浅析上游法筑坝的经济性与安全性

浅析上游法筑坝的经济性与安全性

1尾矿充填工程面临的问题上游法尾矿水库建成工艺简单，管理方便，成本低，因此在中国煤矿中得到了广泛的应用。但上游法筑坝需用颗粒较粗的尾矿筑坝壳来保证坝体稳定。但是近年来,细颗粒尾矿越来越多,主要来源有以下几方面:1)近年来,黄金矿山为了提高金的回收率,引进了先进的选矿工艺流程,加大了磨矿细度。如采用氰化锌粉置换、炭浆法等提金工艺的选厂,最终排出的尾矿颗粒很细,一般-0.074mm占到了95%左右,其中0.037mm达到了70%左右。2)一些矿山将选厂排出的尾矿进行分级脱泥,粗颗粒的尾矿被用于井下采空区充填,余下的细颗粒尾矿才通过管道输送到尾矿库堆存。根据国内井下充填的实践经验,为满足脱水迅速和井下充填体密实的要求,尾矿分级脱泥界限为0.037mm,即将粒径大于0.037mm的粗粒级尾矿用于井下充填,而将0.037mm以下的细粒级尾矿排往尾矿坝。3)由于矿石嵌布粒度较细,导致选矿磨矿细度较高,从而最终的尾矿也较细。细颗粒的尾矿给上游法筑坝带来很大困难,特别是在云南省,由于地形因素,山谷较为狭窄,边坡较陡,尾矿库一般坝高都较高。尾矿颗粒越细,用于堆坝就越难,用于堆积高坝就更难。在国内外矿山中,由于尾矿坝工程失效,造成严重危害的实例屡见不鲜。但是当采用细颗粒尾矿筑坝,特别是筑高坝的现实避无可避时,对于尾矿设计人员而言,如何就用这粒径小于0.037mm的细粒级尾矿、采用业主喜闻乐见的上游法,做好尾矿坝设计,确保尾矿坝安全?本文就该问题进行阐述,以云南省某尾矿库为实例,对上游法细颗粒尾矿高坝筑坝技术的措施设计进行一些探讨。2高管架的安全稳定性的影响因素对于用上游法堆筑的细颗粒尾矿坝,影响坝体安全稳定性的因素有很多,但主要有以下几个方面:1尾砂和尾粉砂砂类的尾矿,在坝顶均匀分散放矿的条件下,尾矿颗粒在重力作用下,由粗到细依次向整个库区分布。堆坝大体上是由尾砂、尾粉砂(或尾亚砂)和尾矿泥三部分构成。尾砂和尾粉砂(或尾亚砂)厚度较大,抗剪强度高,这两层尾矿能给堆坝形成一个很厚的坝壳,使整个坝体具有较高的稳定性。从土力学角度来看,颗粒越细,力学性质越差。细粒级的尾矿本身砂粒和粉粒含量不高,再加上细粒级尾矿颗粒在沉积时,“千层饼”现象突出,沉积规律紊乱,只能在堆坝前形成薄而软的坝壳,坝体大部分被尾矿泥占据,整个坝体稳定差。2沉积滩平均坡度上游法尾矿筑坝,坝体稳定性条件主要由沉积滩来维持,砂类尾矿可形成数百米长度的干滩,而且沉积滩平均坡度一般在2%以上。较长的干滩及较合适的沉积滩坡度,利于尾矿库调洪,防洪能力较强,但是,对于细颗粒的尾矿堆坝而言,库区内被大量的矿泥占据,水上水下尾矿沉积滩坡度十分平缓,甚至低于1%,防洪库容和安全超高不能满足要求,不利于防洪。3坝体滑坡、液化失稳危险性更高上游法尾矿堆坝的浸润线本身就稍微偏高,细粒级尾矿堆坝,由于矿泥长期难于固结,浸润线就更高,增加了坝体滑坡、液化失稳的危险性。浸润线作为尾矿库的生命线,其位置的高低对于尾矿坝的稳定性影响较大。浸润线每下降1m,可是坝体的静力稳定性安全因素增加0.05左右,甚至更多;浸润线如能降至距坝面8m以下,在7级地震发生时基本上不会产生震动液化。3粒尾矿高坝筑坝技术本文以云南省某尾矿库为实例,提出一些针对上游法细颗粒尾矿高坝筑坝的技术措施,以达到经济和安全稳定的目的。本尾矿库基本情况:总坝高130m,尾矿砂平均颗粒0.03mm,沉积滩平均坡度0.94%。1尾砂胶结筑坝的设计针对上游法细颗粒尾矿筑坝坝壳薄弱的特点,并且该尾矿-0.074mm颗粒占90%,平均粒径仅为0.03mm,不宜采用尾矿筑子坝,因此在设计中采用了矿山采矿的废石料进行后期子坝堆筑,每期子坝高度5m。对于不能用尾砂堆筑子坝的尾矿库而言,如果采用一次性筑坝方式必然增加投资,而采用矿山采矿的废石料来堆筑子坝的话,一则增加坝体稳定性。质量较好的子坝能够阻拦汛期库内洪水突然升高,又能抵挡尾砂下滑,避免溃坝发生。二则消耗了矿山的废石,起到一举两得的效果。2尾矿砂的人工改造由于子坝是直接堆筑在新沉积的尾矿砂体上,而该尾矿颗粒较细、含水量高、固结慢、力学性能差,所以,在本尾矿库设计中,采用了在子坝底部、对新沉积的尾矿砂进行人工处理,铺设碎石排渗层,达到以下一举三得的目的:消除子坝坝局部剪切破坏的作用在子坝底部做碎石排渗层,一方面,不但可以增加子坝坝基的强度,而且还可以使子坝承担的荷载通过碎石层均匀扩散到下部的细颗粒尾矿上面,减少了尾矿所承受的附加应力,可以防止子坝坝基因为局部应力集中而产生剪切破坏。另一方面,子坝坝基底部和碎石层之间摩擦力较大,增大了水平滑动的抗滑力。附加应力和沉降应力坝体的沉降量与坝基承载的附加应力成正比,堆坝底部的附加应力是最大的,所以沉降量也大。在逐层铺设了碎石排渗层之后,荷载逐层分散,附加应力减少,堆坝的沉降量减少,同时还可调整坝基的不均匀沉降。缩短各层尾矿之间的排水距离细颗粒的尾矿不容易固结,排入库内后长时期处于稀泥状态。逐层铺设碎石排渗层之后,一方面缩短了各层尾矿之间的排水距离;另一方面,该碎石层也是一个排水通道。排水距离缩短了,排水通道增加了,尾矿中的水分能够及时通过碎石层排到尾矿库的排水沟里,加速了尾矿颗粒的固结,促使尾矿固结后的抗剪强度增加,从而提高了坝壳强度。3坝体稳定性分析除了提高堆坝外层的强度,还得提高库内尾矿的固结速度,才能提高整个坝体的稳定性。为此,在本尾矿库设计中,在库内竖向布设无砂混凝土排渗管,库底设排渗盲沟,将渗水通过排渗层、排渗管、排渗盲沟及时有序地排出库外。4传统的上游法筑坝却不适合用尾矿造成出现尾矿的原因对于细颗粒的尾矿而言,一次性筑坝必然增加成本。中线法和下游式筑坝方法,要么还是需要部分粗颗粒的尾矿,而有些选厂根本找不到符合条件的尾矿;要么因为施工和管理方法复杂,业主不愿意使用。但是传统的上游法筑