馬糞溝尾礦庫(kù)運(yùn)行后期排滲設(shè)施改建技術(shù)研究與實(shí)踐

席江偉 陳麗媛 薛 強(qiáng) 劉 碩

（河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司廟溝鐵礦）

河鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司廟溝鐵礦馬糞溝尾礦庫(kù)位于秦皇島市青龍滿族自治縣祖山鎮(zhèn)柏樹村境內(nèi)，尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)初期壩采用透水堆石壩，壩底標(biāo)高472.0 m，壩頂標(biāo)高505.0 m，初期壩壩高33 m，堆積壩采用上游式筑壩法，最終堆積標(biāo)高600.0 m，堆積壩高95 m，總壩高128 m，總庫(kù)容2 210.5萬(wàn)m3，為二等庫(kù)，服務(wù)年限約28 a。

對(duì)于尾礦壩而言，其穩(wěn)定性取決于沉積灘面的顆粒組成及其固結(jié)程度，而沉積灘面的固結(jié)程度又與浸潤(rùn)線密切相關(guān)，這是因?yàn)榻?rùn)線長(zhǎng)期處于過高狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致壩面及壩前出現(xiàn)沼澤化、管涌或流土等現(xiàn)象［1-12］。因此，馬糞溝尾礦庫(kù)設(shè)置排滲設(shè)施非常重要。

1 垂直水平聯(lián)合自流排滲設(shè)施優(yōu)缺點(diǎn)分析

垂直水平聯(lián)合自流排滲主要包括輻射井排滲及槽孔管排滲。輻射井適用于各種地形，采用面狀截水方式，攔排范圍大，排滲效果好，并能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定滲流，但施工工藝復(fù)雜，初期建設(shè)費(fèi)用高，后期維護(hù)管理方便。槽孔管排滲最顯著的特點(diǎn)是布置范圍決定了降水范圍，埋置深度基本為降水深度，并且能夠穿透礦泥夾層，改變壩體垂直方向的滲透性。治理過程中預(yù)計(jì)浸潤(rùn)線的降深位置即雙向槽孔管鋪設(shè)位置，一旦按設(shè)計(jì)角度確定，排滲效果立竿見影，可長(zhǎng)期保證穩(wěn)定滲流，且不需日常維護(hù)。

2 輻射井排滲及槽孔管弧形排滲參數(shù)計(jì)算

根據(jù)地震性能評(píng)估報(bào)告，對(duì)尾礦壩的滲流和地震穩(wěn)定性分析結(jié)果，該尾礦壩到使用后期（即尾礦堆積壩高程達(dá)到560 m以后），壩體內(nèi)浸潤(rùn)線抬高、地震液化區(qū)范圍從庫(kù)內(nèi)水邊上附近灘面波及壩頂至外壩坡，威脅到壩體動(dòng)力安全，為此設(shè)計(jì)在尾礦壩使用后期的555 m高程布設(shè)輻射井式排滲設(shè)施，施工圖屆時(shí)根據(jù)施工設(shè)備情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)尾礦庫(kù)各項(xiàng)排滲設(shè)施優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合業(yè)內(nèi)施工經(jīng)驗(yàn)，礦山開展了原設(shè)計(jì)修建5座輻射井和2排槽孔管弧形排滲的方案對(duì)比研究。

2.1 原設(shè)計(jì)輻射井出水量計(jì)算

根據(jù)《供水水文地質(zhì)手冊(cè)》，經(jīng)計(jì)算，第一排輻射管出水量為77.8 m3/h，第二排輻射管出水量為15.3 m3/h，合計(jì)為93.1 m3/h。

2.2 槽孔管弧形排滲出水量計(jì)算

根據(jù)阿拉文·努明諾夫的河床水平暗渠流量計(jì)算公式，1根濾水段長(zhǎng)為95 m的弧形管出水量為9.26 m3/h，34根弧形管出水量合計(jì)為314.84 m3/h；水平排滲盲溝長(zhǎng)度為704 m，則標(biāo)高570 m排滲盲溝出水量為187.6 m3/h。

2.3 2種排滲設(shè)施出水量比較

（1）理論計(jì)算出水量結(jié)果比較。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，1眼輻射井出水量為93.1 m3/h，5眼輻射井出水量共計(jì)465.5 m3/h；弧形管間距16 m條件下，1根濾水段長(zhǎng)為95 m的弧形管出水量為9.26 m3/h，34根弧形管出水量共計(jì)314.84 m3/h，34根弧形管及水平排滲盲溝出水量共計(jì)502.44 m3/h。本工程弧形管排滲及排滲盲溝方案出水量大于輻射井方案出水量。

（2）類似工程出水量比較。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，由于每個(gè)尾礦庫(kù)尾砂賦存情況不同，尾礦壩排滲問題存在很大的不確定性，理論計(jì)算成果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)往往存在較大的差別。

據(jù)實(shí)測(cè)，承德永輝礦業(yè)集團(tuán)有限公司一選廠狐圖溝尾礦庫(kù)1眼輻射井出水量為56.68 m3/h，首鋼礦業(yè)公司水廠鐵礦新水村尾礦庫(kù)（尾礦粒度-200目約40%）主壩1眼輻射井排滲出水量為90 m3/h；鞍鋼弓長(zhǎng)嶺礦業(yè)公司前峪尾礦壩（尾礦粒度-200目約70%）采用弧形管排滲，一期工程1根長(zhǎng)度為140 m排滲管平均滲水量為8.41 m3/h；二期工程1根長(zhǎng)度為140 m排滲管平均滲水量為8.94 m3/h。

馬糞溝尾礦庫(kù)尾礦粒度與弓長(zhǎng)嶺尾礦庫(kù)尾礦粒度較接近，因此，參考弓長(zhǎng)嶺前峪尾礦庫(kù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算馬糞溝尾礦庫(kù)34根弧形管及水平排滲盲溝出水量為428.91～455.94 m3/h，與5眼輻射井出水量相當(dāng)。

通過理論計(jì)算及類似工程對(duì)比，布設(shè)排滲設(shè)施之前，標(biāo)高555 m平臺(tái)浸潤(rùn)線埋深8 m，布設(shè)弧形管排滲設(shè)施后，弧形排滲管影響范圍半徑約11 m，浸潤(rùn)線最小埋深10 m，該平臺(tái)處控制浸潤(rùn)線埋深為8.5 m，因此，設(shè)置弧形管排滲可滿足要求。34根槽孔管弧形排滲及水平排滲盲溝出水量大于5眼輻射井出水量，弧形排滲管及水平排滲盲溝代替輻射井方案是可行的。

3 槽孔管弧形排滲設(shè)施實(shí)施過程

本次改建設(shè)計(jì)采用槽孔管弧形排滲替代輻射井排滲，同時(shí)在尾礦壩標(biāo)高570 m預(yù)埋一道水平排滲設(shè)施，以降低后期尾礦壩浸潤(rùn)線。槽孔管弧形排滲實(shí)施示意見圖1，1月14日浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖2。

從圖1、圖2可以看出，通過槽孔管弧線段長(zhǎng)度、角度控制及導(dǎo)水管的施工，實(shí)現(xiàn)了馬糞溝尾礦庫(kù)535～560 m標(biāo)高34根槽孔管弧形排滲，555 m平臺(tái)浸潤(rùn)線觀測(cè)埋深15 m左右，遠(yuǎn)低于控制浸潤(rùn)線埋深8.5 m。

4 結(jié)論

與原設(shè)計(jì)方案比較，馬糞溝尾礦庫(kù)排滲設(shè)施改建節(jié)約投資431萬(wàn)元，且排滲設(shè)施運(yùn)行效果良好，壩體浸潤(rùn)線高度得到了更好的控制，所有點(diǎn)位15 m深觀測(cè)孔無(wú)水，確保了尾礦庫(kù)本質(zhì)安全，實(shí)現(xiàn)了礦山可持續(xù)發(fā)展。