1、 康家灣礦齋家沖尾礦庫加高擴容面臨的問題及對策安環(huán)部 王松堅摘要:本文提出了康家灣礦齋家沖尾礦庫加高擴容的建議，并對尾礦庫加高擴容所面臨的問題提出了對策，論證了尾礦庫加高擴容經過正規(guī)單位設計、工程整改，齋家沖尾礦壩穩(wěn)定性完全可以滿足規(guī)范要求。齋家沖尾礦庫可從145米征地標高加高至170米或以上，庫容從450萬m3增至910萬m3，相當于再造一個康家灣礦齋家沖尾礦庫，與選擇地址建新的尾礦庫相比，可節(jié)省投資數千萬元。關鍵詞：齋家沖尾礦庫 加高擴容 工程地質勘察 穩(wěn)定性 物理力學指標 排洪系統(tǒng)前言近年來，由于康家灣礦齋家沖尾礦庫接近145米征地標高，2008年公司領導多次要求選擇地址建新的尾礦庫以接

2、替齋家沖尾礦庫，后來康家灣礦物色了一個容積約為800萬m3的尾礦庫新址，預算金額9800萬元。而筆者在征詢多位知名專家后，向公司領導和康家灣礦領導提出了尾礦庫加高擴容的建議。但眾多同仁提出了尾礦庫加高擴容可能存在的問題，如尾礦壩穩(wěn)定性、是否有足夠庫容等，為此，公司邀請中國有色金屬工業(yè)長沙勘察設計研究院對康家灣礦齋家沖尾礦庫進行了工程地質勘察和對庫區(qū)平面圖進行精確測量。1尾礦庫概況1.1尾礦庫現狀齋家沖尾礦庫于1974年由原水口山礦務局自行規(guī)劃設計。1979年動工，至1986年5月竣工，6月正式使用至今。該庫初期壩壩頂標高103.0m，壩高20.8m，壩頂寬4.0m，壩內坡1:2.0，外坡1:1

3、.75，壩型為堆石壩，后期堆積壩壩為上游式尾礦堆壩，設計最終堆積標高150.0m，總壩高67.8m，設計總庫容526104m3（但是實際征地標高卻為145米，相應庫容450104m3）。2000年該庫壩坡出現沼澤化，長沙有色冶金設計研究院采用在壩坡上設置大口輻射井的方案對沼澤化問題進行了處理。2003年長沙有色冶金設計研究院對該庫的排洪系統(tǒng)進行了安全整改設計，使其能安全運行至150.0m標高。目前該庫壩頂標高約145.63m。1.2尾礦堆積壩目前齋家沖尾礦庫堆積壩頂標高約145.63m，灘頂標高約145.5m ,堆積壩高42.63m，總壩高63.43m。庫尾水面標高約139.02m，沉積灘長約

4、370.0m，沉積灘坡度約為1.75%；平均堆積邊坡約1:4.7。堆積壩坡采用山皮土護坡，表面植物（草）較好。壩肩排水溝除標高110113m之間東側的小部分損毀變形外，其余的排水溝均較好。各級馬道的排水溝現狀良好。1.3排洪系統(tǒng)齋家沖尾礦庫排洪系統(tǒng)由期窗口式排水井隧洞和期斜槽豎井隧洞組成，目前正使用期排洪系統(tǒng)。排水斜槽BH=1.01.7m，斷面為圓拱直墻型，建于標高114.7m至標高153.6m山坡上，斜槽傾角22.1，長105.6m，其底板和側壁均為單側配筋的鋼筋混凝土結構。130.0m標高以下斜槽中埋設D=0.8m鋼管加固，鋼管與斜槽內壁之間澆注C15細石混凝土。豎井DH=1.611.0m

5、，混凝土襯砌，豎井底標高約103.0m。隧洞BH=1.61.92m，長857.8m，坡度約為1.5%，為門洞型支護結構，庫區(qū)隧洞經現場調查，主隧洞均采用鋼筋混凝土襯砌，斷面為圓拱直墻型，BH=1.61.85m，坡度約為1.5%，出口底板標高90.28m。除部分約長160m長底板損毀外，其余段襯砌結構完好，未見明顯裂縫，僅局部有串珠狀滲水。1.4排滲設施2000年齋家沖尾礦庫壩坡出現大面積沼澤化，長沙有色冶金設計研究院為該庫設置了兩座大口輻射井，分別位于120.0m標高和130.0m標高平臺，水平排滲管的出口標高分別為107.0和120.0m，目前兩座井出水水質澄清，水量穩(wěn)定，分別為7.42L/

6、s及7.29L/s（2010年5月30日測得）。2.存在問題2.1 庫尾南側埡口最低處標高為160.0m，加高后的庫容有限，是否有必要搞加高擴容工程？ 2.2原設計最終堆積標高150.0m，如果加高擴容，初期壩是否穩(wěn)定以及排水隧洞能否承受加高后所帶來的壓力？3對策：3.1. 對策一：該庫庫尾南向埡口最低標高160.0m，需要在此設置10.0m副壩，即可從145征地標高加高25米至170.0m。3.1.1庫容計算齋家沖尾礦庫為一曲折狹長的V形山谷，走向由東向西，地勢北高南低，溝口高程為90m左右，溝長774m，北岸最高山脊高程為216.7m，南岸最低山脊高程為160.0m，庫區(qū)總匯水面積為0.4

7、3km2，屬山谷型全封閉尾礦庫。兩岸多發(fā)育近南北向山脊，兩岸岸坡較緩，一般1835。第四系覆蓋層較薄，一般12m，局部小型溝谷地段達58m。常見基巖出露，風化程度不均，以強中等風化為主。庫尾南向埡口標高最低處為160.0m，壩肩坡度為811，外側溝谷坡度1012，內側溝谷坡度1113，埡口頂最矮處寬約13.0m，兩側山體坡度較陡，庫尾東側埡口最低處標高為170.0m。由于南側埡口頂部較窄，壩高受到嚴格限制。經初步估算，可修筑10m高副壩，則尾礦庫可加高至170.0m，根據地形分析，該庫最終加高擴容至170.0m標高，總壩高87.8m，總庫容910.0104m3。擬建副壩壩型為加筋堆石壩，設計擬

8、在碾壓堆石壩的基礎上考慮每隔1.0m高在壩體設置加筋鋼塑土工格柵，規(guī)格為縱向極限抗拉力為120KN/m，每1.0m設一層，每層格柵必須相連，上游設置袋裝現澆混凝土護坡，下游邊坡采用干砌塊石護坡。副壩壩頂標高170.0m，最大壩頂12.0m，壩頂寬2.5m，上、下游邊坡為1:0.7。3.2對策二：公司邀請中國有色金屬工業(yè)長沙勘察設計研究院對康家灣礦齋家沖尾礦庫進行了工程地質勘察，勘察結果顯示，壩體穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。3.2.1堆積壩體穩(wěn)定分析壩體的失穩(wěn)是部分土體沿某滑裂面滑動，通?；衙婕俣閳A弧形的，一般情況采用瑞典圓弧法計算壩坡的抗滑穩(wěn)定。本次設計的穩(wěn)定分析即采用瑞典圓弧法。計算時采用總應力

9、法。根據選礦廠尾礦設施設計規(guī)范（ZBJ1-90）第3.4.3條規(guī)定，荷載組合分為正常運行、洪水運行和特殊運行三種工況。其抗滑穩(wěn)定要求的最小安全系數見表1。表1 抗滑穩(wěn)定最小安全系數表 壩的級別運行工況1234、5正常運行130125120115洪水運行120115110105特殊運行110105105 100對于本尾礦庫其壩坡抗滑穩(wěn)定的最小安全系數指標為：正常運行： K1.20洪水運行： K1.10特殊運行： K1.05該地區(qū)的地震基本烈度小于6度，水平地震系數小于0.05，所以不進行特殊運行時的穩(wěn)定分析。根據工勘資料，該庫的尾砂從上至下為人工填土（壩坡覆土保護層）、尾粉砂、尾粉土、尾粉質粘土

10、、粉質粘土、強風化砂巖、中風化砂巖等，中間或夾尾粉土、尾粉質粘土，各土層物理力學指標見表2。表2 尾礦主要物理力學指標工勘推薦值類 別天然重度（KN/m3）不飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)（）C（Kpa）（）C（Kpa）初期壩體22.0360340人工填土20.016221422尾粉砂20.5254234尾粉土20.520121812尾粉質粘土20.415161316粉質粘土19.420251825強風化砂巖21.030502850中風化砂巖26.03210030100根據長沙勘察設計研究院的計算，目前堆積壩體標高和加高擴容后最終堆積標高計算結果見表3，穩(wěn)定計算結果示意圖見圖1圖4。表3 抗滑穩(wěn)定計算結果表

11、壩頂標高(m)庫等級不同工況平均浸潤線降深（m）抗滑穩(wěn)定最小安全系數Kmin規(guī)范規(guī)定最小安全系數K146等正常運行實測1.2531.20洪水運行61.1541.10170.0等正常運行81.2061.20洪水運行61.1341.10根據以上計算結果可見，目前堆積壩頂標高時，在正常運行、洪水運行情況下的壩體抗滑穩(wěn)定安全系數均能滿足規(guī)范要求；繼續(xù)堆高至170.0m標高時，在正常運行、洪水運行情況下均能滿足要求。3.3新建排洪系統(tǒng)方案齋家沖尾礦庫原排洪系統(tǒng)為排水斜槽（整改后）豎井隧洞。整改后斜槽內部為圓形鋼管，直徑0.8m；豎井為圓形，內徑1.6m，高11.0m；隧洞凈斷面BH=1.61.85m，長

12、857.8m，坡度約為1.5%。長沙有色冶金設計研究院2003年對該庫排洪系統(tǒng)進行了安全整改設計，設計中對排洪系統(tǒng)進行了結構強度復核。130.0m標高以下的斜槽進行加固，加固后結構強度能承受堆至150.0m高的尾砂荷載。但根據長沙有色冶金設計研究院計算結果，如果尾砂繼續(xù)向上加高，則斜槽強度將不能滿足要求，且該斜槽再無繼續(xù)加固的空間，所以加高擴容中不再考慮利用原排水斜槽。排洪隧洞根據工勘有關調查結果，除局部底板破壞外，其余段均襯砌完好，可繼續(xù)利用。如果齋家沖尾礦庫加高擴容，將新建框架式排水井新建隧洞（洞長約為580m）距隧洞出口約260m處原隧洞。 圖1 目前壩頂標高146.0m時正常運行壩體穩(wěn)

13、定示意圖圖2 目前壩頂標高146.0m時洪水運行壩體穩(wěn)定示意圖圖3 最終堆積壩頂標高170.0m時正常運行壩體穩(wěn)定示意圖 圖4 最終堆積壩頂標高170.0m時洪水運行壩體穩(wěn)定示意圖4工程投資估算康家灣礦齋家沖尾礦庫加高擴容工程主要包括：排洪系統(tǒng)、副壩等工程。其中排洪系統(tǒng)費用見下表：工程或費用名稱金 額（元）排水井210000隧洞掘進608000隧洞襯砌鋼筋C25混凝土1486000豎井掘進28800豎井襯砌鋼筋C25混凝土93000小計2425800副壩費用見下表：工程或費用名稱金 額（元）清基5800碾壓堆石壩605000鋼塑土工格柵208000現澆袋裝C15混凝土350000上游壩坡噴C1

14、5混凝土40000小計1208800如果從各分水嶺以下至145米標高征地，需征242 畝，按2萬元計算，需484萬元，如果從各170.0m標高至145米標高征地，需征142 畝，需284萬元，這樣，尾礦庫加高擴容至170.0m標高后，總估算投資約為847.46萬元647.46萬元。5. 尾礦庫違規(guī)加高的典型案例2008年9月8日，山西省臨汾市襄汾縣新塔礦業(yè)有限公司尾礦庫突然潰壩，約26.8萬立方米的泥沙碎石，從50多米的高度傾瀉而下，沖垮和掩埋了尾礦庫下方的新塔礦業(yè)公司辦公樓、部分民居和一個集貿市場。事故共造成277人死亡和4人失蹤，為死亡人數最多的一起尾礦庫安全生產事故。經調查，該尾礦庫在原

15、庫已閉庫的基礎上加高16米，未經立項審批、沒有正規(guī)設計，屬違規(guī)私筑壩體。該公司憑經驗隨意堆壩，對堆壩邊坡、干灘長度、排洪設施等關系到壩體安全的重要參數及設施沒有充分的認識，最終因壩體浸潤線過高、尾沙干灘長度過短而導致了事故的發(fā)生。由此可見，尾礦庫的任何施工工程都必須經過有資質單位進行正規(guī)設計、驗算后才能進行。6. 結論齋家沖尾礦庫加高擴容必須經有資質單位進行正規(guī)設計。該庫本次加高擴容后，最終堆積標高170.0m，總壩高87.8m，總庫容910.0104m3，為等庫，根據目前兩個礦山的生產規(guī)模：康家灣礦50萬t/a，年入庫尾礦量26.6104t，其余用于井下充填。鉛鋅礦選廠 5萬噸/年，年入庫尾

16、礦量4104t/a。尾礦堆積干容重： 1.5t/m3年入庫尾礦量：30.6104t(20.4104m3, 尾礦粒徑：200目約占48) 經計算，可為目前水口山有色集團的康家灣礦選廠和鉛鋅礦選廠服務18年，該庫擴容改造后具有很大的經濟效益和社會效益。 該庫新建排洪系統(tǒng)采用排水井排水隧洞老隧洞，新增1座鋼筋混凝土框架式排水井，井內徑2.0m，井架高H=24.0m，新排水隧洞與老隧洞相接，新建隧洞長約580.0m，斷面為BH=1.51.8m，可滿足規(guī)范要求的500一遇的防洪要求。 通過保持一定的堆積邊坡和設置相應的壩體排滲設施，齋家沖尾礦庫加高至170.0m標高時，堆積壩體的抗滑穩(wěn)定安全系數能滿足規(guī)范要求。 副壩采用加筋堆石壩，壩頂寬2.5m，最大壩高12.0m，壩體上、下游邊坡均為1:0.7，能滿足規(guī)范要求。 尾礦庫加高工程費用總投資約為847.46萬元647.46萬元。 (不包含子壩堆筑費用、尾礦輸送加高等輔助設施費用)。參考文獻：1.現代尾礦庫設施設計與管理維護技術及尾礦資源綜合利用實用手冊，主編：金鐘集石明，1999年2齋家沖尾礦庫工程地質勘察報告，主編：中國有色金屬工業(yè)長沙勘察設計研究院，2010年3康家灣礦