CN111305210B - 采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构，是由原尾砂拦挡坝(1)、坝肩截洪沟(12)、首级加高坝体(2)、二级加高坝体(3)、三级加高坝体(4)……n级加高坝体组合构成，在每级加高坝体顶层的坝体内施工有一排相互平行并垂直于坝体轴线的该级中粗砂排渗盲沟(9)，铺设排水连通管(7)和地下水收集管(11)，在该级中粗砂排渗盲沟(9)中埋设排渗花管(8)，每垂直间隔0.5m～1.0m高度满铺一层高强耐腐蚀土工格栅(6)。本发明方法加快细粒尾矿的固结，改善和提高细粒尾砂的力学强度指标，使尾矿库库容得到了显著的增加，延长了生产服务年限，同时也解决了部分排土场容量不足及采矿废石堆存的问题。

Description

采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构

技术领域

本发明属于尾矿库工程技术领域，具体涉及一次性建坝的尾矿库加高扩容技术，特别适合于一次性建坝且-200目(－0.074mm)含量超过82％的超细粒尾矿库的加高扩容。

背景技术

尾矿库是用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所，是矿山生产设施的重要组成部分，同时，尾矿库还是一个具有高势能的人造泥石流危险源，尾矿坝的安全稳定性关系到下游人民的生命和财产安全，管理和使用不当，易造成重特大事故。

随着我国经济的高速发展，矿山矿石产量日益增多，采矿规模也逐渐越大，为了满足日益增多的矿山企业采矿生产的继续进行，越来越多的尾矿库采取了加高扩容等措施。这就造成原本处于稳定状态的尾矿坝超负荷使用，易出现溃坝事故。

目前尾矿库安全环保形势严峻，国家严把安全、环保准入关，严格控制新建尾矿库建设项目，新建四、五等尾矿库也要求应当优先采用一次性筑坝方式。对于超细粒尾矿库，比较安全可靠的建坝方式为一次性建筑尾砂拦挡坝，但一次性建筑尾砂拦挡坝不仅占用土地面积大，建设投资也巨大，对于土地资源日益紧缺的矿山，尾矿库的建设和运行成本在急剧上升，甚至影响到矿山的持续健康发展。

超细颗粒尾矿筑坝力学强度低，固结时间长，堆坝速度较慢。采用超细颗粒尾矿筑坝后，坝体内的排渗不畅造成坝体内的浸润性过高，使尾矿长期处于饱和状态，尾矿固结非常慢，不利于尾矿固结后强度提高，进而影响坝体的稳定性，有发生溃坝的潜在风险，当前发生的很多尾矿库灾害事故都是由于坝体内的浸润性过高引起的。对于-200目含量超过80％的尾矿，一般认为不适合用尾矿直接堆坝。

而采用上游式模袋法加高一次性建坝超细粒尾矿库，技术要求高，模袋法堆筑尾矿坝体与生产排放尾矿交叉，施工与管理难度大。而且上游式模袋法加高一次性建坝超细粒尾矿库坝体加高受到限制，尾矿堆积坝坝体安全稳定性难以有效保证，安全风险较大。

中线法尾矿分级筑坝工艺是以固定的坝轴线,采用垂直升高尾矿分级筑坝方法,,利用水力旋流器进行尾矿分级,将所得的沉砂与溢流尾矿分别堆筑,从而构成的组合坝型结构合理,各自承担的作用分明,并且充分发挥了沉砂和溢流尾矿各自材料的力学性能。前人的研究表明，中线法尾矿分级筑坝工艺,是一种能将现有采用上游法筑坝的尾矿库实现大幅度加高和扩容，并保证坝体安全稳定的方法。

中文期刊《矿业快报》2002年9月刊登的“采用中线法筑坝工艺实现尾矿库大幅扩容”一文，介绍了通钢板石矿业公司尾矿库在原上游法筑坝的基础上,采用中线法尾矿分级筑坝新工艺,使临近末期的老尾矿库大幅度扩容,从而避免建设新尾矿库。但该文并没有披露具体的加高扩容工艺参数及加高扩容后的坝体内部结构。而且该技术新加高高度极为有限，一般不会超过15m，而且不适合超细尾矿库的加高扩容。

发明人研究表明，一次性建坝的超细粒尾矿库坝体加高需要大量土石，利用采矿剥离废石土进行坝体加高堆筑，变废为宝节约筑坝成本，延长了排土场的使用年限。采用废石土加高坝体，坝体安全稳定性得到保证，较单纯采用上游式模袋法加高尾矿库的安全系数高。

发明内容

本发明的目的就是针对现有一次性建坝的超细粒尾矿库的尾砂拦挡坝加高和增加库容存在的超细颗粒尾矿筑坝力学强度低、固结时间长、堆坝速度较慢、安全风险大、成本高等技术难题，而提供一种采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构。

为实现本发明的上述目的，本发明通过分级分期加高建设原一次性建筑的尾砂拦挡坝，在尾砂沉积滩前铺设土工格栅并增加盲沟排渗层，加快细粒尾矿的固结，以改善和提高细粒尾砂的力学强度指标，增加尾矿库坝体稳定性的技术。

本发明采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构，含有原尾砂拦挡坝、坝肩截洪沟，所述的原尾砂拦挡坝为一次性建坝且采用中线法筑坝的碾压土石拦挡坝，在原尾砂拦挡坝之上采用分级分期建设的方式自下而上、自内向外堆筑有首级加高坝体、二级加高坝体、三级加高坝体……n级加高坝体，但限定原尾砂拦挡坝之上的首级加高坝体、二级加高坝体、三级加高坝体……n级加高坝体的总高度不大于原尾砂拦挡坝的高度；分级分期加高过程中，原尾砂拦挡坝的坝体轴线不动，每级新加高坝体的坝顶向尾矿库内采用矿山剥离废石堆筑拓宽，增加尾砂拦挡坝的坝顶宽度。

所述的首级加高坝体是在原尾砂拦挡坝的坝脚开始从下往上堆筑，并在原尾砂拦挡坝坝顶标高位置的原尾砂拦挡坝的内侧铺设有采矿废石置换垫层，所述的采矿废石置换垫层厚1.0m～1.5m；在原尾砂拦挡坝坝顶标高位置的尾砂拦挡坝体内还施工有一排相互平行并垂直于坝体轴线的首级中粗砂排渗盲沟，并铺设有排水连通管和地下水收集管，在中粗砂排渗盲沟中埋设有排渗花管，排渗花管外包有土工布；在中粗砂排渗盲沟的内表面也铺设有土工布，在中粗砂排渗盲沟内灌注有中粗砂；所述的地下水收集管与坝体轴线平行并通过三通管与排渗花管联通，排水连通管的上端通过三通管与地下水收集管联通，排水连通管的下端与坝肩截洪沟联通，将库内地下水排出库外。

在二级加高坝体、三级加高坝体……n级加高坝体的每级加高坝体的顶层的坝体内都施工有一排相互平行并垂直于坝体轴线的该级中粗砂排渗盲沟，并铺设有排水连通管和地下水收集管，在该级中粗砂排渗盲沟中埋设有排渗花管，排渗花管外包有土工布；在该级中粗砂排渗盲沟的内表面也铺设有土工布，在该级中粗砂排渗盲沟内灌注有中粗砂；所述的地下水收集管与坝体轴线平行并通过三通管与排渗花管联通，排水连通管的上端通过三通管与地下水收集管联通，排水连通管的下端与坝肩截洪沟联通，将库内地下水排出库外；各级的中粗砂排渗盲沟用于疏干尾矿库沉积滩前的地下水，降低尾矿坝坝体地下水浸润线。

在首级加高坝体、二级加高坝体、三级加高坝体……n级加高坝体内每垂直间隔0.5m～1.0m高度满铺一层高强耐腐蚀土工格栅，所述的高强耐腐蚀土工格栅在每级的加高坝体内锚固。

进一步地，所述的中粗砂的细度模数为2.3～3.7，粒度为+0.25mm粒级含量≥50％。

进一步地，所述的中粗砂排渗盲沟长36m～45m，同一排相邻的中粗砂排渗盲沟的间距为12m～16m；每级新加高坝体的高度为3.0～5.0m，每级新加高坝体的坝顶向尾矿库内采用剥离废石堆筑拓宽5.0～8.0m，每级新加高坝体的内坡坡比设置为1:1.7～1:1.2.3。

更优地，每级新加高坝体的高度为3.0～4.0m，中粗砂排渗盲沟的深为0.5～1.0m、宽度为1.8～2.5m；所述的排渗花管采用HDPE耐腐蚀排渗花管。

本发明采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构采用以上技术方案后，具有下列积极效果：

(1)对于一次性建坝的超细粒尾矿库采用中线法分级分期加高扩容，解决了超细粒尾矿库只能局限于一次性建尾矿库的尾砂拦挡坝及加高扩容困难的问题。如果另选址建设新库，企业不仅需要投入大量的建设资金，而且造成土地资源的浪费以及新的生态环境破坏。本发明对超细粒尾矿库碾压土石拦挡坝进行加高后，增加了原尾矿库的库容，延长了尾矿库的生产服务年限，并且无需另建新库，给企业节约了大量建库投资；

(2)超细粒尾矿库采用上游法加高时，最终堆积高度受到很大的限制，并且尾矿坝安全稳定性难以保证，采用中线法加高解决了碾压土石拦挡坝在加高后的尾矿坝安全性问题。对于原一次性建坝的超细粒尾矿库，采用中线法加高后尾矿坝在安全得到保障的情况下，提升了尾矿库的堆积高度，使原一次性建坝的超细粒尾矿库的库容量得到充分挖掘和提高，摊薄了尾矿排放的生产成本。

(3)对于一次性建坝的超细粒尾矿库采用中线法分级分期加高扩容，解决了尾矿坝坝体加高堆筑施工与生产排放尾矿之间相互影响问题。尾矿库碾压土石拦挡坝坝体堆筑加高，可根据矿山生产需要分级分期实施，并且中线法分级分期施工便于大型机械化施工，坝体堆筑与尾矿排放工作面较差少，可合理组织。

(4)对于一次性建坝的超细粒尾矿库采用中线法分级分期加高扩容，解决了坝体加高堆筑施工期间，尾矿坝坝体安全稳定性降低问题，甚至尾矿库坝体加高对原一次性建坝尾矿库坝体起到加固作用。中粗砂排渗盲沟层与坝体加高分级分期同步实施，疏干了排渗盲沟设置周围区域的超细粒尾砂中的地下水，降低了坝体浸润线，加快了超细粒尾矿的固结，提高了超细粒尾矿的岩土力学指标和承载力。

(5)本发明方法在原尾砂拦挡坝的内侧施工，以及在加高的碾压土石拦挡坝坝体和新堆填的尾矿沉积滩中铺设高强耐腐蚀土工格栅，解决了碾压土石拦挡坝坝体堆筑加高临尾矿沉积滩侧地基安全稳定性和承载力问题。高强耐腐蚀土工格栅对新堆筑加高的碾压土石拦挡坝和新堆填的尾砂起到加筋加固作用，增强新加高碾压土石拦挡坝坝体整体强度，并且加快新填尾砂析水固结，应力不均匀分布，抑制沉降。

(6)堆筑加高原一次性建坝尾矿库碾压土石拦挡坝坝体需要大量采矿废石，可解决部分排土场容量不足采矿废石堆存问题。对于露采矿山，剥离的废石需要堆排至排土场，排土场不仅占用土地资源，而且往往排土容量也有限。采矿剥离废石用于加高尾砂拦挡坝坝体可变废为宝，节省了排土场的投资，在增加了尾矿库库容的同时，还延长了排土场的服务年限，可谓一举多得。

附图说明

图1为本发明采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构的平面布置示意图；

图2为图1中的A-A剖面图；

图3为本发明采用的排渗盲沟系统剖面图；

图4为本发明采用的首层排渗盲沟平面示意图；

图5为本发明采用的排渗管与排渗盲沟埋设断面示意图。

图中标记为：

1—原尾砂拦挡坝；2—首级加高坝体；3—二级加高坝体；4—三级加高坝体；5—四级加高坝体；6—高强耐腐蚀土工格栅；7—排水连通管；8—排渗花管；9—中粗砂排渗盲沟；10—采矿废石置换垫层；11—地下水收集管；12—坝肩截洪沟；13—土工布。

具体实施方式

为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构做进一步详细描述。

由图1所示的本发明采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构平面布置示意图并结合图2、图3、图4、图5看出，本发明采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构，含有原尾砂拦挡坝1、坝肩截洪沟12，所述的原尾砂拦挡坝1为一次性建坝且采用中线法筑坝的碾压土石拦挡坝，并采用以下技术方案进行加高扩容：

1)对现尾矿库进行测量，并根据实际地形圈定尾矿库容，编制尾矿库库容随标高增加的库容增量表，尾砂排放增加量对应标高即为尾矿库要求加高的高度；对采矿剥离废石离散随机取样，并进行散体三轴力学试验，根据采矿剥离废石散体三轴力学试验成果，采用稳定性分析软件演算出合理、经济、安全的尾砂拦挡坝加高的外坡坡比。外坡坡比一般与原尾砂拦挡坝1相同。

2)采用分级分期建设的方式进行加高扩容，先后堆筑首级加高坝体2、二级加高坝体3、三级加高坝体4、四级加高坝体5……n级加高坝体5；分级分期加高过程中，原尾砂拦挡坝1的坝体轴线不动，每级新加高坝体的坝顶向尾矿库内采用矿山剥离废石堆筑拓宽，增加尾砂拦挡坝的坝顶宽度；堆筑材料需严格按照碾压土石坝施工规范进行质量控制。

3)先施工首级加高坝体2，对首级加高坝体2区域的地基进行清基，在原尾砂拦挡坝1的坝脚开始从下往上堆筑，便于大型机械化施工，提升施工效率，节约施工成本；当首级加高坝体2堆筑至和原尾砂拦挡坝1坝顶标高时，在原尾砂拦挡坝1的内侧施工采矿废石置换垫层10，所述的采矿废石置换垫层10厚1.0m～1.5m；采矿废石置换垫层10施工完成后，开始施工一排相互平行并垂直于坝体轴线的首级中粗砂排渗盲沟9，中粗砂排渗盲沟9是在尾砂沉积滩里开挖而成的，中粗砂排渗盲沟9长36m～45m，同一排相邻的中粗砂排渗盲沟9的间距为12m～16m，中粗砂排渗盲沟9的深为0.5m、宽度为2m；并在该级坝体内铺设排水连通管7和地下水收集管11，在中粗砂排渗盲沟9中埋设排渗花管8，所述的排渗花管8采用HDPE耐腐蚀排渗花管，排渗花管8外包土工布13；在中粗砂排渗盲沟9的内表面也铺设土工布13，再向中粗砂排渗盲沟9内灌注中粗砂，所述中粗砂的细度模数为2.3～3.7，粒度为+0.25mm粒级含量≥50％；所述的地下水收集管11与坝体轴线平行并通过三通管与排渗花管8联通，排水连通管7的上端通过三通管与地下水收集管11联通，排水连通管7的下端与坝肩截洪沟12联通，将库内地下水排出库外，疏干库内地下水。首层排渗盲沟排渗系统(由中粗砂排渗盲沟9及内表面铺设的土工布13、排渗花管8及外包土工布13、地下水收集管11组合构成)施工完成后在其上满铺高强耐腐蚀土工格栅6，在首级加高坝体2内锚固，首级加高坝体2也可分段完成。首级加高坝体2完成后即可向尾矿库内排放尾砂。

4)再按照顺序采用采矿废石先后施工二级加高坝体3、三级加高坝体4、四级加高坝体5……n级加高坝体，每级新加高坝体的高度为3.0～4.0m，每级新加高坝体的坝顶向尾矿库内采用剥离废石堆筑拓宽5.0～8.0m，每级新加高坝体的内坡坡比设置为1:1.7～1:1.2.3；在分级分期堆筑每级加高坝体过程中，当首级加高坝体2增加库容即将被尾砂排满时，铺设第二级中粗砂排渗盲沟系统，即在每级加高坝体的顶层施工一排相互平行并垂直于坝体轴线的该级中粗砂排渗盲沟9，并在该级坝体内铺设排水连通管7和地下水收集管11，在该级中粗砂排渗盲沟9中埋设排渗花管8，排渗花管8外包土工布13；在该级中粗砂排渗盲沟9的内表面也铺设土工布13，再向该级中粗砂排渗盲沟9灌注中粗砂；所述的地下水收集管11与坝体轴线平行并通过三通管与排渗花管8联通，排水连通管7的上端通过三通管与地下水收集管11联通，排水连通管7的下端与坝肩截洪沟12联通，将库内地下水排出库外；

5)在堆筑首级加高坝体2、二级加高坝体3、三级加高坝体4、四级加高坝体5……施工过程中，在每级的排渗盲沟排渗系统施工完成后在其上满铺高强耐腐蚀土工格栅6，而且每垂直间隔0.5m～1.0m高度满铺一层高强耐腐蚀土工格栅6，所述的高强耐腐蚀土工格栅6在每级的加高坝体内锚固。

本发明提供的采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构已在某大型铜矿的超细粒尾矿事故库的增高扩容工程得到运用，本发明采用中线法筑坝成功的对原一次性建坝超细粒尾矿库的尾砂拦挡坝坝体进行了加高，共采用五级加高坝体，尾矿事故库的库容得到了显著的增加，同时通过分级分期加高原一次性建筑的尾砂拦挡坝，解决了采矿剥离废石的堆存，该项目成功实施后取得了显著的经济社会效益，延长了尾矿事故库的生产服务年限6年以上，缓解了企业生产尾砂排放的压力，为另建新库争取了建设时间，提高了原尾矿库的土地利用率，降低了超细粒尾矿的处置成本，综合经济效益超过1.5亿元，取得了意想不到的技术效果。

Claims (3)

1.一种采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构，含有原尾砂拦挡坝(1)、坝肩截洪沟(12)，所述的原尾砂拦挡坝(1)为一次性建坝且采用中线法筑坝的碾压土石拦挡坝，其特征在于：

在原尾砂拦挡坝(1)之上采用分级分期建设的方式自下而上、自内向外堆筑有首级加高坝体(2)、二级加高坝体(3)、三级加高坝体(4)……n级加高坝体，但限定原尾砂拦挡坝(1)之上的首级加高坝体(2)、二级加高坝体(3)、三级加高坝体(4)……n级加高坝体的总高度不大于原尾砂拦挡坝(1)的高度；分级分期加高过程中，原尾砂拦挡坝(1)的坝体轴线不动；

所述的首级加高坝体(2)是在原尾砂拦挡坝(1)的坝脚开始从下往上堆筑，并在原尾砂拦挡坝(1)坝顶标高位置的原尾砂拦挡坝(1)的内侧铺设有采矿废石置换垫层(10)，所述的采矿废石置换垫层(10)厚1.0m～1.5m；在原尾砂拦挡坝(1)坝顶标高位置的尾砂拦挡坝体内还施工有一排相互平行并垂直于坝体轴线的首级中粗砂排渗盲沟(9)，并铺设有排水连通管(7)和地下水收集管(11)，在中粗砂排渗盲沟(9)中埋设有排渗花管(8)，排渗花管(8)外包有土工布(13)；在中粗砂排渗盲沟(9)的内表面也铺设有土工布(13)，在中粗砂排渗盲沟(9)内灌注有中粗砂；所述的地下水收集管(11)与坝体轴线平行并通过三通管与排渗花管(8)联通，排水连通管(7)的上端通过三通管与地下水收集管(11)联通，排水连通管(7)的下端与坝肩截洪沟(12)联通；

在二级加高坝体(3)、三级加高坝体(4)……n级加高坝体的每级加高坝体的顶层的坝体内都施工有一排相互平行并垂直于坝体轴线的该级中粗砂排渗盲沟(9)，并铺设有排水连通管(7)和地下水收集管(11)，在该级中粗砂排渗盲沟(9)中埋设有排渗花管(8)，排渗花管(8)外包有土工布(13)；在该级中粗砂排渗盲沟(9)的内表面也铺设有土工布(13)，在该级中粗砂排渗盲沟(9)内灌注有中粗砂；所述的地下水收集管(11)与坝体轴线平行并通过三通管与排渗花管(8)联通，排水连通管(7)的上端通过三通管与地下水收集管(11)联通，排水连通管(7)的下端与坝肩截洪沟(12)联通；

在首级加高坝体(2)、二级加高坝体(3)、三级加高坝体(4)……n级加高坝体内每垂直间隔0.5m～1.0m高度满铺一层高强耐腐蚀土工格栅(6)，所述的高强耐腐蚀土工格栅(6)在每级的加高坝体内锚固。

2.如权利要求1所述的采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构，其特征在于：所述的中粗砂排渗盲沟(9)长36m～45m，同一排相邻的中粗砂排渗盲沟(9)的间距为12m～16m；每级新加高坝体的高度为3.0～5.0m，每级新加高坝体的坝顶向尾矿库内采用剥离废石堆筑拓宽5.0～8.0m，每级新加高坝体的内坡坡比设置为1:1.7～1:1.2.3。

3.如权利要求1或2所述的采用中线法一次性建坝的超细粒尾矿库加高扩容堆排结构，其特征在于：每级新加高坝体的高度为3.0～4.0m，中粗砂排渗盲沟(9)的深为0.5～1.0m、宽度为1.8～2.5m；所述的排渗花管(8)采用HDPE耐腐蚀排渗花管。

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