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1、尾矿库安全生产与管理杨泽兵注册安全工程师 工程师 内部培训师0357 309219713994006664 第一部分尾矿库概论 我国是一个矿业生产大国 每年选矿产生的尾矿约6 5亿吨 除小部分作为矿山充填或综合利用外 绝大部分都要储存在尾矿库 累计库存在70亿吨以上 据2004年尾矿库情况初步调查资料 全国共有尾矿库2762座 在我国尾矿库的安全管理中存在的主要问题 一是经过有设计资质单位设计的尾矿库只有1250座 仅占总数的45 3 其他尾矿库均没有经过具备资质的设计单位进行设计 且绝大部分尾矿库没有经过相关部门的设计审查 二是绝大多数尾矿库没有开展安全评价工作 进行过安全评价的只有206座
2、 仅占总数的7 5 三是危库 险库和病库的数量还相当大 在已确定了安全度的1035座尾矿库中 有危库 险库 病库等392座 占已确定安全度的尾矿库数量的37 8 尾矿和尾矿设施 1 1尾矿矿山开采出来的矿石 经过选矿 手选 重选 磁选 浮选 化学选矿 电选及光电选矿等 从中选出有用矿物后 剩下的矿渣叫尾矿 通常它以矿浆状态排出 由于在尾矿中含有许多对人类有用的矿物元素 因此 尾矿仍是一种资源 有待于今后科技进步的再利用回收 1 2尾矿的特性尾矿的矿物和化学成分 固体比重 尾矿的颗分 平均粒径 含水率 压缩性 固结性 强度特性 渗透性 1 3尾矿设施由尾矿输送系统 尾矿堆存系统 尾矿库排洪系统
3、尾矿库水处理系统等几部分组成 1 尾矿输送系统 一般包括尾矿浓缩池 砂泵站 尾矿输送管道 尾矿自流沟 事故泵站及相应的辐助设施等 2 尾矿堆存系统 一般包括坝上放矿管道 尾矿初期坝 尾矿后期坝 浸润线观测 位移观测及排渗设施等 3 尾矿库排洪 水 系统 一般包括截洪沟 溢洪道 排水井 排水管 排水隧洞等构筑物 4 尾矿水处理系统 包括尾矿库澄清水的回水设施和尾矿水的净化设施 1 4尾矿设施的功能 1 保护环境 2 充分利用水资源 3 保护矿产资源1 5尾矿设施的重要性 1 尾矿设施是矿山生产不可缺少的设施 2 尾矿设施投资巨大 3 尾矿库是矿山生产最大的危险源1 6尾矿设施对环境的影响 1 对
4、水质的污染 包括地下水 2 尾矿坝的安全和稳定性 3 因尘砂土造成的空气污染 4 视觉影响 二 尾矿库尾矿库是在适当场地 利用合适的材料修筑堤坝 用于堆存尾矿的设施 主要有坝体 排水 洪 构筑物组成 包括矿山尾矿库 排泥库 电厂灰渣库 氧化铝厂赤泥库等 2 1尾矿库的类型及特点 1 山谷型尾矿库 在山谷谷口处筑坝形成的尾矿库 它的特点是初期坝不太长 堆坝比较容易 工作量较小 尾矿坝常可堆得很高 汇水面积常不太大 排洪设施一般比较简单 汇水面积大时就比较复杂 这种类型的尾矿库是最常见的 国内大量的尾矿库属于此型 管理维护相对比较简单 但当堆坝高度很高时 也会给设计和操作管理带来一定的难度 山谷形
5、尾矿库 2 傍山型尾矿库 在山坡脚下依傍山坡三面筑坝围成的尾矿库 它的特点是初期坝相对较长 堆坝工作量较大 堆坝高度不可能太高 汇水面积较小 排洪问题比较容易解决 但因库内水面面积一般不大 尾矿水的澄清条件较差 国内尾矿库属于这种类型的较少 管理维护相对比较复杂 3 河谷型尾矿库 截断河谷在上下游两面筑坝截成的尾矿库 它的特点是尾矿坝从上 下游两个方向向中间进行 堆坝高度受到限制 尾矿库库内的汇水面积常很大 库内和库上游都要设排洪系统 配置较复杂 规模较大 国内尾矿库属于这种类型的为数不多 相对于山谷型来说 此型尾矿库的管理维护比较复杂 4 平地型尾矿库 在平地上四面筑坝围成的尾矿库 其特点是
6、没有山坡汇流 汇水面积小 排洪构筑物简单 尾矿坝的长度很长 堆坝工作量相当大 堆坝高度受到限制 一般不高 管理维护相当复杂 2 2尾矿库库容 全库容 Vy Vk Vt Vx有效库容 Vy调洪库容 Vt安全库容 Vk蓄水库容 死库容 Vx 尾矿库的高度 面积 容积曲线 三 初期坝 3 1初期坝坝型及特点a 土坝 造价低 施工方便 常用于缺少砂石料地区 透水性差 浸润线常从坝坡逸出 易产生管涌 导致垮坝 为此常设置排渗设施b 堆石坝 由堆石体及其上游面的反滤层和保护层构成 透水性好 可降低尾矿坝的浸润线 加快尾矿固结 有利于尾矿坝的稳定c 混合料坝d 砌石坝e 混凝土坝 3 2初期坝的构造 坝高坝
7、顶宽度坝坡马道排水棱体反滤层排水沟 四 排水构筑物 作用 排出库内积水 尾矿水和洪水 排水能力满足设计要求 保证尾矿库最高洪水位时安全超高和干滩长度满足规程要求 结构 主要有排水井 排水斜槽 排水管 排水隧洞 溢洪道和截洪沟等 除了溢洪道和截洪沟外 其余构筑物都逐渐被厚厚的尾矿所覆盖 承受很大的上覆荷载 因此 除在设计上应保证它有足够的强度外 对施工质量的要求也很严格 4 1井 管 洞 式 排水井是排水系统的进水构筑物 由井基 井座和井筒三部分组成 有窗口式 框架式 叠圈式和砌块式等几种类型 排水井多用钢筋混凝土浇筑成 高度一般为10m 20m之间 特殊情况和地形条件下也可做的高一些 4 2槽
8、 管 洞 式 沿山坡筑成的排水槽 断面为矩形或圆形 宽度或直径一般为1 1 5m左右 高度宜大于宽度 排水量较大时可做成双槽式 随着尾矿库水位的升高 斜槽逐渐加盖板封闭 斜槽盖板上将覆盖很厚的尾矿 所受土压力和水压力很大 因此盖板厚度很厚 盖板可做成平板或圆拱形板 后者受力条件好 可做得稍薄一些 尾矿库的水由盖板上沿和两侧槽壁溢流至槽内 因溢流沿较长 斜槽的排水量较大 适用于排洪量中等的尾矿库排洪 排水管 是排水系统的输水构筑物 一般都埋设在尾矿库的底部 其首端与排水井或排水斜槽相接 尾端穿过坝体与下游排水明渠相连 排水管上覆盖很厚的尾矿 承受很大的尾砂压力和外水压力 多用钢筋混凝土在现场浇筑
9、 管壁厚度往往很厚 配筋很密 管基也很庞大 其断面形状有圆形 方形和城门洞形等 圆形断面受力条件较好 可降低工程造价 故采用的较多 排水隧洞 选择有利山体地形开凿隧洞排水 常可比排水管节省工程费用 在稳固的岩石中开挖隧洞可不衬砌 但要用光面爆破开挖 或只需喷混凝土护面 在不太稳固的岩石中开挖隧洞则需要用混凝土或钢筋混凝土衬砌 衬砌厚度及配筋经计算确定 隧洞的断面形状对无压隧洞多用城门洞形 对有压隧洞宜用圆形或马蹄形 无压隧洞在最大排水量时水也不可充满整个断面 应留有20 30 的空间 为了防止洞内产生真空气蚀 有的排水隧洞内设有通气管 与外部连通 隧洞进口至排水井用一段短的排水管相连接 隧洞出
10、口接消力池与排水渠连接 4 3溢洪道 有正堰式和侧槽式两种 其排水能力大 适用于洪水流量大的尾矿库排洪 溢洪道可分为三段 进口段 陡坡段和下游段 4 4截洪沟 截洪沟的作用是截住沟以上汇流面积的暴雨洪水 减少入库水量 因此 它只是起辅助排洪的作用 而不能取代尾矿库的排洪构筑物 五 堆积坝筑坝方式 上游法筑坝 中线式筑坝 下游式筑坝5 1上游法筑坝 向初期坝上游方向冲积尾矿加高坝的筑坝工艺 当尾矿库内的尾矿充满至坝顶时 在距坝顶一定距离外的尾矿沉积滩上就地挖尾矿 沿坝轴线方向堆筑子坝 形成新的库容 将放矿管移到子坝坝顶继续放矿充填 当库内尾矿充满至子坝坝顶时 再进行下一级子坝的堆筑 如此按一定的
11、边坡坡度逐渐向库内方向推进 直至最终堆积标高 上游法筑坝特点坝轴线的位置不断向上游推移 无上游坝面轮廓线 坝体与沉积滩联为一体 由流动矿浆中的尾矿颗粒自然沉积形成 沉积体内存在多层细泥夹层 这一方面降低了坝的渗透性 抬高了坝内浸润线的位置 另一方面使坝的抗剪强度降低 因此 上游式筑坝的稳定性较差 抗地震液化性能差 如不采取一定的措施 不适于在高地震烈度地区使用 但此式筑坝工艺简单 管理方便 成本低 在国内普遍采用 上游法筑坝工程实例 5 2中线式筑坝 在初期坝坝轴线位置上用旋流粗砂冲积尾矿的筑坝工艺 尾矿库投入运行以后 在初期坝坝顶上用水力旋流器将选矿厂来的尾矿分级 分级后的含粗颗粒的底流矿浆
12、沿坝轴线方向均匀地向初期坝上 下两个方向排放 进行自然沉积并辅以机械修整和压实 形成新坝体 当坝体达到一定的高度后 再将分级设备和放矿管移到新坝顶上 继续分级 放矿 筑坝 新坝顶逐渐升高 直至最终堆积高程 含细颗粒的溢流矿浆排至库内进行沉积储存 中线式筑坝的特点坝轴线的位置总是与初期坝坝轴线吻合 不向上 下游移位 坝体有明确的轮廓线 其下游侧坝体的筑坝质量与下游式筑坝相同 而上游侧坝体与尾矿沉积滩则成垂直的锯齿形接触面 因此 此式筑坝的优缺点介于上游式和下游式之间 抗地震液化性能优于上游式 而筑坝要求的粗颗粒尾矿数量可比下游式少一些 坝址狭口长度也可以短一些 在筑坝过程中 同样需控制坝顶与库内
13、沉积滩面的高差 保持均衡上升 以满足防洪要求 生产管理与维护也比上游式筑坝复杂 中线式筑坝工程实例 5 3下游式筑坝 是向初期坝下游方向用旋流粗砂冲积尾矿的筑坝工艺 尾矿库投入运行以后 在初期坝坝顶上 用水力旋流器将选矿厂来的尾矿分级 分级后的含粗颗粒的底流矿浆排至初期坝下游方向进行自然沉积并辅以机械修整和压实 形成下游坝体 当下游坝体达到一定的高度后 再将分级设备和放矿管移到新坝顶上 继续分级 放矿 筑坝 新坝顶逐渐升高并向下游推移 直至最终堆积高程 含细颗粒的溢流矿浆排至库内进行沉积储存 下游式筑坝的特点坝轴线不断向下游移位 坝体有明确的轮廓线 坝体由粗粒尾砂沉积成 很少有细泥夹层 渗透性
14、良好 抗剪强度高 因此 坝体稳定性好 抗地震液化能力较强 适用于高地震烈度地区的筑坝 但采用此法需有一定的条件 一是尾矿可以分离出足够数量的粗颗粒用以筑坝 一是坝址地形狭口足够长 可以布置下坝体 在筑坝过程中 需控制坝顶与库内沉积滩面的高差 保持均衡上升 以满足防洪要求 此式筑坝生产管理与维护比较复杂 且成本较高 第二部分尾矿库常见病害的治理 一 尾矿坝裂缝的处理发现裂缝后应采取临时防护措施 以防止雨水或冰冻加剧裂缝的加剧 对于滑动性裂缝的处理 应结合坝坡稳定性分析统一考虑 对于非滑动性裂缝可采取以下措施进行处理 1 采用开挖回填是处理裂缝比较彻底的方法 适用于不太深的表层裂缝及防渗部位的裂缝
15、 2 对坝内裂缝 非滑动性很深的表面裂缝 由于开挖回填处理工程量过大 可采取灌浆处理 3 对于中等深度的裂缝 因库水位较高不宜全部采用开挖回填办法处理的部位或开挖困难的部位 可采用开挖回填与灌浆相结合的方法进行处理 二 尾矿坝滑坡预防及处理 1 滑坡的种类按滑坡的性质可分为 剪切性滑坡 塑流性滑坡和液化性滑坡 按滑面的形状可分为 圆弧滑坡 折线滑坡和混合滑坡 2 引致滑坡原因坝坡坡比过陡 浸润线过高 坝坡出现沼泽化等状况 3 处理办法降低坡比 浸润线过高采用水平排渗管 大口辐射井排水等排渗施工方法处理 4 滑坡抢护基本原则 上部减载 下部压重 方法 在主滑坡裂缝部位进行削坡 而在坝脚部位进行压
16、坡 三 尾矿坝渗漏的处理 尾矿坝坝体及坝基的渗漏有正常渗流和异常渗流之分 1 渗漏的种类按渗漏部位 坝体渗漏 坝基渗漏 接触渗漏 绕坝渗漏按渗漏的现象 集中渗漏 散浸 2 渗漏的研判土坝坝基渗透破坏 可分为管涌和流土两种 管涌为细颗粒通过粗颗粒空隙被推动和带出 流土则为土体表层所有颗粒同时被渗水顶托而移动 3 渗漏的处理渗漏处理的原则是 内截 外排 内截 就是在坝上游封堵渗漏入口 截断渗漏途径 防止渗出 外排 就是在坝下游采用导渗和滤水措施 使渗水在不带走泥土 尾砂 颗粒的前提下 迅速安全地排出 以达到渗透稳定 四 尾矿坝管涌的处理 管涌是尾矿坝坝基在较大渗透压力作用下而产生的险情 可采用降低内外水头差 减少渗透压力或用滤料导渗等措施进行处理 处理方法 1 滤水围井 2 蓄水减渗 3 塘内压渗 4 降水减渗 如堤坝严重渗水 采用临时防护措施不能改善险情时 应降低库内水位以减少渗透压力 使险情不致迅速恶化 但要注意控制水位下降的速度 防止水位骤然下降引起如滑坡等问题 五 岩溶处理 1 岩溶的形式 裂隙 溶洞 2 处理方法竖井隔离法圬工封盖法反滤式堵塞法裂隙充填法防渗斜墙法粘土铺盖法原土压
