宋志
（中冶长天国际工程有限责任公司 水工工程技术公司，长沙 410205）
摘要：通过对中线法筑坝的特点进行介绍、分析与探讨，提出尾矿库中线法筑坝设计要点及运行管理控制措施。
关键词：尾矿库；尾矿坝；中线法筑坝；旋流器分级；粗砂产率
我国是矿业大国，也是尾矿库大国。尾矿坝是尾矿库中最主要的构筑物。根据尾矿堆积坝筑坝方式的不同，又可分为上游式、中线式和下游式。其在技术、经济、安全方面有各自的优缺点。中线法筑坝的发展已有数十年历史，中线法筑坝国外特大型矿山使用较多，国内使用较少。目前仅有江西铜业公司德兴铜矿4 #尾矿库、山西忻州太钢集团矿业公司峨口铁矿尾矿库等采用中线法筑坝。
1 中线法筑坝特点
中线式筑坝：堆积坝顶始终以初期坝轴线为中心(即坝轴线)。中垂线下游为粗粒尾砂筑成的坝体，上游为剩余尾矿形成的沉积滩。中线法加高坝体时，堆积边坡不断向下游推移，待堆至最终堆积标高时形成最终堆积边坡。旋流器的溢流排入堆积坝顶线的上游。
这种堆积坝改善了尾矿库支承棱体的基础条件，支承棱体基本上由旋流器底流的粗尾矿堆积而成，浸润线也有所降低，对堆积坝的稳定有利，因此生产上希望采用这种堆积坝，但用旋流器筑坝又给生产带来很多麻烦，如粗砂填筑的尾矿坝与库内滩面很难平衡上升，旋流器的移动和管理，临时边坡的稳定及扬尘等问题，使其应用受到限制。
我国2013年实施的《尾矿设施设计规范》( GB50863—2013)规范规定：地震设防烈度为8度～9度的地区，宜采用下游式或中线式筑坝。因此中线式筑坝更适合在地震设防烈度更高的地区实施。
图1 中线式尾矿坝
1-初期坝；2-排水层；3-拦砂坝；4-细尾砂；5-堆积坝；6-旋流器
2 中线法筑坝设计要点分析
2.1 中线法筑坝尾矿颗粒要求
我国2013年实施的《尾矿设施设计规范》( GB50863-2013)规范规定：下游式或中线式尾矿筑坝分级后用于筑坝的d≥0.074mm尾矿颗粒含量不宜小于75%，d≤0.02mm尾矿颗粒含量不宜大于10%,当分级后用于筑坝的尾矿颗粒不满足以上要求时，应进行筑坝试验。筑坝上升速度应满足沉积滩面上升速度的要求。
中线式筑坝对尾矿筑坝的颗粒要求相对较高，可根据规范要求及类似工程实例确定尾矿筑坝指标要求。
2.2 中线法筑坝粗砂产率要求
对尾矿库全部运行期内的粗尾矿堆坝量与库内堆存量应按高度进行平衡计算，坝顶上升速度应满足库内沉积滩面的上升速度和防洪安全的需要，由此确定各阶段的粗砂产率。所选设备和分级工艺大最终成品粗砂的产率不宜小于各堆坝阶段需要的最大粗砂产率的1.2倍。
2.3 中线法筑坝尾矿分级
2.3.1 分级设备
尾矿分级设备的选型、工作压力和设备参数宜根据设计确定的沉沙力度、产率和浓度要求由设备厂商提供，并应经试验复核。
尾矿给矿数量一定，则旋流器正常工作数量为给矿数量与单台旋流器处理量的比值。当坝轴线长度一定，单台旋流器充填的间距要合理，过密可采用旋流器组，过疏则要增加旋流器移动次数，不便于现场管理，同时还要考虑筑子坝的设备容纳量。
2.3.2 尾矿分级[1]影响因素
1）工作压力
旋流器稳定的工作压力对旋流器能否稳定工作，发挥效能起着重要的作用。旋流器工作压力的波动直接导致沉砂量和沉砂粒级的波动，因此必须恒压给矿，且在生产中注意调节，才不因其波动而影响筑坝质量。为满足旋流器工作压力，可以在给矿主管道给入旋流器前增设钢制稳压井，效果明显，既能解决落差高的消能和矿浆冲刷磨损问题，也能使压力恒定。同时可以在每台旋流器上加设调节阀门，根据来矿压力随时调节旋流器开启数量，从而调节旋流器工作压力。
2）给矿浓度
尾矿分级另一个影响因素是给矿浓度，给矿浓度稳定在一定范围内旋流器沉砂产率最大。给矿浓度过低，沉砂产率降低。而给矿浓度过大时，也造成溢矿中粗粒含量增多，从而降低旋流器沉砂产率，这种情况可采用旋流器串联方式进行二段分级，尾矿经过输送系统进入分级站进行一段分级，一段分级的溢流排往尾矿库，底流加水稀释后送到坝顶进行二段分级。二段分级的溢流排往库内，底流排往尾矿坝的下游进行筑坝。
2.4 堆筑子坝高度及上下游边坡坡比
堆筑子坝高度需要根据尾矿坝上升速度同时结合调洪计算进行确定。如子坝高度过高，由于子坝上下游边坡同时放矿，不能形成固定边坡，容易产生垮塌，不利于生产安全及尾矿库整体稳定。如尾矿坝每年上升速度较快，子坝可以分期施工，每期子坝高度以不超过5m为宜。
尾矿库下游边坡比根据尾矿性质进行稳定计算确定，子坝上游边坡比要满足临时边坡稳定需要。
2.5 尾矿坝最小安全超高与最小干滩长度
尾矿坝最小安全超高与最小干滩长度要满足《尾矿设施设计规范》( GB50863—2013)规范[2]规定：
下游式和中线式尾矿坝坝顶外缘至设计洪水位水边线的距离，宜符合表4.2.2的最小安全超高值的规定；同时，坝顶与设计洪水位的高差，应符合表4.2.1的最小安全超高值的规定。
尾矿坝坝顶外缘规范没有定义，因此设计者对规范的理解各有不同，为安全考虑，建议设计者以坝顶上游侧边缘进行计算。
下游式和中线式尾矿坝安全超高为坝顶与设计洪水位的高差，上游式尾矿坝安全超高为沉积滩滩顶与设计水位的高差，两者计算方法不同，为安全起见，建议下游式和中线式尾矿坝安全超高也按照沉积滩滩顶与设计洪水位的高差进行计算。
2.6 子坝堆筑方法
子坝的堆筑可分为进占法、池填法、栈桥法和侧排法。目前国内中宪法筑坝大多采用进占法堆筑子坝。
进占法是指在堆筑子坝之前，先在坝端用机械将粗砂堆筑起设计断面的子坝，将尾矿管及旋流器安置其上，随着旋流器沉砂的充填形成一定长度的一段子坝，然后将管道与旋流器及时在充填好的子坝顶上前移，继续充填，直到子坝与对岸山体合龙。
进占法按进占方向可分为一端进占法、二端相向进占法、多端同向进占法。对于子坝轴线较短，工期要求宽松的，可采用一端进占法；当尾矿从坝轴线两端入库，可采用二端相向进占法；当坝轴线较长，和龙工期较紧时，可采用多端同向进占法。
3 中线法筑坝运行管理控制措施
3.1下游边坡坡比控制措施
在尾矿库运行管理过程中，中线法堆筑子坝需从上下游边坡同时放矿，无法形成固定边坡，容易产生垮塌，因此在尾矿库管理人员进行旋流器移位时，可能引发安全事故，不利于安全生产。
在满足筑坝粗砂产率的条件下，可以适当降低旋流器底流浓度，使尾矿坝下游坡度变缓，尽可能达到或者接近设计外坡坡比，尽早形成稳定边坡，保证尾矿库安全运行。
3.2 尾矿库沉积滩坡度控制措施
由于尾矿经过水力旋流器分级后，溢流部分尾矿颗粒较细，根据国内中线法筑坝统计结果得知，库内沉积滩坡度在0.3～0.5%范围，坡度较缓，与上游法筑坝相比，同样的库身长度，中线法筑坝库内调洪库容变小，库水位也响应抬升。
在管理过程中需按照设计要求做到分散放矿、均匀放矿，尽可能提高沉积滩坡度，在必要的情况下，在汛期到来之前可以将尾矿不经旋流器分级直接全部排放上游库内，提高沉积滩坡度，增大调洪库容，保证尾矿库安全度汛。
3.3 下游坝坡的防水土流失控制措施
由于尾矿库生产过程中尾矿坝下游坡面无法形成最终固定边坡，因此无法对下游坡面覆土植草，容易产生水土流失，所以可以采用以下几种措施防水土流失。
1）坝肩截水沟
德行铜矿4#尾矿坝在大坝两侧至最终坝体等高线以上开挖二条“水陆两用公路”[3]。平时可作上坝公路使用, 汛期又能起到截洪分流作用。避免坝体两侧山体坡面洪水进入坝体下游坡面，引起坝体粗砂流失。
一般尾矿库可在坝体与两侧山体连接处修建坝肩截水沟即可解决这个问题。
2）坝坡拦水拦砂措施
在尾矿库下游坡面形成一道道围堰，能够减缓水流速度，使更多的坡面雨水通过尾矿下渗排到下游；雨水携带的粗砂在围堰里沉积，不会造成粗砂流失，有效的保护了下游坡面。
3）滤水拦砂坝
在尾矿库初期坝下游设置滤水拦砂坝可以将下游面流失的尾砂拦蓄在滤水拦砂坝前，滤水拦砂坝可根据生产需要设置多座。
3.4 尾矿库监测设施控制措施
由于尾矿库生产过程中向库内和库外同时排放，尾矿坝下游坡面很难形成最终固定边坡，观测设施很难在运行过程中布置。
生产过程中应尽可能采用尾矿分级产生的粗粒尾矿充填下游坡，早日形成最终设计边坡，尾矿库监测设施尽早实施，加强尾矿坝的观测，提高坝体的安全性。
对一些可以可以提前预埋的观测设施，比如浸润线观测设施，可以在尾矿坝施工过程中提前预埋，这样既可以减少一定的施工费用，又可以做到先行观测，为尾矿库安全运行提供数据支持。
4 结语
通过对中线法筑坝的特点进行介绍、分析与探讨，提出尾矿库中线法筑坝设计要点及运行管理控制措施。可以为采用中线法筑坝的尾矿库设计及运行管理提供参考，进一步拓宽中线法筑坝在我国矿山行业的运用范围，尤其是在地震设防烈度为8度～9度地区的运用范围，提高中线法筑坝的设计及运行管理从业人员水平。
参考文献
[1] 黄培华，何铁牛，选矿厂尾矿坝中线法筑坝的研究 [J].中国矿山工程，2005，34( 4) : 18-24．
[2] GB50863-2013，尾矿设施设计规范 [S].
[3] 严德显，德兴铜矿4# 尾矿库安全管理实践 [J]. 工业安全与环保，2009，35(1):63-64.
作者简介：宋志（1978- ），男，高级工程师。