尾矿库渗漏危害分析在安全评价中的作⽤
尾矿库渗漏危害分析在安全评价中的作⽤
四川成都江光平
尾矿库安全评价中，评价⼈员容易偏重于坝基稳定性验算和防洪设施泄洪能⼒等验算，从设计可靠性⾓度分析其安全程度，⽽忽略对⽇常操作中可能导致的坝体渗漏危险隐患的分析。事实上，尾矿库坝体渗漏危险往往是造成溃坝事故的直接原因。
1985年7⽉19⽇意⼤利特塞罗镇尾矿库溃坝，经缜密调查确认：阿尔卑斯⼭冰雪融化增⼤的地下⽔已经对库区形成较⼤的⽔压，矿⼭维修排⽔管道致使管道接⼝裂隙，不仅未起到疏排流⽔作⽤，反⽽直接将流⽔注⼊库内，形成库区⽔压增⼤，渗透坝体⾄外坡浸泡，最终坝体溃决。2008年⼭西襄汾“9.8”尾矿库溃坝，新塔公司擅⾃在已经闭库的尾矿坝体之上筑坝，坝体下游坡⽐远陡于规范要求已经增⼤风险；尾矿坝⼦坝脚多次出现渗⽔现象，新塔公司采取在⼦坝外坡⽤黄⼟贴坡的⽅法防⽌渗⽔并加⼤坝坡宽度；为增加库内储⽔甚⾄⽤塑料膜铺于沉积滩⾯上，阻⽌尾矿⽔外渗，使库内⽔边线直逼坝前，⽆法形成⼲滩。以上两个案例均为造成250⼈以上死亡的特⼤灾难事故，都是筑坝操作过程中渗漏危险防治不⼒⽽触发事故发⽣，说明渗漏危险尤其是尾矿库运⾏管理过程中应该重点排除的危险隐患。
“千⾥之堤、毁于蚁⽳”，渗漏危害在尾矿库⽇常运⾏管理中极易被视为⼩隐患，但正是由于这些“⼩隐患”的⽇积⽉累，我们将很难防范最终爆发的⼤崩溃！
⼀、尾矿库渗漏危害辨析
（⼀）导致渗漏的⼯程建设原因
按渗漏的部位分类，渗漏可分为坝体渗漏、坝基渗漏、接触渗漏和绕坝渗漏。
1.坝体渗漏的建设因素
造成坝体渗漏的设计原因，有⼟坝体单薄，边坡太陡，渗⽔从滤⽔体以上溢出；压⼒管道强度不够或管道地基处理不当，管⾝断裂；坝后滤⽔体排⽔效果不良等。造成坝体渗漏的施⼯原因，有⼟坝分层填筑时，碾压不透致使放矿后形成⽔平渗⽔带；没有严格控制及调整填筑⼟料的含⽔量，碾压密实度不达标；料场取⼟与坝体填筑部位分布不合理，致使浸润线抬升，渗⽔从坝坡溢出；坝后滤⽔体施⼯时，砂⽯料质量不好，级配不合理，或滤层材料铺设混乱，致使滤⽔体失效，坝体浸润线升⾼等。
2.坝基渗漏的建设因素
造成坝基渗漏的设计原因，有坝址地质勘探⼯作不够，未能采取有效防渗措施；黏⼟铺盖与透⽔砂砾⽯
地基之间，未设有效的滤层，铺盖在渗⽔压⼒作⽤下破坏等。造成坝基渗漏的施⼯原因，有⽔平铺盖或垂直防渗设施施⼯质量差；施⼯管理不善，在库内任意挖坑取⼟，天然铺盖被破坏；岩基的强风化层及破碎带未处理或截⽔墙未按设计要求施⼯；岩基上部的冲积层未按设计要求清理等。
3.接触渗漏的建设因素
造成接触渗漏的主要原因有：基础清理不好，未做接合槽或做得
不彻底；⼟坝两端与⼭坡接合部分的坡⾯过陡，⽽且清基不彻底或未做防渗齿墙；涵管等构筑物与坝体接触处，因施⼯条件不好，回填夯实质量差，或未设截流环（墙）及其他⽌⽔措施，造成渗流等。
4.绕坝渗漏的建设因素
造成绕坝渗漏的主要原因有：与⼟坝两端连接的岸坡属条形⼭或覆盖层单薄的⼭坡⽽且有透⽔层；⼭坡的岩⽯破碎，节理发育，或有断层通过；因施⼯取⼟或库内存⽔后由于风浪的淘刷，岸坡的天然铺盖被破坏；溶洞以及⽣物洞⽳或植物根茎腐烂后形成的孔洞等。
（⼆）导致渗漏的⽇常管理原因
1.作业过程中违规操作
（1）放矿⽀管开启太少，造成沉积滩坡度过缓，导致调洪库容不⾜；
（2）未能均匀放矿，沉积滩此起彼伏，造成局部坝段⼲滩过短；
（3）长期独头放矿，致使矿浆顺坝流淌，冲刷⼦坝坡脚，且易造成细粒尾矿在坝前⼤量聚积，严重影响坝体稳定；
（4）长时间不调换放矿点，造成个别放矿点的矿浆外溢，冲刷坝体；
（5）巡查不及时，放矿管件漏矿冲刷坝体；
（6）坝⾯维护不善，⾬⽔冲刷拉沟，严重时会造成局部坝段滑坡；
（7）每级⼦坝⾼度堆筑太⾼，致使坝前沉积厚层抗剪强度很低、渗透性极差的矿泥，抬⾼了坝体内的浸润线，对坝体稳定⼗分不利；
（8）⽚⾯追求回⽔⽔质⽽抬⾼库⽔位，造成调洪库容不⾜；
（9）长期对排洪构筑物不进⾏检查、维修、致使堵塞、露筋、塌陷等隐患未能及时发现。
2.管理过程中未能有效地对勘察、设计、施⼯和操作进⾏必要的审查和监督；对设计意图不甚了解，⽚
⾯追求经济效益，未按设计要求指导⽣产；对防洪、防震问题抱有侥幸⼼理；明知有隐患，不能及时采取措施消除；未经原设计同意，擅⾃修改设计等。
当矿⽯性质或选矿⼯艺流程变更，引起尾矿性质（粒度组成、粒径、⽐重、矿浆浓度等）改变时，未能及时调整操作流程以确保消除隐患；对库区上游甚⾄库区内的乱采、滥挖问题未及时制⽌等。
（三）其它环节的影响
1.尾矿粒度对渗漏的影响
我国多数矿⼭矿⽯嵌布粒度细，共⽣复杂，为获得⾼品位精矿，多数采⽤细磨后选别。因此，排出的尾矿中的有价物质多以细粒、微细粒存在，具有较低的孔隙度，尾矿泥化、氧化程度和⽔分含量较⾼。
尾矿粒径直接影响其在库内的沉积分布位置：粒径⼤于0.037mm 的称为沉沙质，在动⽔中沉降较快，是沉积滩的主要部分；粒径在0.019~0.037mm的为推移质，在动⽔中沉降较慢，是形成沉积滩的次要部分，是⽔下沉积坡的主要部分；粒径在
0.005~0.019mm的为流动质，在静⽔中沉降较慢，为矿泥沉积区的主要部分；粒径⼩于0.005mm 的则为悬浮质，在静⽔中也不易沉降，是⽔中悬浮物。尾矿库后期坝⼀般采⽤⽔⼒冲击⽽成。由于⽔⼒冲击的⾃然分级作⽤，粗粒尾矿在
放矿⼝附近沉积，距离放矿⼝越远，尾矿越细，所以尾矿沉积的规律是⾃放矿⼝向库内⽔边逐渐变细。此外，由于堆积边坡较缓，在上述同样沉积规律下，使堆积坝垂直剖⾯上粒度分布规律是上粗下细，即⾃上⽽下逐渐变细。
尾矿后期坝是⼀个特殊的⽔⼯构筑物，实质上是尾矿沉积体，其外坡的稳定性取决于外围粗、中粒尾砂的分布状况，外坡前（通常称坝前）粗、中粒尾砂沉积越多，稳定性越好，反之越差。为此，上游式尾矿堆坝要求在坝前均匀分散排矿，是保证筑坝质量的最关键的措施之⼀，⽽不能把后期坝的施⼯质量⽚⾯理解为仅对堆筑⼦坝⽽⾔。
2.矿物成分组成对渗漏的影响
当尾矿中⾼岭⼟、蒙脱⽯、伊利⽯等黏⼟矿物含量较⾼时，⼀般堆坝较困难，即使是粒径⽐较粗的尾矿，在黏⼟矿物含量⾼时堆坝也⽐较困难，其⽔⼒⾃然分级差，脱⽔困难，浓缩也难，碰到这种尾矿要慎重对待。这种矿物含量⼩于15%还可以堆低坝，但其含量超过30%时，堆坝就很困难。
3.矿浆浓度对渗漏的影响
尾矿浓度低，有利于⽔⼒⾃然分级，对堆坝有利。浓度过⾼，分选性差，对堆坝是否有利还有待研究。从堆坝的⾓度来讲，浓度在30%~40%时⽐较有利。
4.坝前取矿位置对渗漏的影响
在沉积滩上取尾矿堆⼦坝时，不允许挖坑取尾矿，也不允许形成倾向下游的倒坡，以免放矿时形成积⽔坑，造成矿泥沉积。浸润线的
⾼低也是影响尾矿堆积坝稳定性的重要因素。
5.边坡设计坡度对渗漏的影响
有⼈认为在考虑堆坝时堆积边坡越缓越有利，这是不全⾯的认识，边坡放缓以后相当于作了削坡减载，对稳定有利；但另⼀⽅⾯，放缓边坡后，浸润线基本没有多⼤变化，放缓的边坡离浸润线更近，甚⾄导致浸润线溢出，这种条件对尾矿库动⼒稳定极为不利，很容易出现振动液化，对渗流稳定也不利，⽽且⼜减少了库容，因此放缓设计堆积边坡不⼀定安全。
⼆、尾矿库渗漏危险治理措施
（⼀）守法经营、警钟长鸣
尾矿坝是⼀种散粒体堆筑的⽔⼯构筑物，当上游存在⾼势能⽔位时，坝体内必然形成复杂的渗流场；在渗流作⽤下，坝体极有可能发⽣渗漏破坏，严重时将导致溃坝；同时，坝体浸润线还直接影响坝体静⼒
和动⼒稳定性。尾矿库是⼈类⽣产活动必然派⽣的⼀种重⼤危险源，除⾮⼈类停⽌对矿产资源的开发活动，否则尾矿库就是长期⾼悬在矿⼭企业头上的达摩克利斯之剑！⾃尾矿库诞⽣以来，就有⼤⼤⼩⼩的灾难和事故不断发⽣，⾄今未绝。⽆论何种政治经济制度的社会，执政当局都将尾矿库纳⼊
了国家安全法制的管理范围。
我国与尾矿库安全⽣产相关的法规有《安全⽣产法》、《职业病防治法》、《矿⼭安全法》、《环境保护法》，《安全⽣产条例》、《尾矿库安全监督管理规定》、《⾦属⾮⾦属矿⼭安全规程》（GB16423-2006）、《尾矿库安全技术规程》AQ 2006-2005、《尾矿库安全监测技术规范》（AQ
2030-2010）、《尾矿堆积坝岩⼟⼯程技术规范》（GB 50547-2010）、《尾矿砂浆技术规程》（YB/T 4185-2009）、《尾矿设施施⼯及验收规程》（YS5418-95）、《选矿⼚尾矿设施设计规范》（ZBJ1-90）、《⾦属⾮⾦属矿⼭安全标准化规范尾矿库实施指南》（AQ 2007.4-2006）等。这些法规基本上涵盖了尾矿库从建设选址、⼀直到闭库管理各个阶段的安全⽣产要求。
矿⼭企业负责⼈应清醒认识到，尾矿库的任何⽣产活动都必须纳⼊国家相关法规的监督管理控制之下，⾃⼰在尾矿库⽇常运⾏中的⼀⾔⼀⾏都得接受安全⽣产法规的评判和惩处，没有例外和侥幸！同时，尾矿库溃坝引发重⼤灾难性事故的风险是客观存在，没有任何⼈可以承担由此引起的惨痛后果，唯有如履薄冰、战战兢兢，时刻不忘头上的达摩克利斯之剑，切实从每⼀项细节上⼀丝不苟地落实好安全防范措施，
才是⾃⼰唯⼀的正确之举。
（⼆）综合治理、系统规划
尾矿库渗漏问题产⽣的原因，涉及到设计、勘察、⼯程建设及⽇常运⾏的各个阶段。从技术⾓度，矿⽯的类型，尾砂的粒径，矿浆的浓度，放矿的速度及频次，以及筑坝取砂的位置，沉积滩尾矿粒度分布，⼲滩长度控制，浸润线监测与控制，渗漏、管涌、流⼟隐患的识别及应急处置等等。其中任⼀环节出现纰漏，均可能埋下坝体溃决的隐患。所以渗漏危险的治理是尾矿库从项⽬⽴项开始就要考虑的综合治理过程，需要系统设计、长久规划。
1.设计阶段渗漏控制的内容
（1）确定满⾜维持边坡稳定条件（包括动⼒稳定和静⼒稳定）的浸润线（也称控制浸润线），并根据此浸润线提出坝坡疏⼲厚度要求（也就是浸润线最⼩埋深要求）。
（2）确定与控制浸润线相应的沉积滩的长度（也称控制沉积滩长度，简称控制滩长），此滩长⼀般是在计算浸润线时所取尾矿池⽔位所相应的沉积滩长度，⽐较可靠的取法是取最⾼洪⽔位来计算⽔位，其相应的沉积滩长度作为控制沉积滩长度。
（3）尾矿库的渗透坡降
渗透坡降有平均渗透⽔⼒坡降和出⼝⽔⼒坡降之分，出⼝⽔⼒坡降反映渗流是稳定渗流还是出现渗流破坏，如果出⼝⽔⼒坡降⼤于出⼝⼟料的临界坡降，就会出现渗流破坏，反之就不会出现渗流破坏。
2.⼯程阶段渗漏的控制⽅法
坝体浸润线的⾼低直接影响坝体静⼒稳定、动⼒稳定和渗流稳定，因此，为提⾼坝体稳定性，⼯程上常采取在尾矿坝体增设排渗降⽔设施的措施降低浸润线，常⽤的排渗降⽔⽅法有：管井法、虹吸管法、轻型井点法、垂直—⽔平排渗系统、⽔平排渗管⽅法、辐射井排渗系统、空间排⽔系统等。
尾矿堆积坝的排渗设施有底部排渗设施和冲积坝体的排渗设施。
3.运⾏阶段渗漏的控制原则
渗漏处理的原则是“内截、外排”。“内截”就是在坝上游封堵渗漏⼊⼝，截断渗漏途径，防⽌渗⼊。“外排”就是在坝下游采⽤导渗和滤⽔措施，使渗⽔在不带⾛⼟颗粒的前提下，迅速安全地排出，以
达到渗透稳定。
除少数库后放矿的尾矿库（坝前为⽔区）可考虑采⽤在渗漏坝段的上游抛⼟作铺盖等⽅式进⾏“内截”外，⼀般的尾矿库主要采⽤坝前放矿，在坝前迅速地形成⼀定长度的⼲滩，起到防渗作⽤。若某坝段上⽆⼲滩或⼲滩单薄，则应在此处加强放矿。“外排”常⽤的⽅法有反滤、导渗、压渗等。
（三）常备不懈、防微杜渐
尾矿库后期坝的堆筑既是⽣产过程，也是尾矿坝的继续施⼯过程；后期坝往往⽐初期坝⾼得多，作业过程长达⼗多年甚⾄数⼗年，施⼯中所遇到的技术难题也⽐初期坝多，其施⼯质量直接影响到尾矿坝的安全。通常将后期坝的堆筑划为⽣产管理范畴，因此，《尾矿库安全技术规程》专门设置“尾矿排放与筑坝”⼀节。
1.尾矿排放的渗漏控制
（1）放矿时应有专⼈管理，做到勤巡视、勤检查、勤记录和勤汇报，不得离岗。
（2）排放尾矿时，应根据排放的尾矿量，开启⾜够的放矿⽀管根数，使尾矿均匀沉积。
（3）经常调整放矿地点，使滩⾯沿着平⾏坝轴线⽅向均匀整齐，避免出现侧坡、扇形坡等起伏不平现象，以确保库区所有堆坝区的滩⾯均匀上升。
（4）严禁独头放矿，因独头放矿会造成坝前尾矿沉积粗细不均，细粒尾矿在坝前⼤量集中，对坝体稳定不利。
（5）严禁出现矿浆冲刷⼦坝内坡的现象。
（6）放矿主管⼀旦出现漏矿，极易冲刷坝体。发现此情，应⽴即汇报车间调度，停⽌运⾏，及时处理。特别是沉积滩顶接近坝顶⼜未堆筑⼦坝时，是矿浆漫顶事故的多发期。在此期间放矿尤须勤巡查、勤调换放矿点，谨防矿浆漫顶。
（7）尾矿排放时露天作业，受⾃然因素影响很⼤。在强风天⽓放矿时，应尽量使矿浆⾄溢⽔塔的流径最长且在顺风的排放点排放。若流径短，矿浆在沉淀区域的澄清时间缩短，回⽔⽔质降低。如果逆风放矿，矿浆被强风卷起冲刷⼦坝内坡，同时使输送尾矿管道悬空，可能产⽣意外事故。
（8）放矿⽀管的⽀架变形或折断，会造成放矿⽀管、调节阀门、三通和放矿主管之间漏矿，从⽽冲刷坝体。因此如⽀架松动、悬空或折断，应及时处理修复。
（9）在分散放矿过程中，每个分散放矿管的粒度组成、浓度都有所不同，⾃第⼀个放矿⼝⾄最末⼀个放矿⼝，粒度由粗逐渐变细，浓度逐渐由⾼变低，由于这个原因，前⼏个放矿管堆坝快，最后⼀两个放矿⼝堆坝上升慢，甚⾄会出现拉成沟的现象；为避免这种情况，可以将最后l~2个放矿⼝沿末端坝肩往库内积⽔区或远离放矿⼝的滩⾯延伸后排放。另外，还可以在分散放矿⼝与主管连接的位置上下⼯夫，也就是分散管不要都接在主管的底部，可将分散管的接管部位⾃⾼到低，即第⼀个分散管接于主管中⼼标⾼附近，最末⼀个分散管接于主管的底部，其他各管逐渐变化，这样做需有⼀个摸索过程，才
能得出最合适的接管部位组合。
2.沉积滩纵坡的渗漏控制
（1）变浓度。提⾼浓度可使沉积滩坡度变陡，改变全部浓度需要时间，还要增加设施。前述将最末端⼏个浓度低、粒度细的放矿管接到库内积⽔区排放，⽽⽤前⼏个浓度⾼、粒度粗的分散管排出的尾矿形成滩⾯，也就是相当于提⾼了浓度，并可适当提⾼纵坡坡度。
（2）变流量。减⼩流量的同时，也会使沉积滩的纵坡变陡。减⼩流量，只需减⼩分散放矿⼝的直径，增加放矿⼝的个数即可。
（3）采取简单的浓缩措施也能提⾼排放浓度。
3.坝体裂缝的治理
（1）对坝内裂缝、⾮滑动性很深的表⾯裂缝，由于开挖回填处理⼯程量过⼤，可采取灌浆处理。⼀般采⽤重⼒灌浆或压⼒灌浆⽅法。灌浆的浆溶剂化物，通常为黏⼟泥浆；在浸润线以下部位，可掺⼈⼀部分⽔泥，制成黏⼟⽔泥浆，以促进基体硬化。
（2）对于表⾯裂缝的每条裂缝，都应在两端及转弯处、缝宽突变处以及裂缝密集和错综复杂部位布置灌浆孔。灌浆孔距导渗设施和观测设各应有⾜够的距离，⼀般不应⼩于3m，以防⽌因串浆⽽影响其正常⼯作。
（3）对于内部裂缝，则采⽤帷幕灌浆式布孔。⼀般宜在坝顶上游侧布置1~2排，必要时可增加排数。孔距可根据灌浆压⼒和裂缝⼤⼩⽽定，⼀般为3~6m。
4.浸润线控制措施
尾矿堆坝浸润线位置的⾼低是影响坝体渗透稳定和抗滑稳定的
最为重要的因素之⼀。对于较
矮的低等别尾矿坝，只要抗滑
稳定满⾜安全要求，通常允许
浸润线从坝坡溢出。但应在其
溢出范围内⽤贴坡反滤层加以
覆盖，如图1所⽰。其原理是让渗透⽔顺利流到坝外，⽽坝体的⼟粒受到反滤层的保护。否则，溢出点的渗透坡降较陡时，坝坡就会发⽣流⼟、管涌，甚⾄滑坡、垮坝。这种办法不能降低浸润线，只能消散坝体内的孔隙压⼒，但施⼯简单，费⽤低。
对于较⾼等别的尾矿坝，⼀般不允许浸润线从坝坡溢出。特别是在地震区的尾矿坝，浸润线的深度要求达到6~8m 以下。为此，国内矿⼭曾采取过以下降⽔措施来降低坝体内的浸润线：
（1）预埋盲沟排渗法
在沉积⼲滩上垂直于坝长⽅向每隔 30~50m 敷设⼀道横向盲沟。再在平⾏于坝长⽅向敷设⼀道纵向盲沟，与各条横沟连通。在纵沟上
每隔 50~80m 联接⼀根导
⽔管，通道坝坡以外。横向
盲沟汇集的渗⽔先进⼊纵
向盲沟，再与纵向⾔沟汇集
的渗⽔⼀起进⼈导⽔沟，排
向坝外。盲沟的坡度及尺⼨
图2：后期坝防渗预埋盲沟⽰意图
根据排⽔量确定，沟内的滤料应选⽤有⼀定级配⽐例的砂⽯，上部覆盖尾砂即成，如图2。当堆坝长度太长，盲沟数量太多时，也可⽤顶制好的钢筋笼架外包⽆纺⼟⼯布代替盲沟，施⼯简单。近⼏年来，有采⽤各种软式透⽔管取代传统盲沟者，施⼯更加⽅便，但是造价较⾼。
为了充分发挥盲沟的作⽤，可在盲沟的上部均匀设⼀些垂直滤⽔井，随着坝体的升⾼可继续向上延伸，形成三维排渗系统，效果较好。
上述措施是在堆坝期间由⼈⼯敷设的，造价较低，施⼯简单，所以⼀直普遍采⽤。但盲沟的反滤层选料不当或盲沟纵坡控制不严，排渗效果会⼤受影响。
（2）轻型井点管抽⽔排渗法
该法先使⽤钻机在⼦坝顶部平台竖直向下敷设井点管（下端带有针状过滤器的钢管），各
井点管的上端⽤胶管与
地表敷设的⽔平总管连
接，总管⼀端封闭，另⼀
端引⼈地表泵房，接在泵
（真空泵或射流泵）的进
⽔⼝上。由泵造成负压
（真空），通过总管和井点管传到埋⼊地层的过滤器，在其周围形成负压带，则尾矿渗⽔在重⼒作⽤下沿负压合⼒的⽮量⽅向流向过滤器，进⼈井点管和总管，由泵的出排到坝外，如图3所⽰，从⽽达到降低浸润线的⽬的。
此法属于强制性抽⽔，可以使浸润线聚降到预计的位置，应防⽌
⼤量的细粒尾砂被抽吸带出坝外，造成坝坡或坝⾯的塌陷；由于是长
时间的动⼒抽吸，机械磨损程度有差异，在并联泵中往往会造成抽⽔
不匹配，产⽣倒流现象；此外，连接胶管⽼化开裂，露天电源保护困
难等因素都会影响其正常使⽤。因此，在设备运转的过程中，应勤观
察、勤保养，以延长设备的使⽤寿命。由于该法存在上述问题，⽬前
