李小生 巫尚蔚

(1.江西铜业公司德兴铜矿；2.重庆大学 资源及环境科学学院;3.煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室)

中线法堆坝在南方多雨地区的防洪度汛实践

李小生1巫尚蔚2,3

(1.江西铜业公司德兴铜矿；2.重庆大学 资源及环境科学学院;3.煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室)

中线法堆坝具有坝轴线垂直上升，粗、细尾矿分级排放的特点，克服了上游法堆坝坝体结构复杂、稳定较差的缺陷，由于我国南方存在汛期排洪压力大、外坡冲刷严重的问题，其推广应用受到一定限制。针对德兴铜矿4#尾矿库，采用现场考察和应用相结合的研究方法，提出了一段底流充填技术、坝面防冲刷技术、截洪沟优化设计、植被护坡、坝脚沉砂技术、水位在线监测及洪水预警系统建设，“汛前抓预防,汛中抓落实,汛后抓总结”等应对汛期极端天气、解决坡面冲刷的技术和管理措施。实践结果表明：中线法尾矿堆坝可以适用于南方多雨地区，其防洪度汛技术和管理措施是实用的、有效的，为中线法堆坝工程提供有益借鉴。

尾矿库 中线法堆坝 防洪度汛

中线式尾矿筑坝的特点是坝轴线保持不变，利用水力旋流器对尾矿进行分级，粗粒级尾矿堆积到坝轴线下游尾矿堆积区，溢流尾矿排放到坝轴线上游库内充填[1]。中线法克服了上游法堆坝复杂、混合的坝体结构及渗流不易控制的缺点,利用分级后的粗粒级尾砂堆坝，可避免将坝体筑在粗细相混的尾矿上，坝体稳定性强，同时节省了土地,减少了对地表植被的破坏,具有良好的社会生态效益，是西方发达国家常见的尾矿堆积形式，在我国地震多发区域和生态脆弱地区具有积极的推广意义和环保示范作用。

我国自80年代中期开始探索并在国内实践中线法堆坝以来，已有一些专家学者结合我国国情对中线法堆坝在南方地区的工艺推广进行了研究[2-7]，开展了对复杂条件下尾矿材料的基础试验和数值模拟[8-10]，总结了南方地区中线法堆坝在加高过程中的筑坝工艺、存在的问题和改进方向[11-13]，延长了中线法尾矿库服务年限[14]。

中线法筑坝在我国南方地区推广过程中，除了要面对原尾矿细粒化、缺乏国内工程实例经验等常见问题外[15]，由于区域气候多雨,暴雨强度大, 存在外坡冲刷问题,雨季汛期排洪压力较大，对坝体安全和生态坏境造成很大影响，相关领域的研究还比较缺乏，制约了中线法堆坝在南方多雨地区的推广。

以德兴铜矿4#尾矿库为例，针对南方多雨地区中线法堆坝的施工工艺、坝面防冲刷技术和汛期管理实践等内容进行探讨，解决了中线法堆坝汛期安全运行的关键技术,为我国中线法堆坝技术的进一步推广和应用积累了宝贵的经验，具有一定的现实意义。

1 工程概况及工艺简介

德兴铜矿4#尾矿库位于大山选矿厂以北的西源大沟内， 1991年投入使用，采用中线堆积法原理设计。初期坝基础坝高38 m，总坝高208 m，外坡坡比为1∶(3.96～4.74)(设计要求不大于1∶3)，设计库容为8.35亿m3，有效库容为7.7亿m3，汇水面积为14.3 km2，是国内首家采用中线法堆坝工艺的尾矿库，目前已进入后期筑坝阶段。截至2014年，4#尾矿库已经安全运行24 a，素有“亚洲第一坝”的美誉，在国内起到了中线法堆坝示范和推广的作用[16]。

选厂尾矿由明渠自流至大坝两端分级站,并通过φ660 mm旋流器进行两段旋流分级。一段分级站为固定式，共2组旋流器组，每组6台;二段旋流器布置于坝面，共35台，可随坝顶升高和堆坝需要进行移动。分级后的二段底流粗砂(-200目含量不大于15%)进行大坝堆筑，一、二段溢流尾矿直接排入库内。4#尾矿库分级工艺流程见图1。

堆积坝采用中线法堆筑，堆积坝轴线与初期坝轴线保持一致，坝顶沿初期坝垂直上升，为保证尾矿坝的堆筑速度，减少二段分级旋流器和管道的频繁移动，尾矿坝分期堆筑，每期升高10 m左右，需粗砂6 600万m3。中线法筑坝工艺见图2。

图1 4#尾矿库分级工艺示意

图2 中线法筑坝示意

2 中线法筑坝汛期的技术措施

德兴铜矿地处南方多雨地区，年均降雨量达 1 882 mm，千年一遇雨量达522 mm/d，中线法筑坝上升过程无法进行黄土覆盖和植被培植,大降雨会对坝体冲刷,造成粗砂流失现象，给尾矿库防汛带来很大困难，因此，如何确保尾矿库安全度汛是日常工作的重中之重。通过多年不断探索，摸索出了一套防洪方法，可为中线法筑坝在南方多雨地区的应用提供参考。

2.1 一段底流充填技术

因二段溢流浓度偏低(12%～15%)、粒度偏细(-200目含量为85%～92%)，形成的沉积滩坡面较缓，汛期防洪标高难以达到设计要求。通过多年探索试验，采用一段底流充填技术，利用40%浓度的一段分级底流对滩面进行均匀、轮番充填，能短时间大幅度提高滩面标高，增加干滩长度，有效降低浸润线，增大尾矿库调洪库容，从本质上提高尾矿库防洪能力。一段底流充填现场见图3。

图3 一段底流充填现场

2.2 多梯级截排水坝面防冲刷技术

中线法筑坝工艺在生产期间无法及时进行黄土及植被覆盖，遇大的降雨冲刷易造成粗砂流失现象，特别是4#尾矿坝堆筑进入中后期(2000年以后)阶段，外坡面裸露面积超过50万m2，下暴雨时，坡面容易形成大的表面汇流，冲刷坝体形成拉沟，严重危害坝体的安全稳定。通过多年的摸索和总结，掌握了一套多梯级截排水防冲刷技术。通过在大坝外坡进行划块分区管理，修筑拦截子坝，拦截汇流雨水，及时导流，排出坝面汇水，防止坝面汇水的扩大和连续对砂质坝体的冲刷。具体措施：首先在坝外坡面每隔30 m高度共堆筑4条挡水子坝，并进行加厚处理；其次将大坝外坡长度较长的挡水子坝修筑为“人”字形，并在东、西侧山体结合部利用土工布及砂袋人工垒筑排水出口至东、西侧截洪沟，从而截断东、西坝肩山凹的洪水，分割汇流面积，减少雨水汇流量。多梯级截排水坝面防冲刷技术示意见图4。多年生产实践表明，本技术措施实用有效。

图4 多梯级截排水坝面防冲刷技术示意

2.3 截洪沟优化设计

4#尾矿库汇水面积达14.3 km2，坝体两侧汇水面积较大，汇集雨水量较大，原两侧山体截洪沟因断面不大，加上山体边坡雨季塌方易倒塌,造成截洪沟失效，大量的粗砂流失。通过在大坝东侧最终坝体淹没线以上修筑“水路两用”公路，日常作为通行公路，汛期兼当截洪沟使用，由于过水断面大，不存在失效问题，从根本上解决了坝体两侧截洪问题；在大坝西侧最终淹没线以上修筑“清污分流沟”，使山体汇水与坝面汇水分流，山体汇水直接外排，坝面汇水经沉砂池后进入截渗池回用，减少了沉砂池入池流量，确保了沉砂效果，有较好的环保效益。截洪沟优化设计见图5。

图5 截洪沟优化设计

2.4 堆筑后期植被护坡

地表植被有保持水土、减缓洪水、调节水量、净化水质的作用。对进入堆筑后期的中线法尾矿坝坡面,可采取密集型种植方法，自坡脚至坡顶种植适宜生长的植被，以更好地固结土壤，也有利于尾矿库长期的生态恢复。为了保证质量和成活率，应采取定期定员进行检查、督促，严格按照设计要求施工，对施工中出现的问题，及时给予解决。按照德兴铜矿日采选综合生产能力13万t计算，4#尾矿库仅可使用6～7 a，尾矿库已接近后期堆筑，且坝脚区域已接近最终设计坡比，为了缩小外坡尾砂裸露面积，减少尾砂流失，自排渗棱体坝开始自下而上按照最终设计坡比对外坡进行定型及黄土覆盖(图6)，并按计划在坡面种植草本或低矮灌木，修筑永久性坡面排水沟，发挥固沙和防冲刷作用。

图6 黄土覆盖施工现场

2.5 坝脚沉砂技术

尾矿是第Ⅰ类一般固体废物，还含有有害药剂和金属离子，会污染田地、江河水体，对社会生活造成危害。南方雨季尾砂流失严重，受中线法筑坝工艺影响，坝面汇水外排时会夹带部分尾砂，给环保安全带来隐患。为解决这一问题，在坝脚修筑了2个沉砂池(图7)，总容积达3万m3，坡面汇水通过东、西侧截洪沟流入沉砂池，通过沉积后，汇水进入3万m3的截渗池，通过渗水回收泵站输送回分级站当作补加水使用，既解决了环保问题，又节约了生产用水成本。

图7 坝脚沉砂池

2.6 水位在线监测及洪水预警系统建立

尾矿库在线监测可用于对浸润线、库水位、干滩长度的实时监控[17]。连续的水位自动监测可以记录下监测浸润线、库水位、干滩长度完整的数据变化过程，并且实时得到数据，借助于计算机网络系统，还可以将数据传送到网络覆盖范围内的指挥中心。建立尾矿库水位在线监测及洪水预警系统，有利于实时了解尾矿坝的安全情况，实现不同降雨条件下尾矿库的水位及坝体的安全性状态的实时预报，提高管理效率。

4#尾矿库于2013年开始建设尾矿库在线监测项目，包括浸润线、干滩、库水位、降雨量、渗流量及重要场所的视频监控，采用现场监测站、监测管理站、监测管理中心站三级架构，设置21个浸润线监测点，3个滩顶高程监测点和5个视频监控点，很大程度上提高了尾矿库安全管理水平。

2.7 汛期管理措施

4#尾矿库在多年旱季防洪工作经验的基础上，形成了一套系统的汛前、汛中汛后管理办法，即“汛前抓预防、汛中抓落实、汛后抓总结”。

汛期来临前，应当按照“安全第一、预防为主、防重于抢、有备无患”的指导方针和“旱季防洪、本质安全”的指导思想进行组织和物资准备。根据尾矿库防洪度汛的任务与要求，组织编写应急预案,并对预案进行适宜性评估，做好防洪应急物资的储备工作和抢险设备的维修保养，同时组建专业的防汛抢险队，定期组织防洪抢险演练，提高应对突发事故的处理能力。

汛期到来时，做好尾矿库安全监测和安全检查工作。在汛期(3—8月)每月进行一次防洪专项检查，对尾矿库外坡等防洪重点部位进行清理和修复，减少雨水对坝体影响；每月对坝体进行一次渗流监测，对滩顶标高、干滩长度进行一次监测；每天对库水位、降雨量进行监测；每月对坝体浸润线进行一次监测，及时归档，为尾矿库生产作业计划及防洪预案的制定提供依据，为坝体的本质安全提供保障。

汛期结束后，要开展一次防洪工作专项研讨会，通过总结上一年度防洪工作经验及不足，指导制定下一年度防洪措施计划，使之更加符合防洪实际。

3 防洪实践效果

德兴4#尾矿库采用中线法筑坝工艺，解决了细粒尾矿高堆坝的关键技术，通过24 a的生产实践，在建设前期进行了系统科学的试验研究和精心设计，在建设期间进行了严格的监控，对已堆坝体也进行了勘探和测试，各项技术指标达到了设计要求，堆积坝渗透性良好，浸润线低，并成功地经受1998年7月23日(317 mm)、2011年6月14日和17日(600 mm)的特大暴雨的严峻考验，没有出现任何稳定破坏迹象。不论是理论分析还是实践检验，都证明了中线法堆坝可以在南方多雨地区进行推广，与传统的上游法堆坝相比，稳定性具有很大的优越性。

4 结 语

(1)中线法筑坝应对汛期的技术措施包括一段底流充填技术、多梯级截排水坝面防冲刷技术、截洪沟优化设计、植被护坡、坝脚沉砂技术和水位在线监测及洪水预警系统建设。一段底流充填技术能短时间内提高防洪标高，增加干滩长度，有效降低浸润线，增大调洪库容，提高防洪能力；因地制宜的截洪沟优化设计可节省施工成本，提高截洪沟利用价值；多梯级截排水坝面防冲刷技术有效用于减少雨水对中线法坡面的冲刷；植被护坡是闭库后的坡面长期保护措施；坝脚沉砂技术可有效拦截和沉淀被雨水冲刷的尾砂，保护下游环境；水位在线监测及洪水预警系统可实现对浸润线、库水位、干滩长度的实时监测，实现不同降雨条件下尾矿库的水位及坝体的安全状态的实时预报。

(2)中线法筑坝应对汛期的管理措施分为汛前、汛中和汛后三部分，即“汛前抓预防、汛中抓落实、汛后抓总结”。汛前进行方案预演和物资准备，汛中加强实时监测和安全检查，汛后及时开展经验总结，可有效保障汛期尾矿库的安全运行与防洪应急抢险工作的开展。

(3)尾矿中线法堆积坝具有显著的环保效益和社会效益，在环境保护要求日趋严格背景下，该技术具有推广实践的价值。德兴4#尾矿库的安全运行证明,南方多雨地区通过采取合理的工程技术和组织管理措施，可以有效地避免雨水对坡面的冲刷作用，保证尾矿库的安全环保运行。

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Practice on Middle Line Damming Method in Flood Controlling in the Southern Rainy Regions

Li Xiaosheng1Wu Shangwei2,3

(1.Dexing Copper Mine, Jiangxi Copper Corporation;2.College of Resources and Environmental Science,Chongqing University;3.State Key Laboratory for Coal Mine Disaster Dynamics and Control)

The dam dammed by upstream method with defects of complex dam structure and poor stability is overcomed by middle line damming method with the characteristics of dam axis rising in vertical and coarse and fine tailings grading emissions. The flood drainage pressure is high and external slope erosion is serious in the southern rainy regions in our country during the flood season, so, the application of middle line damming method is restricted. Taking the 4#tailings pond as the research object, the technical and management methods of a bottom flow filling method, anti-erosion technique of dam surface, optimization design of intercepting flood ditch, slope protection with vegetable, method of sand setting in the bottom of dam, construction of water online monitoring system and flood warning system are proposed，and prevention is focused in the period of pre-flood, while the flood season coming, the implementation of technical and management methods are valued, after the flood season, the working effects are summarized. They are proposed to deal with the extreme weather during the flood season and slope erosion by the research thoughts of combination of scene investigation and application. The results show that, middle line damming method can be applied to the southern rainy regions, the technical and management methods proposed in this paper is practical and effective, which can provide references for the dam projects by middle line damming method.

Tailing pond, Middle line damming, Flood controlling

2015-05-25)

李小生(1973—)，男，高级工程师，硕士，334224 江西省德兴。