尾矿库基础知识(金属非金属矿山尾矿库安全技术中心)

尾矿库综合调查金属非金属矿山尾矿库安全技术中心目录第一讲尾矿库基础知识第二讲尾矿库综合调查第一讲尾矿库基础知识第一节尾矿设施的功能及组成第二节尾矿库第三节尾矿坝第四节尾矿库排洪设施第五节尾矿库监测设施第六节尾矿库安全度第一节尾矿设施的功能及组成尾矿—金属或非金属矿山开采出的矿石，经选矿厂选出有价值的精矿产生砂一样的“废渣”，称作尾矿。尾矿处理—将选矿厂排出的尾矿送往指定地点堆存或利用的技术叫做尾矿处理。尾矿设施—为尾矿处理所建造的设施系统称作尾矿设施。排水井堆积坝砂泵站截渗坝回水池选厂回水及污水处理站初期坝排水管尾矿库尾矿设施示意图尾矿设施组成及功能1、尾矿水力输送系统包括尾矿浓缩池、尾矿输送管槽、输送泵站和尾矿分散管槽等，用以将选矿厂排出的尾矿浆送往尾矿库堆存；2、尾矿堆存系统一般常简称为尾矿库，包括库区、尾矿坝、排洪构筑物和坝的观测设施等，用以储存选矿厂排出的尾矿；尾矿设施组成3、尾矿回水系统包括回水泵站、回水管道和回水池等，用以回收尾矿库或浓缩池的澄清水，送回选矿厂供选矿生产重复利用；4、尾矿水处理系统包括水处理站和截渗、回收设施等，用以处理不符合重复利用或排放标准要求的尾矿水，使之达到标准。第二节尾矿库尾矿库类型：1、山谷型尾矿库山谷型尾矿库是在山谷谷口处筑坝形成的尾矿库。它的特点是初期坝相对较短，坝体工程量较小，后期尾矿堆坝相对较易管理维护，当堆坝较高时，可获得较大的库容；库区纵深较长，尾矿水澄清距离及干滩长度易满足设计要求；但汇水面积较大时，排洪设施工程量相对较大。我国现有的大、中型尾矿库大多属于这种类型。第二节尾矿库山谷型尾矿库第二节尾矿库2、傍山型尾矿库傍山型尾矿库是在山坡脚下依山筑坝所围成的尾矿库。它的特点是初期坝相对较长,初期坝和后期尾矿堆坝工程量较大；由于库区纵深较短，尾矿水澄清距离及干滩长度受到限制，后期坝堆的高度一般不太高，故库容较小；汇水面积虽小，但调洪能力较低，排洪设施的进水构筑物较大；由于尾矿水的澄清条件和防洪控制条件较差，管理、维护相对比较复杂。国内低山丘陵地区中小矿山常选用这种类型尾矿库。第二节尾矿库傍山型尾矿库第二节尾矿库3、平地型尾矿库平地型尾矿库是在平缓地形周边筑坝围成的尾矿库。其特点是初期坝和后期尾矿堆坝工程量大，维护管理比较麻烦；由于周边堆坝，库区面积越来越小，尾矿沉积滩坡度越来越缓，因而澄清距离、干滩长度以及调洪能力都随之减少，堆坝高度受到限制，一般不高；但汇水面积小，排水构筑物相对较小；国内平原或沙漠戈壁地区常采用这类尾矿库。例如金川、包钢和山东省一些金矿的尾矿库。第二节尾矿库平地型尾矿库第二节尾矿库4、截河型尾矿库截河型尾矿库是截取一段河床，在其上、下游两端分别筑坝形成的尾矿库。有的在宽浅式河床上留出一定的流水宽度，三面筑坝围成尾矿库，也属此类。它的特点是不占农田；库区汇水面积不太大，但尾矿库上游的汇水面积通常很大，库内和库上游都要设置排水系统，配置较复杂，规模庞大。这种类型的尾矿库维护管理比较复杂，国内采用的不多。第二节尾矿库截河型尾矿库第二节尾矿库库容—系指尾矿库空间容积第二节尾矿库全库容尾矿坝某标高顶面、下游坡面及库底面所围空间的容积，包括有效库容、死水库容、蓄水库容、调洪库容和安全库容5部分。有效库容某坝顶标高时，初期坝内坡面、堆积坝外坡面以里（对下游式尾矿筑坝则为坝内坡面以里），沉积滩面以下，库底以上的空间，即容纳尾矿的库容。第二节尾矿库调洪库容某坝顶标高时，沉积滩面、正常水位以上的库底、正常水位三者以上，最高洪水位以下的空间。总库容设计最终堆积标高时的全库容。第二节尾矿库尾矿库等别、构筑级别尾矿库的等别从高到低分为五等。规程对等别不同的尾矿库采用的防洪标准和坝体安全系数也是不同的。一等最高，五等最低。尾矿库各使用期的设计等别应根据该期的全库容和坝高分别按表1确定。当两者的等差为一等时，以高者为准；当等差大于一等时，按高者降低一等。尾矿库失事将使下游重要城镇、工矿企业或铁路干线遭受严重灾害者，其设计等别可提高一等。第二节尾矿库尾矿库等别等别全库容V（万m3）坝高H（m）一二等库具备提高等别条件者二三四五V≥100001000≤V＜10000100≤V＜1000V＜100H≥10060≤H＜10030≤H＜60H＜30第二节尾矿库尾矿库等别构筑物的级别主要构筑物次要构筑物临时构筑物一134二234三355四455五555注：主要构筑物指尾矿坝、库内排水构筑物等失事后难以修复的构筑物；次要构筑物指失事后不致造成下游灾害或对尾矿库安全影响不大并易于修复的构筑物；临时构筑物指尾矿库施工期临时使用的构筑物。构筑物级别第三节尾矿坝一尾矿坝定义1.尾矿坝—挡尾矿和水的尾矿库外围构筑物，常泛指尾矿库初期坝和堆积坝的总体。2.初期坝—基建中用作支撑后期尾矿堆存体的坝。3.堆积坝—生产过程中在初期坝坝顶以上用尾矿充填堆筑而成的坝。第三节尾矿坝—初期坝二初期坝1.初期坝的类型不透水初期坝──用透水性较小的材料筑成的初期坝。因其透水性远小于库内尾矿的透水性，不利于库内沉积尾矿的排水固结。当尾矿堆高后，浸润线往往从初期坝坝顶以上的尾矿堆积坝坝坡逸出，造成坝面沼泽化，不利于后期坝坝体的稳定。这种坝型适用于挡水式尾矿坝或尾矿堆坝不高的尾矿坝。透水初期坝──用透水性较好的材料筑成的初期坝。因其透水性大于库内沉积尾矿，有利于后期坝的排水固结，并可降低坝体浸润线，提高坝体的稳定性。它是比较合理的初期坝坝型。2、初期坝的坝型及其特点（1）均质土坝均质土坝是用粘土、粉质粘土或风化土料筑成的坝，如图所示，它像水坝一样，属典型的不透水坝型。在坝的外坡脚往往设有毛石堆成的排水棱体，以降低坝体浸润线。该坝型对坝基工程地质条件要求不高，施工简单，造价较低。在早期或缺少石材地区应用较多。第三节尾矿坝—初期坝第三节尾矿坝—初期坝若在均质土坝内坡面和坝底面铺筑可靠的排渗层，如图所示，使尾矿堆积坝内的渗水通过此排渗层排到坝外。这样，便成了适用于后期尾矿堆坝要求的透水土坝。第三节尾矿坝—初期坝（2）透水堆石坝用堆石料堆筑成的坝，如图所示。在坝的上游坡面用天然反滤料或土工布铺设反滤层，防止尾砂流失。该坝型能有效地降低后期坝的浸润线。由于它对后期坝的稳定有利，且施工简便，成为二十世纪六十年代以后广泛采用的初期坝型。第三节尾矿坝—初期坝（3）砂、石透水堆石坝该坝型对坝基工程地质条件要求也不高。当质量较好的石料数量不足时，也可采用一部分较差的砂石料来筑坝。即将质量较好石料铺筑在坝体底部及上游坡一侧（浸水饱和部位），而将质量较差的砂石料铺筑在坝体的次要部位，如图所示。第三节尾矿坝—初期坝（4）废石坝用采矿场剥离的废石筑坝，有两种情况：当废石质量符合强度和块度要求时，可按正常堆石坝要求筑坝；另一种是结合采矿场废石排放筑坝，废石不经挑选，用汽车或轻便轨道直接上坝卸料，下游坝坡为废石的自然安息角，为安全计，坝顶宽度较大，如图所示。在上游坡面应设置砂砾料或土工布做成的反滤层，以防止坝体土颗粒透过堆石而流失。第三节尾矿坝—初期坝（5）砌石坝用块石或条石砌成的坝，分干砌石坝和浆砌石坝两种。这种坝型的坝体强度较高，坝坡可做得比较陡，能节省筑坝材料，但造价较高。可用于高度不大的尾矿坝，但对坝基的工程地质条件要求较高，坝基最好是基岩，以免坝体产生不均匀沉降，导致坝体产生裂缝。（6）混凝土坝用混凝土浇筑成的坝。这种坝整体性好，强度高，因而坝坡可做得很陡，筑坝工程量比其他坝型都小，但工程造价高，对坝基条件要求高，采用者比较少。第三节尾矿坝—堆积坝三堆积坝1.堆积坝功能与特点实质上是尾矿沉积体，这种水力充填沉积的砂性土边坡稳定性能较差；大、中型尾矿堆积坝最终的高度往往比初期坝高得多，是尾矿坝的主体部分。堆积坝一旦失稳，灾害惨重。所以如何确保堆积坝的安全历来是设计和生产部门十分重视的一项工作，也是安全生产管理和安全监督管理工作的重点之一。第三节尾矿坝—堆积坝2.堆积坝型式（1）上游式缺点：细粒夹层多渗透性能差浸潤线高坝体稳定性差优点：筑坝工艺简单管理方便运营费用国内外均普遍采用子坝初期坝图2-12上游式尾矿坝第三节尾矿坝—堆积坝（2）下游式优点：坝体质量可控渗透性强浸潤线低坝体稳定性好缺点：筑坝工艺复杂管理复杂受地形限制运营费用高国内采用少溢流旋流器给矿沉沙堆积坝下游挡堤②排水层①④③细尾砂初期坝图2-14下游式尾矿坝第三节尾矿坝—堆积坝（3）中线式优点：坝体质量可控渗透性较强浸潤线低坝体稳定性较好缺点：筑坝工艺较复杂管理较复杂受地形限制运营费用高国内采用少⑤③①②④堆积坝细尾砂溢流沉沙下游挡堤旋流器给矿初期坝排水层图2-13中线式尾矿坝第三节尾矿坝—堆积坝3.沉积滩—水力冲积尾矿形成的沉积体表层，常指露出水面部分滩顶—沉积滩面与堆积坝外坡的交线，为沉积滩的最高点。滩长—由滩顶至库内水边线的水平距离。最小干滩长度—设计洪水位时的干滩长度。最小安全超高—规定的安全超高最小允许值。第三节尾矿坝—堆积坝滩顶、滩长、超高示意图堆积坝初期坝最小干滩长度最小安全超高子坝滩顶最高洪水位正常水位干滩第三节尾矿坝—堆积坝4.坝高坝高—对初期坝和中线式、下游式筑坝为坝顶与坝轴线处坝底的高差;对上游式筑坝则为堆积坝坝顶与初期坝坝轴线处坝底的高差。总坝高—与总库容相对应的最终堆积标高时的坝高。堆坝高度（堆积高度）—尾矿堆积坝坝顶与初期坝坝顶的高差。第三节尾矿坝—堆积坝总坝高堆坝高度初期坝初期坝高最终堆积标高尾矿堆积坝第三节尾矿坝—堆积坝粗尾矿坝高初期坝高堆坝高度初期坝细尾矿第三节尾矿坝—堆积坝粗尾矿坝高初期坝高堆坝高度初期坝细尾矿第三节尾矿坝—堆积坝初期坝目前堆积标高尾矿堆积坝排渗管浸润线水位第四节尾矿库排洪设施1.排洪设施的功能及组成排洪设施是尾矿库必须设置的安全设施，其功能在于将汇水面积内洪水安全地排至库外，保证尾矿库在洪水运行期的安全运行。它的安全性和可靠性直接关系到尾矿库防洪安全。尾矿库库内排洪构筑物通常由进水构筑物和输水构筑物两部分组成。尾矿坝下游坡面的雨水用排水沟排除。排洪构筑物型式的选择，应根据尾矿库排水量的大小、尾矿库地形、地质条件、使用要求以及施工条件等因素并经技术经济比较确定。第四节尾矿库排洪设施2.进水构筑物（1）排水井（塔）窗口式—整体性好，堵孔简单，但进水量小，早期应用较多。框架式—结构合理，进水量大，操作也较简便，广泛采用。井圈叠装式和砌块式—用预制井圈和预制砌块逐层加高，进水量大，操作要求高，整体性差，应用不多。第三节尾矿库排洪设施第四节尾矿库排洪设施（2）排水斜槽—既是进水构筑物，又是输水构筑物。随着库水位的升高，进水口的位置不断向上移动。它没有复杂的排水井，但毕竟进水量小，一般在排洪量较小时经常采用。（3）溢洪道—常用于一次性建库的排洪进水构筑物。为减少过水深度，常采用宽浅式溢洪道。（4）截洪沟—也是进水构筑物兼作输水构筑物。沿全部沟长均可进水。在较陡山坡处的截洪沟易遭暴雨冲毁，可靠性差，管理维护工作量大。第四节尾矿库排洪设施2、输水构筑物（1）排水管—埋设在库底部，承受荷载较大，一般采用钢筋混凝土结构。第四节尾矿库排洪设施（2）斜槽—钢筋混凝土或浆砌石结构。（3）隧洞—结构稳定性好，是大、中型尾矿库常用的输水构筑物。当排洪量较大，且地质条件较好时，隧洞方案往往比较经济。（4）截洪沟—钢筋混凝土或浆砌石结构。第四节尾矿库排洪设施3、坝坡排水沟（1）截水沟—沿山坡与坝坡结合部设置浆砌块石，以防止山坡暴雨汇流冲刷坝肩。（2）排水沟—在坝体下游坡面设置纵横，将坝面的雨水导流排出坝外，以免雨水滞留在坝面造成坝面拉沟，影响坝体的安全。第五节尾矿库观测设施尾矿库观测设施主要有库水位观测坝体位移观测浸润线观测构筑物变形观测渗流水观测孔隙水坝体固结观测排水水量及水质监测第六节尾矿库安全度【条文】8.1尾矿库安全度分类尾矿库安全度主要根据尾矿库防洪能力和尾矿坝坝体稳定性确定，分为危库、险库、病库、正常库