尾矿库

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尾矿库是指通过筑坝拦截谷口或围墙围起的场所,用于储存经过矿石选别后剩余的尾矿或其他工业废渣。尾矿库本身具有高度潜在危险,可能引发泥石流等灾害,并存在溃坝的风险。一旦发生溃坝事故,可能导致严重的灾难性后果。

尾矿库

类型

尾矿库是堆存尾矿堆的场所,多由堤坝和山谷围截而成。根据库址的地形不同,尾矿库可分为三种类型。

库型 初期坝平面形式 特点
山谷型 在谷口一面筑坝 初期坝短,工程量小,基建费省,尾矿堆坝工作量小,管理维护简单,应优先选用
山坡型 利用山坡阶地二面或三面筑坝 初期坝长,工程量大,基建费高,尾矿堆坝工作量大,管理维护复杂,安全性差,只在无合适的山谷做尾矿库时才选用
平地型 在平地四周筑坝

等级

中国尾矿库等别的划分从库容量和坝高两个维度,将尾矿库划分为一等、二等、三等、四等、五等五个等别:

尾矿库各使用时期的设计等别
等别 全库容V(10000m³) 坝高H(m)
V≥50000 H≥200
10000≤V<50000 100≤H<200
1000≤V<10000 60≤H<100
100≤V<1000 30≤H<60
V<100 H<30

库址

尾矿库址选择的基本原则:

①不占或少占耕地,不拆迁或少拆迁居民住宅。

②选择有利地形、天然洼地、修筑较短的堤坝(指坝的轴线短)即可形成足够的库容(一般应满足储存设计年限内的尾矿量)。当一个库容不能满足要求时,应分选几个,每个库容年限不应低于5年。

③尾矿库址应尽可能选择近于和低于选矿厂,尽量做到尾矿自流输送,尾矿堆置应位于厂区、居民区的主导风向的下风向。

④汇雨面积应当小,如若较大,在坝址附近或库岸应具有适宜开挖溢洪道的有利地形。

⑤坝址和库区应具有较好的工程地质条件,坝基处理简单,两岸山坡稳定,避开溶洞、泉眼、淤泥、活断层、滑坡等不良地质构造。

⑥库区附近需有足够的筑坝材料。

⑦库址、尾矿输送和储存方式、设施的确定应进行方案比较。

坝型

尾矿坝是指储存尾矿和水的尾矿库外围坝体构筑物。尾矿坝坝型可分为两大类:

一类是初期坝,用当地土、石材料筑成,后期坝用尾矿筑成。初期坝可做成透水坝(有利于尾矿排水固结,近年来采用较多),也可做成不透水坝(国内早期采用较多)。后期坝一般采用上游法筑坝,如弓长岭矿前峪尾矿坝、杨家杖子尾矿坝、大吉山矿尾矿坝、齐大山矿周家沟尾矿坝、南芬小庙沟尾矿坝、攀枝花马家田尾矿坝、日本明延矿间步谷尾矿坝、日本生野矿大仙谷尾矿坝。在地震较多的国家(如日本、智利等)常采用下游法筑坝,如加拿大勃伦达尾矿坝、法国拉冈蒂勒尾矿坝、日本足尾矿箦子桥尾矿坝、日本尾去泽矿松子泽尾矿坝、日本洪午矿洪午泽尾矿坝、日本明延矿乌奥尾矿坝、日本桢峰矿管原尾矿坝,或者中间加高法筑坝,如加拿大吉布兰塔尾矿坝等。

另一类是整个坝体全用当地土、石材料筑成,如凡口矿尾矿坝、八一凤凰矿尾矿坝。为了延缓投资,此类坝型也可分期修筑。

后一类坝型仅用于尾矿颗粒很细不能用于筑坝的情况,或采场有大量的废石可用尾矿库作废石堆场的情况;前一类坝型采用较广。

初期坝的坝型可分为不透水坝和透水坝。

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。

尾矿库后期坝应尽量利用尾矿冲积筑坝。如果尾矿库距采矿场较近,利用采矿废石筑坝并兼作废石堆场也是可行的。当尾矿不能堆坝而用废石筑坝又不经济时,也可采用当地其他材料加高后期坝。后期坝的坝型如下:

①尾矿水力冲积坝。为使尾矿冲积坝(尤其是边棱体)有较高的抗剪强度,要求各放矿口冲积粒度一致,并使冲积滩上无矿泥夹层。

②废石筑坝。废石由各种岩石成分组成,且块度极不均匀。如大孤山废石由花岗岩、玢岩、千枚岩、绿泥片岩、黏土、砂等组成。废石的堆积密度与岩性、级配有关,一般平均为2.0t/m3左右。废石的自然堆积角是设计采用废石内摩擦角的依据,与岩性、颗粒组成等因素有关,一般由实地测量取得。如大孤山废石30°30'~41°,东鞍山废石34°~40°。

筑坝

目前初期坝主要有黏土堆积坝和砂石坝两种。后期坝则采用上游法、下游法、中线法等筑坝技术。近年来又研究成功尾矿膏体浓缩堆放法和尾矿干堆法,还将定向爆破和水力旋流器分级技术应用于尾矿坝的建筑。

设计

尾矿坝宜以滤水坝为初期坝,初期坝高度除了满足初期堆尾矿、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;坝基处理应该满足渗流控制和静、动力稳定性要求。尾矿库的坝高应该符合《尾矿库安全技术规程》的要求。

尾矿坝筑坝的方式,在设计地震烈度为7度以下的地区宜采用上游式筑坝,设计地震烈度为8~9度的地区宜采用下游式或中线式筑坝。采用上游式筑坝时,中、粗尾矿可以采用直接充填筑坝法,尾矿颗粒较细时宜采用分级充填筑坝法。筑坝上升速度应满足库内沉积滩面上升速度和防洪的要求。

尾矿库挡水坝应按水库坝的要求设计。上游式尾矿坝沉积滩顶至最高洪水位的高差和滩顶至最高洪水位边线距离根据坝的级别按规定确定。尾矿库挡水坝在最高洪水位时安全超高根据坝的级别按规定确定。尾矿坝设计应该进行渗流计算,以确定坝体浸润线、逸出坡降和渗流量。根据坝体材料及坝基岩土的物理力学性质,考虑各种荷载组合,计算初期坝与堆积坝坝坡的抗滑稳定性。对于4级以上尾矿坝应该设置坝体位移和坝体浸润线观测设施,必要时应该设置孔隙水压力、渗透水量及其混浊度的观测设施。

安全控制

尾矿库施工设计应该确定生产运行安全控制参数,主要包括:

(1)尾矿库设计最终堆积高程、最终坝体高度、总库容。

(2)尾矿坝堆积坡比。

(3)尾矿坝不同堆积标高时,库内控制的正常水位、调洪高度、安全超高及干滩长度等。

(4)尾矿坝浸润线控制。

防洪设计

为了保证尾矿库安全,一个重要的方面是使所需处理的水量与尾矿坝坝型相适应。在设计中,根据预测的排入尾矿库的尾矿固料、选矿废水、降水量和径流流入量,设计适当的排水系统来控制水量。

尾矿库必须设置排洪设施,并满足防洪要求。根据尾矿库各使用期库的等别,综合考虑库容坝高、使用年限及对下游可能造成的危害等因素确定防洪标准。一般地,设计洪水的降雨历时应该按24h计算;当一日洪水总量小于调洪库容时,洪水排出时间不宜超过72h。

安全管理

必须做好尾矿排放、筑坝、防汛、防渗、防震和维护、修理、检查、观测等日常管理工作,并配合科学有效的管理机制,才能保证尾矿库的安全运行。

(1)矿山必须组织建立、健全尾矿库安全生产责任制,制定完备的安全生产规章制度和操作规程以便实施安全管理。

(2)矿山应该保证尾矿库具备安全生产条件所必需的资金投入,配备相应的安全管理机构或者安全管理人员,并配备与工作需要相适应的专业技术人员或者具有相应工作能力的人员。

(3)从事尾矿库放矿、筑坝、排洪和排渗设施的专职作业人员必须取得特种作业人员操作资格证书,方可上岗作业。

(4)尾矿库的施工应该执行有关法律、法规和国家标准、行业标准的规定,严格按照设计施工,做好施工记录,确保工程质量;建立尾矿库工程档案,特别是隐蔽工程的档案,并长期保管。

(5)针对尾矿坝溃坝、洪水漫顶、水位超警戒线、排洪设施损毁,排洪系统堵塞和坝坡深层滑动等事故和重大险情制定应急救援预案,并进行预案演练。

(6)每三年至少对尾矿库进行一次安全评价,包括现场调查、收集资料,危险因素识别、相关安全性验算和编写安全评价报告。尾矿库安全评价工作应该有能够进行尾矿坝稳定性验算、尾矿库水文计算、构筑物计算的专业技术人员参加。