最终报告.docx
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最终报告
第一章概述
1.1项目由来
环境保护是我国的一项基本国策，尾矿库是矿山选矿厂生产不可缺少的重要设施。
其基建投资、运行管理费用巨大。
但它也是矿山安全管理最大的危险源。
尾矿库一旦失事，将给生态环境及下游人民生命财产造成巨大损失。
国家及山西省各级政府对尾矿库安全管理一直保持高度重视。
山西省安监局鉴于本省情况于2008年下发了《山西省尾矿库坝体稳定性分析基本要求》，规定提出对于现运行的尾矿库，分等级必须进行稳定性分析，并规定了时限。
山西冶金岩土工程勘察总公司是经省安监局认可，专门从事冶金矿山尾矿库稳定性分析的单位之一，具有勘察综合类甲级资质。
本次受山西黎城粉末冶金有限责任公司委托对山西黎城粉末冶金有限责任公司四分公司尾矿库坝体进行稳定性分析。
1.2编制依据
1.2.1国家地方政府和主管部门有关安全法规
1.2.1.1《中华人民共和国矿山安全法》
1.2.1.2《尾矿库安全监督管理规定》﹙国家安全生产监督管理总局2006年6月1日﹚。
1.2.1.3《山西省尾矿库坝体稳定性分析基本要求（试行）》山西省安全生产监督管理局文件[晋安监管-字（2008）147号）]
1.2.2采用主要技术规范、规程、标准
《岩土工程勘察规范》﹙GB50021-2001﹚。
《岩土工程勘察技术规范》﹙YS5002-2004﹚。
《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规范》（YBJ11-86）。
《选矿厂尾矿设施设计规范》（ZBJ1-90）。
《尾矿库安全技术规程》（2006-2005）。
《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-2000）。
《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）。
《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）。
《建筑工程地质钻探技术标准》（TGJ87-92）。
《黎城铁矿有限责任公司四分公司尾矿库初步设计》（邯邢冶金矿山管理局设计研究院）。
1.3编制目的和任务
1.3.1编制目的
对该尾矿库生产运行期的稳定性进行分析评价。
1.3.2编制任务
根据编制目的，确定工作任务如下：
1.进行现场勘查，包括地形地貌，不良地质现象，周边环境等。
重点对尾矿坝现运行情况和排洪、排渗设施的完好程度进行踏勘。
2.岩土工程勘察，主要获取坝体内浸润线位置和各尾矿层的力学指标、水文参数。
3.进行稳定性分析计算，综合评价其安全性。
4.对今后尾矿库运行管理提出建议。
1.4地理位置
山西黎城粉末冶金有限责任公司四分公司位于山西省黎城县西井镇彭庄村境内，公司距西井镇5.0公里，尾矿库位于彭庄村上游约1.0公里的窄门沟内。
有矿山水泥路与县城相通，交通便利。
该地区属暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温11.7℃，一月份最冷，平均最低气温-6.7℃；七月份最热，平均最高气温22.6℃，年降水量429.1mm。
库区外地表水基本无上游补给，主要补给源为大气降水补给，地表水的径流沿河沟排泄。
黎城县地处黄土高原，太行山脉南部，境内山脉属太行山系，主要山脉呈东北—西南走向排列。
全县西北高，东南低，中间较平缓。
境内冲沟较发育。
尾矿库所在西井镇北约5.0公里处彭庄村，属山前冲、洪积地貌，区域地形起伏较大，高差280.0m。
冲沟呈东北—西南走向。
冲沟纵坡坡度10°，沟口较窄。
沟谷两侧植被较少。
库区所在地层主要为第四系全新统冲、洪积层，尾矿坝西侧坝肩与岸坡为黄土，下伏坡积、洪积层。
东侧坝肩与岸坡出露大量坡积、洪积物。
库区汇水面积约为1.70k㎡。
1.5工作方法、完成工作量及质量评述
1.5.1工作方法
本次勘察采用钻孔取样、室内土工试验及标准贯入试验、圆锥动力触探等原位测试手段进行综合勘察。
1.5.2完成工作量（见工作量一览表）。
1.5.3质量评述
本次勘察从勘探线、点的布置，及外业施工，内业资料整理到提交报告均由专业工程师把关，严格按照国家有关规范执行。
第二章尾矿库基本情况
2.1企业概况
山西黎城粉末冶金有限责任公司四分公司选矿厂年处理24.0万吨原矿石，年产尾矿量约14.31万吨（约9.54万m3），年产精矿粉约9.69万吨。
每年工作约330天。
选矿厂共设6台磁选机。
原矿石经鄂式破碎机进行粗破，细破后送入料仓，定量送入球磨机至200目达到80%，然后经过磁选机磁选，选出的精矿粉用水冲入精矿池，脱水后得到产品，废水进行二次沉淀，然后循环利用。
第二级磁选机排出的尾矿浆及时用泵送至尾矿库。
尾矿排放采用坝前放矿管分散排放，设置放矿管6根，均匀布置在坝前。
2.2尾矿库设计情况
《黎城铁矿有限责任公司四分公司尾矿库初步设计》由邯邢冶金矿山管理局设计研究院编制。
选厂每年工作约330天。
年产精矿粉约9.69万吨。
尾矿堆积干容重1.40t/m3，尾矿浓度8.0%。
尾矿的生产流程：
原矿经破碎后送入球磨机至200目达到80％以上，然后经过磁选机磁选两次，排出尾矿浆及时送入尾矿库，尾矿水经澄清和自然净化后重复利用，回水利用率70％。
根据《初步设计》该尾矿库为山谷型尾矿库，初期坝为废石堆筑透水堆石坝，初期坝坝高23.0m，堆积坝坝高40.0m，总坝高63.0m。
总库容174.65万m3，有效库容122.26万m3，年排尾矿量9.54万m3,服务年限12.0年，尾矿库等级为三等，防洪标准500年一遇，相应洪水频率为0.2%。
抗震设防烈度7度。
本次勘察评价的主要构造物设计情况如下：
初期坝：
轴线坝高23.0m，坝顶宽5.0m，坝体内外坡坡比均为1:
1.75，内坡设土工布作反滤层。
坝底标高987.0m，坝顶标高1010.0m，坝顶轴线长188.0m。
尾矿坝于2002年底投入使用。
堆积坝：
采用上游式尾矿筑坝法，尾矿最终堆积标高为1050.0m，尾矿平均堆积边坡比1:
4。
放矿采用坝前分散放矿。
排渗设施：
排渗主要为初期坝，靠反滤层过滤。
排洪系统：
由于沟谷纵深较小，不宜设调洪库容，采用即来即排的形式。
库内排洪系统采用排水斜槽-管式排水系统。
排水斜槽为钢筋砼结构，断面为1200*1600mm，全长550.0m。
排水管为钢筋砼圆拱直墙排水管，宽1200mm，高1800mm，全长128m。
库区两岸设截洪沟排水系统。
库尾设拦洪坝。
2.3尾矿坝现状与运行情况
根据本次勘察尾矿库现运行正常，未见有渗水、坍塌、变形等影响坝体安全隐患。
初期坝：
现尾矿库初期坝是用尾矿废石堆筑，为透水堆石坝，坝高19.0m，外坡坡比1:
2.37。
坝顶标高995.15m，坝底标高976.07m（坝趾），坝顶轴线长142.60m，顶宽8.3m。
（本次勘察初期坝有关数值与原设计略有出入，报告以现运行数值为准）。
堆积坝：
采用上游式尾矿筑坝法，放矿采用坝前分散放矿。
现已堆筑子坝2级，子坝堆筑高度9.1-12.0m，外坡比1:
4-1:
7，总体上外坡坡比1:
5，堆积坝坝顶轴线长180.0m，坝顶宽19.0m，现堆积坝高21.0m。
沉积滩面长150.0m，沉积滩顶高程1016.00m，库水位高程1011.20m沉积滩坡度1:
31。
总坝高40.0m,坝顶标高1016.20m。
现库容约37.0万m3。
堆积坝外坡用浆砌石护坡。
现场踏勘坝体未发现有裂缝、变形、渗水等现象。
排渗、排洪系统：
通过现场踏勘排渗、排洪系统未见有损坏失效之处。
运行管理正常。
2.4尾矿库等别及构筑物级别
根据勘查,现尾矿库总库容约37.0万m3，总坝高40.0m。
依据选矿厂《尾矿设施设计规范》（ZBJ1-90）第2.0.4及2.0.5条，现阶段该库属于四等库，尾矿坝属主要构筑物，综合判定属四级构筑物。
第三章岩土工程勘察
3.1勘察工作概述
3.1.1勘察等级
根据尾矿库等别及构筑物重要性级别，依据《尾矿库安全技术规范》（AQ2006-2005）及山西省安全生产监督管理局二OO八年四月二十九日下发的文件《尾矿库坝体稳定性分析基本要求（试行）》（晋安监管-字[2008]147号）第3.2条划分该尾矿坝勘察等级为乙级。
3.1.2勘察目的、任务、要求
1.勘察任务
对尾矿库现状条件下稳定性作出分析评价。
2.勘察要求
2.1查明尾矿堆积坝各岩土层物理力学性质。
2.2查明尾矿堆积坝的颗粒组成，密实程度和沉积韵律。
2.3查明尾矿堆积坝内浸润线位置，埋藏条件和变化幅度，评价各岩土层的渗透性，进行坝体渗透稳定性评价。
2.4查明坝基、坝肩部位岩土构成、产状及分布规律。
2.5查明有无导致滑动（滑坡、崩塌）的软弱岩（土）层，软弱结构带、断层、破碎带等不良地质作用及其分布和岩（土）性质。
评价库区两岸浸水后的边坡稳定性，并提出防治措施及对坝体运行管理的建议。
2.6查明库区所在地的气象、水文、植被资料及下游居民区农业经济资料，并做出对环境影响的相应评价，所需的工程措施。
2.7对库区的地震效应做出评价，重点评价尾矿坝液化稳定性。
2.8根据岩土性质，进行坝体在三种工况下运行的稳定性评价。
2.9查明坝体现运行状态，坝体有无变形，渗漏等对坝体安全运行有影响的因素。
3.1.3勘察方法
本次工程勘察手段以钻探为主，同时辅以工程地质测绘，原位测试，室内试验等手段进行综合勘察和评价。
1.工程地质调查
首先对库区及周边工程地质条件进行踏勘，查明有无影响库区稳定的滑坡、断层、崩塌等不良地质作用。
查明尾矿库现运行状况，如排洪设施、排渗设施、运行管理、放矿方式，坝体有无变形，裂痕及渗漏、管涌，调查面积为1.7平方公里。
2.测量放线
根据矿方提供的基准点将设计图上的勘探点放到实地，并测量出坐标和标高。
勘探点位置偏差不大于±50cm，高程不大于±5cm。
3.钻探工程
采用回转方式钻进，钻进时采用复合片钻头钻进，开孔直径127㎜，终孔直径不小于108.0mm。
水位以上干钻套管护壁。
水位以下套管或泥浆护壁，回转钻进。
尾粘性土和尾粉土用薄壁取土器，采用静力压入法采取原状土样。
砂性尾矿采用取砂器重锤少击法取样，因尾矿砂采取原状样比较困难,取样等级接近Ⅱ级。
取样间距1.5m，每回次进尺1.0m并描述地层岩性特征。
遇夹层加取土样，取土规格为100×150cm，控制性钻孔间隔取双样。
所取土样定名后立即封存，贴签并及时送回试验室。
4.原位测试
对尾矿砂和尾矿土进行了标准贯入试验，每隔1.5～2.0m标贯试验1次，采用自动脱钩落锤装置。
贯入器打入土中15.0㎝后，开始记录每10.0㎝锤击数，累计打入30.0㎝的锤击数为标准贯入锤击数N。
对碎石类土进行了重型动力触探试验（N63.5）。
所有标贯器中土样均留样，做颗粒分析试验进行室内定名，提供粘粒含量及不均匀系数、曲率系数、粒径界限。
5.水位测量和浸润线观测
所有钻孔在钻探过程中遇地下水时均停钻30分钟后量测初见水位，并钻孔完毕一天后量测静止水位。
并取水试样3组。
在钻孔完毕后洗孔下入观测管，观测管内径63.5mm，埋设深度位于最低水位以下5.0m。
浸润线观测根据放矿口的位置及排矿顺序进行。
每日观测2次，并详细记录水位的变化情况。
3.1.4工作布置原则
1.本次勘察根据库容、坝高按四等尾矿库进行工作量布置。
2.根据本次勘察主要目的和现行有关规范，结合现场踏勘资料、尾矿坝的特点。
勘探线沿垂直于坝轴线方向布置三条，每条勘探线布置5个钻孔。
3.勘探点位置与深度，根据现坝高与现有的1：
1000地形图，依据《山西省尾矿库坝体稳定性分析基本要求》4.4条确定。
3.1.5完成工作量
本次勘察完成工作量布置如下：
垂直坝轴线布置3条勘探线，勘探线长度自初期坝下游30.0m处起至坝顶。
每条剖面线上布置5个勘探点。
共布置15个勘探点。
控制性钻孔8个，孔深15.0-45.0m。
一般性钻孔7个，孔深15.0-35.0m。
尾矿坝两岸布置2个，孔深15.0m。
完成钻探总延米424.70m。
坝体浸润线观测孔12个，全部埋设观测管。
各勘探点的平面位置见附图《勘探点平面布置图》。
勘探工作及各钻孔深度、性质与主要工作内容见《完成工作量汇总表》。
完成工作量汇总表表3--1
序号
工作内容
单位
数量
1
工程地质调查现场踏勘
km2
1.7
2
勘探点测放
个
17
3
钻探
m/孔
424.70/15
4
取土试样
扰动样
件
82
不扰动样
件
74
5
原位测试
标准贯入试验
次/孔
52/8
圆锥动力触探试验
次
50
6
室内土工试验
常规项目
件
46
剪切试验
组
28
颗粒分析
件
156
渗透试验
件
58
天然坡角
件
19
7
水质分析
件
3
8
土的腐蚀性分析
件
1
3.2坝体岩土工程地质条件
3.2.1库区地形地貌
本次勘察揭露，尾矿坝坝基地层为第四系全新统冲、洪积层。
冲沟底部坡度平均为10°。
具体地形，地貌及区域地层见第一章。
3.2.2尾矿沉积规律及岩性特征
根据勘察揭露，初期坝是由矿山废石经碾压堆筑而成，密实，碎石一般为片麻岩，粒径一般在3.0～8.0㎝。
后期子坝采用上游法堆筑，是以旋流器分选细粒尾矿堆筑而成，利用尾矿冲填。
按颗分指标和塑性指数将尾矿砂、土分为尾粉砂、尾细砂、尾中砂、尾粉土、尾粉质粘土五类，其沉积规律总体上呈：
靠近坝体颗粒较粗，向后颗粒变细，透镜体和夹层、互层现象较为普遍。
根据沉积规律将其概化进行分区。
见剖面图。
本次勘察对尾矿砂进行了大量颗粒分析实验。
其颗粒组成见《土工试验成果表》。
各尾矿砂、土的工程特征如下：
第①层尾粉砂（Q42ml）灰褐色，主要成份石英、长石，含少量云母碎片。
密实程度总体随深度增加呈稍密～中密状态，水位以下饱和，以上稍湿。
实测标准贯入击数8.0～19.0击。
粒径﹥0.075㎜占全重的73.5﹪，级配不匀，不均匀系数在4.570～44.400之间变化，曲率系数在0.950～5.700之间变化。
该层主要分布于堆积坝体和沉积滩内。
本层尾粉土.细砂透镜体普遍存在。
第①1层尾细砂（Q42ml）灰褐色,主要成份石英、长石，含少量云母碎片。
饱和，稍密，粒径大于0.075的颗粒占87.5%，级配不均，不均匀系数在3.050～9.270之间变化，曲率系数在0.960～2.190之间变化。
实测标准贯入击数Ｎ=7.0～19.0击。
第①2层尾中砂（Q42ml）灰褐色，主要成份石英、角闪石，含云母。
饱和，中等密实状态。
实测标准贯入击数7.0～20.0击。
颗粒﹥0.25㎜含量占全重的54.6%，级配不匀，不均匀系数在4.160～27.00之间变化，曲率系数在1.200～5.400之间变化。
该层主要以透镜体的形式出现，具体分布见剖面图。
第①3层尾粉土（Q42ml）灰黑色，含云母，氧化物及少量粉砂，饱和，密实，无摇震反应，无光泽，干强度低，无韧性。
实测标准贯入击数8.0～19.0击。
具中等压缩性，平均压缩模量Ｅs1-2＝13.38Mpa。
该层主要分布于剖面2-2’，其余均为透镜体出现，其分布特征取决于尾矿放矿方式。
第①4层初期坝废石（Ｑ４2ml）灰绿色，母岩主要为片麻岩和磁铁石英岩等。
系开矿废弃石料人工回填。
粒径一般3.0～8.0㎝，呈棱角状及片状。
微风化～未风化，交错排列。
偶有块石和漂石。
孔隙中充填物主要为石屑、砂类土。
实测重型动力触探普遍大于50击。
该层主要分布于尾矿库初期坝，主要作用为存放尾矿、排渗。
第①5层尾粉质粘土（Ｑ４2ml）灰褐色，含少量粉砂。
可塑。
切面稍有光泽，韧性小，干强度低，无摇震反应，呈絮状结构。
实测标准贯入击数14.0～15.0击。
第②层粉土（Ｑ４）褐黄色，含云母及氧化物，局部夹有砾砂和植物根茎。
饱和，密实。
摇震反应低，无光泽，干强度低，无韧性。
实测标准贯入击数13.0击。
具低压缩性，压缩模量Ｅs1-2＝20.10Mpa。
第②1层粉质粘土（Ｑ4）黄褐色，含氧化物、大量菌丝和植物根茎，局部夹有零星卵石。
硬塑。
切面光滑，韧性中等，干强度中等，无摇震反应。
实测标准贯入击数13.0～16.0击。
具中等压缩性，压缩模量Ｅs1-2＝4.2～13.70Mpa。
第③层卵石、漂石（Ｑ4al+pl）红褐色，母岩主要为片麻岩和磁铁石英岩等。
中等风化～微风化，呈圆形和次棱角状、粒径不等，一般粒径为5.0～10.0㎝。
无层理，呈交错排列。
充填物为砂土。
实测重型动力触探N63.5普遍大于50击。
第④层粉质粘土（Ｑ3）黄褐色，含氧化物及零星姜石，局部夹有卵石。
硬塑。
切面光滑，韧性大，干强度高，无摇震反应。
实测标准贯入击数35.0击。
第⑤层卵石、漂石（Ｑ3al+pl）红褐色，母岩主要为片麻岩和磁铁石英岩等。
中等风化～微风化，呈圆形和次棱角状、粒径不等，一般粒径为5.0～10.0㎝。
无层理，呈交错排列。
充填物为砂土.实测重型动力触探N63.5=39.0～50.0击。
本次勘察各孔均未揭穿该层，该层最大揭穿深度45.0m,最大揭露厚度10.0m.
以上各层空间展布情况详见《工程地质剖面图》（附图）。
3.2.3主要物理力学指标
3.2.3.1尾矿土的抗剪强度指标
本次勘察对尾矿土样进行了室内固结快剪试验，对尾矿砂加做了天然休止角试验，试验结果经统计列入下表:
室内剪切试验指标统计表
岩土名称
指标
范围值
kPa
m
σ
δ
n
гs
k
①尾粉砂
C
4.0～11.7
7.5
2.199
0.295
8
0.80
6.0
Φ
19.8～22.3
21.3
0.852
0.040
8
0.97
20.7
①2尾中砂
C
7.0～10.0
8.0
3
Φ
19.0～23.0
21.3
3
①3尾粉土
C
7.0～11.7
8.5
1.977
0.233
9
0.85
7.2
Φ
16.4～23.3
20.4
2.267
0.111
9
0.93
19.0
②1尾粉质粘土
C
23.7
23.7
1
Φ
6.6
6.6
1
注：
---频数；
m---平均值；
---标准差；
---变异系数。
注：
砂土样的制备：
现场环刀取样，测定其天然密度及含水量，然后根据已知的密度和含水量进行重塑。
天然休止角试验指标统计表
岩土名称
指标
范围值
°
m
σ
δ
n
гs
k
①尾粉砂
水上
Φ
45.0～45.0
45.0
6
水下
Φ
43.0～33.0
37.5
3.728
0.099
6
0.92
34.5
①1尾细砂
水上
Φ
45.0～45.0
45.0
6
水下
Φ
34.0～43.0
39.8
3.126
0.079
6
0.93
37.0
①2尾中砂
水上
Φ
45.0～45.0
42.0
5
水下
Φ
35.0～41.0
37.5
5
注：
---频数；
m---平均值；
---标准差；
---变异系数。
3.2.3.2标准贯入试验锤击数
根据标准贯入试验结果，经数理统计得出尾矿砂的标准贯入试验击数指标统计值列于下表。
实测标准贯入试验击数N值统计
岩土名称
范围值N（击）
m
σ
δ
n
гs
k
①尾粉砂
8.0-19.0
14.8
1.048
0.024
32
0.99
14.6
①1尾细砂
7.0-19.0
11.5
1.005
0.023
12
0.98
11.2
①2尾中砂
7.0-20.0
14.0
1.621
0.044
11
0.97
13.5
①3尾粉土
8.0-19.0
13.7
1.346
0.034
10
0.97
13.28
①5尾粉质粘土
14.0-15.0
14.6
3
②粉土
13.0-13.0
13.0
2
②1粉质粘土
13.0-16.0
14.6
5
④粉质粘土
35.0-35.0
35.0
1
注：
---频数；
m---平均值；
---标准差；
---变异系数。
3.2.3.3圆锥重型动力触探试验
本次勘察在初级坝上进行了动力触探试验，现场实测试验击数指标统计值列于下表。
现场实测重型动力触探试验击数N63.5值统计
岩土名称
范围值N63.5（击）
m
σ
δ
n
гs
k
①4初期坝碎石
>50
30
③卵石
>50
27
⑤卵石
39.0～50.0
44.7
4
注：
---频数；
m---平均值；
---标准差；
---变异系数。
3.2.3.4渗透性指标
为查明堆积坝内尾矿砂的渗透性，进行了室内渗透试验，试验结果列于下表。
室内试验渗透系数k（cm/s）
岩土名称
范围值
平均值
建议值
①尾粉砂
9.92*10-5-5.37*10-3
1.93*10-3
1.93*10-3
①2尾粉土
8.36*10-4-1.25*10-2
6.01*10-3
8.36*10-4
①5尾粉质粘土
2.63*10-5-1.06*10-3
5.43*10-4
2.63*10-5
注：
---频数；
m---平均值；
---标准差；
---变异系数。
3.2.4浸润线位置及变化规律
勘察期间，实测堆积坝水位埋深：
1-1’剖面介于8.41～18.52m，标高1007.65～997.54m；2-2’剖面介于15.42～24.37m，标高100.70～991.80m；3-3’剖面介于10.71～16.44m，标高1005.50～999.83m；总体上呈上游高、下游低（按坝顶），库内高、坝前低的趋势。
堆积坝内地下水为赋存于尾矿砂中的孔隙水。
其补给源为生产排放尾矿水及大气降水。
堆场内水的排泄主要为安装在浮船上的水泵排出，循环使用和排渗系统排出坝外。
遇洪水时主要依靠排洪系统和排渗系统排泄.本次勘察坝体浸润线的位置及变化规律见《工程地质剖面图》，图中浸润线均为实测值连接而成。
3.2.5不良地质作用
根据现场踏勘调查，尾矿坝及其附近地段未发现滑坡、断层、崩塌等不良地质作用。
3.2.6水、土腐蚀性评价
按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）规范附录条文说明12.2，干燥度指数k<1.5，属湿润区直接临水。
该地区一月份平均温度<－４度，为冰冻区。
场地环境类别为Ⅱ类。
腐蚀介质
Ca2+
Mg2+
矿化度
总硬度
Cl-
SO42-
HCO3-
CO32-
PH值
游离CO2-
侵蚀CO2
水（mg/l）
90.57
124.65
456.0
707.73
120.7
205.34
4.90
17.16
7.68
54.85
土（mg/kg）
471.92
326.4
易溶盐;621.0mg/㎏
451.6
621.0
12.79
25.67
7.62
根据本次勘察所取水样和尾矿土样对建筑材料的腐蚀性
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