平地型干式堆存尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)置

〔摘 要〕對(duì)常規(guī)平地型干式堆存尾礦庫(kù)的排洪系統(tǒng)進(jìn)行了分析，認(rèn)為平地型防滲干式堆存尾礦庫(kù)傳統(tǒng)的排洪系統(tǒng)存在HDPE土工膜與混凝土結(jié)構(gòu)連接不牢固、排水管易斷裂坍塌等問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，提出了一種創(chuàng)新的平地型防滲干式堆存尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)設(shè)置方式，通過(guò)引入透水堆石壩段和污水溢流管，使尾礦庫(kù)防滲結(jié)構(gòu)層保持完整，降低了污染擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)，提高了尾礦庫(kù)的防洪安全穩(wěn)定性能。

〔關(guān)鍵詞〕尾礦庫(kù)；干式堆存；防滲；排洪系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TD926.4" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B" 文章編號(hào)：1004-4345（2024）05-0058-04

Innovative Design of Flood Drainage System for Flat Impermeable Dry-stacked Tailings Ponds

JIN Zhibin， LIU Hanhe， WANG Haichao

（China Nerin Engineering Co.，Ltd.， Nanchang，Jiangxi 330038，China）

Abstract" Ｔhe flood drainage system of a conventional flat dry-stacked tailings pond is analyzed， and it is concluded that the system has problems such as HDPE geomembrane is not firmly connected to the concrete structure， and the drainage pipe is prone to fracture and collapse. In order to solve these problems， an innovative design of flood drainage system for flat impermeable dry-stacked tailings pond is proposed， which keeps the impermeable structural layer of tailings pond intact through the introduction of permeable rockfill dam and overflow pipe， reduces the risk of pollution diffusion， and improves the stable performance of the tailings pond in terms of flood protection and safety.

Keywords" tailings pond; dry-stacked; impermeable; flood drainage system

1" "研究背景

尾礦庫(kù)是金屬、非金屬礦山在進(jìn)行礦石選別后用于貯存尾礦的場(chǎng)所[1]，一般由初期壩、堆積壩、排洪系統(tǒng)等安全設(shè)施組成。其中，排洪系統(tǒng)是尾礦庫(kù)安全設(shè)施的重要組成部分，是尾礦庫(kù)安全的重要決定性因素之一。其設(shè)置方式的合理性直接關(guān)系到尾礦庫(kù)的防洪安全、環(huán)保性能以及尾礦庫(kù)的安全穩(wěn)定與工程投資[2]。

近年來(lái)，隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，國(guó)家對(duì)尾礦庫(kù)的防滲要求也越來(lái)越高。水平防滲是一種高效且經(jīng)濟(jì)的防滲技術(shù)，它通過(guò)在尾礦庫(kù)內(nèi)部鋪設(shè)防滲材料，如高密度聚乙烯（HDPE）膜、膨潤(rùn)土防水毯等，形成一道連續(xù)的、不透水的水平防滲層，以有效阻止尾礦庫(kù)中液體向下和周邊滲透。這種技術(shù)具有施工簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)、防滲效果好等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各類尾礦庫(kù)、垃圾填埋場(chǎng)、污水處理廠等需要防滲處理的工程中。水平防滲能有效防止周邊水體和土壤污染，減少水資源浪費(fèi)，是實(shí)現(xiàn)礦山綠色開(kāi)發(fā)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)手段。

根據(jù)入庫(kù)尾礦的濃度（或含水量），尾礦庫(kù)通?？煞譃楦墒蕉汛嫖驳V庫(kù)和濕排尾礦庫(kù)。根據(jù)地形條件，尾礦庫(kù)可分為山谷型、山坡型（也稱傍山型）和平地型3種類型[3]；或山谷型、傍山型、平地型、截河型和凹地型5種類型[4]。在工程實(shí)踐中，通常按尾礦壩的筑壩方式將濕排尾礦庫(kù)分為上游式、中線式、下游式以及一次建壩尾礦庫(kù)；而將干式堆存尾礦庫(kù)分為庫(kù)前式、庫(kù)周式、庫(kù)中式和庫(kù)尾式。本文擬針對(duì)平地型干式堆存尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)水平防滲設(shè)置過(guò)程進(jìn)行研究，對(duì)實(shí)踐過(guò)程中遇到的具體問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出一種創(chuàng)新設(shè)置方式。

2" "干式堆存尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)類型分析

尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)的主要功能是控制匯水面積內(nèi)的洪水，防止因洪水導(dǎo)致潰壩事故，有時(shí)也兼具回水作用。尾礦庫(kù)的排洪系統(tǒng)主要由進(jìn)水構(gòu)筑物、泄水構(gòu)筑物和消能設(shè)施組成。進(jìn)水構(gòu)筑物常見(jiàn)的有排水豎井和排水斜槽等，泄水構(gòu)筑物則包括涵管（涵洞）、排水隧洞、溢洪道等。

尾礦庫(kù)的排洪方式及布置需綜合考慮地形、地質(zhì)條件、洪水總量、調(diào)洪能力、尾礦性質(zhì)、回水方式及水質(zhì)要求、操作條件與使用年限等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。排洪系統(tǒng)類型多樣，包括斜槽—管（或隧洞）排洪系統(tǒng)、排水井—管（或隧洞）排洪系統(tǒng)、溢洪道排洪系統(tǒng)、截洪壩—管（或隧洞）排洪系統(tǒng)、截洪溝排洪系統(tǒng)、浮船式排洪系統(tǒng)以及溢洪管排洪系統(tǒng)等[4-6]。

根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范，干式堆存尾礦庫(kù)宜根據(jù)堆存方式在周邊設(shè)置攔、截排洪設(shè)施，位置需根據(jù)整個(gè)服務(wù)期的需求綜合確定。當(dāng)設(shè)計(jì)的尾礦最終堆積高度超過(guò)60 m時(shí)，應(yīng)增設(shè)中間截洪溝；若上游匯水面積較大且地形合適，應(yīng)設(shè)截排洪設(shè)施。干式尾礦庫(kù)庫(kù)內(nèi)排洪系統(tǒng)應(yīng)按濕排尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)。各種干式堆存尾礦庫(kù)的筑壩形式及適用條件見(jiàn)表1。

1）庫(kù)前式尾礦庫(kù)在庫(kù)前建設(shè)初期壩，庫(kù)內(nèi)設(shè)置排洪系統(tǒng)。排礦推進(jìn)時(shí)，頂面坡度坡向排洪系統(tǒng)。庫(kù)區(qū)排水、筑壩等執(zhí)行濕排上游法筑壩的有關(guān)規(guī)定，庫(kù)內(nèi)排洪系統(tǒng)按濕排尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)，一般采用斜槽—管（或隧洞）排洪系統(tǒng)、排水井—管（或隧洞）排洪系統(tǒng)。這種排礦方式庫(kù)內(nèi)不蓄水。

2）庫(kù)周式尾礦庫(kù)在庫(kù)周建設(shè)攔擋壩，庫(kù)內(nèi)設(shè)置排洪系統(tǒng)。排礦時(shí)，頂面坡度坡向排洪系統(tǒng)。庫(kù)內(nèi)坡面的雨水（含洪水）由庫(kù)中心的排洪設(shè)施排出庫(kù)外，一般采用排水井—管（或隧洞）排洪系統(tǒng)。這種排礦方式庫(kù)內(nèi)不蓄水。

3）庫(kù)中式尾礦庫(kù)在庫(kù)區(qū)尾部設(shè)排洪設(shè)施。用于山谷型尾礦庫(kù)時(shí)，一般采用斜槽—管（或隧洞）排洪系統(tǒng)、排水井—管（或隧洞）排洪系統(tǒng)；用于平地型或傍山型尾礦庫(kù)時(shí)，可采用在攔擋壩前設(shè)排水井、管或其他排洪設(shè)施。這種排礦方式庫(kù)內(nèi)不蓄水。

4）庫(kù)尾式尾礦庫(kù)在庫(kù)前建攔擋壩，在攔擋壩前設(shè)排水井（管）或其他排洪設(shè)施; 當(dāng)庫(kù)區(qū)面積較大時(shí)，應(yīng)在尾礦堆積區(qū)設(shè)臨時(shí)排水溝，將水排入兩側(cè)截洪溝，并在尾礦堆積體最終的下游坡面設(shè)永久性縱橫向截排水溝。

由表1可以看出，本文研究的傳統(tǒng)平地型防滲干式堆存尾礦庫(kù)一般可采用庫(kù)周排放堆存工藝和庫(kù)中排放堆存工藝兩種堆存工藝。通常采用的庫(kù)周式傳統(tǒng)平地型尾礦的堆存工藝和排洪系統(tǒng)設(shè)置見(jiàn)圖1。

3" "防滲型尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)存在的問(wèn)題

近年來(lái)，國(guó)家對(duì)尾礦庫(kù)的防滲要求越來(lái)越高，越來(lái)越多的尾礦庫(kù)開(kāi)始采用水平防滲技術(shù)。

根據(jù)尾礦的屬性類別（如第Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物、第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物或危險(xiǎn)廢物），尾礦庫(kù)防滲設(shè)施的設(shè)計(jì)和建設(shè)應(yīng)符合相應(yīng)的污染控制標(biāo)準(zhǔn)。例如，第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物的尾礦庫(kù)防滲層性能應(yīng)達(dá)到或超過(guò)滲透系數(shù)為1.0×10-7 cm/s、厚度不小于1.5 m的黏土層的防滲性能。然而，在實(shí)際工程中，天然基礎(chǔ)層能同時(shí)滿足滲透系數(shù)不大于1.0×10-7 cm/s和厚度不小于1.5 m的情況較難遇到，此時(shí)通常會(huì)采用以HDPE土工膜為主要防滲材料的水平防滲方式[7]。

雖然上節(jié)中所論述的排洪系統(tǒng)設(shè)置同樣適用于防滲型干式堆存尾礦庫(kù)，但防滲型尾礦庫(kù)的排洪系統(tǒng)設(shè)置不僅需要關(guān)注防洪安全，還涉及環(huán)保問(wèn)題。目前，除庫(kù)尾排礦的尾礦庫(kù)外，大部分防滲型干式堆存尾礦庫(kù)庫(kù)內(nèi)排洪系統(tǒng)采用的是傳統(tǒng)的斜槽—管（或隧洞）排洪系統(tǒng)、排水井—管（或隧洞）排洪系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都存在HDPE土工膜與混凝土結(jié)構(gòu)連接的問(wèn)題。盡管有設(shè)計(jì)者對(duì)此連接方式進(jìn)行了改進(jìn)[8]，但由于HDPE膜和混凝土材料性質(zhì)的差異，連接不牢固的隱患依然存在。

另外，如前所述，傳統(tǒng)的平地型防滲干式堆存尾礦庫(kù)通常采用庫(kù)周排放堆存工藝和庫(kù)中排放堆存工藝。這兩種工藝都存在明顯的缺陷。庫(kù)中排放堆存工藝由于邊坡一直在變動(dòng)，無(wú)法進(jìn)行有效地清污分流覆蓋，且污水容易從四周外溢，存在較大的污水外滲環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。而庫(kù)周排放堆存工藝則需要進(jìn)行排水井穿過(guò)HDPE膜的接口處理，這容易破壞HDPE膜的整體性，使防滲層與排水豎井之間的連接成為尾礦庫(kù)的薄弱環(huán)節(jié)，增加污染物外散的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，排水管投資較高，且上部尾礦堆體荷載較大，容易發(fā)生斷裂、坍塌等事故，搶險(xiǎn)治理困難。

4" "平地型防滲干式堆存尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)置

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種創(chuàng)新的平地型防滲干式堆存尾礦庫(kù)尾礦堆存工藝和排洪系統(tǒng)設(shè)置方式。即在尾礦庫(kù)四面修筑攔擋壩（堤），其中一面攔擋壩（堤）下游為防洪污水調(diào)節(jié)池（庫(kù)）。該面攔擋壩（堤）的局部區(qū)段為透水堆石壩段，堆石壩內(nèi)埋設(shè)有不同高度的污水溢流管。尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)和攔擋壩（堤）內(nèi)側(cè)鋪設(shè)以HDPE土工膜為主要防滲材料的防滲層，其中透水堆石壩段的防滲層、庫(kù)區(qū)防滲層和防洪污水調(diào)節(jié)池（庫(kù)）防滲層為整體鋪設(shè)。尾礦排放時(shí)采用庫(kù)周式堆存方式，庫(kù)內(nèi)污水從設(shè)有污水溢流管的一面溢流至防洪污水調(diào)節(jié)池（庫(kù)）。創(chuàng)新設(shè)置如圖2所示。

污水溢流管作為尾礦庫(kù)的污水排泄通道，負(fù)責(zé)將庫(kù)內(nèi)雨洪水產(chǎn)生的污水排泄至與尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)相連接的防洪污水調(diào)節(jié)池（庫(kù)）。防洪污水調(diào)節(jié)池（庫(kù)）的容積以容納尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)面積匯流的一次設(shè)計(jì)頻率洪水為準(zhǔn)，因其容積較大，一般采用鋪設(shè)HDPE膜為主要防滲材料的水平防滲結(jié)構(gòu)層的土工結(jié)構(gòu)。

為保持防滲層的完整性，下游為防洪污水調(diào)節(jié)池（庫(kù)）的一面攔擋壩（堤）的局部區(qū)域設(shè)置透水堆石壩段。該段防滲層與庫(kù)區(qū)防滲層和防洪污水調(diào)節(jié)池（庫(kù)）防滲層整體鋪設(shè)。透水堆石壩段區(qū)域的上部壩（堤）體修筑于鋪設(shè)好的防滲層之上，并在其上游以及與防滲層之間設(shè)置反濾層。透水堆石壩內(nèi)埋設(shè)有多排不同高度的HDPE污水溢流管，庫(kù)內(nèi)雨洪水產(chǎn)生的污水可通過(guò)在這些HDPE排水管進(jìn)行排泄。同時(shí)，保持HDPE管進(jìn)口高程高于尾礦堆存面，以便降水量小時(shí)，僅通過(guò)堆石壩上游的反濾層進(jìn)行過(guò)濾排水，降雨量大時(shí)才通過(guò)HDPE管排出洪水以及庫(kù)內(nèi)來(lái)不及滲出的污水。當(dāng)洪水量較大時(shí)，還可降低透水堆石壩壩頂高程以形成溢洪道。

隨著尾礦堆體的排放堆高，需保持溢流的HDPE管進(jìn)口高程高于尾礦堆存面，并將下部低于尾礦堆存面的HDPE管進(jìn)行封堵。這種排放堆存工藝和排污系統(tǒng)可避免雨水積蓄在庫(kù)內(nèi)影響尾礦的排水固結(jié)和穩(wěn)定，有利于確保尾礦庫(kù)的防洪安全穩(wěn)定，降低污水外滲的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，該設(shè)置方式能夠保持尾礦庫(kù)防滲結(jié)構(gòu)層的整體性，避免或減輕污染擴(kuò)散；工程造價(jià)也相對(duì)較低；解決了平地型防滲干式尾礦庫(kù)防洪排污與環(huán)保高要求之間的矛盾。通過(guò)該設(shè)置方式，企業(yè)可節(jié)省投資，降低環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。在排洪過(guò)程中，超過(guò)設(shè)計(jì)頻率的洪水不進(jìn)入防洪污水調(diào)節(jié)池（庫(kù)），而是通過(guò)排洪管道上的三通開(kāi)關(guān)直接排出[9]，避免調(diào)節(jié)池（庫(kù)）內(nèi)污水稀釋排放，從而進(jìn)一步減少對(duì)環(huán)境的潛在污染。

5" "結(jié)語(yǔ)

隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，尾礦庫(kù)的防滲和排洪問(wèn)題愈發(fā)凸顯。傳統(tǒng)的平地型防滲干式堆存尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)存在諸多不足，如HDPE土工膜與混凝土結(jié)構(gòu)連接不牢固、排水管易斷裂坍塌等。本文提出的創(chuàng)新設(shè)置方式，通過(guò)引入透水堆石壩段和污水溢流管，有效解決了這些問(wèn)題。該設(shè)置方式不僅保持了尾礦庫(kù)防滲結(jié)構(gòu)層的整體性，降低了污染擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)，還通過(guò)優(yōu)化排洪系統(tǒng)，提高了尾礦庫(kù)的防洪安全穩(wěn)定性能。此外，該方式還具有工程造價(jià)低、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，為尾礦庫(kù)的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供了新的思路。它不僅滿足了尾礦庫(kù)防洪和環(huán)保的高要求，還為企業(yè)節(jié)省了投資，降低了環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

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