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1、尾矿堆积坝及尾矿堆积坝的稳定性分析与评价,中冶沈勘秦皇岛工程技术有限公司 顾问总工 任宝珍,各位领导、专家及同行，上午好！ 我是中冶沈勘秦皇岛工程技术有限公司的顾问总工任宝珍，今天，我有幸受会议组委会之约参加本次会议，感到非常荣幸，在此向组委会领导表示感谢。 由于体制的原因，记得在上世纪60年代， 作为勘察单位，仅仅为尾矿库的设计提供工程地质资料。改革开放后，在上世纪70年代末，勘察单位才有机会涉入尾矿坝的稳定性评价。1980年年底，我们首次将有限单元法运用于大石河尾矿坝的稳定性分析，继而真正的完成了由工程地质勘察向岩土工程体制的转化。 中冶沈勘秦皇岛工程技术有限公司是原中冶集团秦皇岛冶金设计
2、研究总院经改制划入中冶沈勘的岩土工程公司。本公司是持有岩土工程勘察及矿山设计（含尾矿库设计）甲级资质，具有独立法人的勘察设计单位。近十几年来在尾矿库安全稳定性分析评价方面进行了大量的工作。,我公司获奖工程简介,自1993年以来我公司先后从事尾矿坝稳定性分析的岩土工程勘察近115项，其中获得省部级一等奖的有： 唐钢棒磨山铁矿沙河沟尾矿坝岩土工程勘察 唐钢矿业公司石人沟铁矿西达峪尾矿坝现状稳定性分析岩土工程勘察 首钢矿业有限公司尹庄尾矿坝岩土工程勘察及坝体稳定性分析 获得省部级二等奖的有： 唐钢矿业公司庙沟铁矿马粪沟尾矿库现状稳定性分析岩土工程勘察 获得省部级三等奖的有： 首钢马兰庄尾矿库虹吸井施
3、工,我本人主持参与的首钢矿业有限公司新水村尾矿堆积坝岩土工程勘察及稳定性评价曾获国家勘察二等奖及冶金部一等奖。 多年来我公司在尾矿坝稳定性勘察与评价方面不断的学习与进步有着深刻的体会借此机会就下面四个问题与大家与在座的专家及同行们进行交流。,1尾矿库的基础知识 金属或非金属矿山的矿石，经采、选后，将产出数量巨大的“废渣”，被称之尾矿。这些尾矿，不仅数量巨大，一方面含有暂时不能回收的矿物质，随意的排放，会造成资源浪费，而且会大面积的破坏农田，阻塞河道，污染环境。因此，必须采取措施，妥善处理。为处理尾矿所建设的设施系统，称作尾矿设施。 尾矿设施由以下几部分组成： （1）尾矿水力输送系统：包括尾矿浓
4、缩池、尾矿输送管道（槽）、输送泵站和分散放矿管（槽）； （2）尾矿回水系统：包括回水泵站、回水管道等； （3）尾矿堆存系统：简称尾矿库。包括初期坝、堆积坝、排水（井）槽。以堆存尾矿、排放洪水及回水。 【条文2.0.2尾矿库】筑坝拦截谷口或围地构成的用以贮存尾矿的场所。堆存赤泥的常称为堆场。 我们常见的尾矿库有山谷型尾矿库、平地型尾矿库、傍山型尾矿库及截河型尾矿库。尤以山谷型尾矿库为多。,尾矿库名词注释,全库容:尾矿坝某标高顶面、下游坡面及库底面所围的容积，包括有效库容、死水库容、蓄水库容、调洪库容和安全库容五部分。设计最终堆积高程时的全库容称为总库容。,尾矿坝名词注释,初期坝:用土石材料筑成的
5、，作为堆积坝的排渗或支撑体的坝。 尾矿堆积坝:生产过程中在初期坝坝顶以上用尾矿冲积堆筑而成的坝。 尾矿坝:挡尾矿和水的尾矿库外围构筑物，常泛指初期坝和尾矿堆积坝的总体。 沉积滩:尾矿冲积形成的沉积体的表层。其露出水面的部分称为干滩或干面滩。 滩长（干滩长度）:由滩顶至库内水边线的水平距离。设计最高洪水位时的滩长称最小滩长。 滩顶:沉积滩面与堆积坝外坡的交线，为沉积滩的最高点。 浸润线:库区内的水体向下游方向渗流时，在坝体内形成的自由水面线。,2尾矿库的安全度,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、正常库四级。 1）危库： 危库指安全没
6、有保障，随时可能发生垮坝事故的尾矿库。危库必须停止生产并采取应急措施。 a)尾矿库调洪库容严重不足，在设计洪水位时，安全超高和最小干滩长度都不能满足设计要求，将可能出现洪水漫顶； b)排洪系统严重堵塞或坍塌，不能排水或排水能力急剧降低； c)排水井显著倾斜，有倒塌的迹象； d)坝体出现贯穿性横向裂缝，出现较大范围管涌、流土变形，坝体出现深层滑动现象； e)经验算，坝体抗滑稳定最小安全系数小于规定值的0.95； f)其它严重危及尾矿库安全运行的情况。,2）险库 险库指安全设施存在严重隐患，若不及时处理将会导致垮坝事故的尾矿库。险库必须立即停产，排除险情。,a)尾矿库调洪库容不足，在设计洪水位时安
7、全超高和最小干滩长度均不能满足设计要求； b)排洪系统部分堵塞或坍塌，排水能力有所降低，达不到设计要求； c)排水井有所倾斜； d)坝体出现浅层滑动现象；坝体出现大面积纵向裂缝，出现较大范围渗透水高位出逸，出现大面积沼泽化； e)经验算，坝体抗滑稳定最小安全系数小于规定值的0.98； f) 其它危及尾矿库安全运行的情况。,3）病库 病库指安全设施不完全符合设计规定，但符合基本安全生产条件的尾矿库。病库应限期整改。 尾矿库有下列工况之一的为病库： a)尾矿库调洪库容不足，在设计洪水位时不能同时满足设计规定的安全超高和最小干滩长度的要求； b)排洪设施出现不影响安全使用的裂缝、腐蚀或磨损； c)经
8、验算，坝体抗滑稳定最小安全系数满足规定值，但部分高程上堆积边坡过陡，可能出现局部失稳； d)浸润线位置局部过高，有渗透水出逸，坝面局部出现沼泽化； e)坝面局部出现纵向或横向裂缝； f)坝面未设置排水沟，冲蚀严重，形成较大的冲沟；坝端无截洪沟，山坡雨水冲刷坝肩；堆积坝外坡未覆土、植被； g)其它不影响尾矿库基本安全生产条例的非正常情况。,4）正常库 尾矿库同时能满足下列工况为正常库： a)尾矿库在设计洪水位时能同时满足设计所规定的安全超高和最小干滩长度的要求； b)排水系统各构筑物符合设计要求，工况正常； c)尾矿坝稳定安全系数满足设计要求； d)坝体渗流控制满足要求，运行正常。,3尾矿库失事
9、案例,尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源。事实一再表明，尾矿库一旦失事，必将对下游人民的生命财产造成严重的损失。 尾矿库事故的原因大概有以下几种原因：,1）由于洪水而发生的事故,2）坝体失稳而发生的事故,3）因渗流破坏而发生的事故,4）因排洪设施损坏发生的事故,由于洪水而发生的事故,美国布法罗河煤泥库： 1972年2月23日已连续降雨3天，至降雨量达94mm，库内水位急剧上涨，水位高于坝顶标高2m，上游坝体出现纵向裂缝，继而坝坡产生大滑动。塌滑体冲击中库，中库泥浆冲高坝顶4m，进入下游库内，将下游坝体冲开宽15m，深7m的缺口，使库内48万m3的煤泥浆在15分钟内全部泄空。 布法罗河煤
10、泥库溃坝事故，造成125人死亡，4000多人无家可归，冲毁桥梁9座，一段公路，经济损失达6200多万美元。,牛角垅尾矿库： 位于湖南省郴州地区的牛角垅尾矿库为一山谷型尾矿库。1985年8月25日郴州地区连降暴雨，雨量达429.8mm，为数百年一遇特大洪水。由于洪水超标，大量泥石流下泄，库内水位上涨，洪水漫顶，坝体全部冲毁。尾矿流失100万吨。49人死亡，冲毁房屋39间，输电、通讯线路8km，公路7.3km，直接经济损失1300万元。,岿美山尾矿库： 位于江西省赣州地区的岿美山尾矿库，1960年8月27日，洪水漫顶造成溃坝。溃坝之前连续降雨16小时，雨量达136mm，排水斜槽被泥沙覆盖，泄流不足
11、，洪水漫顶，坝体溃决，千亩良田毁于一旦。,坝体失稳而发生的事故,火谷都尾矿库： 位于云南省红河州境内的火谷都尾矿库，距个旧市城区仅6km。原设计为土石混合坝。火谷都尾矿库.dwg第一期工程为土坝，设计坝高18m，实际施工降低5m，即于1958年8月投入运行，第一期施工质量良好。至1959年底，库水位距坝顶相差3.2m，库容将近满库。为了维持生产，1960年全年在土坝坝体内坡分5层填筑了一座6.7m的临时小坝。筑坝与放矿同时进行，大部分填土没有很好夯实，筑坝质量很差。1960年12月修建二期土坝，外坡为1:1.5、1:1.6、1:1.75；内坡1:1.5。1961年5月在没有对临时小坝进行工程地
12、质勘察的情况下，决定将二期土坝压在临时小坝之上。总坝高达29m。,施工期间，临时小坝后坡曾有漏水现象，在临时小坝后建有1座5-9m高的毛石挡土墙。二期土坝完工不久，1962年3月曾在坝顶发现长84m纵向裂缝，后进行了换填处理。,1962年9月20日雨中发现长12m的裂缝2条。9月26日发生溃坝，决口113m，深14m。造成171人死亡，92人受伤，11个村寨和1个农场被毁，8200亩农田和575间房屋被冲毁，受灾13970人。是我国最严重的尾矿库溃坝事故。 事故原因：临时小坝坝基为尾矿和矿泥，坝体内坡过陡，坝体处于饱和状态。最终导致向库内滑动，坝体溃坝。,镇安金矿尾矿库： 镇安金矿位于陕西省商
13、洛市镇安县境内，是一个山谷型尾矿库。原设计初期坝高20m，上游法尾矿筑坝。该库尾矿颗粒较细，小于200目以下颗粒占90%以上，堆积坝坡比1：5，并设排水设施。堆积高度16m，总坝高36m。1993年投入运行，在生产中改为土石料筑后期坝。,下游坝坡1：1.5，未经论证、设计。擅自加高、扩容，坝高达50m。2006年4月，又在第三期子坝向库内推进10m，修筑第四期子坝，高4m。4月30日18时24分突发坝体失稳，造成17人失踪，伤5人，冲毁民房76间，流失的氰化物严重的污染了环境。,因渗流破坏而发生的事故,黄梅山（金山）尾矿库： 该库位于安徽省马鞍山市，隶属黄梅山铁矿。1980年投入运行，上游法筑
14、坝，初期坝坝高6m，为均质土坝。发生事故时，总坝高21.7m。 由于库内纵深仅150m，为保证澄清距离，尾矿库经常在高水位运行状态，干滩长度仅20m。洪水期用子坝挡水，导致渗流破坏。1986年4月30日发生溃坝事故，造成19人死亡，95人受伤，2km以内农田被毁。,因排洪设施损坏发生的事故,栗西沟尾矿库： 栗西沟尾矿库位于陕西省华县，隶属于金堆城钼业公司。该库初期坝为透水堆石坝，坝高40.5m，上游法筑坝，尾矿堆积坝坝高124m，总坝高164.5m。该库1983年10月投入运行，1984年7月排洪隧洞开始泄洪。随生产运行，库内尾矿堆积逐年增高，隧洞漏水量逐渐增加，1988年4月6日漏水量达33
15、2.3m3/h。4月13日晚11点水面发生突降，14日凌晨库面出现塌陷区，晚上9时发生第二个塌陷区。流失尾矿及水体1.366m3。严重的污染了栗裕河、麻坪河、石门沟、洛河、伊洛河及黄河的水质。本次事故造成736亩耕地被淹，危及树木235万株，水井118眼，桥梁132座，涵洞14个，公路8.9m，死亡牲畜6885头，沿河8800人饮水困难。,尾矿堆积坝安全与稳定性分析评价,尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源。尾矿库的失事将给人民带来的巨大损失。 通过对尾矿堆积坝失事的分析，我们知道，造成尾矿库失事的原因除因为洪水和排洪设施涉及到防洪设计及排洪设施设计外，其它原因为坝体失稳和渗流破坏，属于
16、岩土工程范畴。在尾矿堆积坝岩土工程技术规范6.0.3条中规定：尾矿堆积坝的评价应包括渗流稳定性分析，静力稳定分析；在地震动峰值加速度不小于0.1g，的地区还应包括动力稳定性分析和液化稳定分析。 对尾矿堆积坝如何进行渗流稳定性分析，静力稳定性分析，动力稳定性分析及液化稳定性分析，我们应了解如下内容：,尾矿堆积坝的沉积规律 尾矿堆积坝安全稳定评价适用规范 刚体极限平衡法 有限单元法,尾矿堆积坝的沉积规律,尾矿是金属或非金属矿山的矿石经采、选后，将产出数量巨大的“废渣”，是经过研磨后通过水力输送的方式送至尾矿库的物质。尾矿可根据其粒度成分和塑性指数确定其类别和名称，尾矿的性状可根据其分类参照国家现行有关标准中相应土类的性状进行描述。对烧结法赤泥除按表3.0.5分类外还可根据其固化程度划分为固化、半固化和未固化。其分类采用了工程地质的分类标准。我们必须强调，由于尾矿沉积是通过人工水力输送进入尾矿库的。其沉积规律与大自然形成的土类，无论在规模、搬运的距离等都是不可同日而语的。因此，尾矿材料的性质与天然材料之间又有很大的不同
