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1、尾矿库安全技术基础廖国礼博士Tel：13801138659，010-64941331中国安全生产科学研究院矿山安全技术研究所2009.11.26内容要点：一一.尾矿库基本概念与技术基础。尾矿库基本概念与技术基础。二二.尾矿库安全法规标准框架。尾矿库安全法规标准框架。一一.我国尾矿库的总体形势。我国尾矿库的总体形势。二二.典型事故案例剖析。典型事故案例剖析。三三.安全评价现状与分析。安全评价现状与分析。四四.尾矿库安全监控新技术。尾矿库安全监控新技术。五五.病险尾矿库隐患排查。病险尾矿库隐患排查。六六.病险尾矿库隐患治理技术。病险尾矿库隐患治理技术。1尾矿库基本概念与技术基础u尾矿金属或非金属矿
2、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。u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。u尾矿设施为尾矿处理所建造的设施系统称作尾矿设施。95%以上3亿Ta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
3、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。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。山谷型尾矿库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
4、；汇水面积小，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。傍山型尾矿库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。平地型尾矿库4、截河型尾矿库截河型尾矿库是截取一段河床，在其上
5、、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。截河型尾矿库尾矿库关键术语库容系指尾矿库空间容积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。调洪库容某坝顶标高时，沉
6、积滩面、正常水位平面、最高洪水位平面三者包围的空间。总库容设计最终堆积标高时的全库容。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。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。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
7、，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。（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。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。（2）斜槽钢筋混凝土或浆砌石结构。（3）
8、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。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。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V100001000V10000100V1000V100H10060H10030H60H30划分标准是：全库容与坝高尾矿库构筑物的级别等别构筑物的级别主要构筑物次要构筑物临时构筑物一二三四
9、五123453355544555尾矿库建设尾矿库勘察尾矿库设计尾矿坝设计排洪设计尾矿库安全设施施工及验收尾矿库勘察J尾矿库工程地质与水文地质勘查应符合有关国家及行业标准要求，查明影响尾矿库及各构筑物安全性的不利因素，并提出工程措施建议，为设计提供可靠依据。J在用的上游法尾矿堆积坝的勘察应执行岩土工程勘察规范。尾矿库设计不宜位于工矿企业、大型水源地、水产基地和大型居民区上游。不应位于全国和省重点保护名胜古迹的上游。应避开地质构造复杂、不良地质现象严重区域。不宜位于有开采价值的矿床上面。汇水面积小，有足够的库容和初、终期库长。库址选择原则尾矿库设计应对不良地质条件采取可靠的治理措施。对停采的露天采
10、矿场改作尾矿库的，应对其稳定性进行专项论证；对露天采矿场下部有采矿活动的，不宜作尾矿库。确须用时，应由有资质的单位进行专项论证，并提出安全技术措施，在保证地下采矿安全时，方可使用。n尾矿库设计最终堆积高程、最终坝体高度、总库容；n尾矿坝堆积坡比；n尾矿坝不同堆积标高时，库内控制的正常水位、调洪高度、安全超高及最小干滩长度等；n尾矿坝浸润线控制。尾矿库施工设计文件应给出生产运行安全控制参数尾矿库施工设计文件应给出生产运行安全控制参数尾矿库库区存在的安全隐患及对策；尾矿库初级坝及堆积坝的稳定性分析；尾矿库动态监测和通讯设备配置的可靠性分析；尾矿库的安全管理要求。尾矿库安全专篇要求尾矿库安全专篇要求
11、尾矿坝设计尾矿坝是尾矿库用来拦挡尾矿和水的围护构筑物。一般尾矿坝是由初期坝（又称基础坝）和后期坝（又称尾矿堆坝）组成。只有当尾矿颗粒极细，无法用尾矿堆坝者，才采用类似建水坝（即无后期坝）的形式贮存全部尾矿，习惯称之为一次建坝。初期坝的类型及其特点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子坝坝脚或坝坡逸出，造成坝面沼泽化，不利于坝体的稳定性。这种坝型适用于不用尾矿筑坝或因环保要求不允许向库下游排放尾矿水的尾矿库。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尾矿的透水性，可
12、加快库内沉积尾矿的排水固结，并可降低坝体浸润线，因而有利于提高坝体的稳定性。这种坝型是初期坝比较理想的坝型。透水初期坝的主要坝型有堆石坝或在各种不透水坝体上游坡面设置排渗通道的坝型。初期坝的类型及其特点不透水均质土坝透水均质土坝初期坝的类型及其特点毛石堆筑成透水堆石坝砂石堆筑成透水堆石坝废石坝尾矿堆积坡比（1）关于坡比：越大，说明坡越缓，越安全。越大，说明实际的坡比越陡于设计值，越不安全。（2）对于堆积坝，值一般取1.41.5。（3）基础坝，另有规定。内坡外坡坝基处要求坝基处理应满足渗流控制和静、动力稳定要求。遇有下列情况时，应进行专门研究处理：l透水性较大的厚层砂砾石地基；l易液化土、软粘土
13、和湿陷性黄土地基；l岩溶发育地基；l采空区地基。初期坝高度的确定除满足初期堆存尾矿、澄清尾矿水、尾矿库回水和冬季放矿要求外，还应满足初期调蓄洪水要求。初期坝坝顶宽度要求坝高（m）坝顶最小宽度（m）102.510203.020303.5304.0初期坝下游坡坡比要求坝高（m）土坝下游坡坡比透水堆石坝下游坡坡比岩基非岩基（软基础外）5101:1.751:2.01:1.51:1.751:1.751:2.010201:2.01:2.520301:2.51:3.0后期坝的类型及其特点1-初级坝；2-子坝上游式尾矿筑坝上游式尾矿筑坝要求坝的级别12345最小安全超高m1.51.00.70.50.4最小滩长
14、m150100705040上游式尾矿坝的最小安全超高与最小滩长后期坝的类型及其特点1-初级坝；2-子坝下游式尾矿筑坝后期坝的类型及其特点1-初级坝；2-子坝中线式尾矿筑坝坝的级别12345最小滩长m10070503525下游式及中线式尾矿坝的最小滩长渗流计算要求尾矿坝设计应进行渗流计算，以确定坝体浸润线、逸出坡降和渗流量。浸润线出逸的尾矿堆积坝坝坡，应设排渗设施，1、2级尾矿坝还应进行渗流稳定研究。上游式尾矿坝的渗流计算应考虑尾矿筑坝放矿水的影响。1、2级山谷型尾矿坝的渗流应按三维计算或由模拟试验确定。L为最小安全干滩长度；h为最小安全超高稳定性分析尾矿初期坝与堆积坝坝坡的抗滑稳定性应根据坝体
15、材料及坝基岩土的物理力学性质，考虑各种荷载组合，经计算确定。计算方法宜采用瑞典圆弧法。当坝基或坝体内存在软弱土层时，可采用改良圆弧法。考虑地震荷载时，应按水工建筑物抗震设计规范的有关规定进行计算。计算之前，先要拟定计算剖面。后期坝坝坡凭经验假定；浸潤线位置由渗流分析确定；坝基土层的物理力学指标通过工程地质勘察确定；后期坝的物理力学指标可参照类似尾矿的指标确定，有条件者应在老尾矿坝上勘察确定。计算时，假定多个滑动面，根据滑动体的受力状态，求出滑动力和抗滑力。用滑动力与滑动力之比值作为抗滑稳定的安全系数。设计的作用就是要采取多种措施，确保最小的安全系数不小于设计规范的规定。稳定性分析尾矿坝稳定性计
16、算的荷载分下列五类：一类为筑坝期正常高水位的渗透压力；二类为坝体自重；三类为坝体及坝基中孔隙压力；四类为最高洪水位有可能形成的稳定渗透压力；五类为地震惯性力。上游式尾矿坝堆积至1223最终设计坝高时，应对坝体进行一次全面的勘察，并进行稳定性专项评价稳定性分析荷载组合荷载类别12345正常运行总应力法有有有效应力法有有有洪水运行总应力法有有有效应力法有有有特殊运行总应力法有有有有效应力法有有有有荷载的组合稳定性分析运用情况坝的级别1234、5正常运行1.301.251.201.15洪水运行1.201.151.101.05特殊运行1.101.051.051.00坝坡抗滑稳定最小安全系数强度计算方法土的类别强度指标类别试验仪器试验起始状态试验方法强度指标总应力法无粘性土固结不排水剪Cu，u三轴仪一、坝体材料1、含水量及密度与原状一样；2、浸润线以下及水下要预先饱和；3、试验应力与坝体
