尾礦庫加高擴(kuò)容新技術(shù)

——中線法筑壩工藝第一節(jié)中線式筑壩加高擴(kuò)容工藝的背景技術(shù)上游式筑壩法廣為應(yīng)用的緣由我國的礦山企業(yè)多數(shù)建于建國后六、七十年月。由于當(dāng)時(shí)的歷史背景，使礦山建設(shè)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)施裝備大都承襲前蘇聯(lián)二戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)恢復(fù)設(shè)方面，幾乎絕大多數(shù)黑色和有色的礦山尾礦庫簡(jiǎn)潔、操作簡(jiǎn)潔、且治理便利，但缺乏之處是占地面積大，而庫容量相對(duì)較小，由于這種方法所筑成的壩體浸潤(rùn)線較高，壩體穩(wěn)定性差，特別在地震地區(qū)不宜筑高壩。上游式筑壩在我國得以長(zhǎng)期沿襲使用的另一個(gè)重要緣由是，在打算經(jīng)濟(jì)體制下，土地并沒有被建尾礦庫所需的巨額資金也由國家劃撥，因此作為生產(chǎn)單位無需為此而犯難發(fā)愁，設(shè)計(jì)單位也根本囿于在傳統(tǒng)的老套路中改進(jìn)和積存，而缺乏制造和更。上游式筑壩的壩體構(gòu)造分析〔1〕上游式筑壩是朝初期壩上游方向，向庫內(nèi)均勻放礦沖填〔如圖7-壩方式，形成了尾礦積存壩體特有的沉積規(guī)律。沿壩體縱向軸線方向不同剖面上尾礦沉積粒度分布規(guī)律不同，宏觀上，從排礦口至上游水域間的尾礦沉積灘面上的尾礦大致分為尾中砂尾粉砂和尾礦泥層。由上層到下層，層與層間呈7-1上游式筑壩工藝在尾礦沉積過程中，沿水流方向還形成傾向水域的很多微細(xì)層理。同時(shí)，由于非均衡性放礦的影響，以及礦漿濃度變化，礦漿量變化而增加了尾礦沉積規(guī)律的簡(jiǎn)潔性

距放礦口遠(yuǎn)近不同，沉積的速度，沉積的粒度各有差異。致使呈現(xiàn)出大層中夾有一些粒度等級(jí)不同的簿夾層及互層，其中的夾層、互層厚度小者1~2mm1m在尾礦砂層中的尾礦土夾層，往往是局部隔因此，多為尾礦砂層中的透鏡體軟夾層。由于尾礦積存壩體沉積構(gòu)造簡(jiǎn)潔，粒度變化和密實(shí)度都對(duì)滲透性有較大的影響，而廣泛分布的尾礦泥簿層影響特別顯著。概括起來有三方面：①水平方向向上游滲透性的不均勻性。由尾礦積存過程由近及遠(yuǎn)顆粒由粗變細(xì)，依次沉降在灘面上，因此，形成沿浸潤(rùn)線始端至終端尾礦滲透性由小變大的趨勢(shì)。②垂直方向滲透性的不均勻性。宏觀上尾礦積存體由上至下，顆粒由粗變細(xì)，密實(shí)度增加形成上部滲透性優(yōu)于下部滲透性，與均質(zhì)壩比較，③滲透性的各向異性變化。宏觀上看，尾礦積存體的粒度、沉積層次變化是格外簡(jiǎn)潔的，粗細(xì)層間相間交替消滅使得其滲透性呈各向異性大大轉(zhuǎn)變了尾礦積存體的滲透規(guī)律。從滲透系數(shù)數(shù)值上看，礦泥層的存在，對(duì)水平滲透系數(shù)影響不大，但對(duì)垂直滲透系數(shù)的影響相當(dāng)顯著。尾礦泥層對(duì)滲透性的影響。由于礦泥層的存在，使得垂直方向滲流受阻，從而積存體內(nèi)浸潤(rùn)線抬高易沿礦泥層面在滲流出口處發(fā)生流土或管涌，從而危及壩體穩(wěn)定。礦泥層作為隔水層，使得表層浸潤(rùn)線四周地下水活動(dòng)加強(qiáng)，而深層活動(dòng)減弱，并消滅了非飽和狀態(tài)砂層，增加了滲流簡(jiǎn)潔性。礦泥層存在易消滅滲流破壞，如壩坡浸潤(rùn)線出逸，透鏡體表層易發(fā)生流土破壞。由于礦泥層的存在，轉(zhuǎn)變了積存體的滲透性能，且由于其無規(guī)律分布，使得無論水平向還是垂直向滲透分析更為困難。綜上，由于上游式筑壩，礦漿在尾礦灘面自然沉積，構(gòu)成壩體內(nèi)多層次礦泥夾層存在，而形成壩體的水平滲透系數(shù)大于垂直滲透系數(shù)，導(dǎo)致浸潤(rùn)線抬高。為此，在上游式筑壩壩體構(gòu)成中必需在各層面，縱橫向設(shè)置排滲設(shè)施，生產(chǎn)后的尾礦壩要補(bǔ)充的排滲工程設(shè)施更為簡(jiǎn)潔，這已成為上游式筑壩工程不行缺少的重要組成局部。同時(shí)，由于上游式筑壩承受壩上分散放礦，人工筑子壩，池填法筑子壩，推土機(jī)筑子壩等都對(duì)尾礦積存壩體構(gòu)造和滲流穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響〔如圖7-、圖7-3。7-2池填法堆壩示意圖1-尾礦子堤；2-溢流井、管；3-V-沖積層〔由粗到細(xì)；IV〔細(xì)粒溢流；VI7-3推土機(jī)筑壩示意圖123-滲流；4-推土機(jī)鏟土坑充填原礦漿尾礦；5-尾礦澄清水在此根底上尾礦庫尾礦積存高度越高，壩體向庫區(qū)上游推動(dòng)的越遠(yuǎn)，粗粒級(jí)的壩殼距離細(xì)粒級(jí)脆弱礦泥層越近，尤其是庫區(qū)的溝底縱向坡度大時(shí)，距細(xì)粒及礦泥區(qū)更近，假設(shè)用以高堆、多裝，其穩(wěn)定性必定成為問題。特別是承受上游式筑高壩，甚至用上游式筑壩加高擴(kuò)容更需要爭(zhēng)論了。中線式筑壩加高擴(kuò)容工藝的產(chǎn)生改革開放后，企業(yè)進(jìn)入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，大局部礦山企業(yè)都日益面臨一個(gè)難題，即尾礦庫已使用到中后期，有的甚至迫在眉睫。建庫，土地資源已

今非昔比，大面積征地幾乎不行能，而且基建投資款額巨大。那么只剩一條路，即對(duì)老庫進(jìn)展加高擴(kuò)容改造。如前所述，由于現(xiàn)有尾礦庫都承受壩體浸潤(rùn)線高，構(gòu)造強(qiáng)度低，假設(shè)連續(xù)用上游式加高擴(kuò)容，不能筑高壩，因此擴(kuò)容有限，并有壩體不穩(wěn)定的隱患。以通鋼板石溝鐵礦為例。該礦于1969年10600m，總庫容1870m3597m，使用期限僅剩2~31996172514353企業(yè)望洋興嘆。2023老庫上游法加高擴(kuò)容方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果，承受178m3，該11919實(shí)際上，該方案只是將建尾礦庫工程推遲幾年而已，庫從設(shè)計(jì)到建設(shè)周期至少需5~6高工程完成后又要重建庫。因此，上游式加高方案起到的只是緩解作用，無法從根本上解決尾礦的后續(xù)貯存問題。再以漢鋼楊家壩鐵礦為例198621998年，該礦就托付有關(guān)部門作了建尾礦庫的方案6153550建庫方案至今未能付諸實(shí)施。從上述的分析和實(shí)例中不難看出，尾礦的后續(xù)貯存問題，已成為礦山老企業(yè)所必需面臨解決用上游式筑壩，并且已使用到中后期的尾礦庫實(shí)現(xiàn)大幅度擴(kuò)容，并保證壩體安全穩(wěn)定的工藝。工作方法

其次節(jié)中線式筑壩擴(kuò)容工藝原理級(jí)筑壩。利用水力旋流器進(jìn)展尾礦分級(jí)，將所得的中線式筑壩加高擴(kuò)容工藝壩上部，選擇固定的壩軸線，進(jìn)展垂直上升尾礦分

沉砂與溢流向壩外和壩內(nèi)分別堆筑，以此構(gòu)成粗細(xì)兩種尾礦積存成的棱體的組合壩型〔見圖7-。圖7-4 中線法筑壩典型斷面壩體構(gòu)造這種組合壩型構(gòu)造合理，各自擔(dān)當(dāng)?shù)淖饔们宄?，并且充分發(fā)揮了沉砂和溢流尾礦各自的材料的力學(xué)性質(zhì)。分級(jí)的溢流尾礦排放到壩軸線的上游沉積的沉砂尾礦積存在壩軸線的下游。這樣分別堆放，沉砂尾礦自然就成為溢流沉積體的支承體。分級(jí)后的沉砂尾礦中不含尾礦泥和尾粘土類土，所以沉砂尾礦積存體內(nèi)無尾礦泥質(zhì)土夾層。由于分級(jí)后的沉砂尾礦粒徑粗，透水性強(qiáng)，因此具有壩體浸潤(rùn)線低和力學(xué)強(qiáng)度高等特點(diǎn)適于堆筑尾礦高壩。尤其處于地震區(qū)的尾礦高壩。擴(kuò)容原理尾礦庫上，改用中線式筑壩之所以能實(shí)現(xiàn)大幅度擴(kuò)

容，其原理就在于它充分利用了上游式筑壩所沒被利用的堆筑空間和有利地形條件。例如，以一庫區(qū)1025m〔見圖7-5。在一樣終期標(biāo)高條件下，中線式筑壩可增加庫容量1960m2，尾礦沉砂產(chǎn)率56.8%，而上游式筑壩庫容量?jī)H1000m2，相比增加庫容1.96倍。另外，中線式筑壩充分發(fā)揮了尾礦分級(jí)后的尾礦粒度變化而帶來的尾礦物理力學(xué)性能，所構(gòu)成尾礦組合壩體的合理性和穩(wěn)定性加強(qiáng)，因此可以堆筑高壩，而壩越高所形成的庫內(nèi)空間自然就越大。7-5中線式與上游式筑壩庫容比照隨著筑壩壩體上升而庫區(qū)的尾礦澄清水域面積也隨之增大，蓄水量增多、水質(zhì)變好，不僅增大了庫性。第三節(jié)中線式筑壩加高擴(kuò)容工藝主要工程內(nèi)容固定壩軸線確實(shí)定初始的中線式筑壩是以初期壩作為壩軸線線式筑壩加高擴(kuò)容工藝是在上游式筑壩的壩體上重確定壩軸線，以此為中線垂直向上筑壩，將水力旋流器分級(jí)所得的沉砂尾礦和溢流尾礦分別向壩外和壩內(nèi)堆存。固定壩軸線確定的原則應(yīng)是依據(jù)尾礦的粒度組成狀況以及確定的分別粒度使壩內(nèi)和壩外尾礦堆存量平衡而定。分別粒度筑壩生產(chǎn)所承受的粒度界限值，是打算筑壩生產(chǎn)的重要參數(shù)，一般應(yīng)依據(jù)勘察部門或礦方供給的實(shí)際分析資料和筑壩所需的沉砂量來確定。通常是d>0.074mmd>0.05mm。

水力旋流器的選擇水力旋流器依據(jù)需要可以選用國產(chǎn)和國外引進(jìn)兩種。當(dāng)要求沉砂率低于25其特點(diǎn)是較之國外引進(jìn)造價(jià)較低。當(dāng)要求沉砂率高于25%~30%，甚至更高時(shí)，則應(yīng)選用國外旋流器，其沉砂率高，且耐用。選用國外旋流器時(shí)，供貨方依據(jù)我方供給的資料數(shù)據(jù)進(jìn)展模擬試驗(yàn)分析，反響回來較為詳盡的分析資料和選擇建議，從而可保證選型的正確性。依據(jù)尾礦漿量、濃度和尾礦粒徑等參數(shù)計(jì)算選擇旋流器的規(guī)格和臺(tái)數(shù)。水力旋流器成組安裝在鋼制臺(tái)車上，臺(tái)車沿軌道在尾礦灘面上移動(dòng)筑壩。臺(tái)車上除旋流器外尚有礦漿安排頭和閘閥等。壩上管道和穩(wěn)壓裝置水力旋流器分級(jí)移動(dòng)筑壩，要求礦漿管道可接、可拆并移動(dòng)給礦。為了移動(dòng)管道時(shí)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，并提高筑壩速度，應(yīng)將原有鋼管道逐步更換為高密度聚乙稀管道。水力旋流器工作時(shí)需要保持恒定的給礦壓力保證分級(jí)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。置穩(wěn)壓設(shè)施。排滲工程為了保證加高擴(kuò)容工程的安全穩(wěn)定，降低浸潤(rùn)線，依據(jù)科研部門供給的滲流和穩(wěn)定分析報(bào)告需設(shè)置必要的排滲工程。排滲設(shè)施的設(shè)計(jì)和施工都要確保嚴(yán)格、安全、牢靠。沉砂尾礦堆置在壩軸線以外的原有尾礦積存壩外坡上。由于原有尾礦積存體與分級(jí)后沉砂體的物65%~75%，沉砂體內(nèi)含有確定水量，因此，必需設(shè)有較強(qiáng)的排保持尾礦壩體的安全穩(wěn)定。原上游式筑壩外坡鋪有粘土層并形成樹木植被等，亦須做相應(yīng)處理，確保安全無慮。沉砂堆石檔壩沉砂堆石檔壩是在沉砂尾礦積存體坡腳處設(shè)置的堆石壩，用以保護(hù)尾礦沉砂體坡腳的穩(wěn)定，也是沉砂尾礦積存體的排滲濾水體。沉砂堆石檔壩是用塊石堆筑，相應(yīng)的排滲導(dǎo)疏設(shè)施都要考慮。副壩對(duì)山谷型尾礦庫，不管是老庫承受中線式筑壩加高擴(kuò)容或是庫即承受中線式筑壩工藝方案，對(duì)地形條件的要求，一是山體要有足夠的高度；二是豁口處地形條件許可也可用此工藝堆筑副壩，既節(jié)約投資又安全牢靠，同時(shí)還能大量消耗尾砂，更有利擴(kuò)容。排洪系統(tǒng)加高擴(kuò)容的尾礦庫，其原排洪系統(tǒng)未考慮加高后的荷重。加高后其強(qiáng)度能否滿足要求應(yīng)進(jìn)展嚴(yán)格

的驗(yàn)算，不能原封照用。水位觀測(cè)系統(tǒng)為準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)尾礦壩體內(nèi)的浸潤(rùn)線的位置和變化狀況，推斷其滲流穩(wěn)定性，需要安裝水位觀測(cè)系統(tǒng)。將其傳感器的信號(hào)電纜集合到觀測(cè)室內(nèi)。壩體沉降和移位觀測(cè)系統(tǒng)由于原初期壩前沒有設(shè)置沉砂堆石檔壩空間而實(shí)行加高原初期壩擴(kuò)容時(shí)，為檢測(cè)初期堆石壩的穩(wěn)定性，需檢測(cè)其水平位移和垂直沉降，應(yīng)設(shè)置水平位移和垂直沉降觀測(cè)系統(tǒng)。環(huán)保抑塵設(shè)施承受中線式筑壩工藝后，外坡壩面處于動(dòng)態(tài)狀態(tài)，在生產(chǎn)過程中不能進(jìn)展用土壓壩和種植植被，因而增加了裸砂揚(yáng)塵面積干灘面的潮濕面積；削減尾礦干灘面揚(yáng)塵面積；承受噴灌設(shè)備灑水裝置，潤(rùn)濕裸砂面積，水源可取自庫內(nèi)澄清水。實(shí)踐證明，上述措施較為有效。需要進(jìn)展的勘察和試驗(yàn)爭(zhēng)論工作為使中線式筑壩工藝加高擴(kuò)容改造建立在科學(xué)牢靠根底上，必需對(duì)原庫進(jìn)展必要的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘察，弄清原庫的地質(zhì)和水文狀況。為爭(zhēng)論加高擴(kuò)容后壩體的穩(wěn)定狀況爭(zhēng)論部門進(jìn)展?jié)B流和穩(wěn)定性分析的試驗(yàn)爭(zhēng)論工作，為設(shè)計(jì)供給爭(zhēng)論報(bào)告并對(duì)安全穩(wěn)定狀況進(jìn)展評(píng)估。加固技術(shù)中線式筑壩工藝不僅可用于庫設(shè)計(jì)和老庫加壩體滲漏、付壩護(hù)坡、細(xì)粒尾礦堆筑等。中線法筑壩在副壩加高。一般的副壩位置在澄清水壓內(nèi)，有時(shí)副壩或壩基發(fā)生滲漏水或局部壩體發(fā)生變形等病害，處于危急境地。此時(shí)可以承受中線式筑壩加固把接近副壩的澄清水推到較遠(yuǎn)地方。這樣的工程措施是有效的?！踩軒r或稱卡斯特溶洞漏水處理。落水洞發(fā)生后大量尾礦流失，此時(shí)可實(shí)行中線式筑壩隔離，拋石作骨架，用分級(jí)沉砂掩蓋。坡壓重。級(jí)

沉砂補(bǔ)修處理。承受中線式筑壩和旋流器分級(jí)沉砂堵漏，平衡穩(wěn)定處理中是很有效的方法。第四節(jié)中線式筑壩加高擴(kuò)容工藝的實(shí)施及效果擴(kuò)容工藝，從而使接近末期老尾礦庫實(shí)現(xiàn)大幅度擴(kuò)容，在我國尾礦庫筑壩史上是項(xiàng)首創(chuàng)。這個(gè)過程經(jīng)過了十余年的探究和實(shí)踐，并取得了成功的閱歷?，F(xiàn)就幾個(gè)具有典型特點(diǎn)的尾礦庫擴(kuò)容工程作一介紹。太鋼峨口鐵礦是我國較大型的礦山企業(yè)，年處480條件的制約，即全部的山體都格外陡峭，所形成山谷即俗稱的“撅尾巴溝”101992第一尾礦庫作中線式筑壩加高擴(kuò)容試驗(yàn)爭(zhēng)論。峨口的中線式筑壩加高擴(kuò)容，是在原上游式筑壩到達(dá)壩157.5m270m7震區(qū)，其難度很大。為獲得高壩的安全穩(wěn)定以及擴(kuò)其中最主要的起打算作用的兩項(xiàng)：一是動(dòng)、靜力分200m及270m靜力是穩(wěn)定的，動(dòng)力穩(wěn)定雖不滿足安全需求，但只要實(shí)行降低壩體浸潤(rùn)線措施，就能滿足設(shè)計(jì)安全穩(wěn)定需求；二是尾礦分級(jí)粒度試驗(yàn)。尾礦中是否含有足夠量沉砂，及是否能夠?qū)⑺鼈兎謩e出來，是中線式筑壩成敗的關(guān)鍵。依據(jù)尾礦粒度分析，證明適于筑壩粒度的尾礦量是足夠的，可以滿足堆筑尾礦高壩的需要。通過對(duì)水力旋流器的反復(fù)選型和試驗(yàn)、改進(jìn)，也找到了適宜的設(shè)備。峨口鐵礦在經(jīng)過了一系列困難細(xì)致工作后，敢為天下先，開拓了在7157.5m式筑壩的先河，從而實(shí)現(xiàn)了老尾礦庫的大幅擴(kuò)容，解決了長(zhǎng)期以來困擾企業(yè)的技術(shù)難題。老尾礦庫加7340m3，延長(zhǎng)效勞年限391.95301.55590

403~4僅為建庫的13.3%，且生產(chǎn)治理集中，環(huán)境影響小，不再增加工農(nóng)關(guān)系間的問題〔見圖7-。7-6峨口尾礦庫中線式筑壩擴(kuò)容斷面1-隔壩；2-初期壩；3-上游式筑壩積存體；4-沉砂尾礦；5-溢流尾礦通鋼板石溝鐵礦在面臨老尾礦庫只能使用2~3年，尾礦后續(xù)貯存問題將直接影響礦山持續(xù)生產(chǎn)的逆境下，了解到中線式筑壩擴(kuò)容的技術(shù)信息后，經(jīng)過充分論證，對(duì)老庫進(jìn)展中線式筑壩擴(kuò)容的技術(shù)改造。板石溝鐵礦尾礦庫相對(duì)其它尾礦庫來說，其主要特點(diǎn)是壩軸線較長(zhǎng)，主壩及3個(gè)副壩總長(zhǎng)度達(dá)2023以及生產(chǎn)試驗(yàn)，進(jìn)一步總結(jié)和完善了中線式筑壩生產(chǎn)工藝。改造后的尾礦庫可增庫容量1458萬m3，291521000山今后生產(chǎn)的尾礦后續(xù)貯存問題，且壩體更加安全牢靠。唐鋼石人溝鐵礦承受中線式筑壩工藝所解決的問題也很具有借鑒作用1975入使用，設(shè)計(jì)最終尾礦積存標(biāo)高210m，有效庫容2300萬m3187.5m，尚存729m3。該尾礦庫是由南北兩個(gè)山溝組成，兩溝中間有一山梁相隔，庫區(qū)橫向較寬闊，縱深較短。庫區(qū)匯水面積2.45km2，原設(shè)計(jì)南北兩溝共用一套設(shè)置在北溝的排水系統(tǒng)，尾礦庫生產(chǎn)初期南溝水從山鼻梁前繞過，自然排泄到北溝，生產(chǎn)后期在山梁上開排水明渠，排泄南溝水。目前，尾礦庫使用已進(jìn)入中后期尾礦積存壩體不斷向庫區(qū)深入，使得山鼻梁和積存3~5年，尾礦灘面就會(huì)把南此兩溝隔斷，南溝集水將成為死水區(qū)無法排泄，因此，解決該問題，已成為保證尾礦庫連續(xù)使用的當(dāng)務(wù)之急。照實(shí)施原設(shè)計(jì)，在200m10~30m、2萬m3且開挖明渠的山坡上均為密集的果樹。在地少人多的河北省，征地難度可謂更大。由上游法筑壩改為中線式筑壩方法后，上述問題迎刃而解。中線法筑壩是承受固定軸線筑壩方法，尾礦積存壩不再向庫內(nèi)推動(dòng)，可永久保持南溝水排泄所需的過流寬度，這樣就不需要在山梁上開鑿明渠，同時(shí)又可保證明現(xiàn)原設(shè)計(jì)庫容。該尾礦庫實(shí)施中線式筑壩改造過程中所遇到的一個(gè)難題是，按常規(guī)的中線式筑壩，需在初期壩前有一段空間，修建濾水堆石壩，但該尾礦庫初期壩前即是村莊，無空間可用。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)踏勘，設(shè)計(jì)打算，充分利用原上游式筑壩時(shí)積存壩坡度較緩的特點(diǎn)，在原初期壩上建濾水堆石壩，從