老鸦岭尾矿库南侧山体渗漏原因分析及治理*

唐 恺 吴小刚 秦 柯

（1.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心）

尾矿库是矿山的一项重要生产设施，同时也是矿山环境污染治理、防止尾矿浆影响环境的一项主要工程措施。尾矿库的工作机理就是密闭储存，防止逸出，所以只要其密闭性良好、工程稳定，对环境造成的不良影响是很有限的。据调查，我国早期建设的尾矿库大多没有进行防渗处理或只是进行了简单的防渗处理，随着尾矿的堆排，极易产生尾矿泄漏事故，造成环境污染，后果十分严重。

老鸦岭尾矿库为一次性筑坝，碾压堆石坝，三面环山，沟谷筑坝，早期建库时未做防渗处理，筑坝所用堆石均在库内直接采取，后期随着尾矿的堆排，发生了尾矿水泄漏事故。为确保尾矿库的安全运营，防止渗漏事故扩大，必须采取有效的防渗治理措施对尾矿库进行防渗漏治理。

1 工程勘察、物探资料分析

1.1 矿山概况

2010年5月初，冬瓜山铜矿老鸦岭尾矿库南侧山体首次发生了尾矿水渗漏事件，渗漏出水点距尾矿库南侧山体1 km左右，当时库内水位标高在+74～+75 m，出水点（瓦窑山溶洞）标高在+43 m左右，渗漏量在450～500 m3/h。

2018年3月初，一期原渗漏出口瓦窑山溶洞（标高+43 m）再次出现尾矿水渗漏现象，此时库内水位标高在+110 m左右，渗漏点出水量在30～50 m3/h。

1.2 建库时勘察

冬瓜山铜矿老鸦岭尾矿库在2006年初步设计时进行了建库详细勘察，其提交的详细勘察报告书中对尾矿库库区渗漏的主要结论如下：

（1）拟建坝址区及库区，无影响坝基及库区的地质构造，老鸦岭和沙子堡2个采空区对坝基及库区无影响，也未发现滑坡、泥石流、岩溶等其它不良地质作用，适宜建尾矿库。

（2）拟建库区断裂裂隙不发育，表部普遍分布有隔水的黏土层，不存在渗漏问题。

（3）由勘察结论得出，场地是适宜建设尾矿库的，且指出库区不存在渗漏现象。

1.3 2010年第一次物探勘察

2010年5月，老鸦岭尾矿库首次出现尾矿水渗漏事件后，紧接着于2010年6月冬瓜山铜矿进行了地球物理勘察工作，并圈定了10处可能的渗漏通道［1］，编号为Ⅰ～Ⅹ。

1.4 一期Ⅰ～Ⅲ渗漏通道勘察

2010年5月渗漏事件发生后，当时各方综合分析渗漏可能主要发生在Ⅰ～Ⅲ通道范围内，所以治理工作采用了分段、分期进行，一期主要是Ⅰ～Ⅲ范围。

针对这一范围，冬瓜山铜矿进行了一期（Ⅰ～Ⅲ通道）地质调查和物探，得出了老鸦岭尾矿库一期治理工程岩体渗透性剖面图（图1），可以得出以下主要结论：

（1）在Ⅰ～Ⅲ渗漏通道范围内，先导孔揭露的地层岩性较为单一，主要以大理岩为主，个别地段分布有厚度不等的花岗斑岩岩脉，岩体节理裂隙发育，有溶蚀现象，大部地段与渗漏通道联系较差，局部地段与渗漏通道联系较好［2-3］。

（2）虽然Ⅰ～Ⅲ渗漏通道范围内岩体总体来说节理裂隙较发育，但岩芯严重破碎及漏水漏浆主要发生在49#、73#孔地段。结合CT探测结果，经综合分析认为49#孔及附近是造成前期渗漏的主要地段，渗漏部位在深度45.8～58.8 m。73#孔及附近是以后库水上升后潜在的渗漏地段，渗漏部位在15.8～21.8 m。

（3）1#、13#、85#孔在9.8～21.8 m深度是以后库水上升后潜在渗漏地段，虽然与渗漏通道联通较差，从尾矿库安全考虑，应予以重视。

1.5 一期施工

根据一期Ⅰ～Ⅲ渗漏通道勘察结果，冬瓜山铜矿进行了应急治理方案设计和防渗治理施工，2011年7月20日竣工，历时411 d。

5月12日—10月4日进行了库内临时围堰填筑、边坡支护、岩脉混凝土回填、盖重混凝土浇筑等施工项目。

10月5日开始在Ⅰ～Ⅲ渗漏通道范围内进行先导孔施工和帷幕灌浆施工，截至2011年7月19日，完成帷幕灌浆孔147个，总进尺15 219.80 m。

一期治理工作结束后，尾矿库运行正常，达到了预期效果，原渗漏出口瓦窑山溶洞已无水渗出，可见干枯的溶洞口，溶洞内淤泥已有干裂情况。

1.6 二期Ⅲ～Ⅹ渗漏通道勘察

在一期渗漏治理的基础上，冬瓜山铜矿进行了二期Ⅲ～Ⅹ渗漏通道范围内勘察和物探工作，得出了老鸦岭尾矿库二期治理工程岩体渗透性剖面图（图2），可以得出以下主要结论：

（1）二期勘察范围和库区内水力联系分析。在二期勘察期间，库区水位为85 m标高，钻探过程中漏水较严重的钻孔主要发生在4#、7#、11#、12#孔段，但是未见向库区岩壁渗漏现象发生，4个钻孔钻探过程中无返水，冲洗液全部渗漏，成孔后50 m钻孔内无水，孔底标高为70 m。钻孔水位和库区水位对比，说明二期勘察部位和库区不构成明显的水力联系。

（2）二期勘察范围和前期渗漏溶洞水力联系分析［4］。前期渗漏瓦窑山溶洞出水点标高在43 m左右，二期勘察钻探段标高远高于原出水点，钻进过程及压水试验过程中原出水点干枯，说明钻孔水的渗漏是向局部破碎地带的渗漏，二期勘察部位与前期渗漏溶洞不构成明显的水力联系。

（3）二期勘察期间库区和前期渗漏溶洞的水力联系分析。二期勘察部位和库区不构成明显的水力联系，与前期渗漏溶洞也不构成明显的水力联系，目前库区水位远高于前期渗漏溶洞出水点标高而溶洞原出水点干枯，说明目前库区和前期渗漏溶洞未构成明显的水力联系。

（4）渗漏可能性分析。一期防渗治理结束后，渗漏停止，说明渗漏入口部位在一期治理区，二期勘察范围内未发现新的溶洞，库区和前期渗漏溶洞未构成明显的水力联系。二期勘察表明，确实存在一些透水性强的岩体破碎地带和部位，各种方法对比后综合分析认为，渗透性较强的主要部位：①7#孔及附近区，深度9.8～39.8 m；②5#孔，深度27.8～33.8 m；③近地表的0～10 m深度范围及4#、11#、12#孔段范围。这些是可能的潜在渗漏通道部位，后期随着库内水位上升，水压力的增大，不完全排除各透水体水力联系增强导致渗漏的可能性。

1.7 2018年第二次物探勘察

2018年3月15日，对老鸦岭尾矿库（南面）山体背侧进行渗水通道地球物理勘查工作，并于2018年4月提交了勘察工作成果报告。

根据提交的物探报告，冬瓜山老鸦岭尾矿库（南面）山体背侧+120 m标高500 m长的台阶上进行地下渗水通道勘查。根据探地雷达法、自然电场法、充电法、电流强度法、瞬变电磁法（简称TEM法）和可控源大地电磁测深法（简称CSAMT法）的综合资料对比分析，查明库区南侧存在5块区域8处断裂破碎带型或裂隙型的水渗漏通道，自西向东编号：Ⅰ、Ⅱ（Ⅱ-1、Ⅱ-2）、Ⅲ（Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3）、Ⅳ、Ⅴ，其宽度在10～70 m，走向北东或北西向，向下延深50～80 m。根据2018年4月12日在冬瓜山铜矿召开的本次渗水通道地球物理勘察汇报会，确定Ⅱ（Ⅱ-1、Ⅱ-2）通道是本次尾矿水渗漏治理的重点区域。

2 本次渗漏原因分析

2.1 渗漏成因及途径分析

根据一期地质调查报告、二期勘察报告、物探报告和最新物探报告，经综合分析认为本次渗漏成因及途径如下：老鸦岭尾矿库库区存在构造活动，岩体破碎，裂隙发育，库区外围发育有溶洞，库区岩体有不同程度的溶蚀现象；由于部分地段节理裂隙与溶洞联通形成渗漏通道，库水顺溶洞流出，这是尾矿库南侧库区山体发生渗漏的主要原因。

2.2 渗漏部位及地段分析

根据防渗一期调查和物探、二期勘察和物探资料、一期施工范围、最新地球物理勘察报告可得出对本次渗漏部位和地段分析如下：

（1）老鸦岭尾矿库库区南侧岩体破碎，裂隙发育，库区外围发育有溶洞，由于部分地段节理裂隙、溶洞与库区+110 m标高附近裂隙联通形成渗漏通道，库水顺溶洞流出，是发生渗漏的主要原因［5］。

（2）一期渗漏治理结束至2018年2月期间（此时库内水位标高为+110 m），老鸦岭尾矿库运行正常，瓦窑山溶洞无明显渗漏现象，说明库内水位+110 m标高以下和渗漏点基本不构成明显的水力联系。

（3）一期施工范围为ZK1～ZK85钻孔（属于前期物探Ⅰ～Ⅲ通道），未完全囊括早期圈定的Ⅰ～Ⅹ渗漏通道范围中的主要渗漏区域，虽然一期施工后瓦窑山溶洞不漏水，但后期随着库内水位升高，不排除库区再次漏水的可能。所以，本属于主要渗漏区域但未施工的地段是本次渗漏治理的主要范围之一。

（4）根据二期勘察和物探资料，Ⅲ～Ⅹ号勘察范围内近地表的0～10 m深度范围内是渗透性较强的部位，更是潜在的渗漏通道。本次渗漏发生时，库内水位在+113 m标高，恰恰在此标高范围内，瓦窑山溶洞再次漏水，说明此区域和深度范围也是本次渗漏治理的主要范围。

（5）根据最新地球物理勘察报告，库区南侧存在5块区域8处断裂破碎带型或裂隙型的水渗漏通道，自西向东编号：Ⅰ、Ⅱ（Ⅱ-1、Ⅱ-2）、Ⅲ（Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3）、Ⅳ、Ⅴ，其宽度在10～70 m，走向北东或北西向，向下延深50～80 m。其中，Ⅱ（Ⅱ-1、Ⅱ-2）通道是本次渗漏治理的重点区域，在设计治理方案时，作为首先治理区域。

3 治理方案

根据勘察资料和物探资料，经综合分析，采取如下防渗治理措施［6-7］：

（1）对已渗漏的尾矿水采用“集”，即在渗漏点修建临时集水池，把收集的水通过高压泵打回尾矿库内，既减少了污染源，又可以做到渗漏水回收利用。

（2）对渗漏途径采取“灌”，即采取钻孔防渗、帷幕灌浆的方式。

本次灌浆治理区域为钻孔ZK2-12～ZK85区间和钻孔ZK1～ZK3-1区间。设计治理方案采用帷幕灌浆防渗，钻孔ZK2-12～ZK2-9区间设计灌浆深度25 m；ZK2-9～ZK2-8区间设计灌浆深度25～40 m，ZK2-8～ZK2-6区间设计灌浆深度40 m，ZK2-6～ZK2-4区间设计灌浆深度40～30 m；钻孔ZK2-4～ZK85区间设计灌浆深度30 m；钻孔ZK1～ZK3-1区间设计灌浆深度25 m。

灌浆孔采用“孔口封闭、自上而下、孔内循环、分段灌浆”的方法；先导孔、检查孔采用自下而上分段灌浆方法。帷幕灌浆孔的排数设计为2排：上游排和下游排，帷幕线整体尽量靠近山体侧，确保临空侧岩石厚度。灌浆按分序加密的原则施灌，帷幕灌浆孔分为3个次序（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），进行循序钻灌施工，先灌下游排，后灌上游排。施工时，首先钻灌先导孔。灌浆孔孔径宜为56～76 mm，终孔孔径不小于56 mm，先导孔、质量检查孔孔径应满足获取岩芯和进行测试的要求。孔距、排距参照一期渗漏治理施工参数设计，设计孔距2.0 m、排距1.5 m，灌浆孔均为铅直孔。以透水率q＜5 Lu作为灌浆质量控制标准，并结合岩心分析。

4 结 语

（1）经过本次防渗漏治理后，渗漏出口瓦窑山溶洞已无水渗出，可见干枯的溶洞口，溶洞内淤泥已有干裂情况，达到了预期防渗漏治理目标，老鸦岭尾矿库得以继续运行，避免了尾矿水渗漏造成更大的环境污染。

（2）尾矿库的渗漏治理是一项复杂的系统工程，实践表明采用地下灌浆和地表收集的综合治理措施是行之有效的，即地下采用垂直帷幕灌浆，地表新建收集池收集已渗漏的尾矿水打回尾矿库，防止渗漏的尾矿水对周边环境造成更大污染。老鸦岭尾矿自运行以来发生了2次尾矿水渗漏事件，均采取帷幕灌浆防渗漏治理方案，经实践检验，帷幕灌浆有效地切断了库区岩体节理裂隙与瓦窑山溶洞联通的渗漏通道，治理成效显著。