关于西藏尾矿库工程建设与生态环保的一些探讨

时间：2024-05-16

郭涛肖艳

(西藏玉龙铜业股份有限公司，西藏昌都 854000)

前言

尾矿库，一种矿山生产排放的废弃物-尾矿(废水、废渣)的重要的生产设施。在西藏这个政治敏感的地区，尾矿库的各项工程建设不仅要严格遵守国家和当地政府相关的法律法规，而且必须以生态环境保护为首要重点［1］。

西藏高原某尾矿库库区海拔4250～4350m，矿区地貌属“青南藏东川西山原区”，植被以灌木和高山草甸为主。矿区地表水系为东沟和西沟两条小溪，两小溪回合后向东南流入某河流然后汇入金沙江的支流。尾矿库属于山谷型尾矿库，初期坝坝顶标高为4310m，库容697 万m3，初期尾矿库服务期满后，尾矿坝采用下游法土石料筑坝加高，加高高度40m，最终坝顶高程4350m，库容3943 万m3。

1、尾矿库地质的处理

1.1 溶洞处理

矿区地表水系分为东沟和西沟两条小溪，东沟水系较为发达，但在流经尾矿库时水流有减小和断流的现象，则证明尾矿库存在有较大溶洞或者裂隙。尾矿库两侧山坡溶洞分布极广，初勘工作中共发现多处出露溶洞，而且溶沟、裂隙随处可见。工程中溶洞大部分情况下可以考虑为一种不良地质，如果不根据实际情况对这些溶洞、裂隙做相应处理，随着尾矿的堆积以后可能造成尾矿库的塌陷，造成重大的经济损失和环境污染。因此在尾矿库的前期工程中地质补勘工作是首要的重点。补勘工作由具有资质的某地质队来完成，补勘间距和钻孔深度均达到国家法律法规和相关规范的要求。库区内地表裸露的溶洞深部采用注浆回填，浅部采用碎石回填，浆砌块石封闭，表层抹水泥浆处理。如果是地下岩洞不良地质采用注浆处理。当溶洞空隙较大时，适量掺加碎石作为填充物。边坡裸露溶洞处理方法:在发现溶洞的地点进行堵塞。施工时先清理周围乱石浮土，再用水泥砂浆浇灌进溶洞裂隙，再用2m 厚的C10 混凝土板。处理时必须注意浆砌块石与西周洞壁接合紧密牢固，把底部浮土、碎石清理干净，以免因沉陷时洞顶接触面与浆砌块石体分开引起塌陷;库底溶洞处理方法:地表覆盖层清基深度1m 深，用水泥砂浆浇灌进溶洞，然后向上逐层填以0.25m 厚碎石，025m 厚粗砂做垫层。最后用细粒土夯实封闭洞口，细粒土压实度不小于95%。为防止洞口周围渗漏，细粒土覆盖层的宽度大于漏斗直径3～5m。

1.2 泥石流处理

尾矿库库区内泥石流规模较小，在库区开挖整平施工前采用削坡、开挖处理等坡面治理，以防止或者减少坡面岩土体和水参与泥石流的形成，开挖出的碎石土满足要求的可以用于筑坝和库底防渗衬里的垫层。

1.3 危岩处理

根据库区内的危岩特点，采取爆破清除，在筑坝前对尾矿坝西侧山坡上方的危岩提前进行爆破清除，满足要求的石料可用于筑坝。

溶洞一直都是影响尾矿库地表稳定的重大隐患，如果没有处理好，不仅会造成尾矿库底的塌陷、下沉或开裂而且会造成日后堆积尾矿的渗漏，从而对环境造成严重的污染。因此地质灾害处理是西藏高原某尾矿库建设首要抓的重点工程项目，要确保每一个细节都没有差错并为后续的各项工程建设打下夯实的基础。

2、尾矿库排水回水系统

结合国内造成尾矿库事故的主要因素有洪水、溃坝、排水不畅、渗漏、陷落等。西藏高原某尾矿库是全封闭全防渗的尾矿库并且建立了健全的尾矿库排水回水系统［2］。

尾矿库排洪设施作用是将汇水面积内洪水安全的排至库外，保证尾矿库在洪水运行期间的安全运行。它的安全性和可靠性直接影响到尾矿库的防洪安全。进水构筑物包括排水斜槽、溢洪道、截洪沟。输水构筑物包括排水管、排洪井和截洪沟。尾矿库东侧由于汇水面积较大设置有截洪沟，西侧则采取分散截留的方法，保证洪水不流入尾矿库内，保证了在汛期时尾矿库的安全。尾矿库共设有5 条地下水导排管用于导排地下水，保证在尾矿库整个使用期内都能顺畅排水。地下水导排设施分为碎石导排层和HDPE 排水管。碎石导排层尽量的利用了天然河道卵石层。排水管在全部场地开挖平整前埋设，排水管周围用细粒土人工夯实，且上部细粒土厚度不小于1m 后进行机械碾压，整个地下导排管的平均纵坡不小于2%。库底的排水管采用开孔管，周围填以卵砾石，这样既可以进行地下水的导排，也可作为排水管的反滤层。

西藏高原某尾矿库四周都设有截洪沟保证了洪水不流入尾矿库内，尾矿库内排水回水系统的作用是排除并回收尾矿库的澄清水并将部分送回选矿厂供选矿生产重复利用，同时可以降低尾矿库内浸润线从而减小了尾矿坝的压力，保证了尾矿坝的安全稳定，对废水进行有效的处理，充分利用水资源，很好的保护了周围的生态环境。

3、尾矿库初期坝

尾矿库的基础构筑物是初期坝，不仅可以堆存初期的尾矿，给管理人员为堆筑后期坝必要的准备时间，而且是堆积坝的基础，是尾矿库的支承结构，它与堆积坝共同作用以达到阻挡尾矿的目的。导致尾矿坝失事、溃决的直接原因为洪水、坝体稳定性不足、渗流破坏及其它因素，然而追根溯源还是尾矿库存在隐患。在尾矿库的前期建设工作中，对自然条件的了解不够、设计不当或者施工质量不良是造成这些隐患的先天因素。在生产运行过程中，尾矿库的管理人员不具备相关的专业知识，尾矿工没有经过专业的技术培训，未制定合理的安全管理制度和安全操作规程，未按设计要求或相关规范执行等是造成隐患的后天因素。

西藏高原某尾矿库初期坝为不透水土石坝，其安全级别很高，是设计相对保守的一个大坝，本工程堆石坝体回填约55万m3，坝体最终高度为95m，筑坝石料由就近山体爆破取得，筑坝细粒土料从尾矿库西侧岸坡开挖。筑坝堆石和干砌石均为中风化灰岩和微风化灰岩。上游每隔10m 设一个锚固平台，宽3m;下游每隔10m 设一个马道，宽2m，马道设排水沟。在坝基清理排水管安装完成后进行堆石坝的填筑。尾矿坝谷底河相沉积物清除其表层松散卵石层，保留稍密卵石层和中密卵石层作为地下水导排层，先进行地下导排管的施工，再进行堆石坝施工。第一层土石料由于清基后不太平整，因此采用进占法进行堆石坝的填筑，以后采用后退法铺料，平整用推土机，碾压用自动式光面振动碾。初期坝采用分层机械碾压，每层厚度不超过0.4m。尾矿坝的稳定性是整个尾矿库系统安全的核心所在，因此在坝体施工过程中，西藏高原某尾矿初期坝严格按照尾矿库施工图纸设计和相关法律法规和规范施工，对上坝石料级配比、分层碾压厚度、碾压遍数和坝体坡比均严格按照设计要求进行管理与施工，以确保不出现不合格的产品，杜绝一切安全环保隐患，为以后的尾矿堆积奠定夯实的基础。

4、尾矿库防渗系统

本工程所在区域海拔高、工程量大、结构形式较为单一、工期短是本工程的最大特点。根据对尾矿库的地质勘察报告:尾矿库淹没范围内岩溶、泥石流、和危岩等不良地质作用在场地内均有不同程度的发育。因此在尾矿库施工前对这些不良地质均采取了相关措施进行处理，并进行了必要的补勘工作，为尾矿库防渗工程的进行打下了坚实的基础。

尾矿库的防渗系统是整个尾矿工程中最为重要的一环，也是最为复杂和要求最为严格的。边坡的防渗材料一共分为五层:从上到下依次为600g/m2黑色长丝土工布-1.5mm 厚HDPE 膜(单糙面朝下)-6000g/m2钠基膨润土垫-6.3mm复合排水土工网格;库底的防渗材料一共分为四层:从上到下依次为600g/m2黑色长丝土工布-1.5mm 厚光面HDPE 膜-6000g/m2钠基膨润土垫-0.3m 厚粘土(压实后)-500g/m2白色短钎土工布。每一层的材料搭接宽度要求都不一样，搭接方法也不一样，以及在膜下面不能有尖锐物料，HDPE 膜焊接处是否通过试验检验等等。根据国家相关规范的要求HDPE 膜焊接的环境温度为5℃以上，但西藏高原某尾矿库的库区地处高海拔、高寒地区，全年平均温度在0℃以下，因此周围温度很难达到HDPE 膜的焊接要求，但经过各种努力和尝试，在周围环境温度为-5℃以上时焊接的HDPE 膜也都能通过试验检验，很好的解决了HDPE 膜焊接环境温度这一难题。对于HDPE 膜检测共实施了三种检测方法:真空检测法、气压检测法和电火花检测法。对于单轨焊接的HDPE 膜采用电火花检测法，双轨焊接的采用真空监测法和气压检测法。同时对焊接完成的HDPE 膜和修补完成后的HDPE 膜都进行相应的检测以确保没有不合格产品。

土工膜用于尾矿库环保防渗是一种非常有效而且质量稳定的防渗材料，但在施工过程中必然会产生破损漏洞，如果不找出漏洞并对其进行修补，则尾矿库会由环境保护工程变成一个长期的重大污染源。造成土工膜破损漏洞主要有以下几个原因:由于焊接和施工机械损伤等原因;早期主要是焊缝问题，其次主要是石子造成;绝大部分空洞是在施工过程中造成的，其次是人为的破坏［3～4］。因此对土工膜破损漏洞的检查工作至关重要，西藏高原某尾矿库组织了相关工作人员检查铺设好的土工膜，找出漏洞并要求技术人员对其进行修补，不放过任何一处漏洞，确保尾矿库环保防渗的可靠性，减少或避免尾矿库渗漏对环境造成的破坏。

5、尾矿库监测设施

5.1 尾矿库人工监测设施

为及时掌握坝体的沉降或位移情况，在尾矿库初期坝坝顶设唯一观测点。在监测垂线的坝破外的山坡上设置工作基点，在位移观测点旁处设坝体侵润线观测点。同时在排水井上设置醒目、清晰牢固的水位观测标尺。尾矿库的人工监测系统各项监测每月不少于一次。在洪水季节和水位异常波动时适当的增加观测次数，做好数据的采集和原始情况的记录，随时掌控尾矿库的运行情况，结合在线监测为尾矿库提供准确、真实的数据报告，在某些突发情况下，及时的采取应急与救援措施。

5.2 监测井

为监测尾矿库对地下水的影响，沿尾矿库上下游及周边设5 口地下水监测井。一口设置在尾矿库上游的东侧支沟上，一口设置在尾矿库上游的西侧支沟上，作为对照井;第三口设置在尾矿库截渗坝下游，作为污染监视监测井;其余二口设置在尾矿库东侧的某沟口和尾矿库西侧某沟口，作为污染扩散监测井。尾矿库工作人员定期对监测井的水质进行取样、化验及分析，得出可靠的结论，一旦地下水出现异常，及时的对其采取解决措施，减小对下游的环境污染。

5.3 尾矿库在线监测

尾矿库设在线监测设施。监测内容包括坝体位移、坝体沉降、HDPE 膜监控系统、浸润线、库水位、降水量及干滩长度。保证尾矿坝有足够的安全超高、沉积干滩长度和下游坝面坡度。通过对尾矿库进行自动化安全检测，分析坝体的结构健康状态，及时发现不正常现象并提出警示，评估结构的可靠性，为尾矿库的管理与维护提供科学的数据依据。

尾矿库通过建立健全的监测设施，可达到以下几个目的:为矿山提供尾矿库生产运行状况的真实数据，及时发现尾矿库的安全隐患，以便对这些隐患及时采取针对性的措施，很大改善尾矿库的安全运行条件，并实现尾矿库的长期安全运行;预测尾矿库溃坝事故，为组织抢险和及时疏散尾矿库下游村民赢得宝贵的时间，同时可以减少事故伤亡和财产损失;尾矿库灾害演化过程的直观反应指标是坝体位移，通过此监测可以及时的发现尾矿坝沉降、变形和发展速度，有利于安全环保部门和企业及时的采取科学的应急决策，从而避免灾害的发生或者减少灾害发生造成的危害［5］。