尾礦泵站改造

尾礦泵站改造的技術(shù)實(shí)踐與預(yù)防：尾礦庫(kù)是一個(gè)高勢(shì)能的人造泥石流危險(xiǎn)源，潰壩引發(fā)的災(zāi)害危害程度僅次于地震、霍亂、洪水和核爆炸，位列第18位。近年來(lái)，我國(guó)尾礦庫(kù)潰壩事故頻繁發(fā)生，造成了惡劣的社會(huì)影響、嚴(yán)重的傷亡事故、環(huán)境污染以及重大財(cái)產(chǎn)損失。

　　據(jù)安監(jiān)總局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2009年底，全國(guó)12655座尾礦庫(kù)中危庫(kù)、險(xiǎn)庫(kù)和病庫(kù)占16.75%，四、五等小型庫(kù)占尾礦庫(kù)總數(shù)的95.4%，普遍存在浸潤(rùn)線過(guò)高、調(diào)洪庫(kù)容不夠、壩體裂縫嚴(yán)重、安全觀測(cè)設(shè)施不健全等重大安全隱患，防范突發(fā)事件的能力較低。尾礦庫(kù)安全已成為政府、企業(yè)和公眾共同關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　滑坡、岸坡坍塌、地震液化、洪水漫壩、壩坡失穩(wěn)、滲流破壞、管理失位被認(rèn)為是引起尾礦庫(kù)潰壩的主要因素。因此，壩體安全分析、評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)和新型堆存技術(shù)以及高濃度尾礦膏體輸送泵新型設(shè)備的開(kāi)發(fā)使用一直是本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)：

　　尾礦泵站改造工程方面：一般將尾礦壩視為邊坡，根據(jù)筑壩材料的土工力學(xué)參數(shù)，采用邊坡理論對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，確定坡度、壩高、堆存工藝;在常規(guī)的邊坡穩(wěn)定性分析方法如剛體極限平衡法、模擬試驗(yàn)法、數(shù)值分析法基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展了擬靜力法、Newmark滑塊分析法、振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)法以及動(dòng)力有限元法等新理論;通過(guò)這些研究，找出了影響尾礦庫(kù)安全的主要因素，提出了通過(guò)高濃度尾礦膏體輸送泵控制浸潤(rùn)線、干攤長(zhǎng)度、堆壩坡度、堆積壩密實(shí)度、排洪系統(tǒng)、堆存體抗剪強(qiáng)度、壩高、庫(kù)水位、回水系統(tǒng)等工程措施可有效改善尾礦壩的安全性。

　　監(jiān)管方面：把事故原因與現(xiàn)代監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合建立了尾礦庫(kù)潰壩災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，在很多大型尾礦庫(kù)實(shí)現(xiàn)了主要安全指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)和越界預(yù)警。

　　尾礦泵站改造設(shè)計(jì)方面：目前普遍按照安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局《尾礦庫(kù)安全技術(shù)規(guī)程》的要求，采用瑞典圓弧法計(jì)算尾礦壩穩(wěn)定的安全系數(shù)，并作為尾礦壩穩(wěn)定性的主要評(píng)價(jià)依據(jù)。

　　管理方面：安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第6號(hào)《尾礦庫(kù)安全監(jiān)督管理規(guī)定》為各級(jí)部門實(shí)施安全監(jiān)管提供了法律依據(jù)。

　　基于濕法堆存技術(shù)存在難以解決的潰壩風(fēng)險(xiǎn)，而資源化利用又不能完全代替尾礦堆存，我國(guó)尾礦利用率不足10%，因此，尾礦干堆、井下排放、充填和膏體堆存技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外的很多礦山獲得應(yīng)用。實(shí)踐證明：

　　高濃度尾礦膏體輸送泵干堆與水力高濃度尾礦膏體輸送泵充填法結(jié)合，安全性得到顯著改善，尾礦庫(kù)利用系數(shù)提高，但存在投資大、運(yùn)行成本高、有地域適應(yīng)性的不足。研究低成本的脫水工藝、高效的輸送方式和解決膏體的二次泥化以及表面干粉揚(yáng)塵問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)干堆技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

　　高濃度尾礦膏體輸送泵充填是采礦過(guò)程中的一個(gè)工藝環(huán)節(jié)，既能解決采礦工藝問(wèn)題，又能部分解決尾礦的排放問(wèn)題，是減少尾礦堆存量的較好方法，但該技術(shù)與采礦工藝有關(guān)，尾礦庫(kù)依然是必不可少的設(shè)施。

　　介于很多黏土型尾礦，比如氧化鋁選尾礦難沉降、難堆存的問(wèn)題，采用水泥-石灰-粉煤灰等為膠結(jié)材，把尾礦漿體變成膏體進(jìn)行堆存，降低了尾礦的流動(dòng)性，但因膏體體積疏松，幾乎不泌水，不減少庫(kù)容，堆存過(guò)程有二次泥化和表面干化揚(yáng)塵的問(wèn)題。

　　上述關(guān)于尾礦庫(kù)安全分析與評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)和監(jiān)管措施以及干堆法無(wú)疑大大提高了我國(guó)尾礦庫(kù)的安全性，但沒(méi)能從根本上消除具有中國(guó)特色的上游筑壩法存在的潰壩隱患。

　　二、尾礦庫(kù)潰壩原因和面臨的新問(wèn)題

我國(guó)90%以上的尾礦庫(kù)采用上游法筑壩工藝，這種尾礦庫(kù)的主要災(zāi)害形式是潰壩引發(fā)的泥石流，事故頻率顯著高于其他形式尾礦庫(kù)，其主要原因是壩體穩(wěn)定性差、沉積密度低、浸潤(rùn)線偏高、滲流難以控制。究其本質(zhì)，則可歸結(jié)為“水是造成潰壩和形成泥石流災(zāi)害的禍源”，在足夠的水力作用下，現(xiàn)行尾礦壩是以尾礦、黏土和砂土為主的筑壩材料的，將發(fā)生三種形式的破壞：

1.從壩岸開(kāi)始，岸坡飽和含水，顆粒間的支撐骨架潰散，壩體被不斷剝蝕，壩頂寬度減薄并最終形成缺口,水?dāng)y帶泥沙從缺口噴涌而出,不斷沖擊、浸蝕壩體，使缺口深度和寬度加大，泥沙混合物流量繼續(xù)加大，演變成泥石流災(zāi)害。

2.從滲流開(kāi)始，尾礦堆存體長(zhǎng)期處于流塑態(tài)，水在壩體堆積體顆粒之間不斷向外滲透，當(dāng)滲透水滲出壩體后，壓力釋放，使壩內(nèi)外同一平面滲透壓增大，滲透速度加快，帶動(dòng)尾礦顆粒向水流方向移動(dòng)，先形成砂漏，再逐步擴(kuò)大、連通形成管涌，導(dǎo)致壩體坍塌而潰壩。

3.從壩體開(kāi)始，當(dāng)洪水漫壩或在雨水連續(xù)作用下，壩坡外緣被不斷沖刷，先形成大小不一的淺表性溝壑，并不斷擴(kuò)大和匯集，流速加快，泥砂增多，沖刷和切割作用加速壩體消失，當(dāng)壩坡承載力小于庫(kù)內(nèi)泥漿的側(cè)壓力時(shí)，壩體崩塌，庫(kù)內(nèi)尾礦漿傾瀉而下，在瞬間形成泥石流。

因此，在以往的研究和工程措施中，因水而產(chǎn)生的“滲流、管涌、浸潤(rùn)、漫壩、液化”是最重要的技術(shù)控制參數(shù)，“浸潤(rùn)線”被認(rèn)為是尾礦庫(kù)安全的“生命線”，未來(lái)要開(kāi)發(fā)引導(dǎo)選礦往粗顆粒、高濃縮高濃度精選、尾礦泵站改造方向來(lái)解決尾礦庫(kù)出現(xiàn)的這些問(wèn)題。