

今年以来，尾矿库溃坝事件时有发生，造成的人员与财产损失均较为严重，目前形势下，尾矿库安全形势日益严峻。国外方面[1]，2019年1月25日，全球最大铁矿石生产商巴西淡水河谷（Vale）位于巴西米纳斯吉拉斯州布鲁马迪纽市的Córrego do Feij o矿区1号尾矿坝发生泄漏，造成巨大的人员和财产损失，死亡58人，失踪至少305人，并对全球矿石供应和价格产生巨大影响，此次溃坝直接影响全球铁矿石供应，造成矿石价格上扬[2]。国内方面[3]，目前我国尾矿库溃坝最严重的事故是山西省临汾市襄汾县新塔矿业有限公司在2008年9月8日7时58分，发生了980沟尾矿库发生溃坝事故，此次事故共造成直接经济损失9619.2万元，另有这次事故造成了277人死亡、4人失踪以及有33人受伤；国内最近发生的尾矿库溃坝事故是大冶有色金属有限责任公司在2017年3月12日凌晨2时10分，发生的铜绿山铜铁矿尾矿库“3·12”较大溃坝事故，此次事故事故共造成2人死亡，1人失联，直接经济损失4518.28万元。因为尾矿库溃坝所造成的损失均较为严重，因此尾矿库安全形势日益严峻，对影响尾矿库安全稳定的各项因素应进行重点对待。而尾矿库库区勘察过程中钻探钻孔就是一个重要影响因素，一个勘察钻孔就很可能形成一个渗漏通道，因此，尾矿库勘察过程中应对钻探钻孔进行封孔处理，保障尾矿库的安全。

2 现行规范要求

现目前阶段，我国不仅国家与行业对钻探钻孔封孔进行了规范要求[4，5]，各地方也对钻探钻孔封孔出台了地方性规范[6]要求。其中有《建筑工程地质勘探与取样技术规程》（JGJ 87-2012-T）明确的提出了封孔要求，第13.0.1条规定：钻孔等钻探工作完成后，应根据工程要求选用适宜的材料分层回填；第13.0.2条规定：钻孔宜采用原土回填，并应分层夯实，回填土的密实度不宜小于天然土层。第13.0.4条规定：临近堤防的钻孔应采用干黏土球回填，并应边回填边夯实；有套管护壁的钻孔应边拔起套管边回填；对隔水有特殊要求时，可用水泥浆或4：1水泥、鹏润土浆液通过泥浆泵由孔底向上灌注回填；第13.0.5条规定：特殊地质或特殊场地条件下的钻孔的回填，应按勘探任务书的要求回填，并应符合有关主管部门的规定。另外，安监总局第38号令《尾矿库安全监督管理规定》已经 2011年4月18日实行，对尾矿库勘察钻探封孔也进行了要求。地方性规范以湖北省出台的《工程钻探封孔技术规程》（DB42/T）最为全面详细，对回填封孔方法、封填封孔方法以及特殊情况钻孔封孔封孔方法进行了规定要求；对钻孔封孔所应达到的封孔质量进行明确规定，也规范了钻孔封孔的质量检查要求与验收条件。

3 钻探封孔的操作方法

尾矿库钻孔封孔方法中，主要有三种封孔方法：回填封孔方法、封填封孔方法（包括黏土球封填方法与水泥浆封填方法）、尾矿库库区溶洞钻孔封孔方法。

3.1 回填封孔方法

尾矿库钻孔的回填封孔法只适用于上部的第四系覆盖层。原则上一般是将勘察钻孔钻探过程中取出的岩芯，按照原始地层的从老到新的顺序，按照原位置将岩芯回填进入钻探钻孔中。一般每次回填进入钻探钻孔中的岩芯不宜超过50cm，不应出现架空现象，并且应将回填进入钻探钻孔中的岩芯用钻机的钻具进行压实，且压实度不应小于原始地层中该处位置的压实度。

当上部的覆盖层在尾矿库钻孔钻探过程中取芯率不足时，采用回填封孔方法时，应用同类材料进行回填，一般适用于“以土还土，以砂还砂”的原则。

3.2 封填封孔方法

封填封孔法在尾矿库钻孔钻探封填中不仅适用于上部第四系覆盖层，同时也适用于下部的岩层，封填封孔方法包括黏土球封填方法与水泥浆封填方法这两种封填方法。对于下部岩层的封填，黏土球封填方法多适用于不透水岩层，而水泥浆封填方法则多适用透水的岩层。

黏土球钻孔封填法，一般采用黏粒含量约30%左右的粘土制作成直径约2.0cm～3.0cm且干密度不低于1.4g/cm3的黏土球，黏土球制作好以后，要进行风干储存。当采用黏土球对钻探钻孔进行回填时，一次不宜投放过多，防止出现架空现象，宜进行分层投放，分层厚度约采用50cm，并用击实设备击实后封填。

水泥浆钻孔封填法，制作水泥浆的水泥可采用32.5级普通硅酸盐水泥，砂可用细砂，水泥浆中应加入膨胀剂。一般要求深度在20m以内的钻探钻孔封孔可采用稠水泥浆，而其他钻探钻孔水灰比应采用0.5～0.6。采用水泥将封孔前，应先采用清水对钻探钻孔进行洗孔，洗出孔内残留的泥浆以及其他沉淀物质，洗孔条件为钻孔返水变清为止。洗孔完成后，再进行水泥浆封孔，应采用钻具将水泥浆从孔底注浆，匀速缓慢提升钻具至孔口。当

钻探钻孔所探明的岩层孔隙率较大时，建议对水泥浆进行加压注入，更利于钻孔封孔所能达到的目的和效果。

3.3 尾矿库库区溶洞钻孔封孔方法

当勘察钻探钻孔穿过溶洞后进行钻孔封孔，应注意钻孔的发育情况，从而确定钻孔的封填孔段。当探明的溶洞是已经被全充填的，可直接采用水泥浆对钻孔进行充填，此时需考虑溶洞内充填物的密实程度，建议对水泥浆加压注入溶洞内，更利于达到封填效果；当探明的溶洞是半充填的或者是无充填的，可在溶洞的顶板进行栓塞后加压注浆，再进行封孔。而溶洞上方的基岩段应采用水泥浆液封填法进行封填，第四系覆盖层可采用回填法或者黏土球封填法对钻探钻孔进行封孔。

4 钻探封孔的重要性

尾矿库库区的钻探封孔是一项极其重要的工作，钻探钻孔封孔质量的好坏不仅能影响到尾矿库的运行安全，还可能对尾矿库周边的环境造成影响，甚至引发尾矿库周边的地质灾害活动。因此，尾矿库钻探封孔的目的是不给尾矿库将来的运行留下隐患、不对尾矿库周边的环境产生破坏，不影响尾矿库施工与安全，不改变尾矿库周边的自然地质条件。

以尾矿库所存在的某一地质类型为例，说明钻探封孔工作未完善可能产生的影响。当尾矿库建在灰岩地区，由于灰岩地区地下存在较多的溶洞、裂缝、落水洞等岩溶构造，由于岩溶较为发育，并且分布范围较大，大小不一以及充填的密实度较低会形成一个个渗漏通道。而从地表进行勘察钻探时，钻探钻孔会形成一个垂直的通道，当钻孔未进行妥善封孔处理时，尾矿库内的尾矿不断堆积堆高，在钻孔范围内上方的压力不断增大，当压力足够击穿尾矿库底部铺筑的防渗膜时，尾矿就会顺沿钻孔通道进入下部，再经过岩溶渗漏通道污染地下水、影响尾矿库的运行安全，导致尾矿库大规模泄露引发环境污染以及导致周边产生地质灾害。

考虑到尾矿库勘察钻孔未进行封孔所产生的危害影响较大，因此，勘察钻探钻孔结束时应对钻孔进行妥善封孔。

5 结论

尽管钻孔孔径一般较小，未妥善封孔可能最初影响均不大，但在尾矿库工程中，已经出现很多“千里之堤毁于蚁穴”的案例。钻探钻孔的泄露通道在一些岩溶以及土洞的共同作用下，进而产生尾矿泄露，在人类活动、地震活动以及外部地质条件下甚至出现尾矿库底面塌陷以及可能导致尾矿库溃坝事故发生。这些现象具有不可预见性，突发性以及随意性的特点，并且所造成的危害却影响较大，甚至危及当地的国计民生。因此，对尾矿库钻孔进行封孔，减少其他因素对尾矿库的安全产生影响是非常重要的一项工作，也是一项必要的工作。