尾矿库初步设计.docx

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尾矿库初步设计

第一章总论

1.1项目概况

新疆福海县****有限公司成立于2010年9月，是一家股份制有限公司。

公司经营范围为铁矿石、铁精粉的加工及销售。

已建选矿厂规模为年产10万吨铁精粉，年处理原矿30万吨。

原矿品位32%，铁精矿品为65%，为低硫、低磷优质铁精矿。

2013年8月委托我公司进行福海县****有限公司选矿厂尾矿库设计工作。

1.2地理交通位置

新疆福海县****有限公司选矿厂距阿勒泰市约90Km，自阿勒泰至红山嘴方向，可直达厂区，行政区划隶属阿勒泰地区福海县境内管辖,交通便利（见交通位置图）。

交通位置图

1.3建设条件

1.3.1气象条件

福海县地处亚欧大陆中心，属大陆性中温气候区，春季冷暖变幅大，夏季短促，冬季严寒且漫长。

降水较少，蒸发强烈，春、冬季大风较多，无霜期短，积雪覆盖时长达5个月之久。

极端最高气温41℃，极端最低气温-42.7℃，年平均降水量121毫米，年蒸发量为1844.4毫米以上，年平均相对湿度在50%-70%。

1.3.2地形、地貌

场区属低山-丘陵地貌，地形切割不强，相对高差一般在40米左右，山势起伏不大，因此选择三面围坝尾矿库，整个勘察区内地形为东高西低。

1.3.3供电、供水条件

项目区用电依赖当地现有的供电系统，10KV供电线路距本区域10公里,需架设输变电设备，通过“T”型接入降压后向本项目供电，可满足现有项目用电。

在厂址西侧有一条小河流，可满足项目建成后用水需要。

1.4设计依据

1.4.1规范规程

1、《选矿厂尾矿设施设计规范》（ZBJ1-90）；

2、《尾矿库安全监督管理规定》（2011第38号令）；

3、《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005）；

4、《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）；

5、《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98）；

6、《碾压式土石坝施工规范》（DL/T5129-2010）；

7、《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）；

8、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）；

9、《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）；

10、《中华人民共和国消防法》（2009.05.01）；

11、《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）；

12、《消防安全标志设置要求》（GB15630-1995）；

13、《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）。

1.4.2基础资料

1、《新疆福海县****有限公司选矿厂尾矿库1:

1000地形图》；

2、《新疆福海县****有限公司年处理10万吨铁精粉选矿厂建设项目可行性研究报告》兵团建工设计研究院2011.4；

3、《新疆福海县****有限公司尾矿坝岩土工程勘察报告》新疆天地源工程勘察设计研究院（有限公司）2013.7。

1.4.3设计基本原则

1、贯彻执行国家安全生产监督管理总局令第38号《尾矿库安全监督管理规定》，确保尾矿安全运行。

2、在满足企业生产需要条件下，积极稳妥地采用可靠技术，以减少工程量，降低投资，缩短工期，方便生产和管理。

3、贯彻执行《中华人民共和国环境保护法》在生产工艺中消除污染，保护环境。

4、充分利用荒地和贫瘠土地，不占、少占和缓占农田，减少动力消耗，尽可能考虑造地还田的原则。

1.5建设规模

1.5.1工作制度

选矿厂工作制度每年330d，每天3班，每班8小时。

1.5.2尾矿规模

设计选矿厂生产能力30×104t/a，日处理原矿909.09t/d。

生产服务期为20年。

选矿厂年产尾矿20×104t/a，日排出尾矿量606.06t/d。

1.6设计方案

1.6.1尾矿库

尾矿库库型为山坡型，等别为五等库。

防洪标准：

设计频率P=2%，重现期50年一遇。

尾矿库总库容99.79×104m3，设计服务期为5.0年，暂不能满足选矿厂生产要求。

1.6.2尾矿坝

尾矿坝为不透水土石坝，筑坝材料为清基废料和库区周边砂石料，坝顶标高为989.0m，坝顶宽度4m，最大坝高24m，坝轴线总长598.54m，上、下游边坡比均为1：

2.0。

1.6.3尾矿库排洪设施

本工程尾矿库为五等库，尾矿坝一次堆筑，最大坝高24m。

防洪标准：

设计频率P=2%，重现期50年一遇。

尾矿库内汇水面积0.12km2，尾矿库调洪库容22195.6m³，可以容纳一日最大洪水总量1656m³，采用库内浮船泵站排水。

库外采用拦洪坝加截洪渠方式排洪。

尾矿库排洪设施采用浮船式排洪泵站，兼做回水泵站。

排洪泵选用两台型号SLS65-250（I）单级离心立式离心泵，额定参数：

Q=65m3/h，H=72m，N=22kw，一开一备。

排洪泵兼做回水泵，雨季排洪泵将在25.5个小时内将尾矿库的洪水排向选矿厂高位水池重复使用。

可以满足库内排泄降雨量的要求。

尾矿库修建处为独立的山沟，没有地表来水量，雨季洪水来源仅由暴雨造成。

库外1.4km2汇水面积产生的洪水通过泄洪渠排出，其洪峰流量Q2%=3.32m3/s，泄洪渠泄流量为19.75m3/s。

泄洪能力大于Q2%，雨季洪水可以全部通过排洪系统排出库外。

1.6.4尾矿输送

尾矿输送采用压力输送方式，尾矿浆排放浓度为33%。

尾矿输送主管：

采用DN100钢骨架复合管。

尾矿输送支管：

坝上放矿管采用DN100高密度聚乙烯（HDPE）管。

尾矿输送管采用复合硅酸盐保温，厚度δ=30mm。

尾矿浆采取坝顶分散均匀排放。

1.6.5尾矿库回水利用

库内澄清水的回取，采用浮船式泵站。

回水泵型号SLS65-250（I）单级离心立式离心泵，额定参数：

Q=65m3/h，H=72m，N=22kw，一开一备。

回水管用的DN125无缝钢管两条（一备一用），管线全长621m。

管路沿尾矿库北侧向高位水池铺设，尾矿澄清水经回水管线送至选厂高位水池重复利用。

1.6.6工程特性表

工程特性表见表1-1。

工程特性表表1-1

名称

单位

数量

备注

水

文

和

库

容

库区内汇水面积

km2

0.12

P=2%洪峰流量

m3/s

0.268

P=2%洪水总量

m3

1656

防洪标准重现期

a

50

总库容

104m3

99.79

服务年限

年

5

尾

矿

坝

初期坝形式

土石坝

地基特性

砂岩

尾矿坝坝顶高程

m

989.0

尾矿坝最大坝高

m

24

尾矿坝正常蓄水位

m

987.8

尾矿坝最高洪水位

m

988.0

抗震设防烈度

度

6

尾矿坝坝顶长度

m

598.54

尾砂

输送

形式

压力输送

尾矿输送管线长度

m

882m/条

DN100钢骨架复合管

回水

系统

形式

浮船式泵站

回水率

%

70

回水管线长度

m

621m

DN125无缝钢管

回水泵

台

2

SLS65-250（I）单级离心立式离心泵

第二章工程地质

本工程尾矿库岩土工程勘察结果依据2013年7月新疆天地源工程勘察设计研究院有限公司提交的《新疆福海县****有限公司尾矿坝岩土工程勘察报告》以下简称《岩土工程勘察》。

2.1场地工程地质条件

2.1.1地形与地貌

拟建场区属低山-丘陵地貌，地形切割不强，相对高差一般在40米左右，山势起伏不大，因此选择三面围坝尾矿库，整个勘察区内地形为东高西低。

2.1.2岩土特性描述

根据钻孔及探井揭露，在勘探最大深度20m范围内，揭露拟建场区地层岩性自上而下依次为冲填土、强风化砂岩：

①冲填土：

灰黄色，松散，稍湿，主要成分为砾石，夹有角砾，角砾含量小于30%，该层厚度在1.4～8.3m，上部含有植物根系。

②强风化砂岩：

青灰色，风化成碎块状、碎屑状，砂质结构，层状构造，上部呈强风化状态，最大可见厚度12.4m，往下风化程度逐步减弱，场地内均有分布。

③中风化砂岩：

青灰色，风化成碎块状、碎屑状，砂质结构，层状构造，上部呈强风化状态，最大可见厚度12.4m，往下风化程度逐步减弱，场地内均有分布，该层未揭穿。

2.1.3地下水

勘察期间，勘探最大深度范围内，各钻孔均未揭露地下水。

根据矿区水文地质资料显示，拟建场区地下水属基岩裂隙水，地下水水位大于20米，地下水对本工程无影响。

2.1.4不良地质作用

根据勘察及区域地质资料反映，拟建场区及周边300米范围内无活动断裂穿越，并未有如泥石流、岩熔、崩塌等其它不良地质作用。

2.2地基土岩土性能指标、评价

2.2.1地基土主要特征及工程性能

根据地层岩性特征、室内测试成果和当地已有建筑经验，综合确定承载力特征值为：

②强风化砂岩承载力特征值fak=400Pa

变形模量E0＝40MP

内摩擦角Φ=45°

③中风化砂岩承载力特征值fak=600Pa

变形模量E0＝40MP

内摩擦角Φ=45°

2.2.2地基土对建筑材料腐蚀性评价

依据《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）【2009版】,拟建场区环境类别属Ⅲ类，该地基土PH值在7.7～7.9之间，易溶盐总含量在0.516%～0.517%mg/kg之间，属硫酸盐渍土。

土样中SO42-含量分别为2430～2440mg/kg，故地基土对混凝土结构具有弱腐蚀性；土中Cl-含量为660～860mg/kg，故地基土对混凝土中的钢筋中等腐蚀性。

综上所述，地基土对建筑材料腐蚀性综合评价为具有弱腐蚀性。

2.3场地类别及场地地震效应评价

按《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）及建筑抗震设计规范（GB50011-2010）划分，该地区地震动峰值加速度为0.05g，设计地震分组为第二组，特征周期0.40s，相对应的抗震设防烈度为6度。

本次勘察未实测地层波速，根据拟建场区区域地质资料，依据场区地层特点及《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）划分，场地土类型为中硬土，拟建场区场地类别为Ⅱ类。

另据区域地质资料显示，拟建场区无活动断裂带，场地不发生地震液化及其它不良地质作用，该场地为可进行建设的一般场地。

2.4筑坝场地及基础建议

2.4.1场地、地基稳定性评价

根据拟建场区岩土体的特征及原位测试成果，对各类岩土体综合评价如下：

①层冲填土:

该层组成成分较复杂，工程力学性质较差，不能做为天然持力层，应挖除。

②层强风化砂岩:

该层场地均有分布，工程力学性质好，可作为拟建坝址的天然持力层。

2.4.2地基稳定性评价

从坝体的布置上，坝体将直接置于②层强风化砂岩层上，岩层岩性单一，不构成坝基滑移的边界条件，因此坝基是稳定的。

2.4.3基础开挖建议

根据场地岩土工程条件和附近的成功经验，基坑开挖应采用放坡开挖，其允许边坡值按有关规范规定选用。

当放坡条件不具备时，应采取一定的支护措施。

2.5结论与建议

1、据本次勘察，拟建场地内未发现不良工程地质现象，场地和地基土相对是稳定的，可做建筑场地。

2、在勘探深度15米范围内，②层强风化砂岩及③层中风化砂岩可作为基础持力层，地基基础方案建议采用天然地基。

3、场地内地基土承载力特征值可采用2.2.1中建议值。

4、勘察期间，各勘探点在勘探深度范围内均未遇见地下水，根据矿区水文地质资料显示，地下水水位大于20米，可不考虑地下水对坝基的影响。

5、岩土体对尾矿坝建筑材料腐蚀性综合评价为具有弱腐蚀性。

基础设计施工可按照相应的有关规范《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-2008）执行。

6、按《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）及建筑抗震设计规范（GB50011-2010）划分，该地区地震动峰值加速度为0.05g，设计地震分组为第二组，特征周期0.40s，相对应的抗震设防烈度为6度。

场地土类型为中硬土，拟建场区场地类别为Ⅱ类。

7、据区域地质资料显示，无活动断裂，无不良地质作用，综合判定拟建场地为抗震一般地段。

8、本地区标准冻结深度为2.0米。

2.6对《岩土工程勘察》报告的评述

根据《水利水电工程地质勘察规范》、《尾矿堆积坝工程地质勘察规程》要求以及设计深度需要，新疆天地源工程勘察设计研究院有限公司提交的《岩土工程勘察》报告进行评述。

本工程地处地震区，工程区无不良地质现象，场地和地基稳定，适宜进行本工程的建设。

该报告中对工程地质性质、地层、地震、地下水对本工程的影响，基本满足设计需求。

根据《岩土工程勘察》报告提出的结论和建议，本次设计按照以下原则进行。

1、设计抗震设防烈度为6度，地震加速度值为0.05g。

2、尾矿库设计中可不考虑地下水对本工程的影响。

3、尾矿坝筑坝材料采用土石料。

4、确定将筑坝基础选在冲填土以下的强风化砂岩及中风化砂岩上，作为天然基础持力层。

施工前对筑坝材料进行击实试验，以确定碾压参数。

第三章尾矿库

3.1选矿及尾矿指标

3.1.1选厂工艺流程

破碎工艺为三段破碎、一段闭路筛分，入筛分前抛废，细碎前预留二次抛废作业，筛分作业共三个产品，即筛下物（-13mm）入选，筛上物（+40mm）返回细碎，中间粒级（13mm～-40mm）作为入炉块矿堆存。

磨选工艺主要用于处理干抛、筛分后产生的磁铁矿沫（<13mm）。

磨选流程为二段闭路磨矿，阶段磨选，一段磨矿—一段分级—一段磁选—二段磨矿—二段分级—二段磁选—三段磁选—过滤，磁选尾矿浓缩后经过底流泵至工业废弃物堆存库，经过旋流器浓缩后沉砂入工业废弃物堆存库，溢流自流回选厂，再经浓缩后底流泵至压滤车间。

铁精矿经过滤机过滤后露天堆放。

筛分作业中10～40mm粒级作为成品块矿单独存放，干选废石运至工业园区工业废弃物堆存。

3.1.2尾矿主要指标

选厂规模：

30×104t/a，909.09t/d

尾矿量：

20×104t/a，606.06t/d

尾矿比重：

2.65t/m3

尾矿干容重：

1.5t/m3

尾矿排放浓度：

33%

选厂工作制度：

330天/年，三班生产

尾矿浆水固比：

1:

3.0

尾矿粒度组成：

-200目占43.33%

选厂服务年限：

20年

3.2尾矿库库址选择

3.2.1库址选择的原则

选择尾矿库是综合考虑下列原则：

1、不宜位于工矿企业、大型水源地、水产基地和大型居民区上游；

2、不宜位于大型居民区及厂区最大频率风向的上风侧；

3、不迁或少迁村庄；

4、不宜位于全国和省重点保护名胜古迹的上游；

5、不宜位于有开采价值的矿床上面；

6、避开地质构造复杂、不良地质现象严重区域；

7、筑坝工程量小、生产管理方便；

8、汇水面积小、有足够的库容库长。

3.2.2库址的选择

尾矿库库址的选择应综合考虑地形、汇水面积、与选厂的距离、尾矿库周边环境影响及技术经济等因素。

建设单位有关人员和设计组成员赴现场踏勘，对新疆福海县****有限公司选矿厂尾矿库库址进行了比选。

最终和建设单位讨论确定尾矿库库址位于选矿厂西侧原尾矿库址，设计确定新建尾矿坝位于原坝体下游。

选定尾矿库址位于选矿厂西侧，地形呈浅V型，山势起伏不大，相对高差5m左右，地势东高西低，东侧为一狭长沟谷，尾矿库区汇水面积为0.12k㎡，库外汇水面积为1.4k㎡，选厂和生活区位于尾矿库东北侧，距离尾矿坝轴线300m处有一条矿区道路，尾矿坝轴线下游500m处为当地的畜牧养护站。

尾矿库三面筑坝，形成的总库容约99.79万m3，尾矿库服务年限为5.0年。

优点：

1、可利用已有尾矿库设施，避免重复投资。

2、尾矿库距离选矿厂较近，尾矿输送采用压力输送，输送距离380m。

3、尾矿库距离选厂较近，方便管理。

缺点：

1、尾矿库库容量小，不满足选矿厂20年的生产需要。

2、尾矿坝最大高度为24m，坝轴线598.54m，一次性筑坝土方量较大。

3、尾矿坝下游有条砂砾石道路，尾矿坝轴线距离该路最短距离为300.0m。

3.2.3尾矿库安全对周边环境的影响

本工程尾矿库库型为山坡型，尾矿坝最大坝高24m，选矿工艺为磁选，选矿过程中不添加选矿药剂，尾水中不含选矿药剂残余成分。

根据《岩土工程勘察报告》，尾矿库所在区域可不考虑地下水，微量渗透尾矿水不会对地下水和下游造成影响。

为提高坝体的安全度，确保下游环境安全，本次设计采取如下措施：

1、采用坝前均匀排矿，形成最小干滩长度40m，有效保护尾矿坝不受尾矿水冲刷，减小坝体渗漏量；

2、严格按规范要求设置排洪系统，充分发挥排水系统的泄流能力，有效降低雨季库内水位，确保坝体安全；

4、设计要求企业，委托具有相应资质的施工、监理和安全评价公司，做好尾矿库建设的相应工作，为尾矿库的安全管理打下坚实的基础；

5、设置安全可靠的通讯设施、设备，确保现场人员及管理人员及时获取信息；

6、组建尾矿坝事故抢险队伍，编制尾矿坝事故应急预案，尾矿库企业应建立应急救援组织；

7、设置上坝道路为安全管理提供交通条件；

8、制定尾矿坝安全管理机构和定期检查制度；

9、负责尾矿库安全的企业领导应取得培训合格证；

10、负责尾矿坝的岗位工人和其它特殊岗位工人应取得安全上岗合格证；

11、企业应取得尾矿库安全生产许可证；

12、尾矿库相关设备、工作人员、管理人员配备齐全，安全投资到位；

13、企业应按设计的要求严格管理，确保防尾矿库排洪安全，并针对尾矿库排洪安全内容编制事故应急预案；

14、及时掌握雨情、震情，为安全管理提供信息；

15、尾矿库的建设一定程度上破坏了库区周边的生态地貌，应通过植树绿化等措施改善库区周围的生态环境；

16、按规定设置坝体安全监测设施，通过定期观测，积累数据，为尾矿库安全管理提供科学依据；

17、严禁利用尾矿库蓄水，严防洪水漫顶，造成垮坝事故；

18、尾矿库严禁擅自加高和延期使用；

19、企业应对选矿厂全体员工进行安全教育，防止尾矿库淹溺等安全事故发生；

20、尾矿库周边设置警示牌和铁丝网围栏，防止非工作人员进入。

综上所述，企业应按设计施工，按设计要求严格管理，减小尾矿库事故发生的可能性，及早发现事故隐患，及时消除隐患，确保企业职工安全，确保尾矿库周边居民和财产安全。

3.3尾矿库库容计算

依据选厂提供的1:

1000地形图计算尾矿库库容，计算结果详见尾矿库库容计算表3-3及库容曲线图。

尾矿库库容计算表表3—3

高程

面积

平均面积

高差

库容

累计库容

966

228.0553

0

967

1329.195

778.625

1

778.625

778.625

968

3031.225

2180.21

1

2180.21

2958.835

969

4162.867

3597.046

1

3597.0459

6555.8808

970

5470.184

4816.525

1

4816.5253

11372.406

971

6707.765

6088.974

1

6088.9744

17461.38

972

7956.672

7332.218

1

7332.2184

24793.599

973

8709.156

8332.914

1

8332.9139

33126.513

974

9113.074

8911.115

1

8911.1148

42037.627

975

11423.06

10268.07

1

10268.067

52305.694

976

23312.32

17367.69

1

17367.689

69673.383

977

29097.48

26204.9

1

26204.899

95878.282

978

35909.22

32503.35

1

32503.35

.63

979

42115.31

39012.26

1

39012.264

.9

980

48143.74

45129.52

1

45129.524

.42

981

57313.68

52728.71

1

52728.711

.13

982

64976.95

61145.32

1

61145.316

.45

983

76333.4

70655.18

1

70655.176

.62

984

85974.72

81154.06

1

81154.061

.68

985

96968.98

91471.85

1

91471.852

.54

986

98986.43

97977.7

1

97977.704

.24

987

.6

1

.01

.25

988

.1

.9

1

.85

.1

989

.3

.2

1

.2

.31

3.4尾矿库等级及防洪标准

3.4.1确定尾矿库工程等别

根据中华人民共和国行业标准《选矿厂尾矿设施设计规范》ZBJ1-90的规定，由已知的坝高及其相应的库容查表3-3确定工程等别。

本工程主要建筑物为尾矿坝。

尾矿坝最大坝高24m，总库容为99.79×104m3，根据坝高和库容查表3-4。

确定该尾矿库等别为五等，主要构筑物级别为5级。

尾矿库等别表3-4

尾矿库等别

全库容V（104m3）

坝高H（m）

一

二等库具备提高等别条件者

二

V≥10000

H≥100

三

1000≤V＜10000

60≤H＜100

四

100≤V＜1000

30≤H＜60

五

V＜100

H＜30

3.4.2确定洪水重现期

根据中华人民共和国行业标准《选矿厂尾矿设施设计规范》ZBJ1-90的规定，由已确定的建筑物等别查表3-5可确定尾矿库建筑物的防洪标准。

根据本工程尾矿库为五等，则确定其防洪标准初期和中后期统一为：

频率P=2%，重现期50年一遇。

尾矿库防洪标准表3-5

等别

一

二

三

四

五

重现期（a）

初期

100-200

50-100

30-50

20-30

中后期

1000-2000

500-1000

200-500

100-200

50-100

3.5尾矿库洪水计算

3.5.1尾矿库洪水计算

根据已确定尾矿库等别以及防洪标准进行尾矿库洪水计算。

由于本工程缺乏当地水文资料，因此设计参照与本工程相邻地区水文资料以及《尾矿工程》、《选厂尾矿设施设计规范》进行尾矿库洪水推算。

根据新疆年最大24小时点雨量均值等值线图查得福海县24小时最大点雨量

=10mm，Cv=0.6，Cs=3.5Cv。

尾矿库内汇水面积为0.12km2，库外汇水面积为1.4km2。

洪水计算采用推理公式的修正简式进行计算（计算过程略），计算结果见表3-6。

洪峰流量、洪水总量计算表表3-6

区域

尾矿等别

重现期（a）

设计

频率（%）

洪水总量

（m3）

洪峰流量

（m3/s）

库内（0.12k㎡）

5

50

2

1656

0.268

库外（1.4k㎡）

50

2

22400

3.32

3.5.2尾矿库调洪库容计算

1、尾矿沉积滩平均坡度计算

尾矿沉积滩平均坡度按照以下公式计算：

式中：

i——尾砂冲积坡度；

d50——尾砂中值粒径，暂定0.03×10-3m；

C——矿浆固体重量比，33％