淺談尾礦壩筑壩方式

田園 張軍宇

摘 要：尾礦是一種特殊的巖土結(jié)構(gòu)體，同時(shí)也隱含著巨大的危險(xiǎn)，尾礦壩一旦失事，將會(huì)給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大的損失。不同的筑壩方式對尾礦壩安全穩(wěn)定性的影響也不同，為了保障尾礦壩在使用周期內(nèi)的安全，研究尾礦壩的筑壩方式對安全穩(wěn)定的影響具有重要意義。

關(guān)鍵詞：尾礦壩；事故；筑壩方式

尾礦是礦業(yè)生產(chǎn)中的一種特殊的人工棄料，尾礦壩是用來堆積尾礦的場所，是一種特殊的巖石結(jié)構(gòu)體。尾礦主要由篩選后的巖石細(xì)小顆粒組成，一般呈細(xì)粉砂土狀。我國是一個(gè)礦業(yè)大國，目前全國在建和已建的尾礦庫一萬多座，曾發(fā)生過多起尾礦庫事故，對人民的生命財(cái)產(chǎn)都造成了巨大的損失。

1 國內(nèi)外尾礦壩事故分析

上世紀(jì)末，美國大型壩體學(xué)會(huì)（USCOLD）進(jìn)行的一次全美尾礦壩事故調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明：1965年至1995年是美國事故的高發(fā)期。我國尚未進(jìn)行過類似的統(tǒng)計(jì)，但USCOLD的調(diào)查結(jié)果對我國尾礦壩仍具有參考價(jià)值。我國的礦業(yè)起步晚，但可以預(yù)測我國可能同樣會(huì)出現(xiàn)一個(gè)尾礦庫事故高發(fā)期，我們應(yīng)該重視美國的前車之鑒，重視尾礦壩安全問題。不同尾礦壩的壩型造成的事故數(shù)不同，其中，上游法筑壩發(fā)生事故數(shù)量最高，下游法及中線法相對較低。由此可知，筑壩的壩型對尾礦壩的安全尤為重要。因此，有必要研究不同筑壩方法對尾礦壩的影響。

2 不同筑壩方式研究

尾礦堆積壩是尾礦庫中最重要的構(gòu)筑物。尾礦壩根據(jù)壩頂軸線和初期母壩的相對位置，可按照筑壩方式可分為：上游式堆壩方法、中線式堆壩方法、下游式堆壩方法、高濃度尾礦堆積法和水庫式尾礦堆積法等多種型式[ 1 ]。根據(jù)地形條件的不同，尾礦庫可以分為三種類型[ 2 ]：山谷型尾礦庫；傍山型尾礦庫；平地型尾礦庫。

2.1 上游式堆壩方法

在我國，大多數(shù)有色金屬礦山的尾礦庫都是采用上游法筑壩的。該方法筑壩工藝比較簡單，首先選取庫區(qū)內(nèi)粗粒尾砂在沉積干灘面上堆筑高度為1～3m的子壩，然后將放礦支管置于子壩上進(jìn)行分散放礦直到尾礦砂與子壩壩面平齊；最后，再堆筑的子壩是在新形成的尾礦干灘面上按設(shè)計(jì)堆壩外坡向內(nèi)移某一距離得到的，后面的子壩按照如此規(guī)律一層層往上堆筑。

2.2 下游式堆壩法

下游式堆壩法是在初期壩的基礎(chǔ)上中心線向下游方向移動(dòng)及升高來堆筑后期壩的方法。大型尾礦壩多采用這種方法加高后期壩和擴(kuò)大庫容。筑壩過程中采用水力旋流器將濃度高粗粒尾礦分離出來，并根據(jù)需要設(shè)置排水設(shè)施，因此滲流較為容易進(jìn)行控制。下游式堆壩法的優(yōu)勢在于其具有較好的壩體穩(wěn)定性，在抗震等方面也容易滿足要求[ 9 ]。缺點(diǎn)是需要大量的粗粒型尾礦砂來進(jìn)行筑壩，尤其在建設(shè)初期，粗粒尾礦缺乏的問題更為明顯。只能通過廢棄石料等材料來填補(bǔ)粗粒尾礦砂的不足或高筑初期壩。

2.3 中線式堆壩法

中線式筑壩方法是介于上游式筑壩和下游式筑壩之間的一種方法。它指的是以壩軸線為基礎(chǔ)，垂直提升壩體高度，采用水力旋流器分類取得沉砂，溢流尾礦分別堆放從而形成粗尾礦堆積棱體以及細(xì)尾礦堆積棱體兩種壩的組合壩型。中線式堆壩法穩(wěn)定性好，填筑高壩多采用這種壩型。

此種尾礦壩的的特點(diǎn)是壩中心線與初期壩軸線一致，筑壩時(shí)粗粒尾礦用量大為減少，并且在短期內(nèi)可形成一定庫容。上游壩體的表面以及內(nèi)坡面在加高壩高時(shí)應(yīng)保持相應(yīng)的坡度，方可保證后期穩(wěn)定性。

中線式筑壩法以及下游筑壩法都具有較強(qiáng)的壩體穩(wěn)定，且壩體上升速度快，相對而言，中線式筑壩法耗費(fèi)材料較少，筑壩費(fèi)用相對較低。

和下游筑壩法相比，中線式筑壩法同樣具有壩體升高速度快，穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。由于中線式堆壩法壩體的滲透性能高，浸潤線低，壩體力學(xué)強(qiáng)度高，因此壩體的穩(wěn)定性較高，高壩堆建時(shí)常采用此種方法。

2.4 高濃度尾礦堆積法（圓錐法）

一種新的濃縮尾礦堆疊法在21世紀(jì)后逐漸在西方興起，這種方法是將尾礦漿料濃度提高至50%以上，采用砂泵運(yùn)送至尾礦堆積場的預(yù)定部位。高濃度尾礦一般為漿狀或膏狀，在排放口容易形成錐形堆積體，礦漿的物理性質(zhì)決定了壩體的坡度。國外一些礦山采用該法的其沉積體坡度為6%左右，形成的尾礦堆場類似于干渣堆場。為了便于收集尾礦的離析水及少量的細(xì)粒狀礦泥，在堆積區(qū)域下游需構(gòu)建用于沉積尾礦水的沉積池，沉積池沉積后的清水可以重復(fù)利用。對于平地或丘陵地區(qū)常采用這種方式。

目前，高濃度堆壩在中國仍處于研究階段。礦漿濃縮及高濃漿體輸送是應(yīng)用這種方法的難點(diǎn)，需進(jìn)一步研究。

2.5 水庫式尾礦堆積法（尾礦擋水壩）

水庫式尾礦堆積法不需要尾礦筑壩，而是采用非尾礦材料來填筑大壩。采用這種方式的尾礦庫和普通水庫的工作條件基本相同，但壩前水位的變化較小，尾礦時(shí)是逐步堆積形成的。

水庫式尾礦庫庫容較小，其攔擋壩一般用當(dāng)?shù)赝潦匣驈U石建成，投資成本較高，因此，當(dāng)尾礦顆粒較細(xì)時(shí)不宜采用此種方法。

3 結(jié)論

由以上幾種筑壩方式可知，各種壩型各有優(yōu)缺點(diǎn)。從填筑壩體成本來看，上游法成本最低，但由于我國處于地震多發(fā)區(qū)域，其抗震性能差，并不適用強(qiáng)震地區(qū)修筑大型高堆尾礦壩。上游法筑壩排放要求進(jìn)行周邊排放，須充分控制沉積灘，其蓄水能力較小，不適合大量蓄水。

從抗震穩(wěn)定性來看，下游法最好，但其造價(jià)較高，一般只在特殊條件下采用此法。對于中線法而言，其筑壩成本及抗震性均介于上游法及下游之間，綜合性較強(qiáng)，是最能滿足當(dāng)前礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的較為經(jīng)濟(jì)安全的筑壩方式。從可持續(xù)發(fā)展觀點(diǎn)出發(fā)，我國礦山企業(yè)應(yīng)該逐步放棄上游法堆壩工藝而采用安全穩(wěn)定性更好的中線法或者下游法等筑壩方式。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國建設(shè)部.選礦廠尾礦庫設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范（ZBJ1-90）[S]，1990.

[2] “中國有色金屬尾礦庫概論”編輯委員會(huì).中國有色金屬尾礦庫概論[R].中國有色金屬工業(yè)總公司，1992.

[3] 阮懋昭，涂全興，朱文俊.山坡尾礦庫水力旋流器下游式筑壩[J].化工礦物與加工.1983.02：17-19.

基金項(xiàng)目：楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究基金項(xiàng)目尾礦料固結(jié)特性及其尾礦壩穩(wěn)定性研究 （項(xiàng)目編號A2015041）

作者簡介：田園（1986-），女，漢族，碩士研究生，講師，研究方向：水利水電工程。