关于尾矿库排水设施设计改进建议

摘 要 :介绍了尾矿库目前的现状 ,阐述了排水设施设计中存在的设计洪水计算误差大 ,排水设施的地基不均匀沉降 ,排水分流及回水利用等问题 ,提出了相应的改进建议 ,从而确保尾矿库的稳定安全。
关键词 :尾矿库 ,排水设施 ,设计 ,改进建议 ,安全稳定

1尾矿库现状
自改革开放以来 ,民营矿业得到飞速发展 ,极大地促进了贫困地区经济发展。这种以资源为基础的产业随着国际市场行情上涨加速超常发展 ,势必导致设计、施工与科学管理的滞后 ,从而埋下诸多安全隐患 ,以致近年尾矿库事故频频发生。笔者参与了数十座尾矿库勘察评价和报告审查工作 ,总的认识是: 国营大中型尾矿库情况较好 ,有详细施工图阶段岩土工程勘察; 有正规设计院设计图纸;有施工质量监控资料;有较严格的运行管理制度。而一些中小型特别是民营小型矿山的尾矿库存在问题较多。这些问题不仅表现为初期坝、堆积坝体稳定性差 ,而且排水设施普遍存在隐患 ,严重威胁着尾矿库的安全稳定。本文重点阐述排水设施设计中的若干问题及改进建议。
2排水设施设计中存在的问题
2. 1 设计洪水计算误差大
许多中小型民营尾矿库存在超资质等级设计 ,客观上一些设计人员尚不具备相应专业知识和工作经验 ,认识不到洪水可能造成的危害性。在概化条件下进行修正 ,加之汇水面积、径流系数、暴雨量等资料的失准定将使计算结果误差偏大 ,特别是计算的洪峰流量和洪水总量偏小 ,导致排水系统泄洪能力不足 ,极有可能引发洪水入库甚至漫顶溃坝。笔者曾对某一铅锌选厂的尾矿库进行稳定性勘察评价 ,反复复核计算表明:其设计的 400 mm 内径的排水管不能满足 100 年一遇的防洪标准要求。事后不久果然发生问题。由此可见 ,洪水计算是排水设施设计的重要依据 ,应该慎之又慎。
2. 2 排水设施的地基问题
2. 2. 1 排水管涵地基不均匀沉降
山谷型尾矿库排水管涵地基普遍存在不均匀沉降问题 ,但因埋置在尾矿土底部 ,不易被人发现而忽视。众所周知 ,山区尾矿库地质条件复杂多变 ,沿沟谷布置的排水管涵全程地基岩土工程性质不一 ,差异较大。如某一管段地基为坚硬基岩 ,另一段地基水与排渗水共用一个排水系统) 排水。涵底为原谷沟地面 ,涵管左右帮为浆砌石或钢筋混凝土直墙 ,涵顶为组装拱形预制件。
拱顶压力由尾矿土层压力和水压力两部分组成 ,按照水土分算 ,其数学模型见图 2 。
拱顶压力:
P = (  H1 r1 +  H2 r2 +  H2  rw ) ×B (1)
其中 , r1 为水位以上尾矿土的自然重度; r2 为水位以下尾矿土的浮重度; rw 为水重度。
由公式(1) 可知 ,拱顶压力与拱的埋深、地下水位有着重要的关系 ,大压力下可能导致不良的拱顶破坏。
2) 墙基应力集中导致涵管下沉。
从对图 3 的分析可知 ,单边直墙底压力:

可能为饱和软土或吸水泥化的软岩 ,这样在厚度不等的上覆尾矿土的压力作用下会发生不均匀沉降 ,如图 1 所示。坝顶之下管涵

P = 1 2

p +  H3 B 1γ3 (2)

顶部压力最大 ,而上游与矿池水面交界处最小。当沉降差异变形超过材料容许值时很容易造成管涵接头错位断裂引发排水不畅、尾矿泄漏 ,甚至洪水入库漫顶溃坝。
2.2. 2 排水涵洞基底隆起和直墙破坏的问题
1)管涵顶部压力。
一些中小型尾矿库大多采用了排水斜槽和涵洞合流(即地表

其中 , p 为拱顶压力;  H3  为涵洞平均高度;γ3 为直墙材料饱
和重度。
设与涵洞底等高程洞外尾矿土的压力为 P4 :
P4 =  h1γ1 + ( H2 +  H3) (γ2 + γw ) (3)
由于涵洞宽度有限 , 属于重力流管涵 , 可视洞内底部压力
2. 4 排水分流和回水利用
B 1 4
当洞宽度 B 越大时 ,差值越大;当该压力差大于涵洞底土层承载力时就会发生涵洞底隆起直墙下沉 ,继而引起涵洞破坏。
从设计角度分析 ,直墙圆拱断面力学性质良好一般不应发生坍顶垮帮。其失误在于对选用的基底地基土和浆砌石的水理性质认识不足 ,不知某些泥质沉积和变质岩因含有伊利石、高岭石等水敏性矿物成为水敏岩层。加之岩石胶结强度低 ,在水的浸泡下吸水软化 ,其力学性能指标大大降低 ,时间一长必然发生变形破坏 ,如图 3 所示。
2. 3 排水设施进口端防堵塞问题
山谷型尾矿库所在场地一般地形地貌较复杂 ,山高坡陡 ,不良地质作用较发育。在强降雨或暴雨条件下易发生洪水、泥石流。洪水或者泥石流携带大量泥砂、树枝杂草极易堵塞排水管涵。其结果是管涵因排水不畅而损坏 ,引发洪水流改道直接流入尾矿池。如果尾矿库调洪库容小就会使洪水漫顶溃坝。

回水利用是尾矿设施设计的重要内容,它不但有利于节约用水,同时也可减少尾矿水对环境的污染。目前现状是 ,一些小型尾矿库业主因当地地表水较丰富,为减小生产成本则不进行回水利用,将尾矿渗透水直接排入临近河流,造成当地天然地表水污染。据笔者调查,此类尾矿库下游河流中有相当一段长度内原有鱼类基本灭绝,可见污染程度远非一些业主所说的“没啥”那样轻微。
3 建议
1)尾矿库无论大小均应进行详细的水文调查 ,应详细收集当地洪水资料和气象资料 ,准确核定汇流面积、径流系数等参数 ,较准确的计算出相应防洪标准下洪峰流量和一次洪水总量 ,为排水设施设计提供科学依据。
2)沿库沟谷设置的合流排水斜槽、涵管的基础应放在坚硬或变形协调的地基土(岩) 上。如无法满足应进行人工地基处理 ,防止因尾矿土压力差异和库水长期浸泡诱发地基差异沉降导致排水管涵错位断裂。
3)建议浆砌石选用 Mu ≥30 MPa 且软化系数大于 0. 9 的坚硬岩石。
4)建议地表水和尾矿水分流排泄 ,充分利用回水。
5)建议在排水管涵上游入口端以上设置洪水减速滞淤堤坝和拦污栅 ,确保杂物不堵塞排水管涵影响泄洪。
参考文献 :
[1 ]     施  钧 ,房 辉. 浅谈公路常用地面排水设施[J ] . 山西建筑 ,2008 ,34 (5) :2962297.

The improvement suggestion for the draining water design of tailing da m
DUAN Qing2quan      L V Feng2luo
Abstract : The paper introduces the current situation of the tailing dam and indicates the problems of the draining water design , including poor precision in flood calculation , uneven settlement of the draining system , the diffluence of  the draining water and water  recycling , furthermore , the author exclaims respective advice for these problems for ensuring the stability and safety of the tailing dam.
Key words : tailing dam , draining system , design , improving advice , safety and stability