从安全评价角度对尾矿库排水设计的建议

现在的尾矿库设计工作在全国范围内的开展越来越广, 安监局和环保局也都很重视, 但是很多地方的基础工作太滞后, 而政府管理人员都是不太懂专业的, 总是把设计工作想的太简单, 急于求成, 致使很多地方的尾矿库设计都不规范, 基础资料缺乏, 纯粹是一种形式上的管理, 对解决企业安全问题帮助很有限。尾矿库基础工作比较薄弱, 大部分尾矿库是为了获得安全生产许可证而补作的设计。而一些地区的新建尾矿库甚至是个别似懂非懂的人士设计的, 留下了很多隐患, 以致近年尾矿库事故频频发生。主要危险因素为漫 (溃) 坝危害及坝体渗漏危害, 这些问题不仅表现为初期坝、堆积坝体稳定性差, 根源上是因为排水设施普遍存在隐患, 严重威胁着尾矿库的安全稳定。本文重点阐述尾矿排水设施设计中的若干安全问题及改进建议。

1 排水设施设计中存在的问题

1.1 尾矿库初期坝为不透水坝

经过统计分析, 尾矿库发生溃坝的原因主要是初期坝设计为不透水坝, 导致尾矿库排水不畅, 容易发生溃坝事故。不透水初期坝造成溃坝的概率比透水坝造成溃坝的概率要大, 所以尾矿坝通常要有良好的渗水性, 以排除库内积水。初期坝一般由毛石堆砌, 堆积坝则是随着尾矿的增加, 用沉积的粗粒尾矿堆积。这种坝体的结构含有大面积的厚层细泥夹层, 使坝体具有不稳定性。尾矿库中的水不断地经过坝体 (坝墙) 排走一部分, 排水线以下的坝体均含水或被水润湿, 通常称这一排水线为润湿曲线。润湿曲线愈低, 坝愈稳定。如果润湿曲结已升高到最高一层子坝的坝顶, 说明尾矿水已淹没到子坝的顶部, 尾矿坝已是被水浸泡的砂堆, 坝体随时可能崩塌。在发生洪涝灾害, 或受到人为破坏时, 坝坡会出现圆弧形滑动面造成溃坝。

1.2 尾矿库防洪设计标准较低

这个问题主要存在于中小型民营尾矿库设计中。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。另外一方面, 尾矿库的防洪、抗震及坝体稳定性等建设标准较低。设计人员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。笔者作为安全评价人员, 曾经对多个尾矿库进行安全预评价, 经验算得出设计的排水管很多不能满足实际预测的防洪标准要求, 主要原因是因为洪水的计算量不够。洪水计算是排水设施设计的重要依据, 应该慎之又慎。如果设计人员对洪水计算量偏小, 容易导致设计不符合安全要求。

1.3 排水设施的所处地基问题

1.3.1 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, 坝顶之下管涵顶部压力最大, 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。

1.3.2 排水涵洞基底隆起和直墙破坏的问题

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, 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。

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。

1.4 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。

2 结语

造成尾矿库失事的原因很多, 本文根据目前尾矿库存在的各种现状, 主要从尾矿坝类型、排水设施地基处理及防洪标准选择等方面分析造成尾矿库溃坝的原因, 根据多年的安全评价经验, 笔者总结了以下几条建议, 希望为尾矿库防水排水设施设计提供参考意见。

(1) 为了确保坝体的安全, 在设计上尽可能采取透水初期坝, 透水初期坝有较强的透水性, 有利预后期堆积坝的排渗固结和坝体稳定。尾矿浆的排放应从坝顶均匀地向库内上游方向排放, 把尾矿水尽量往库内压, 使坝的内坡离积存尾矿水的位置有相当的距离。

(2) 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。

(3) 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。

(4) 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。

(5) 提高尾矿库设计专业人员的技术要求, 遵照尾矿库设计标准, 严格执行设计审查制度, 做好审查批准工作, 不能让不符合安全要求的设计方案投入生产。

摘要：介绍了尾矿库目前的设计与监管现状, 从安全评价的角度阐述了尾矿库排水设施设计中存在的问题, 并提出了相应的设计和管理建议, 从而确保尾矿库的稳定安全。

关键词：尾矿库,排水设施,建议,安全