有色金属设计矿山尾矿库排洪系统的“柔性封堵”
沈楼燕（南昌有色冶金设计研宄院，江西南昌330002）理，采用“柔性封堵”方法，既安全可靠。经济合理又实施简便，优于传统的“刚性封堵”方法。并以实例说明了“柔性封堵‘的具体实施工艺。
1尾矿库排洪系统安全封堵的重要性选矿厂选别矿石后产生的大量脉石“废渣”（即尾矿），通常是以矿浆状态排出，如不妥善处理，就会大面积地覆没农田和污染水系，对环境造成严重的危害；同时，尾矿中往往还含有目前尚不能回收的贵重、稀有金属，也不允许随意丢弃，尾矿库就是为科学解决上述问题而建造的各种构筑物的联合系统。尾矿库设有排洪系统，以排出库中的尾矿澄清水和大气降水。与水库排洪系统所不同的是，尾矿库的排洪系统不仅要安全及时地排除洪水，而且要确保不让尾砂从排洪系统泄漏一俗称“跑浑”或“跑黑”，即排水不排砂。因此，尾矿库的排洪系统有着其独特性，它由进水构筑物和排水构筑物2部分组成。排水构筑物通常有排水管、隧*：2002―：：沈楼燕（丨-），女江西人，工程师，主要从事尾矿库'水利工程'岩石工程的设计与研宄工作。://www.丨有色金属设计洞、溢洪道等；进水构筑物一般有排水井和排水斜槽等。目前绝大部分选厂的尾矿坝多采用尾砂水力冲填成坝，筑坝高度从数十~上百m不等，国内尾矿坝设计堆高己超过200m.进水构筑物最大的特点是，可以随着尾矿坝的不断升高而延伸升高，调整进水高程或进水平面位置，保证尾矿库的澄清距离，不让尾砂从排洪系统泄漏。当尾矿库使用至后期，进水构筑物的大部分已被尾砂掩埋，上覆尾砂堆积高度少则数十m，多则上百m，埋在尾矿下的进水构筑物必须进行安全有效地封堵，以防尾砂经此泄漏从而淤塞排水构筑物。由于尾矿堆积坝的不断上升是一个长期的渐进过程，因此，进水构筑物的封堵也是一项长期的、必须采用细致、认真的安全管理措施。以一条长300m的排水斜槽为例，当斜槽盖板每块宽300mm，这条斜槽在服役期间盖板封堵次数高达100次，其中任何一次封堵疏忽失败，都可能会导致整条排洪系统失效，从而危及尾矿坝的安全稳定性，直接影响矿山的正常生产，甚至危及下游人民的生命财产安全。另外，有的尾矿库尾矿坝堆积高度近百m，排洪任务由几期排洪系统依次承担，新的一期排洪系统正式启用之前，必须封堵老的排洪系统，这种封堵是永久性的，若封堵失败，导致漏砂，后果也非常严重。
由此可见，尾矿库的排洪系统能否安全封堵，直接影响着尾矿库的安危，要求安全可靠，同时经济合理，实施简便。在以往的工程惯例中，人们往往采用毛石混凝土或浆砌块石等刚性材料来封堵尾矿库的排洪系统，务求封堵严实，滴水不漏，笔者称之为“刚性封堵”。但在工程实践中，发现这种封堵方式并不理想。以某矿1号尾矿库坝下排洪涵管为例，该排洪涵管服务期满后，人工用浆砌块石于涵管出口处封堵严实，没几挟水冲开。事故发生后，改用400g/m2无纺土工布袋装块石分几段堵塞，尾砂外涌现象方才遏止，涵管迄今一直有涓涓细流外排。笔者认为，“刚性封堵”强调严防死守，不仅严密防止尾砂外排，还务求滴水不漏，从而在尾矿库内高水位与排洪系统封堵处形成了巨大的水头，在高水头作用下，一旦封堵不是很坚固，这股压力一定会自行找到突破口，破坏“刚性封堵”。笔者援用大禹治水疏堵结合的思路，提出“柔性封堵”，其特点概括为一句话“漏水不漏砂”。即“柔性封堵”采用具有反滤功效的土工合成材料，如无纺土工布等结合天然物料进行封±者，封堵后的排洪系统能拦截尾砂颗粒，使之沉积下来，而水能渗过封堵材料，随着时间的推移，尾矿砂沉积在封堵材料前，沉积厚度日益加，透水性越来越差，外渗水量将会逐渐减少。
2“柔性封堵”工程实例某铜业公司某铅锌矿尾矿库己进行了2次扩容，第二次扩容的排洪系统己投入使用，1999年8月急待将一次扩容时所建的排洪系统进行永久性封闭。该排洪系统为排水斜槽加2座连接井和排洪隧洞，其中，斜槽为钢筋混凝土结构，双格矩型断面0.7X1.5m2，壁厚20cm，斜槽盖板厚度为20cm，排水斜槽底板最低标高963m最高底板标高112.5m，长度35.5m，平均纵坡约0.5；排水斜槽通过1号连接井与排洪支洞相接，1号连接井内径2.5m，高241m，钢筋混凝土结构；排洪支洞为城门洞型钢筋混凝土结构，底宽1.6m，洞高1.8m圆弧半径0.8m，长度21.5m，纵坡0.01；排洪支洞通过2号连接井与排洪主隧洞相连；2号连接井内径2.0m，高约60m，钢筋混凝土结构，排洪主隧洞亦为城门洞型，断面尺寸与排洪支洞相同；尾矿库内水位己达天。轰然一声，封堵材料被奔涌而出的尾砂rnm=各构筑物平面位置见沈楼燕：矿山尾矿库排洪系统的“柔性封堵”
排洪系统平面。1设计指导思想在保证施工人员安全及尾矿库今后正常运行的前提下，尽可能使方案实施时简便、易行、造价低廉，达到永久性封堵的目的。
2.2封堵方案及实施细则在进行方案设计前，尾矿库内水位己升至112.0m，随着尾砂逐渐升高，覆盖住整条斜槽，势必发生尾砂被渗水流带入斜槽中而出现“跑浑”现象，对下游造成污染，影响尾矿库安全运行。因此，本方案设计的目的是防止尾矿经该排水系统向库外泄漏；逐渐减少该排水系统渗漏水量。
50m，斜槽四周水面高程己至1120m，且1号连接井高24.1m，井内通风条件差，施工人员从斜槽进入1号连接井内进行作业，不仅极为困难，也非常危险，不大可行；主隧洞底宽1.6m高1.8m，故而施工人员由主隧洞进出比较便利可行。据此，封堵方案实施细则如下：第一步：在1号连接井底部用人工堆填块石垫层层厚3.0m，外坡％（详见封堵大样图）堆石孔隙率小于30%.要满足此要求，必须仔细堆填，大小块石搭配堆筑，不要出现大的空洞。施工人员从主隧洞进入支隧洞至1号连接井堆填完毕后沿原路逆向退出。
考虑到施工人员从斜槽进出施工不大可行，所以利用“水力冲填”法来依次实施1号连接井内反滤层，自下而上依次为：碎石层、瓜米石层和粗砂层。水力冲填法实施如下：将碎石放在斜槽进口112m高程左右，利用尾矿澄清水将碎石冲入1号连接井内，依此办理，可在0.8m厚的碎石层上冲填0.8m厚瓜米石层，在瓜米石层上再冲填出1.0m厚的粗砂层，形成第一道良好的反滤层。这样，第一步工作即告结束。见在第一步工作中，最重要的是能否成功地进行水力冲填。要将碎石经水力作用通过斜槽冲入1号连接井内，那么需要斜槽内水流速度大于1.1m/s.经计算，当斜槽内正常水深为0. 4m时，流量可达11. 7m3/s，ic流速20.8m/s；斜槽内正常水深为0.1有色金属设计1号连接车BHiM似来M寸单M奄米tf排洪系统封堵剖面图0.2m时，流速都可达10m/s，足以将碎石冲入连接井内。即使在平时，施工也是可行的，只要揭开斜槽末端1~2块盖板，用尾矿库末端的澄清水来冲都是可行的。在施工中，为防止碎石在斜槽内沉积下来，可利用长竹片（竹片宽5~7cm，搭接后长约40 m）伸进去捅一捅，便可将碎石送入1号连接井内。施工中一定要贯彻一个这样的原贝则每次倒入斜槽的骨料要少而均匀，不要出现堆积现象。人工倒料，斜槽内水深较深时，倒入的量要少些，以便使骨料跌落到井内的距离远些；当水深较浅时，倒入的量要大些，以便使骨料跌落到井内的距离近些。
如果施工期间，斜槽内的水深一直比较均匀，流量无较大变化，则向槽内倾倒骨料时要注意料量多少的搭配，可一次多些，一次少些。这样多少结合，远近交替，填筑在连接井内的骨料就会平整均匀，而不会出现象小山包一样堆积，影响反滤效果。
第二步：对进水构筑物进行安全有效地封堵。首先将斜槽盖板全部盖上，并处理好斜槽盖板之间的缝隙，用400g/m2无纺土工布填塞密实，无纺土工布是一种较好的反滤材料，能实现“漏水不漏砂”。见。
第三步：在2号连接井与主隧洞交叉处先铺一层1.3m厚的碎石层，再于其上铺0.5m厚的400g/m2无纺土工布，土工布一层1层平铺-直至主隧洞顶部，铺设接近隧沈楼燕：矿山尾矿库排洪系统的“柔性封堵”
洞顶部时，可用带钩的木棍将土工布一层一层桶过去，力求铺设严实。再在土工布外侧敷设一道袋装粗砂，袋子用400g/m2无纺土工布缝制，规格0.4X0.6m2，装入粗砂的量以一个劳动力能扛起作业为宜，设计建议装入尾砂量为25kg/袋，封堵空隙处可用小袋粗砂填塞。袋装粗砂层外再敷设一道袋装碎石。布袋材料、规格同前。最后在碎石层外人工堆填块石，块石外坡14.2孔隙率小于30%，这样形成了第二道良好反滤层，见中1一1剖面。施工人员可以安全地从主隧洞退出。
排水斜槽盖板封堵示意图以上2道反滤层既各司其职又相辅相成。第一道反滤层将粗粒尾砂挡住，同时对高落差（约20m）产生的高速水流起到消能作用；第二道反滤层将细颗粒尾砂挡住，避免尾砂中的细颗粒外泄污染下游环境。第一道反滤层是第二道反滤层的屏障，第二道反滤层是第一道反滤层的保护。即使第一道反滤层失效，第二道反滤层仍然可以起到防止跑浑和堵漏的作用。随着时间推移，2个连接井内的尾砂沉积厚度日益加，固结度越来越高，透水性越来越差，则封堵效果越来越好，可谓渐入佳境。
2.3封堵材料质量要求0mm，含泥量小于5%坚固性小于10%；量小于5%，坚固性小于10%；0mm，撕破强力>290N顶破强力>1500N纵横向狭条拉伸强度>510N/5cm. 2.材料用量无纺土工布：1420m2.从上述材料用量可以看出，该“柔性封堵‘工程造价不高，自1999年9月实施迄今，一直运行良好，封堵效果十分理想。
3结语（1）国内大部分矿山的尾矿坝多采用尾砂水力冲填成坝，随着筑坝高度的日益高，其排洪系统的安全封堵成功与否直接影响尾矿库和下游人民生命财产的安危。笔者提出并实施的“柔性封堵”方法，充分利用了水力反滤原理，实现“漏水不漏砂”，既安全可靠，又经济合理，实施简便，优于传统的“刚性封堵‘方法。
但要求施工人员必须认真、细致、耐心地做好每一道反滤层，施工质量的好坏直接影响并决定“柔性封堵”的效果。笔者建议所有类似封堵工程必须聘请工程监理人员严把质量关。
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