郭金宏

(黑龍江省冶金設(shè)計(jì)規(guī)劃院，哈爾濱 150040)

1 概念區(qū)別

1)水庫是指在山溝或河流的狹口處建造攔河壩形成的人工湖泊。

2)尾礦庫是指筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成的，用以貯存金屬非金屬礦山進(jìn)行礦石選別后排出尾礦或其他工業(yè)廢渣的場(chǎng)所。

2 作用區(qū)別

2.1 水庫的作用

2.1.1 水庫的防洪作用

在防洪區(qū)上游河道適當(dāng)位置興建能調(diào)蓄洪水的綜合利用水庫，利用水庫庫容攔蓄洪水，削減進(jìn)入下游河道的洪峰流量，達(dá)到減免洪水災(zāi)害的目的。水庫對(duì)洪水的調(diào)節(jié)作用有兩種不同方式，一種起滯洪作用，另一種起蓄洪作用。

2.1.2 水庫的興利作用

降落在流域地面上的降水(部分滲至地下)，由地面及地下按不同途徑泄入河槽后的水流，稱為河川徑流。由于河川徑流具有多變性和不重復(fù)性，在年與年、季與季以及地區(qū)之間來水都不同，且變化很大。大多數(shù)用水部門(例如灌溉、發(fā)電、供水、航運(yùn)、養(yǎng)魚等)都要求比較固定的用水?dāng)?shù)量和時(shí)間，它們的要求經(jīng)常不能與天然來水情況完全相適應(yīng)。人們?yōu)榱私鉀Q徑流在時(shí)間上和空間上的重新分配問題，充分開發(fā)利用水資源，使之適應(yīng)用水部門的要求，往往在江河上修建一些水庫工程。水庫的興利作用就是進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)，蓄洪補(bǔ)枯，使天然來水能在時(shí)間上和空間上較好地滿足用水部門的要求。

2.2 尾礦庫的作用

金屬和非金屬礦山開采出的礦石，經(jīng)選礦廠破碎和選別，選出大部分有價(jià)值的精礦以后，剩下泥砂一樣的“剩余物”稱之尾礦。有些尾礦中含有暫時(shí)未能回收的有用成分，若隨意排放，不僅會(huì)造成資源流失，更重要的是大面積覆沒良田、淤塞河道，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。尾礦庫是尾礦堆存場(chǎng)所，是金屬非金屬礦山選礦廠不可缺少的配套設(shè)施，是維持礦山生產(chǎn)的重要環(huán)保和安全設(shè)施。

3 庫型區(qū)別

3.1 水庫類型

根據(jù)水庫所在地區(qū)的地貌、庫床及水面情況可將水庫分為4類:

3.1.1 平原湖泊型水庫

在平原、高原臺(tái)地或低洼區(qū)修建的水庫。形狀與生態(tài)環(huán)境都類似于淺水湖泊。形態(tài)特征水面開闊，岸線較平直，庫灣少，底部平坦，岸線斜緩，水深一般在10 m內(nèi)，通常無溫躍層。漁業(yè)性能優(yōu)良。如山東省的峽山水庫、河南省的宿鴨湖水庫。

3.1.2 山谷河流水庫

建造在山谷河流間的水庫。形態(tài)特征庫岸陡峭，水面呈狹長形，水體較深但不同部位差異極大，一般水深20～30 m，最大水深可達(dá)30～90 m，上下游落差大，夏季常出現(xiàn)溫躍層。如重慶市的長壽湖水庫、浙江省的新安江水庫等。

3.1.3 丘陵湖泊型水庫

在丘陵地區(qū)河流上建造的水庫。形態(tài)特征介于以上兩種水庫之間，庫岸線較復(fù)雜，水面分支很多，庫彎多。庫床較復(fù)雜，漁業(yè)性能良好。

3.1.4 山塘型水庫

在小溪或洼地上建造的微型水庫，主要用于農(nóng)田灌溉，水位變動(dòng)很大。

3.2 尾礦庫類型

尾礦庫根據(jù)地形特點(diǎn)分為山谷型、傍山型、平地型、截河型尾礦庫。

3.2.1 山谷型尾礦庫

山谷型尾礦庫是在山谷谷口處筑壩形成的尾礦庫。它的特點(diǎn)是初期壩相對(duì)較短，壩體工程量較小，后期尾礦堆壩相對(duì)較易管理維護(hù)，當(dāng)堆壩較高時(shí)，可獲得較大的庫容;庫區(qū)縱深較長，尾礦水澄清距離及干灘長度易滿足設(shè)計(jì)要求;但匯水面積較大時(shí)，排洪設(shè)施工程量相對(duì)較大。我國現(xiàn)有的大、中型尾礦庫大多屬于這種類型。

3.2.2 傍山型尾礦庫

傍山型尾礦庫是在山坡腳下依山筑壩所圍成的尾礦庫。它的特點(diǎn)是初期壩相對(duì)較長，初期壩和后期尾礦堆壩工程量較大;由于庫區(qū)縱深較短，尾礦水澄清距離及干灘長度受到限制，后期壩堆的高度一般不太高，故庫容較小;匯水面積雖小，但調(diào)洪能力較低，排洪設(shè)施的進(jìn)水構(gòu)筑物較大;由于尾礦水的澄清條件和防洪控制條件較差，管理、維護(hù)相對(duì)比較復(fù)雜。國內(nèi)低山丘陵地區(qū)中小礦山常選用這種類型尾礦庫。

3.2.3 平地型尾礦庫

平地型尾礦庫是在平緩地形周邊筑壩圍成的尾礦庫。其特點(diǎn)是初期壩和后期尾礦堆壩工程量大，維護(hù)管理比較麻煩;由于周邊堆壩，庫區(qū)面積越來越小，尾礦沉積灘坡度越來越緩，因而澄清距離、干灘長度以及調(diào)洪能力都隨之減少，堆壩高度受到限制，一般不高;但匯水面積小，排水構(gòu)筑物相對(duì)較小;國內(nèi)平原或沙漠戈壁地區(qū)常采用這類尾礦庫。例如金川、包鋼和山東省一些金礦的尾礦庫。

3.2.4 截河型尾礦庫

截河型尾礦庫是截取一段河床，在其上、下游兩端分別筑壩形成的尾礦庫。有的在寬淺式河床上留出一定的流水寬度，三面筑壩圍成尾礦庫，也屬此類。它的特點(diǎn)是不占農(nóng)田;庫區(qū)匯水面積不太大，但尾礦庫上游的匯水面積通常很大，庫內(nèi)和庫上游都要設(shè)置排水系統(tǒng)，配置較復(fù)雜，規(guī)模龐大。這種類型的尾礦庫維護(hù)管理比較復(fù)雜，國內(nèi)采用的不多。

4 庫址選擇原則區(qū)別

4.1 水庫庫址選擇原則

庫址選擇是水庫工程中事關(guān)全局的問題，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)、安全、綜合效益等方面考慮。

水庫庫址選擇應(yīng)遵循下列原則:

1)地形要口小肚大;

2)有適宜的集水面積;

3)壩址和庫址地質(zhì)良好，基礎(chǔ)穩(wěn)固，無下陷情況;

4)壩址附近要有足夠和適用的建筑材料;

5)壩址附近要有適宜開挖溢洪道的山埡;

6)水庫上游宜草木豐茂，植被良好。

4.2 尾礦庫庫址選擇原則

尾礦庫的選擇在很大程度上決定尾礦設(shè)施基建費(fèi)和經(jīng)營費(fèi)的多寡以及管理工作的繁簡(jiǎn)。庫址選擇應(yīng)遵守下列原則:

1)不宜位于工礦企業(yè)、大型水源地、水產(chǎn)基地和大型居民區(qū)上游。

2)不應(yīng)位于全國和省重點(diǎn)保護(hù)名勝古跡的上游;

3)應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、不良地質(zhì)現(xiàn)象嚴(yán)重區(qū)域;

4)不占或少占農(nóng)田，不遷或少遷村莊;

5)不宜位于有開采價(jià)值的礦床上面;

6)匯水面積小，有足夠的庫容和初、終期庫長;

7)筑壩工程量小，生產(chǎn)管理方便;

8)尾礦輸送距離短，能自流或揚(yáng)程小。

5 等別劃分標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別

5.1 水庫等級(jí)劃分

根據(jù)國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)2003年頒發(fā)的《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(DL5180-2003)規(guī)定，水利水電樞紐根據(jù)其工程規(guī)模、效益和在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性，劃分為五等，如表1。

表1 水電樞紐工程的分等指標(biāo)(按總庫容)

5.2 尾礦庫等別劃分

尾礦庫各使用期的設(shè)計(jì)等別應(yīng)根據(jù)該期的全庫容和壩高分別按表2確定。當(dāng)兩者的等差為一等時(shí)，以高者為準(zhǔn);當(dāng)?shù)炔畲笥谝坏葧r(shí)，按高者降低一等。尾礦庫失事將使下游重要城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)或鐵路干線遭受嚴(yán)重災(zāi)害者，其設(shè)計(jì)等別可提高一等。

表2 尾礦庫等別

6 防洪標(biāo)準(zhǔn)劃分區(qū)別

6.1 水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)

水庫工程水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)(GB 50201—94)規(guī)定的級(jí)別按表3確定。

表3 水庫工程水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)

6.2 尾礦庫防洪標(biāo)準(zhǔn)

尾礦庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)各使用期庫的等別，綜合考慮庫容、壩高、使用年限及對(duì)下游可能造成的危害等因素，按表4確定。

表4 尾礦庫防洪標(biāo)準(zhǔn)

7 組成區(qū)別

7.1 水庫組成

水庫由擋水壩、溢洪道、放水建筑物等3部分組成。

1)擋水壩是橫攔河道的擋水建筑物，用以攔蓄水量，抬高水位。2)溢洪道是排泄洪水的建筑物，保證大壩安全。3)放水建筑物包括放水洞和放水設(shè)備兩部分。

7.2 尾礦庫組成

尾礦庫由尾礦壩、排洪構(gòu)筑物、排滲設(shè)施、觀測(cè)設(shè)施等組成。

7.2.1 尾礦壩

尾礦壩分初期壩及后期堆積壩。初期壩是基建中用作支撐后期尾礦堆存體的壩。選礦廠投產(chǎn)后，在初期壩壩頂敷設(shè)放礦主管和放礦支管向庫內(nèi)排放尾礦，排滿后再用尾砂筑成小子壩，用以形成新的庫容。將放礦主管和放礦支管移升到子壩頂，繼續(xù)向庫內(nèi)排放尾礦，如此循環(huán)，逐漸加高壩體。子壩連同尾礦沉積體統(tǒng)稱為后期壩(也稱尾礦堆積壩)。大、中型尾礦堆積壩最終的高度往往比初期壩高得多，是尾礦壩的主體部分。尾礦堆積壩的筑壩方式有上游式、中線式、下游式和濃縮錐式等類型。

7.2.2 排洪系統(tǒng)

尾礦庫排水系統(tǒng)常用的基本型式有排水井(排水斜槽)—排水管(隧洞)、溢洪道、山坡截洪溝等方式。

7.2.3 排滲設(shè)施

排滲設(shè)施的底部排滲設(shè)施:褥墊式、滲水管溝、滲水盲溝及混合式多種，沖積壩排滲設(shè)施:貼坡濾層、滲管或排滲盲溝、滲井等。

8 壩型分類區(qū)別

8.1 水庫攔水壩

水壩分按建筑材料分:礫石壩、混凝土壩、土壩3種。

1)礫石壩是一種用砂石和土堆積成的壩，分為不透水上游式、不透水心墻式、中央土心式、傾斜土心式。

2)混凝土壩是利用鋼筋、水泥和砂石建筑的水壩。一般常見的重力壩和拱壩通常都是混凝土壩，這種壩雖然成本最高，但是美觀、實(shí)用、堅(jiān)固，尤其是多目標(biāo)用途的水壩 ，一般都屬混凝土壩。

3)土壩是一種砂石和黏土堆積而成的水壩，不需要打特別堅(jiān)固的壩基，一般都是壩的中心填塞黏土，做成不透水層。土壩是建筑成本最低廉的一種水壩。

8.2 尾礦初期壩

1)初期期按建筑材料劃分

初期壩按建筑材料分為均質(zhì)土壩、塊石透水堆石壩、砂礫石透水堆石壩、廢石壩、干砌石壩、漿砌石壩、混凝土壩等。

2)初期壩按透水性劃分

初期壩可分為不透水壩和透水壩。

不透水初期壩:用透水性較小的材料筑成的初期壩。因其透水性遠(yuǎn)小于庫內(nèi)尾礦的透水性，不利于庫內(nèi)沉積尾礦的排水固結(jié)。當(dāng)尾礦堆高后，浸潤線往往從初期壩壩頂以上的尾礦堆積壩壩坡逸出，造成壩面沼澤化，不利于后期壩壩體的穩(wěn)定。這種壩型適用于擋水式尾礦壩或尾礦堆壩不高的尾礦壩。

透水初期壩:用透水性較好的材料筑成的初期壩。因其透水性大于庫內(nèi)沉積尾礦，有利于后期壩的排水固結(jié)，并可降低壩體浸潤線，提高壩體的穩(wěn)定性。它是比較合理的初期壩壩型。

9 結(jié)語

1)尾礦庫(壩)址選擇的范圍較小，不能像水庫那樣選擇有利的地形地質(zhì)條件、適宜的匯水面積建庫，而是就近找溝谷。因此，庫區(qū)地面坡度一般較陡，為獲得足夠的庫容，建壩都較高;庫址多選在流域面積小的部位。

2)在壩體結(jié)構(gòu)上，尾礦壩設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是:一般要求初期壩能透水而不漏尾礦。初期壩坡是上游壩坡陡下游壩坡緩，這和水庫是相反的，尾礦壩起控制作用的是下游壩坡。

3)在施工程序上，尾礦壩在基本建設(shè)階段只完成初期壩、排水構(gòu)筑物的輸水部位和出口連接部分。排水構(gòu)筑物的進(jìn)水部分只能完成部分工程，投產(chǎn)后的生產(chǎn)使用過程實(shí)際上也是堆壩的施工過程逐步完成。運(yùn)行初期，部分尾礦脫水固結(jié)尚未完成，安全系數(shù)最低，而終期安全系數(shù)最高，這和其他工程是不一樣的。

4)在水庫樞紐的水工布置上，溢洪道和放水洞與壩的距離比較近。但在尾礦庫上，為了滿足澄清距離的要求，排水構(gòu)筑物進(jìn)水口距離往往比較遠(yuǎn)。排水口和排礦口之間要保持一段距離，而在水庫上是沒有這種要求的。

5)水庫的排滲設(shè)施在基建期全部完成;尾礦庫的底部排滲設(shè)施在基建期完成，堆積壩排滲設(shè)施是在堆積壩上升至一定標(biāo)高分期完成的。

6)尾礦工程接觸介質(zhì)不同于水庫，一般水工構(gòu)筑物只要不漏渾水則視為安全。尾礦水常含有其他化學(xué)成分，而且由于一些尾礦顆粒特別細(xì)，能排水就能排尾礦，有的尾礦還有腐蝕性，所以必須考慮排水水質(zhì)是否符合國家的排放標(biāo)準(zhǔn)和回水利用問題。

7)尾礦堆積壩多系水力沖填壩，所用材料決定于選礦的生產(chǎn)工藝。作為尾礦的筑壩材料的性質(zhì)隨其粒度不同而異，但其基本性質(zhì)是非黏性土，粒度范圍比天然土要小得多，不均勻系數(shù)小，這種土作為筑壩材料一般密實(shí)度低，顆粒較細(xì)，滲透性差，脫水固結(jié)慢，滲流穩(wěn)定性和抗沖擊能力差，特別是在振動(dòng)荷載(地震)作用下，飽和尾礦容易產(chǎn)生振動(dòng)液化。

[1] 水利部.SDJ 12—78水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(山丘、丘陵區(qū)部分)的試行規(guī)定[S].北京:水利電力出版社，1978.

[2] 中華人民共和國水利部.GB 50201—91防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:水利電力出版社，1994.

[3] AQ 2006—2005尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程[S].北京:冶金工業(yè)出版社，2005.

[4] 尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)參考資料編寫組.尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)參考資料[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1980.

[5] 張明.尾礦手冊(cè)[R].北京:冶金工業(yè)出版社，2011.

[6] 黎東亮.尾礦工程設(shè)計(jì)施工運(yùn)行維護(hù)及綜合效益手冊(cè)[R].北京:中國礦業(yè)出版社，2010.