西漂尾矿库模袋法堆筑宽顶子坝可行性分析

薛忠言

（重钢西昌矿业有限公司）

西漂尾矿库是重钢西昌矿业有限公司目前唯一在用尾矿库，其接替库——小麻柳尾矿库现正处于施工阶段。西漂尾矿库由原西漂老尾矿库（以下简称西漂老库）及其下游西漂技改扩容新尾矿库组成，2座尾矿库均由中冶长天国际工程有限责任公司设计［1-2］。西漂老库于1986年开始筹建，1988年9月竣工投入使用，设计最终堆积标高1 620 m，尾矿堆坝高度40 m，总坝高64 m，设计总库容986.4万m3，设计等别为三等库，该尾矿库于2011年接近最终设计堆积标高，后基本停用。为了满足矿山扩能生产要求，2009年，公司采用下游外推式扩容方式对西漂老库进行了技改设计与施工（以下简称西漂扩容新库）。西漂扩容新库在西漂老库初期坝下游550 m处另建一道坝，作为扩容后的初期坝，初期坝坝顶标高1 600 m，最大坝高56 m，设计最终堆积坝坝顶标高1 620 m，总坝高76 m，新增库容1 936.084万m3，扩容后的总库容为2 922.484万m3，设计等别为三等库。西漂扩容新库于2009年底开工建设，2011年建成投入试运行，2012年初通过竣工验收，并正式投入使用，目前西漂扩容新库堆积坝子坝坝顶标高约1 618.0 m，沉积滩顶标高约1 616.0 m，即将达到设计最终堆积坝坝顶标高。

1 尾矿库运行现状

西漂尾矿库正常运行至今，子坝坝顶标高为1 618.0 m，堆积坝坝轴线全长约1 500 m，滩顶标高为1 616.0 m，尾矿堆坝高度为18 m，库内正常生产水位标高约1 612.0 m，沉积滩干滩长度约200 m，干滩纵坡坡比约为2%；澄清水水质清澈；排渗盲沟、排洪设施运行均正常。2018年11月由北京国信安科技有限公司对西漂尾矿库进行安全现状评价，结论为符合《尾矿库安全技术规程》及相关法律法规的要求，处于正常稳定状态。

2 闭库方案

西漂尾矿库今后不再进行加高扩容，根据《尾矿设施设计规范》（GB50863-2013）要求，对停止使用的尾矿库应进行闭库设计。

西漂尾矿库属正常库，如不进行闭库治理，其长期停用后在安全与环保方面可能存在一定的隐患和风险，为消除这些隐患和风险，维持尾矿库的长期安全稳定，拟将西漂老库及西漂扩容新库作为一个整体进行闭库治理设计和整治，以规范尾矿库管理。

本次尾矿库闭库将西漂扩容新库沉积滩面整体抬高至1 620 m，形成一个大面积的坝顶平台，并与西漂老库坝顶连成一个平面，坝顶平台整体倾向下游侧，坡度不小于0.5%；西漂老库沉积滩面修整后整体倾向库尾方向，坡度不小于2%，分别在其上部覆土植草或植树，布置完善的坡面排水沟网。

3 宽顶子坝实施的必要性

（1）西漂老库和扩容新库是上下游2个相对独立的尾矿库，使2个库面形成一个整体，有利于尾矿库后期日常维护和管理。

（2）西漂老库和扩容新库形成一个整体有利于尾矿库闭库后的土地利用。

（3）西漂扩容新库堆至设计堆积标高1 620.0 m时，库尾积水区水面线与上游老库坝顶的高差约为4 m，积水区水深约为1.5 m，若待尾矿库闭库后再利用外运土石料将下游扩容新库库面一次性填平复垦，形成闭库方案要求的坝顶平台，经初步估算，回填土石方量将达180.0万m3，外运回填成本较高，显然十分不经济。

为提前创造闭库条件、降低后期闭库成本，同时提高西漂扩容新库的库容利用率、延长尾矿库使用年限，在确保西漂扩容新库安全运行的前提下，先期在西漂扩容新库坝前实施宽顶子坝平台是必须的。

4 宽顶子坝的筑坝技术、方法及其优点

4.1 技 术

北京矿冶研究总院有限公司的尾砂模袋法筑坝技术［3-9］在云南铜业集团、云南磷化集团、中国黄金集团、江西铜业集团、甘肃白银集团下属矿山的尾矿库堆坝中得到了应用，效果明显。

与其他尾矿坝筑坝装置相比，专利技术《一种新型尾矿冲填膜袋筑坝装置》，利用原废弃尾矿为筑坝材料，变废为宝，可显著降低工程造价，节省土地，节约尾矿库库容，延长尾矿库服务年限，大大减少对周边环境的破坏，且能提高尾矿坝的安全稳定性，为企业和社会带来显著的环境效益和经济效益。

4.2 方 法

宽顶子坝平台可采用当地土石料宽顶子坝、模袋宽顶子坝、旋流器分级粗砂宽顶子坝形式，也可以采用不同材料混合筑宽顶子坝。西漂扩容新库内尾砂含水量较高、淤泥层较深，特别是库尾尾砂，如采用当地土石材料筑子坝，会占用有限的尾矿存储库容，且不利于大型机械施工，运输及施工成本也过高。模袋法筑坝和旋流器分级粗砂筑坝工艺技术均已成熟，已在很多矿山企业尾矿库筑坝工程中成功应用，具有各自独特的优点，但模袋法筑坝单方成本相对人工堆坝偏高，而旋流器筑坝成型缓慢且不利于直接挡水。因此，从尽可能少侵占有效库容和节省投资的角度出发，推荐采用模袋充灌尾砂修筑围堰，并结合旋流器分级粗砂充填，堆筑宽顶子坝的施工方法。

4.3 优 点

（1）模袋池填法适应软基条件，对地基变形适应能力强。

（2）模袋充灌材料全部为尾砂，就地取材，利用选矿厂排出的尾矿筑坝，不侵占尾矿库有效库容，既节约投资又能提高库容有效利用率。

（3）模袋池填法筑坝施工速度快、施工工期短，能有效解决矿山的生产排放和堆筑宽顶子坝问题。

（4）模袋坝体充灌时，尾砂的粗细粒径在袋体内重新排列，固结后的坝体密实度能提高30%左右；模袋坝体及旋流器筑坝脱水固结快，且密实度高，可有效防止管涌和流土的发生，同时模袋与模袋之间的接触面大，相互之间的摩擦力增大，可有效增加坝体的稳定性。

（5）模袋池填法筑坝可有效提高尾矿库库容利用率，能一次性形成闭库要求的平台坡比，同时能确保该尾矿库运行期干滩长度和安全超高要求。

（6）模袋池填法筑坝能保证尾矿库干滩长度及整个坝体的密实性，坝体抗洪能力强，暴雨季节模袋坝体能防御山洪冲击，可有效提高尾矿库汛期防排洪能力。

5 宽顶子坝实施方案

结合生产期的放矿，在西漂扩容新库坝前修筑宽顶子坝平台，平台最大标高为设计最终堆积坝顶标高1 620.0 m，平台整体倾向上游库内侧方向，坡度不小于0.2%，坝顶平台分段堆排、分级实施，逐级往库内推进。

5.1 模袋池填法筑坝工艺及流程

（1）模袋筑坝共分a、b、c模袋主坝，e（e1、e2、e3）、f（f1、f2、f3）和g（g1、g2、g3）各3列共计不少于9条模袋分隔坝。

（2）西漂扩容新库最终一级人工子坝坝顶设计高程为1 620.0 m，a模袋坝顶设计高程为1 619.88 m，b模袋坝顶设计高程为1 619.74 m，c模袋坝顶设计高程为1 619.60 m；人工子坝与模袋坝之间、以及模袋坝与模袋坝之间池体尾砂回填高程按照各坝体坝顶设计高程顺坡回填，并利用推土机进行边坡修整，最终形成倾向库内方向、坡度0.2%的宽顶子坝平台。

（3）a模袋坝距离主坝坝顶60 m，b模袋坝距离a模袋坝70 m，c模袋坝距离b模袋坝70 m。

（4）a模袋坝高2.08 m、b模袋坝高3.34 m、c模袋坝高4.6 m，模袋主坝下游坡比1:2、上游坡比1:3、顶宽5 m。

（5）各模袋分隔坝两侧坡比均为1∶2，顶宽为4 m，高度根据实际确定。

5.2 模袋池填法筑坝注意事项

（1）模袋坝坝基处理：b、c模袋坝基抛填粗砂后铺设一层50 kN/m2的双向土工格栅。

（2）模袋坝体排渗、排水施工：a、c模袋坝体内部沿坝轴线方向各预埋4 m宽上下2层10 mm厚排渗席垫，席垫中间沿坝轴线方向布设1根φ100 mm的软式滤水管，以加速模袋坝体的排渗固结；a、b、c模袋坝坝体每间隔200 m左右设置1个宽度不小于8 m、高度0.5～1 m不等的出水口，每条模袋坝体沿坝轴线设置约5～7个出水口，出水口要求贯穿模袋坝体。

（3）模袋坝体间池填区域排渗：模袋坝体之间池填区域，在沉积滩上部沿坝轴线每间隔100 m布置1根垂直坝轴线方向的软式滤水管（φ150 mm），软式滤水管通过四通与沿模袋坝坝轴线布置的φ100 mm软式滤水管连接，沿现状沉积滩面坡度敷设，并延伸至库区上游侧，集渗水全部导排至库区。

5.3 老库滩面辅助设施

（1）尾矿库堆积坝子坝坝顶标高已达设计最终堆积标高1 620.0 m，沉积滩顶标高约1 618.5 m，尾矿库沉积干滩长度约150 m，沉积滩纵坡达2%～3%，按照设计沉积滩顶标高1 620 m、沉积滩纵坡2%计算，目前西漂老库仍剩余有效库容约47万m3。

（2）模袋池填法筑坝产生的尾矿泥及尾矿水通过泥浆泵抽排至老库库内滤水堆存，待老库沉积滩堆积形态达到设计要求后停止放矿。

（3）西漂老库堆排尾矿细泥前，在老库内分别堆筑3～4道垂直坝轴线方向的模袋分隔坝，形成池填区域，以延长细泥尾矿的流动距离、加速细泥尾矿在库面的疏干，同时形成交替作业区。

6 宽顶子坝平台安全影响分析

6.1 宽顶子坝对尾矿库防排洪安全的影响

西漂老库和西漂扩容新库运行至设计最终堆积坝顶标高1 620.0 m时，2库库面相对独立，2库均通过各自的排洪系统排泄场区洪水。西漂扩容新库采用模袋池填法形成200 m宽顶子坝平台后，新库仍通过其自身排洪系统排泄场区洪水。

由调洪演算结果可知，西漂扩容新库在运行至设计堆积坝顶标高1 620.0 m和老库运行现状下时，相应排洪系统的进水能力、过流能力、尾矿库的调洪库容可满足500 a一遇设计洪水的防洪要求，满足规范要求的最小安全超高与最小干滩长度要求，满足地震涌浪及地震沉降值要求。西漂扩容新库采用模袋池填法形成200 m宽顶子坝平台时，尾矿库亦可满足500 a一遇设计洪水的防洪要求，满足规范要求的最小安全超高与最小干滩长度要求，满足地震涌浪及地震沉降值要求。

因此，西漂扩容新库宽顶子坝施工前后尾矿库的防排洪均安全可靠。

6.2 宽顶子坝对尾矿坝稳定安全的影响

无论是模袋充填还是旋流器分级尾砂充填，其堆坝尾砂粒度一般较全尾矿粒度粗，参考类似工程经验，模袋与模袋之间的摩擦系数较大，模袋坝体成型后整体咬合结构强度优于自然沉积尾矿坝体，模袋池填法尾砂固结后其物理力学指标亦高于固结后的自然沉积尾砂，但为安全起见，模袋坝体及其中间用池填法充填的粗尾砂指标仍选取自然沉积尾砂勘察指标。

稳定计算分析结果表明，西漂扩容新库宽顶平台施工前后，下游新库坝坡抗滑稳定安全系数在不同运行工况下均满足规范要求，且有较大的安全储备，因此，西漂扩容新库宽顶子坝施工是可行的。

6.3 宽顶子坝对排洪构筑物安全的影响

宽顶子坝平台对尾矿库安全的影响包含对尾矿库下部排洪构筑物结构安全的影响，主要体现在尾矿堆载增加对排水管、结合井及连接井、溢水塔等结构承载能力的影响。

在西漂扩容新库宽顶子坝施工前，为确保排洪构筑物结构安全稳定，本次设计要求对西漂老库原排水管及连接井下游扩容，新建排水管需进行系统检查，并提前对排水管变形破坏段，特别是原临时加固管段进一步进行永久补强加固。

西漂扩容新库坝前宽顶子坝平台实施后，西漂扩容新库在原设计沉积滩面上部尾矿最大增加高度仅为2.0 m，因此，宽顶子坝平台不会影响排水管的结构安全，尾矿库直接利用其现有排洪系统排洪是可行的。

7 结论及建议

（1）为提前创造西漂尾矿库闭库条件、延长尾矿库使用年限，在西漂扩容新库坝前，结合生产期放矿方式，先修筑200 m的宽顶子坝平台技术上是可行的。

（2）西漂扩容新库宽顶子坝平台不会威胁尾矿库的正常运行和安全。

（3）模袋池填法施工必须委托具备相应资质和施工经验的单位进行施工，并加强施工质量和安全监管，从而确保尾矿库安全，坝体稳定。

（4）必须严格按照设计要求进行施工，严格控制堆排工艺和堆排参数，严禁尾矿超标和无序排放。

（5）生产运行期间应始终坚持低水位运行，尽可能降低尾矿库库水位，以降低坝体内浸润线埋深，提高坝体稳定性。

（6）进一步加强现场管理、完善尾矿库安全监测，发现异常情况及时采取相应安全对策、措施。