[科普中国]-尾矿坝

介绍

尾矿坝是由尾矿堆积碾压而成的坝体，分为尾矿堆积坝和初期坝，初期坝可做成透水坝（有利于尾矿排水固结，近年来采用较多）和不透水坝（国内早期采用较多），在矿山环境的保护和治理中起到很大的作用，它主要应用于堆存金属和非金属矿山进行矿石选别后排出的尾矿或其他工业废渣。不同于水库，水库要求防渗，而尾矿库要求排渗，否则容易形成泥石流。如果尾矿含有害物质，则必须经处理才能把尾矿水排出。1

尾矿坝通常利用起伏的天然地形构筑而成，坝上设有进料口、排料口和澄清液返回口。澄清的返回水通过设在坝上的抽水站返回水冶厂重新利用。尾矿坝的底部和周边必须采取防渗漏措施，以防污染扩大并保持地下水源。

设计原则各种类型尾矿坝的应用条件主要取决于尾矿粒度组成和坝址地形条件。对于不能用于堆筑后期坝的极细尾矿，必须采用一次建坝的型式；当堆积尾矿颗粒较粗，且坝址地形是狭长山谷的尾矿坝，宜采用下游式或中线式坝型;其他场合一般均可采用上游式坝型。尾矿坝视其重要程度分为不同的级别，其级别与尾矿库的等别一致。级别越高，坝体安全度要求也越高。尾矿坝的坝高系指初期坝和后期坝坝高之和。初期坝坝高指坝轴线处坝顶与坝基最低地面之间的高差;后期坝坝高指尾矿沉积滩顶与初期坝坝顶之间的高差。2

管理监测尾矿坝的使用过程也是后期坝的施工过程，使用管理工作直接关系到坝体的质量和安全。在长达十余年甚至数十年的使用过程中，难免受到各种自然或人为的不利因素的影响，威胁坝体安全。应建立齐全的坝体监测设施，定期观测分析，及时掌握坝体工况，防患于未然。对大、中型及高烈度地震区的尾矿坝，应在使用中期进行坝体安全鉴定，必要时应通过勘察、试验和分析来进一步验证设计，为后期筑坝提供依据。3

排渗设施尾矿坝排渗设施是为排除尾矿坝坝体渗水，增强坝体稳定性，在坝内设置的排水系统。尾矿库内的水沿尾矿颗粒间的孔隙向坝体下游方向不断渗透形成渗流。稳定渗流的自由水面线称为浸润线。尾矿坝内浸润线位置越高，坝体稳定性越差，地震液化的可能性也越大。坝内设置排渗设施可有效地降低浸润线，并有利于尾矿泥的排水固结，是增强坝体稳定性的重要措施。尾矿坝是否设置排渗设施，应通过渗流计算和稳定分析确定。初期坝为透水坝型时，运行期间能保持必要的干滩长度的中小型尾矿坝，一般可不设或少设排渗设施。排渗设施尽可能预先埋设，以节省工程费用。当尾矿坝堆积到一定高度后，受不可预计因素影响，出现浸润线过高，抗滑稳定性或渗透稳定性不符合要求时，才采用后期补设。排渗设施施工质量直接影响排渗效果，滤层的好坏是关键。如采用砂石结构滤层，则砂石料的颗粒级配必须严加控制;如采用土工织物滤层，则施工时应严防损伤和开缝。对用机械抽吸的排渗设施应定期检查，及时维修，确保机械正常运行;对自排式的排渗设施应经常观测渗水水量和水质，如发现水质变浑或水量骤减，须及时分析，查明原因，妥善处理。尾矿坝的排渗设施有水平排渗、竖向排渗和竖向水平组合排渗等三种基本类型。

水平排渗 在坝基范围内或在不同高程的沉积滩面上预埋盲沟、滤管或滤板等排渗体，将渗水引至集水总管，自流排出坝外。对已堆积到一定高度而未预埋排渗体的尾矿坝，可用水平钻机在下游坡面上向坝内顶管设置水平滤管。水平滤管具有不耗能源，管理简便，施工快，造价低的优点。当尾矿坝内有厚层矿泥夹层时，仅用水平排渗效果稍差。

竖向排渗 在坝基范围内预设或在尾矿沉积滩上补设渗水竖井，渗入井内的水用机械抽吸或在井底另设水平管自流排出坝外。渗水竖井可采用外包滤层的钢管井、钢筋混凝土管井、无砂混凝土管井、碎石盲井、袋装砂井或塑料插板等结构。竖向排渗的优点是可贯穿矿泥夹层，沟通上下各土层的渗水，迅速降低浸润线。但大多需专人维护管理，且耗电。

竖向水平组合排渗 由竖向排渗和水平排渗有机组合而成的排渗方式。竖向渗井内聚集的渗水，通过水平排渗设施排出坝外。它兼有两种排渗方式的优点，但造价较高。多用于有较厚矿泥夹层，浸润线位置很高的尾矿坝。

观测装置尾矿坝观测装置是为监测尾矿坝实际工况所安装的设备。常用于监测坝体变形、浸润线位置、孔隙水压力、渗流水量和水质以及土压力等。尾矿坝的观测除采用设备监测外，借助肉眼观察也十分重要。其观察内容较广，如坝坡有无明显变形、塌坑、沼泽化、渗水、裂缝及蚁穴鼠洞等。观察到的情况可作为监测资料的补充。

坝体变形观测装置 用以监测坝体变形情况，从而预测坝体有无局部滑坡或整体滑动的趋势。监测坝体表面位移的观测装置通常由埋设的观测标点桩和工作基点桩组成。观测标点桩布置在有代表性或控制性的坝体横断面上;(图1)工作基点桩设于坝端两岸不受坝体变形影响，不易受外界因素损坏，且便于观测的地点。设置高程尽量与同一排观测标点一致。对于较重要的尾矿坝，还可埋设钻孔测斜仪和分层沉降仪观测坝体内部变形。

浸润线观测装置 用以监测坝体内浸润线的位置。在控制性坝体横断面上，埋设一组测压管(不少于三个)，(图2)测压管底部应低于设计预期浸润线1m左右。测压管用直径30～50mm的钢管或塑料管制作，下端封闭，管壁钻孔，外缠滤网或包土工布。埋设时应详细记录管口和管底标高、滤网结构及进水段的长度和位置。该资料应长期保存备查。观测时用自动水位测读仪测出各测压管内水位，再将同 一横断面各测压管水位连成一条曲线，即可近似作为浸润线。根据浸润线位置变化情况，可初步评价尾矿坝的安全状态。

孔隙水压力观测装置 通常用孔隙水压力仪观测坝体的孔隙水压力，为用有效应力法分析坝体稳定性提供依据。孔隙水压力仪一般由感应测头、导管或导线和测读装置组成。测头埋入坝体内，测读装置设在坝外观测室内，两者通过导管或导线连接。常用的有水管式、钢弦式和电阻应变片式等压力仪。水管式压力仪常用于观测非饱和土的孔隙水压力;钢弦式应用广泛，性能稳定，耐用;电阻应变片式较灵敏，适用于动孔隙水压力测量，但长期稳定性差。埋设测头时，应使测头周围的土料尽量保持原状，导管或导线应及时引入观测室与测读装置相连接。有关资料，如埋设时周围土质性质、回填土试验、埋设时间、天气情况、仪表的标定和初始观测的记录等，应及时整理，移交生产管理部门，归档备查。

土压力观测装置 通常用土压计测量坝体作用于排水管上的土压力，为正确分析排水管内力提供依据。测点布置见图3。土压计由压力盒、导线和测读仪构成。压力盒在排水管浇注混凝土时嵌入管壁内，使其承压面与管壁外表面齐平。测读仪设在坝外观测室内，压力盒通过电缆线与测读仪连接。常用的有钢弦式和电阻应变片式土压计。前者采用频率接受器测读钢弦振动频率，从率定曲线上查出土压力;后者采用电桥测读电阻应变片的电阻及电阻比，再从率定曲线上查出土压力大小。