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800
9416
尾矿浆浓度(%)
14.82
18.99
26.37
1.32
21.67
尾矿粒度
-400目占95%
小于0.03mm
-200目占75%
小于0.01mm
7.3尾矿处置方案
根据选矿厂排出尾矿性质,该项目的尾矿处置方案采用湿式排放方案。
鉴于细粒硫化矿脱泥后的尾矿④的浓度过低,为了提高输送及回水效率,设计对该部分尾矿进行厂前浓缩。
其它尾矿中①、②的浓度虽然略低,但矿量小、水量不大;
尾矿③、⑤数量大,但浓度较高;
因此,为了节省占地,设计尾矿①、②、③、⑤不再浓缩,合并后直接排至尾矿库净化。
由于目前尚无尾矿④沉降实验报告,设计参照“粒硫化矿”沉降特性及其它资料,初步选择4台Φ100m浓密机将该尾矿浓缩至底流浓度5%。
7.4库址方案选择
7.4.1尾矿排放量
按照本次设计条件,该项目建成后的19a内,选矿厂生产规模为660×
104t/a,干尾矿排放量为19778.44t/d(652.69×
104t/a),总尾矿量为12401.08×
104t,其有效容积为9185.99×
104m3(干密度1.35t/m3)。
19a后,选矿厂生产能力扩建到990×
104t/a,干尾矿排放量为29667.66t/d(979.03×
104t/a),剩余服务年限(23a)的尾矿排放量为22517.69×
104t,有效容积为16679.77×
104m3。
故设计服务年限内,排放尾矿所需有效库容为25865.76×
104m3,所需总库容约为30430.31×
104m3(库容利用系数0.85)。
7.4.2厂址方案与对应的库址方案
本报告选择的两个厂址方案进行比较,分别是:
干沟厂址和洛河厂址方案。
因此,尾矿库选址围绕上述厂址方案进行。
由于干沟以东的“范家岭”一带为拟建洛河水利枢纽规划区,故尾矿库址只能在洛河流域“范家岭”下游区域进行选址。
根据目前所掌握资料,该矿区附近(方圆7-8km)范围内,可选尾矿库址有:
洛河南岸的壕坪沟和洛河北岸的干沟、丰台沟。
上述库址概况如下:
7.4.2.1洛河厂址——壕坪沟库址
壕坪沟为桐木沟上段的沟岔,库址的海拔高度为770m~1235m。
坝址以上沟谷全长约4.9km,集雨面积6.6km2,河槽底坡约为4.24%,底宽40-50m,沟谷两侧山坡陡峭,植被良好,自然高度达200m左右。
该库址内有34户居民(127人),其下游2.5km内约有52户居民(180人),共需搬迁约86户。
库区河槽底部有少量耕地,山坡上均为林地。
该库址地形条件较好,库容可达到34000×
104m3,满足设计库容要求,并有一定富余。
鉴于该库址相距洛河厂址较近(4.5km),故设计将其作为洛河厂址的库址方案。
7.4.2.2干沟厂址——干沟库址接续丰台沟库址
(1)干沟库址
干沟是洛河北岸一条南北走向的狭长沟谷,海拔高度700m~1430m。
河谷底宽约20-30m,沟谷两侧山坡陡峭,山体高度达150m左右。
干沟库址和干沟厂址均位于该沟谷内,其库址位于选厂下游,两者首尾相邻。
该库址的沟谷内只有少量耕地,山坡均为林地。
库区及沟口附近有93户居民,搬迁工作量较大。
尾矿坝址以上的沟谷全长6.1km,河槽底坡约为12%,集雨面积为11.5km2,尾矿库的设计库容为6850×
104m3,可供20000t/d的矿山服务12.04年(库容利用系数0.85)。
(2)丰台沟接续库址
丰台沟位于干沟厂址东侧,两者沟口相距约5km,中间有4条沟谷相隔。
沟尾仅一岭之隔,相距约2km。
丰台沟也是一条狭长沟谷,海拔高度750m-1525m,沟谷全长约9km,河槽坡度8%-10%。
两侧山体高度200m左右。
库区集雨面积为14.6km2。
设计总库容为24500×
104m3(>30430.31×
104m3-6850×
104m3=23580.31×
104m3),有效库容约20825×
104m3(库容利用系数0.85),满足尾矿储存要求。
该库区底部有少量耕地和零星的居民。
库外沟口处有较多居民居住,合计需搬迁居民51户。
通过上述描述,不难发现:
干沟、丰台沟地形条件相对较差,其库容均不能满足设计尾矿量的蓄存要求,需联合运行方可满足设计要求;
且搬迁工程量较大。
尽管如此,对于干沟厂址而言,选择干沟库址接续其它库址仍然是合理的。
因为:
(1)干沟库址建设,基本可消耗干沟厂址建设场地平整所产生的600-700万方废石;
(2)干沟库址距离干沟厂址最近,选厂建成后投入运行前10年尾矿输送可以自流,运行成本低;
(3)10年后,干沟库址可预留部分库容,用以蓄存细粒硫化矿脱泥后的尾矿④,减少该部分尾矿及尾矿水长途往返输送产生的费用。
经过比较,并兼顾2012年1月3日《厂址方案审查会议纪要》精神意见,本报告中将干沟库址接续丰台沟库址作为干沟厂址尾矿库址方案。
同时,根据厂址方案比较结果,将该方案作为本报告的推荐方案。
7.4.3库址设计方案概况
库址方案设计概况如下表7-4-1。
库址方案设计概况表
表7.4-1
序号
项目
干沟厂址方案
洛河厂址方案
(I)干沟库址
(II)丰台沟接续库址
(III)壕坪沟库址
一
尾矿库
1
库容量
6846万m3
24465万m3
34000万m3
3
尾矿坝
总高160m
总高270m
总高280m
4
初期坝
堆石坝,H=120m,L=340m
堆石坝,H=110m,L=260m
堆石坝,H=90m,L=315m
5
后期坝堆高
40m
160m
180m
6
库区排水设施
6.1
拦洪坝
浆砌石重力坝2座,高15m、20m
(临时拦洪坝)堆石坝,H=20m,L=110m
6.2
排洪隧洞
4m×
4m分洪隧洞,L=910m;
4.6m×
4.6m,L=2430m
b×
h=3.0m×
3.0m,L=2440m;
2.8m×
3m,L=1030m
2m×
2m,L=500m
2.2m×
2.2m,L=1380m;
2.5m×
2.6m,L=2500m
2.8m,L=3320m;
2.5m,L=1140m
6.3
竖井
φ3m,总深度120m
φ4.6m,H=25m;
φ2.5m,H=270m;
φ2.0m,H=400m;
6.4
排水井
5座,φ4m,H=28m
5座φ4m,H=25m;
4座φ3.5m,H=30m;
10座,φ4m,H=26m。
二
尾矿输送
自流
压力扬送,扬程-11~128m
压力扬送,扬程253~476m
尾矿管
φ630×
20,L=3×
4500m;
φ480×
14,L=2×
4500m
增加φ630×
6700m;
18,L=5×
6700m=33500m;
2
尾矿泵站
1座,6台(4用2备)300ZS-100(Q=1785m3/h,H=60m,560KW/6000)
1座,LSGB600/480(N=1120KW)型水隔离泵10台(2台备用)
续表7.4-1
事故泵站
1座,LSGB500/350型立式水隔离泵(N=710KW)2台,事故池5000m3。
三
尾矿库回水
泵站
2座,设备:
(Q=2592m3/h,H=115m,N=1000KW)8台(备用4台);
增加设备:
MD85-67x4(Q=85m3/h,H=268m,N=110KW)型水泵
1座,设备:
HS500-400-950A(Q=2866m3/h,H=133.6m,N=1250KW)2台(备用1台)
管道
φ720×
14钢管,L=5200m
增加φ720×
14钢管,L=5600m
14焊接钢管,全长4800m;
四
搬迁与占地
搬迁93户,占用林地151km2,其中耕地2km2
搬迁77户,占用林地325km2,其中耕地4km2
搬迁86户,占用林地323km2,其中耕地11km2
注:
本表中尾矿输送及回水按660万t/a生产规模计算,另外各个库址的厂前浓密与回水方案一致,见后。
7.5干沟尾矿库
7.5.1库容计算
干沟库容计算表
表7.5-1
标高
面积
平均面积
高差
库容增量
累计库容
(m)
(m2)
(m3)
760
109000
54500
40
2180000
860
483000
296000
60
17760000
19940000
880
657000
570000
20
11400000
31340000
900
893000
775000
15500000
46840000
920
1269000
1081000
21620000
68460000
7.5.2设计标准
该尾矿库总坝高160m,总库容6846×
根据现行设计规范,其按坝高确定的等别为二等,按库容确定的等别为三等。
因此尾矿库的设计等别为二等库。
按规范,二等库的设计洪水重现期为:
初期100~200年,中后期500~1000年。
本设计防洪标准按规范上限确定,即:
初期200年、中后期1000年。
7.5.3水文计算
7.5.3.1暴雨参数
根据《河南省暴雨洪水图集》查得项目所在地水文分区为IV区,其暴雨量及暴雨变差系数,并进一步计算得到设计频率的暴雨指数如下表。
暴雨量统计及暴雨指数计算表
表7-5-2
T(h)
1/6
24
Ht(mm)
15
34
50
80
CV
0.39
0.5
0.57
0.53
KP
P=0.5%
2.482
3.054
3.448
3.22
HP(mm)
37.23
103.836
172.4
257.6
lgHP
1.571
2.016
2.237
2.411
n
0.428
0.717
0.710
0.415
0.715
Kp
P=0.1%
2.968
3.787
4.364
4.029
Hp(mm)
44.52
128.758
218.2
322.32
1.649
2.110
2.339
2.508
0.407
0.706
0.719
7.5.3.2设计洪水
设计洪水采用水科院推理公式计算。
计算过程按《河南省暴雨洪水图集》所给诺模图查算。
鉴于尾矿库集雨面积较大,尾矿库的防洪采用库外分洪与库区排洪相结合的方式。
即:
在库区主沟和东侧次沟尾部设立分洪区1、2,其对应的集雨面积分别为3.89、1.62km2,库区集雨面积减小至5.99km2。
由各个区域的地形参数查得汇流参数m、k如下表。
水文计算地形参数表
表7.5-3
项目
区域
集雨
河道
长度
坡度
地形特征
汇流
参数
θ/m
k
km2
km
J
θ=L/(F1/4J1/3)
m
库区
5.99
5.02
0.13
6.37
0.82
7.77
3.42
分洪区1
3.89
3.23
0.17
4.15
0.65
6.38
2.76
分洪区2
1.62
1.93
0.23
2.80
0.50
5.60
2.38
由《河南省暴雨洪水图集》诺模图查算出设计洪峰流量如下表。
洪峰流量计算表
表7-5-4
项目
洪水频率
q
Q
τ
P
(m3/s)
(h)
库区
0.50%
28.2
168.91
0.97
0.1%
36.5
218.63
0.91
39.6
154.04
0.74
42.2
68.36
0.65
设计洪水总流量按公式
计算。
式中:
为径流系数,取0.85。
求得库区设计洪水总量为:
P=0.5%时,W24,0.5%=131.16×
104m3;
P=0.1%时,W24,0.1%=164.11×
7.5.3.3调洪演算
尾矿库的调洪演算按公式
估算。
计算结果如下表:
调洪演算表
表7-5-5
洪峰流量
洪水总量
调洪库容
调洪后流量
(%)
(104m3)
168.918
131.16
100
40.13
0.1
218.635
164.11
130
45.44
7.5.4尾矿初期坝
尾矿初期坝设在沟口上游约1.7km处,坝型为透水堆石坝。
初期坝顶标高为880m,坝高120m,坝长340m;
坝顶宽度8m,内外坡比均为1:
2。
初期坝内坡设土工布反滤层。
同时坝体内外边坡均采用干砌石护坡。
初期坝的筑坝石料为选矿工业场地开挖的废石。
初期坝下库容3134×
104m3,其有效库容约为2663×
104m3,可供选矿厂服务5.5年。
7.5.5尾矿堆积坝
尾矿堆积坝采用上游筑坝法堆筑,最终堆积标高为920m,最大堆高为40m。
尾矿堆积坝平均坡比为1:
4.5,坝体最大上升速率8-10m/a。
7.5.6尾矿库防洪设施
7.5.6.1防洪设施形式及布置方式
(1)分洪设施
尾矿库的防洪设施由库外分洪设施和库区排水设施构成。
其中分洪设施分别设在库区尾部的主沟和东侧沟岔上游,分别形成1、2两个分洪区。
两个分洪区的防洪设施均由浆砌石重力式拦洪坝和混凝土或钢筋混凝土衬砌的半圆拱直墙式分洪隧洞构成。
其中:
主沟(分洪区1)的拦洪坝顶标高940m,坝高20m,分洪隧洞通往西侧邻沟,断面为3.6m×
3.6m,全长910m;
次沟(分洪区2)的拦洪坝顶标高935m,坝高15m,分洪隧洞通往东侧邻沟,隧洞断面为2.8m×
3.0m,全长1030m。
(2)库区排水设施
库区排水采用排水井、洞形式。
排水井5座,均为框架式排水井,排水井内径4m,井高均为28m;
排水隧洞设在库区西侧山体中,净断面尺寸2.5m×
2.6m,全长2500m。
库区排水隧洞出口位于坝下,出口处设4m×
2.5m钢筋混凝土溢洪道,全长50m;
同时设钢筋混凝土消力池1座。
受库区排水隧洞与排水井标高限制,部分排水井需通过竖井与主隧洞连接,因此需另设φ3.0m的排水竖井,总深度160m。
为了满足排洪能力,所有隧洞及竖井均采用混凝土衬砌。
7.5.6.2防洪设施排洪能力
(1)分洪区1排洪能力
鉴于拦洪坝形成的调洪库容很小,为安全起见,分洪设施不做调洪演算,排洪能力按洪峰流量设计。
其设计排泄流量应不小于Q=154.04+53.55=207.59m3/s。
该排洪设施排洪能力计算如下表。
分洪1排洪能力计算表
表7.5-6
公式:
Q=μFx(2gHz)^0.5
μ=1/(1+ΣλL/D×
f32+Σζ)^0.5
编号
单位
数量
备注
隧洞宽度b
3.6
隧洞高度
隧洞出口断面面积Fx
m2
11.567
半圆拱直墙隧洞
隧洞湿周χ
12.852
隧洞水力半径R
0.900
隧洞等效直径D
3.600
7
排水隧洞糙率n
0.015
8
排水隧洞谢才系数C
65.506
C=1/n×
R1/6
9
排水隧洞λ
0.018
λ=8g/C2
10
排水隧洞长度L
910
洞岔以下主隧洞长度
11
排水隧洞f3
1.000
出口断面积与计算管段面积比
12
隧洞λL/Df32
4.623
13
Σξ
14
1/μ
2.574
μ
0.389
16
上游水位标高H1
940.00
17
排水管出口中心标高H2
875.00
18
压力水头HZ
65.000
19
流量Q
m3/s
160.52
(2)分洪区2的排洪能力
分洪2排洪能力计算表
表7.5-7
2.8
7.557
10.396
0.727
2.908
63.216
0.020
1030
6.957
2.993
0.334
940.000
900.000
40.000
70.750
大于68.36m3/s,满足要求
(3)库区排洪能力
库区隧洞按无压流设计,其过流能力按明渠均匀流计算。
计算结果如下表。
库区排洪能力计算表
表7.5-8
隧洞(b×
h=2.5m×
2.6m)过流能力核算
管道糙率n
0.014
隧洞宽度B
2.5
直墙高度h
1.35
过流深度H
1.7
直墙以上水深
0.35
SIN(θ)
0.28
θ
弧度
0.284
圆心角2θ
0.568
过水弧长
0.709
过流面积F
3.818
湿周χ
5.909
水力半径R
0.646
谢才系数C
66.414
隧洞坡度I
0.05
过流量Q
45.583
大于45.44m3/s,满足要求
(4)结论
计算表明,尾矿库防洪设施的排洪能力均满足泄洪要求。
7.5.7尾矿输送
7.5.7.1水力计算
按照尾矿的处置方式,粗粒精选尾矿①、细粒精选尾矿②、重选预选抛尾③、氧化矿浮选及磁选尾矿⑤在厂区合并后统一输送。
细粒硫化矿脱泥④经过浓缩后独立输送。
其矿浆水力输送计算如下表。
尾矿①②③⑤合并后的浆流量计算表
表7.5-9
干尾矿矿量
矿石比重
水固比
Qmin
Qmax
t/h
rg
m3/h
790.768
2.770
3.289
2597.456
2886.062
3174.668
尾矿④浓缩后的浆流量计算表
表7.5-10
33.333
19.000
580.830
645.367
709.904
临界管径计算表
表7.5-11
①②③⑤合并后的输送临界管径计算表
Dl
β
Cd
计算流量Qk
设计流量
单管流量
(m3/h)
符号
数值(m3/h)
0.526
1.041
30.407
1325.393
QMIN
2649.405
1324.7024
0.552