承德某铁矿尾矿库排渗设施施工实践

宋彦利 邹正勤 张力民 冀瑞锋

（河钢集团矿业有限公司承德柏泉铁矿）

尾矿库是矿山选矿生产企业贮存尾矿的重要设施，具有高势能的人造泥石流危险源。尾矿库一旦失势将造成人民生命财产的重大损失，对下游的自然环境造成污染，影响深远。随着国民经济的发展，国家越来越重视生产安全和环境保护。安全和环保问题直接关系到一个企业的生存和发展，矿山企业必须做好尾矿库的安全生产。由于许多尾矿库筑坝尾矿砂粒度较细且采用上游筑坝，浸润线超高成了许多尾矿库的主要安全隐患［1］。尾矿库的排渗系统是降低坝体内水位的重要设施，可有效排除尾矿坝体的渗水，降低尾矿坝的浸润线。承德某铁矿尾矿库从初期坝建设到后期筑坝管理，重视排渗工程的施工。堆积坝采用盲沟水平管排渗，效果较好，尾矿坝的浸润线始终保持在较低水平，符合安全要求。

1 初期坝施工及生产情况

1.1 初期坝施工情况

初期坝采用透水堆石坝。透水堆石坝起到了积水棱体的作用，可降低尾矿坝的浸润线，加快尾矿的排水固结，有利于尾矿坝的稳定。该初期坝坝顶宽4.0 m，内坡坡比1∶1.75，外坡坡比1∶1.85，最大坝长294.2 m，在外坡560 m标高处均设一宽2.0 m的平台。

坝基建在含黏性土碎石层上，并进行夯实处理，初期坝左右坝肩在强风化混合花岗岩层上，对基岩表面进行处理，使基岩与初期坝坝体更好地结合。

在初期坝的上游坡和坝基底部分别设置两层500 g/m2的土工布作为反滤层，土工布和坝体堆石之间采用碎石过渡层过渡。

碾压堆石坝是一种简单易行、安全可靠的坝型［2］。堆石筑坝时分层碾压，碾压后其孔隙率不大于35%，干容重为1.8 t/m3。

为防止尾矿浆及雨水对内坡反滤层的冲刷，在反滤层表面铺设保护层。保护层为干砌块石、砂卵石、碎石，就地取材，施工简单。下游坡面只设1 层400 mm厚的干砌块石护坡。初期坝断面示意见图1。

考虑到库区内北侧的面积较大，防止生产后库区右侧浸润线升高，在右侧的山谷内预埋排渗盲体，排渗盲体采用500 g/m2土工布包裹碎石，宽1.5 m，厚1.5 m，铺设于沟谷底部，此排渗盲体与初期坝低反滤层进行相连。

1.2 初期坝生产情况

该铁矿现有尾矿浆工艺流程选矿车间总尾矿浓度15%，矿浆流入53 m 浓缩池进行浓缩。矿浆经过浓缩后，浓度达28%，经浓缩的尾矿浆通过三级泵站输送至尾矿库。

放矿主管在初期坝坝顶，采用多管分散放矿，每根放矿支管间为6 m。放矿管采用φ159 mm 的高分子聚乙烯放矿管连接至坝底部。为防止放矿直接冲刷坝体，将放矿管利用木杆架高，矿浆流出指向库内。随着坝内水面的升高向上缩短管路长度。

初期坝使用3 d 后，初期坝外侧坝底排水孔开始出水，水质清澈，流量150～200 m³/h。该部分水进入坝底的消力池后，自留回选厂进行使用。

2 堆积坝排渗方式

堆积坝排渗在筑坝过程中多使用水平排渗管式，近年来盲沟和水平排渗管式联合使用被越来越多的新建尾矿库使用，可有效排除堆积坝体内的渗水，降低坝体的浸润线。如果后期出现坝体浸润线较高、坝面渗流、坝面管涌等，为了降低浸润线多采用管井式，如虹吸井、辐射井、轻型井点、塑料插板等。后期治理往往影响企业的生产运行，治理费用较高。因此，在堆积坝使用过程中采取有效的排渗方式可起到良好的效果，不仅节省生产投资，而且对安全生产起促进作用。

2.1 水平管式排渗

在2000 年以前投入使用的尾矿库多采用水平管式排渗，采用堆积坝外排渗的方式。排渗管的铺管方式为库内高坝外低，形成一定的坡度，排渗管出口位置最低，拍渗水自流到排水沟，水平管式排渗结构见图2。沿堆积坝横向相隔一定距离进行铺设。滤水管长40～50 m，与导水管进行连接，导水管长40～50 m，滤水管和导水管的管径在100～150 mm。此种排水方式主要依靠滤水管本身的透水能力进行排水。滤水管主要有普通滤水管、软式透水管、槽孔排渗管。

普通滤水管多采用塑料管打孔，外包土工布，普通滤水管结构见图3。以φ150 mm 滤水管为例，表面积为4 710 cm2，进水孔直径10 mm，间距不超过10 mm，每个断面不超过10 个进水孔。进水孔面积为117.75 cm2，进水孔面积仅为接触面积的四十分之一，普通滤水管排水效率仅为2.5%。

软式透水管是一种具有倒滤透（排）水作用的管材，图4 为软式透水管结构示意，它利用“毛细”现象和“虹吸”原理，集吸水、透水、排水为一体，具有工程设计要求的耐压、透水及反滤作用。透水管是以防锈弹簧圈支撑管体，形成高抗压软式结构，无纺布内衬过滤，使泥砂杂质不能进入管内，具有很好的全方位透水功能，渗透水顺利渗入管内，而泥砂杂质被阻挡在管外，从而达到透水、过滤、排水的目的。软式透水管渗透系数≥0.1 cm/s。软式透水管在使用时需要在下部设置支撑，与塑料管相比在使用中坡度较难保证、耐压强度较低，易变形。

槽孔排渗管就是在管壁的外侧延长度方向均匀的开出渗流槽，槽宽10 mm，每间隔100～150 mm 打直径8 mm 或10 mm 的孔，渗流槽间隔10 mm。相邻渗流槽内的孔进行间隔交叉布置，槽孔排渗管结构见图5。槽孔排渗管的渗流面积可达到接触面积的51%，是普通滤水管的20 倍。滤水管主要采用土工布作为过滤层，槽孔排渗管采用不锈钢网作为过滤层。不锈钢网过滤层将微小颗粒随渗流水过滤走，使微小颗粒不堵塞在过滤层上，在排渗管周围的粗砂形成滤料对排渗管进行保护，使得排渗管能够长久的保证渗透效果。

水平管式排渗的优点是在实际生产中操作方便，在尾矿库设计中一般是每10 m 高设置一道排渗设施，可提前进行预埋，随着生产放矿的进行，向前连接导水管和排渗管，依靠滤水管的滤水能力进行排水。其缺点是滤水管的排渗效率低，普通滤水管仅为2.5%，槽孔排渗管也只能达到51%，且排渗效果还与滤水管布设的长度有关，滤水管布设的越长，管路的坡度越难保证。

2.2 盲沟水平管排渗

近年来新投入使用的尾矿库采用盲沟水平管排渗的越来越多，排渗效果较好。与普通水平管式排渗相比，增加了排渗盲沟，大大增加了过滤面积。在距坝顶一定距离的库内沿平行于坝顶布设盲沟，在盲沟底部布设滤水管，滤水管直接连在导水管上，直接将水排至水沟。滤水管可采用普通滤水管、软式透水管、槽孔排渗管。在盲沟内铺设碎石作为排水棱体，碎石外部包裹土工布。沿与坝顶垂直方向布设导水管，导水管与盲沟内的滤水管进行连接。盲沟水平管排渗结构见图6。

3 盲沟水平管排渗施工实践

3.1 排渗设施施工

承德某铁矿尾矿库排渗设施采用盲沟水平管排渗形式，水平排渗具有工程造价低、排渗效果好、管理简便等优点而被广泛采用［3］。随着尾矿坝的升高，在坝体内设置水平排渗棱体。尾矿坝从574 m 标高至650m 标高间，每隔10 m 的高度距坝顶100 m 处沿坝轴线方向设置水平排渗棱体，导水管每隔100 m 铺设1 根。水平排渗体断面尺寸为倒梯形，底部埋设DN150 的渗水管，管周围填充15～35 mm 的砾石，并用1 层500 g/m2土工布包裹，渗水管由DN100 导水管导出至坝面排水明沟，将水导至坝肩排水明沟排至坝下。盲沟结构见图7。

滤水管采用塑料盲沟，由塑料芯体外包裹滤布组式。塑料芯体以合成树脂为主要原料，形成三维立体网状结构。塑料芯体中空圆形，该材料克服了传统盲沟的缺点，具有表面开孔率高、集水性好、空隙率大、排水性好、抗压性强、耐压性好、柔性好、耐久性好、重量轻、施工方便等优点，且应用广泛。塑料盲沟示意见图8。

排渗设施应尽可能预先埋深，以节省工程投资［4-5］。为降低施工费用，预埋DN100导水管，在筑坝前标定导水管的位置，连接好一定长度的导水管，保证坡度不小于1%，用木杆架好。在放矿的过程中，随着坝面的升高不断连接导水管，保证导水管的坡度不小于1%，导水管不能有断裂现象。导水管连接到100 m 后将管口包好，同时设置好标杆，标杆应标好高度。当导水管埋深到达指定高度后，施工水平排渗棱体。

施工盲沟水平排渗棱体时应安排好坝面的放矿，不影响正常生产。由于在库内的滩面施工，排渗棱体开槽时要保证机械和人员的安全，必要时要对滩面进行晾晒疏干。开槽后为避免坡面坍塌，要及时铺设土工布保护滩面。渗水管与导水管连接前要对导水管进行试水，保证导水管畅通。渗水管与导水管连接部位要保证不漏砂，渗水管要用土工布进行包裹不能漏砂，土工布连接部位要连接好不能有漏砂现象。排渗棱体施工完毕后，为防止放矿冲刷，要在上面用尾矿砂进行覆盖。

3.2 排渗设施施工效果

第一期排渗体施工后，出水量达50～60 m³/h，水质清澈，导水管全部出水，坝体右侧出水量较大，后减小至30 m³/h 左右。第二期排渗体坝体增长，导水管数量增加，出水量达30～40 m³/h，在坝体右侧出水量大。第三期、第四期排渗体施工后，出水量均可达40 m³/h左右。

从标高590 m 平面开始设置浸润线观测管人工和在线观测设施，人工观测管埋深12 m，浸润线预警值8 m，观测管内一直没有水。在线观测设施安装后，在线观测管测量浸润线埋深，最低13.34 m（表1）。

由表1可知，该矿设计的浸润线预警值为8 m，实际水位在13 m 以上，符合安全要求，排渗设施有效地降低了堆积坝体的水位，增加了浸润线的埋深。

4 结语

尾矿库建设应重视设计和施工管理，加强生产管理，才能从本质上保证尾矿库的安全。尾矿库采用透水堆石坝可有效排出尾矿砂的渗水，加快尾矿固结，且施工中应严格按照设计施工。子坝堆筑应结合实际，提前做好排渗工程计划。尾矿堆积坝采用水平排渗，施工投资小，施工方便，排水无需设备，可有效降低尾矿坝的浸润线；采用盲沟水平管式排渗，可大大增加过滤面积，使坝体排渗形成一个整体，可有效提高排渗效果。