一种中线式尾矿坝及其筑坝方法与流程

本发明涉及一种中线式尾矿坝及其筑坝方法，属于尾矿筑坝。

背景技术：

1、上游式尾矿筑坝法和中线式尾矿筑坝法，是目前国内湿式堆存尾矿库普通应用的两种尾矿堆坝方式，前者占比甚至超过85％。中线式尾矿筑坝法利用水力机械将入库尾矿进行旋流分级，分级后的细颗粒溢流尾矿排入尾矿库内，粗颗粒沉砂尾矿用于筑坝。相比上游式尾矿筑坝法，采用中线式尾矿筑坝法的尾矿库，最大特点是维持堆积坝坝顶轴线始终不变，并具有库容利用系数高、坝体浸润线埋深大、筑坝尾矿力学指标高、坝体边坡抗滑及抗震稳定性更好等优势。

2、经过多年来相关从业人员对不同尾矿库项目的实践应用和技术积累，中线式尾矿筑坝法的关键技术包括坝址选择、入库尾矿的砂量平衡、筑坝尾矿粒径范围及力学指标、堆积坝外坝坡定型、坝体监测及坡面排水等。如：中国专利公开了的公开“一种用于尾矿中线式筑坝法的旋流器分级沉砂尾矿长距离排放工艺”，公开号为cn 112482313 a，解决了中线式筑坝法传统筑坝工艺沉砂排放区固定在坝顶形成的坝体外坝坡中部较陡、坡度难以均匀一致、容易造成坝面产生冲沟、对坝体安全造成不利影响的问题。但该技术一方面适用范围主要针对北方地区，另一方面并未就中线式筑坝的坝体监测、坡面排水等问题提出有针对性的解决方案和具体措施。中国专利公开了“一种用于分段定型尾矿坝筑坝方法”，公开号为cn 114108568a，用以解决中线式尾矿筑坝法在筑坝时，由于大坝的形态不停变动，外坡无法进行定型，难于建设排水沟、植被等防冲刷工程，导致南方多雨地区堆积坝坡面存在下列问题：容易被雨水冲刷，形成坡面沟壑，形成外坝坡表面雨水径流，使部分尾砂流失等等。

3、另外，常规中线式尾矿筑坝法的堆积坝外坝坡面积是随着堆高上升而不断增大，相比之下，该技术的最大特点是逐期进行初期坝与拦砂坝之间的尾矿堆积，每期尾矿堆积坝完成后，从拦砂坝顶开始，按设计要求坡比对尾矿堆积坝外坡进行定型、植被。在整个过程中，初期形成的堆积坝外坡面积最大，随着堆高上升则不断减小。然而，该技术一开始就需要确定初期坝和拦砂坝之间的相对位置，这也使坝址的选择更为苛刻，尤其面对山谷型尾矿库普遍存在的初期库容小、中后期库容大的情形，入库尾矿的砂量平衡是一大难题。此外，该技术的外坡定型、植被只能按设计要求的坡比形成外坡区域，在每期尾矿堆积坝完成后，仍需进行排浆作业的外坡其它区域，未作相应说明。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种中线式尾矿坝及其筑坝方法，用于解决堆积坝外坝坡定型难的问题；同时结合坝址区地形条件，充分考虑入库尾矿经旋流器分级后的砂量平衡，保证筑坝上升速度与沉积滩面上升速度同步；规范坡面外形、利于布置和维护坡面排水、监测及降尘，实现安全生产、坝体稳定及绿色低碳的目标。

2、为实现本发明的上述目的，本发明提供一种中线式尾矿坝，包括初期坝，拦砂坝，其特征在于初期坝与拦砂坝之间的坝底设有排渗褥垫，排渗褥垫上设有纵向水平穿孔管，以及与纵向水平穿孔管一端连通的位于尾矿库底部的横向水平穿孔管，横向水平穿孔管与竖直排渗井相连，初期坝与拦砂坝之间设有拦砂子堤，初期坝上设有分隔子坝。

3、所述纵向穿孔管、横向穿孔管外壁包裹有无纺土工布，穿孔的直径为10～15mm，沿管壁均匀分布若干组穿孔，每一组穿孔呈梅花型分布，穿孔管管径和设置数量根据坝体渗流需要确定。

4、所述竖直排渗井包括由间隔的多根竖向钢筋与间隔的多根环向钢筋围成的圆柱架，设置在圆柱架上的土工格栅及其上的无纺土工布，设置在圆柱架中心处的竖直穿孔管及其上的无纺土工布，竖直穿孔管下端与横向穿孔管连通，并在竖直穿孔管与圆柱架之间填充砾石或碎石。

5、所述拦砂子堤高度为2～3m，其内、外坝坡比均为1:1～1:1.5，堤顶宽度为1.5～2m。

6、所述拦砂子堤上设有若干分格沉砂池，分格沉砂池的数量以及每个分格沉砂池的容积，根据季度排尾矿计划和当期可利用的堆填空间，综合分析确定。

7、所述排渗褥垫厚度为2～3m，在排渗褥垫上设置反滤层，用于阻断砂滤水的渗入。

8、所述分隔子坝顶宽不小于20m，坝高9～12m，内、外坝坡的坡比应满足坝体抗滑稳定要求。

9、本发明又提供一种所述中线式尾矿坝的筑坝方法，包括如下步骤：

10、a、在初期坝的坝脚下游构建拦砂坝；

11、b、在初期坝和拦砂坝之间的坝底铺设砾石或碎石，形成排渗褥垫，在排渗褥垫上设置阻断砂滤水渗入的反滤层；在排渗褥垫中设置纵向穿孔管，纵向穿孔管出口与拦砂坝的渗水收集池相连通，纵向穿孔管进口与设置在初期坝上游尾矿库底部的横向穿孔管相连通，且横向穿孔管和纵向穿孔管均用土工布包裹，并在横向穿孔管和纵向穿孔管外围设置砾石或碎石；

12、c、在初期坝上游，且平行于初期坝轴线设置若干座竖向的排渗井，并随着堆坝逐年升高进行竖直方向的延长，所述排渗井包括由间隔的多根竖向钢筋与间隔的多根环向钢筋围成的圆柱架，设置在圆柱架上的土工格栅及其上的无纺土工布，设置在圆柱架中心处的竖直穿孔管及其上的无纺土工布，竖直穿孔管下端与步骤(2)排渗褥垫的横向穿孔管连通，并在竖直穿孔管与圆柱架之间填充砾石或碎石；

13、d、在初期坝下游坝脚设置第一拦砂子堤，以拦砂子堤与初期坝下游坝坡间所围成的几何空间作为分级沉砂尾矿的第一堆填区域，然后在该第一堆填区域内堆填沉砂尾矿，直至完成堆积坝外坝坡的第一次定型；

14、当第一堆填区域堆满沉砂尾矿后，在堆积了沉砂尾矿的顶面预留平台，修建第二拦砂子堤，并以第二拦砂子堤与初期坝下游坝坡间所围成的几何空间作为分级沉砂尾矿的第二堆填区域，然后在该第二堆填区域内堆填沉砂尾矿，直至完成堆积坝外坝坡的第二次定型，如此往复，直至形成第一定型外坝坡；

15、e、在形成第一定型外坝坡后，在初期坝顶设置第一分隔子坝，所述分隔子坝根据入库尾矿及分级粗砂产量，按照满足堆坝均衡的需求，采取逐级设置、分期加高的方式进行设置；

16、f、完成步骤d堆积坝外坝坡的第一定型外坝坡，并直至最终定型外坝坡的过程中，随着堆坝逐步上升，外坝坡坡面覆盖面积增大，在对应标高平台修建拦砂子堤后，沿轴线方向，构建多个分格沉砂池，进行沉砂尾矿的分格填筑；

17、j、在每次堆积坝外坝坡定型的一个循环作业结束后，对堆积坝外坝坡坡比进行复测，并采用推土机、挖机配合，对局部沉砂无法排放到的地方进行修整作业，以保证沉砂尾矿堆积外坝坡平均坡比始终满足设计要求；

18、h、根据坝体监测项目要求，布置坝体人工监测和在线监测设施，并随着堆积坝外坝坡的动态变化，沿原布置位置进行维护和调整；

19、i、根据堆积坝外坝坡各阶段定型情况，设置坡面临时排水沟及喷淋降尘设施，待外坝坡最终定型完成，修建坡面永久排水沟及坝肩排水沟，最后进行坡面覆土、种植树木植被。

20、本发明相对于现有技术取得的有益效果在于：

21、(1)通过在外坝坡平台上修建拦砂子堤和沉砂池，形成用于堆填沉砂尾矿的区域，实现外坝坡快速定型和沉砂尾矿固结，解决堆积坝外坝坡定型难的问题；规整坡面上形成的多道平台，利于堆坝机械作业及坝体排渗、监测设施、坡面排水设施、喷淋降尘设施的布置，满足坝体动态监控，坡面汇水分散收集、有序导排及防尘控制的需要。

22、(2)基于外坝坡的快速定型和沉砂尾矿固结，对于堆坝过程中，已形成规整平台的非堆填作业区，可降低对喷淋降尘设施覆盖半径的要求，减小用水量，进而降低能耗、节约成本。

23、(3)在拦砂坝顶开始完成最终堆积坝外坝坡的定型时，随着拦砂子堤的逐台完成，可同步进行坡面覆土植被、修建坡面永久排水沟及坝肩排水沟，当堆积至最终使用标高时，外坝坡坡面覆土植被和堆坝区排水设施同时完成，不仅有利于减少尾矿库终期喷淋降尘设施的使用频次，同样降低能耗、节约成本，而且也为缩短尾矿库闭库时间及早日恢复周边生态环境创造了条件。

24、(4)通过在初期坝和拦砂坝之间铺设排渗褥垫层，在平行于初期坝轴线上游侧布置竖向排渗井，以及联通竖向排渗井及排渗褥垫层中内置穿孔管的立体组合排渗方式，对进一步增大尾矿堆积坝外坝坡浸润线埋深、加快堆积尾矿固结，方便控制堆积坝体变形，在提高尾矿坝的抗滑、抗震性能等方面效果明显。

25、(5)利用库内具有一定防渗性能的剥离土石料填筑分隔子坝，不仅能够解决库区部分废弃土石料的堆存及处置问题，而且使得堆积坝体形成一个防渗心墙区，对增大堆积坝外坝坡浸润线埋深起到作用。

26、(6)拦砂子堤的布置可根据入库尾矿砂量平衡分析结果，灵活调整和合理确定沉砂池的容积，对于满足尾矿堆坝的均衡上升需求，可操作性强。