马粪沟尾矿库运行后期排渗设施改建技术研究与实践

2021-06-18席江伟陈丽媛

现代矿业 2021年4期

席江伟陈丽媛薛强刘硕

（河北钢铁集团矿业有限公司庙沟铁矿）

河钢集团矿业有限公司庙沟铁矿马粪沟尾矿库位于秦皇岛市青龙满族自治县祖山镇柏树村境内，尾矿库设计初期坝采用透水堆石坝，坝底标高472.0 m，坝顶标高505.0 m，初期坝坝高33 m，堆积坝采用上游式筑坝法，最终堆积标高600.0 m，堆积坝高95 m，总坝高128 m，总库容2 210.5万m3，为二等库，服务年限约28 a。

对于尾矿坝而言，其稳定性取决于沉积滩面的颗粒组成及其固结程度，而沉积滩面的固结程度又与浸润线密切相关，这是因为浸润线长期处于过高状态会导致坝面及坝前出现沼泽化、管涌或流土等现象［1-12］。因此，马粪沟尾矿库设置排渗设施非常重要。

1 垂直水平联合自流排渗设施优缺点分析

垂直水平联合自流排渗主要包括辐射井排渗及槽孔管排渗。辐射井适用于各种地形，采用面状截水方式，拦排范围大，排渗效果好，并能保证长期稳定渗流，但施工工艺复杂，初期建设费用高，后期维护管理方便。槽孔管排渗最显著的特点是布置范围决定了降水范围，埋置深度基本为降水深度，并且能够穿透矿泥夹层，改变坝体垂直方向的渗透性。治理过程中预计浸润线的降深位置即双向槽孔管铺设位置，一旦按设计角度确定，排渗效果立竿见影，可长期保证稳定渗流，且不需日常维护。

2 辐射井排渗及槽孔管弧形排渗参数计算

根据地震性能评估报告，对尾矿坝的渗流和地震稳定性分析结果，该尾矿坝到使用后期（即尾矿堆积坝高程达到560 m以后），坝体内浸润线抬高、地震液化区范围从库内水边上附近滩面波及坝顶至外坝坡，威胁到坝体动力安全，为此设计在尾矿坝使用后期的555 m高程布设辐射井式排渗设施，施工图届时根据施工设备情况进行设计。

根据尾矿库各项排渗设施优缺点，结合业内施工经验，矿山开展了原设计修建5座辐射井和2排槽孔管弧形排渗的方案对比研究。

2.1 原设计辐射井出水量计算

根据《供水水文地质手册》，经计算，第一排辐射管出水量为77.8 m3/h，第二排辐射管出水量为15.3 m3/h，合计为93.1 m3/h。

2.2 槽孔管弧形排渗出水量计算

根据阿拉文·努明诺夫的河床水平暗渠流量计算公式，1根滤水段长为95 m的弧形管出水量为9.26 m3/h，34根弧形管出水量合计为314.84 m3/h；水平排渗盲沟长度为704 m，则标高570 m排渗盲沟出水量为187.6 m3/h。

2.3 2种排渗设施出水量比较

（1）理论计算出水量结果比较。根据计算结果，1眼辐射井出水量为93.1 m3/h，5眼辐射井出水量共计465.5 m3/h；弧形管间距16 m条件下，1根滤水段长为95 m的弧形管出水量为9.26 m3/h，34根弧形管出水量共计314.84 m3/h，34根弧形管及水平排渗盲沟出水量共计502.44 m3/h。本工程弧形管排渗及排渗盲沟方案出水量大于辐射井方案出水量。

（2）类似工程出水量比较。根据工程经验，由于每个尾矿库尾砂赋存情况不同，尾矿坝排渗问题存在很大的不确定性，理论计算成果和实测数据往往存在较大的差别。

据实测，承德永辉矿业集团有限公司一选厂狐图沟尾矿库1眼辐射井出水量为56.68 m3/h，首钢矿业公司水厂铁矿新水村尾矿库（尾矿粒度-200目约40%）主坝1眼辐射井排渗出水量为90 m3/h；鞍钢弓长岭矿业公司前峪尾矿坝（尾矿粒度-200目约70%）采用弧形管排渗，一期工程1根长度为140 m排渗管平均渗水量为8.41 m3/h；二期工程1根长度为140 m排渗管平均渗水量为8.94 m3/h。

马粪沟尾矿库尾矿粒度与弓长岭尾矿库尾矿粒度较接近，因此，参考弓长岭前峪尾矿库实测数据，计算马粪沟尾矿库34根弧形管及水平排渗盲沟出水量为428.91～455.94 m3/h，与5眼辐射井出水量相当。

通过理论计算及类似工程对比，布设排渗设施之前，标高555 m平台浸润线埋深8 m，布设弧形管排渗设施后，弧形排渗管影响范围半径约11 m，浸润线最小埋深10 m，该平台处控制浸润线埋深为8.5 m，因此，设置弧形管排渗可满足要求。34根槽孔管弧形排渗及水平排渗盲沟出水量大于5眼辐射井出水量，弧形排渗管及水平排渗盲沟代替辐射井方案是可行的。