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1、尾矿干堆库的设计探讨尾矿干堆库的设计探讨陈乾渝 广西壮族自治区工业建筑设计研究院【摘要摘要】：目前安监部门、环保部门都在提倡尾矿干式堆存，以提高尾矿库的安全性并减小其对环境的影响。将库区分为生产运行区及安全缓冲区（污染过度区）两部分，并对各区坝体采用不同堆筑方式、不同的防洪标准，罕遇期洪水利用环库道路排洪等措施是一种较为新颖、可靠的设计思路，较好地解决了尾矿干堆库的环保及安全问题，不仅节省工程造价，还大大提高了尾矿库的本质安全。在目前国家无相应的干式排尾、堆坝建库等技术标准情况下，可供设计单位和行政主管部门作为参考与借鉴。【关键词关键词】：尾矿库；干式堆存；设计传统的尾矿库基本上都是采用湿式直
2、排、上游筑坝的堆存方式，上游式尾矿筑坝法具有筑坝工艺简单，管理方便，运营费用较低等优点，所以国其内外均普遍采用。但其缺点也很突出，即：后期筑坝是随着生产的进行而完成，由于放矿操作不当或矿石性质、流程变更，引起尾矿性质（粒度组成、粒径、比重、矿浆浓度等）的改变，而造成后期坝的隐患和筑坝质量可靠性不足。而且湿式直排造成库内存水，库区易产生渗漏等环境风险，坝体一旦失事，将会形成人工泥石流，对下游人员的生命及财产造成严重损失。尾矿库的危害性，主要就在于它同时具备着高势能及流动性，切断了二者之一，就可以降低甚至消除其危害性。尾矿库作为尾砂的堆存场所，高势能避免不了，那么我们可以从降低其流动性进行防范。因
3、此，采用适当的工艺对尾矿采用干式堆存可以从本质上消除尾矿库的危害性。目前安监部门、环保部门都在提倡尾矿干式堆存，以提高尾矿库的安全性并减小其对环境的影响。国家安全监管总局、国家发展改革委、工业和信息化部、国土资源部、 环境保护部等五部委也于二一二年三月十二日联合下发了关于进一步加强尾矿库监督管理工作的指导意见，要求积极引导各地区和尾矿库企业应用干式排尾等先进适用技术。随着国民经济的发展，库下游人员生活及活动区也越来越密集，尾矿库失事后所造成的损失及影响各级政府也逐渐变得不可接受。而且，国家也进入可持续发展、生态社会建设的阶段，可以预见，随着生态安全矿山的建设，矿业的持续发展实现，对环境风险的控
4、制将会逐渐趋严，传统的尾矿排放方式将逐渐淘汰。与湿式排放相比较，干堆库可以从本质上有效地降低其内在风险，具有很大的环保及安全优势。但是，困扰各设计单位及管理部门的问题是，目前国家没有出台尾矿干堆库的相关技术标准，干堆尾矿库如何设计、建设各地都缺乏统一的执行标准。笔者通过多年的设计工作经验及总结，提出一些尾矿干式堆存的设计思路供各位同行借鉴与参考。一、总体设计思路干堆库的库区分为生产运行区及安全缓冲区（污染过度区）两部分。生产运行区是作为正常生产期间尾矿堆存场所；安全缓冲区（污染过度区）则作为风险控制区，目的：1、安全因素：若生产运行区的坡体发生塌滑，可控制塌滑范围在该区域内；2、环保因素：雨季
5、，由生产运行区域冲刷下来的部分尾矿砂可沉积在缓冲区，雨季过后定期清理，避免污染下游。库区分区见下图。污水处理池生产运行区堆筑至设计标高时进入闭库阶段，此时需将尾砂分层堆填至安全缓冲区（污染过度区）并逐层碾压，最终形成设计坡面、覆土闭库。干堆库分区建设堆存的优点：1、安全及环保风险均可控制在库内；2、后期安全缓冲区（污染过度区）内分层堆填并碾压尾砂，此项工作由相应资质队伍施工，确保工程质量可靠，以期在库首形成稳定的坝首支撑体，提高库的整体安全性。二、各区堆筑方式1、生产运行区堆筑原则：采用倒排式的排尾方式，从库尾开始堆筑，逐步向下游推进，形成库尾高于库首的坡面，坡度为 0.5%l%，保证库内不存
6、水。因库内无水，就不存在尾矿砂饱和液化的情况，即使局部失稳后也不会形成泥石流，大大提高了尾矿库的安全度。堆筑方法：分层台阶排放，每层不高于 5 米，边坡为自然安息角。台阶宽度不小于 5 米，作为交通道路及安全平台。该区域下游需设置临时坝, 目的有两个：一是作为库区的功能分界线，二是作为生产区初期尾砂堆筑的支撑棱体，防止废渣滚落滑移到安全缓冲区。2、安全缓冲区（污染过度区）安全缓冲区（污染过度区）堆筑原则同上，亦采用倒排式分层排放。区别在于该区域由专业施工队实施，尾砂需分层碾压，达到设计要求的密实度，最终按设计要求的坡度平整外表坡面。该区域下游需设置拦砂坝，目的：若运行期尾矿库发生垮塌事故则将垮
7、塌的尾砂拦截在安全缓冲区内，防止事故的扩散；另外其作为尾矿库闭库后的坝体永久使用。三、排洪方式库内设两套排水系统。第一套排水系统为库外截水（清水）系统，可采用环库道路及路肩排水沟，将库周边雨水顺地形直接外排到库外，既满足了环保的清污分流要求，同时也减少了入库洪水量。第二套排水系统为库内排水（污水）系统。将库区截洪沟内、直接落在库面上受污染的地表降水，首先收集在安全缓冲区（污染过度区）内，沉淀后排向下游污水处理池，经处理达标后排放。四、设计标准1、坝体：参照尾矿库安全技术规程 （AQ2006-2005） ，拦砂坝为永久使用的主要构筑物，其设计标准同库等别；临时坝主要是在生产期使用，年限较短，其设
8、计标准可按库库等别降一级1。生产运行区堆筑形成的后期坝坡比，因其属临时性质，且下游有安全缓冲区，即使垮塌对下游也不造成影响，故原则上可根据尾砂物理性质设定，只要大于其自然休止角即可。2、库外截水（清水）系统：利用环库道路作为排水设施的一部分。罕遇期洪水是小概率事件，排水沟做得太大会大幅度影响项目的投资，因此可考虑 50 年重现期以上的罕遇洪水直接从混凝土路面排走，因路面有一定的过流、抗冲刷、耐磨能力，过流后也易于维护，因此可将环库道路兼用于排洪。5-10 年重现期的频遇洪水则从路肩排水沟排走，减少对路面的冲刷3、库内排水（污水）系统库内排洪设施也设为两套系统，一套可按常规的斜槽-暗涵或竖井-隧
9、洞方式布置，设计标准按 5-10 年的频遇洪水重现期进行设计；另一套为坝顶或库边紧急泄洪槽（渠） ，其设计标准需按 50 年以上的罕遇洪水重现期。需特别说明的是，紧急泄洪槽（渠）的设计洪水标准建议按库区上游全流域的汇水面积计算，即考虑库外截水沟损毁情况下库内洪水亦不漫坝，以确保尾矿库的安全。五、其他1、环库道路为方便后期施工和日常库区巡查、事故抢险，在库最终堆积标高处设置环库道路。环库道路按场外四级道路标准设计，路面宽 3.5m，路基宽 4.5m，路基采用 20cm 厚混凝土路面，路内侧设路肩排水沟。2、库下游安全距离库下游安全距离的设定，可根据计算的最不利滑弧范围估算塌落方量，再根据势能动能
10、静止的物理模型估算滑移量来确定安全距离。3、干堆库的管理干堆库首先是厂矿的环保设施，用于堆存废弃的尾砂（渣） ，避免尾砂的无序排放污染环境，因其堆存量的不断累积、坝体的增高，造成了安全隐患。因此，干堆库的管理既要满足环保管理要求，也要满足安全管理要求。环保管理可直接按一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准GB18599-2001 执行，安全管理除按尾矿库安全技术规程AQ2006-2005 执行外，还需参照金属非金属矿山排土场安全生产规则执行。六、结语干式排尾是尾矿排放的一项新技术，鉴于目前国家无相关的建库技术标准，笔者通过多年的设计工作经验及总结，提出干堆库分区设置的设计理念，并针对各区的设计标准、工程设施提出了自己的一些见解，供各位同行及主管部门制定相关的规范标准起到借鉴与参考作用，以期共同提高本行业的技术水平，确保尾矿库的安全运行。参考文献1 国家安全生产监督管理总局，AQ2006-2005， 尾矿库安全技术规程 ，煤炭工业出版社，北京，2007作者简介：陈乾渝，男，1972 年出生，1994 年毕业于四川大学水利水电工程建筑专业，现任广西壮族自治区工业建筑设计研究院副院长，国家一级注册建筑师、一级注册结构师。
