非煤矿山尾矿库的构造及危害类型.docx

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非煤矿山尾矿库的构造及危害类型

非煤矿山尾矿库的构造及危害类型

一、尾矿库的危害：

1.尾矿库的构造：

矿山开采出来的矿石经过选矿选出有用的矿物后剩下的矿渣称为尾矿。

一般地,尾矿以浆状排出,堆存在尾矿库里。

尾矿库是筑坝拦截谷口或围地构成的用以贮存尾矿的场所。

尾矿库从地形分有山谷型尾矿库、傍山型尾矿库、平地型尾矿库、河谷型尾矿库。

无论哪种类型的尾矿库,都由尾矿输送系统、尾矿坝、尾矿堆存和水处理系统构成。

（1）尾矿水力输送系统。

该系统包括尾矿浓缩池、尾矿输送管槽、砂泵站和尾矿分散管槽等,用以将选矿厂排出的尾矿浆送往尾矿库堆存

（2）尾矿回水系统。

该系统包括回水泵站、回水管道和回水池等,用以回收尾矿库或浓缩池的澄清水,送回选矿厂供选矿生产重复利用

（3）尾矿堆存系统。

该系统一般简称为尾矿库,包括库区、尾矿坝排洪构筑物和坝的观测设备等,用以贮存选矿厂排出的尾矿

（4）尾矿水处理系统。

该系统包括水处理站和截渗、回收设施等,用以处理不符合重复利用或排放标准要求的尾矿水,使之达到标准。

1.1尾矿坝

尾矿坝是贮存尾矿和水的尾矿库外围的坝体构筑物,一般包括初期坝和堆积坝。

所谓初期坝是指基建时筑成的、作为堆积坝的排渗体和支撑体的坝;堆积坝是生产过程中在初期坝坝顶以上用尾矿充填堆筑而成的坝。

根据使用的筑坝材料,初期坝有土坝、堆石坝、混合料坝、砌石坝和混凝土坝等。

其中,土坝造价低,施工方便,常用于缺少沙石料地区,但是透水性差,浸润线常从坝坡逸出,易产生管涌,导致垮坝,一般需要设置排渗设施;堆石坝由堆石体及其上游面的反滤层和保护层构成（见图7-1）,透水性好,可降低尾矿坝的浸润线,加快尾矿固结,有利于尾矿坝的稳定。

按堆积坝的堆筑方式,尾矿坝有上游式筑坝、中线式筑坝和下游式筑坝三种。

上游式筑坝采用向初期坝上游方向充填尾矿加高坝的筑坝工艺。

上游式筑坝的稳定性较差,抗地震液化性能差,如不采取一定的措施不适于在高地震烈度地区使用,但由于筑坝工艺简单、管理容易、成本低,在国内矿山应用广泛。

中线式筑坝采用在初期坝的坝轴线位置上用旋流粗沙冲积尾矿的筑坝工艺,在生产管理与维护方面比上游式筑坝复杂。

下游式筑坝采用向初期坝下游方向用旋流粗沙冲积尾矿的筑坝工艺,坝体稳定性好，抗地震液化能力较强,适用于高地震烈度地区的筑坝,但筑坝生产管理与维护比较复杂且成本较高。

1.2排水系统

排水系统的作用在于排出库内积水,包括尾矿水和洪水。

排水系统的排水能力应该保证尾矿库最高洪水位时安全超高和干滩长度满足规程要求。

排水系统主要由排水井或排水斜槽、排水管、排水隧洞、溢洪道和截洪沟等构成。

除了溢洪道和截洪沟外,其余排水构筑物都逐渐被厚厚的尾矿所覆盖,承受很大的上覆荷载。

因此,除在设计上应该保证它有足够的强度外,对施工质量的要求也很严格。

排水系统有井-管（洞）式和槽-管（洞）式两种形式。

井-管（洞）式排水系统以竖向的排水井和横向的排水管（洞）构成（见图7-2）排水井包括井基、井座和井筒三部分,有窗口式、框架式、叠圈式和砌块式等几种类型,多用钢筋混凝土浇筑而成,高度一般为10~20m之间,特殊情况和地形条件下也可做得高一些。

槽-管（洞）式排水系统以沿山坡筑成的排水斜槽和横向的排水管（洞）构成（见图7-3）。

排水槽的断面为矩形或圆形,宽度或直径一般为1.0~1.5m左右,高度宜大于宽度,排水量较大时可做成双槽式。

随着尾矿库水位的升高,逐渐加盖板将斜槽封闭。

斜槽盖板上将覆盖很厚的尾矿,所受土压力和水压力很大,因此盖板厚度很厚。

盖板可做成平板或圆拱形板,后者受力条件好,可做得稍薄一些。

尾矿库的水由盖板上沿和两侧壁溢流至槽内。

因溢流沿较长,斜槽的排水量较大,适用于排洪水中等以上的尾矿库排洪。

溢洪道用于洪水流量大的尾矿库排洪,其排水能力大,有正堰式和侧槽式两种。

截洪沟的作用是截住沟以上汇流面积的暴雨洪水,减少入库水量,起辅助排洪的作用。

2.尾矿库的安全等级

尾矿库一般分为危库、险库、病库、正常库四个等级。

2.1危库

尾矿库有下列情况的为危库

（1）尾矿库调洪库容不足,在最高洪水位时不能同时满足设计规定的安全超高和最小干滩长度的要求,不能保证尾矿库的防洪安全；

（2）排洪系统严重堵塞或坍塌,不能排水或排水能力急剧降低;

（3）排水井显著倾斜,有倒塌的迹象;

（4）坝体出现深层滑动迹象

（5）经验算,坝体抗滑稳定最小安全系数小于表7-1规定值的95%

表7-1尾矿坝抗滑稳定最小安全系数

运用情况

坝的级别

1

2

3

4

正常运行

1.30

1.25

1.20

1.15

洪水运行

1.20

1.15

1.10

1.05

特殊运行

1.10

1.05

1.05

1.00

（6）其他危及尾矿库安全运行的情况。

2.2险库

尾矿库有下列情况的为险库

（1）尾矿库调洪库容不足,在最高洪水位时不能同时满足设计规定的安全超高和最小干滩长度的要求,但平时对坝体的安全影响不大

（2）排洪系统部分堵塞或坍塌,排水能力有所降低,达不到设计要求

（3）排水井有所倾斜

（4）坝体出现浅层滑动迹象

（5）经验算,坝体抗滑稳定最小安全系数小于表7-1规定值的98%;

（6）坝体出现贯穿性横向裂缝,且出现较大管涌,水质混浊,挟带泥沙或坝体渗流在堆积坝坡有较大范围逸出,且出现流土变形（7）其他影响尾矿库安全运行的情况。

2.3病库

尾矿库有下列情况的为病库

（1）尾矿库调洪库容不足,在最高洪水位时不能同时满足设计规定的安全超高和最小干摊长度的要求。

（2）排洪系统出现裂缝、变形、腐蚀或磨损,排水管接头漏沙;

（3）堆积坝的整体外坡坡比陡于设计规定值,但对坝体稳定影响较小,或虽符合设计规定,但部分高程上堆积边坡过陡,可能出现局部失稳;

（4）经验算,坝体抗滑稳定最小安全系数小于表7-1规定值

（5）浸润线位置过高,渗透水自高位逸出,坝面出现沼泽化（6）坝面出现较多的局部纵向或横向裂缝;

（7）坝体出现小的管涌并挟带少量泥沙；

（8）堆积坝外坡冲蚀严重,形成较多或较大的冲沟；

（9）坝端无截水沟,山坡雨水冲刷坝肩；

（10）其他不正常现象。

3.正常尾矿库的标准

尾矿库正常运行的标准如下

（1）尾矿库是经正规建设程序设计和施工建成的；

（2）基础坝稳定,无非正常渗漏、塌陷、裂缝现象,坝体完整无损,堆石坝反浸层工作正常；

（3）排洪设施、排洪能力符合设计标准,保持良好工作状态,或排洪设施、能力虽未达到设计标准,但采取其他排洪措施（如临时溢洪道等）确保库的安全度汛;

（4）后期坝排渗设施运行正常,无流沙（土）、管涌、沼泽化、塌坡现象,坝坡坡度符合设计要求,平整美观,坝面排水系统完好,坝面及滩面无灰尘问题;

（5）未经扩容设计,不超期服役;

（6）尾矿排放合理,干滩长度、坡度符合安全要求,水边线平整,澄清距离能满足排水质量的要求;

（7）有完整的排水、回水系统,且排水、回水符合标准,设施能正常运行

（8）有健全的监测系统,并能按要求完全正常工作

4.尾矿库病害的类型

尾矿库的病害类型,概括起来有以下几种

（1）库区的渗漏、坍岸和泥石流;

（2）坝基、坝肩失稳和渗漏;

（3）尾矿堆积坝的浸润线逸出,坝面沼泽化、坝体裂缝、滑塌、塌陷、冲刷等

（4）土坝类的初期坝坝体浸润线高或逸出,坝面裂缝、滑塌、冲刷成沟;

（5）透水堆石类初期坝出现渗漏浑水及渗漏稳定现象

（6）浆砌石类坝体裂缝、坝基渗漏和抗滑稳定问题;

（7）排水构筑物的断裂、渗漏、跑浑水及下游消能防冲、排水能力不够等；

（8）回水澄清距离不够,回水水质不符合要求;

（9）尾矿库的抗洪能力和调洪库容不够，干摊距离太短等；

（10）尾矿库没有足够的抗震能力；

（11）尾矿尘害及排水污染环境。

上述病害、险情,就某一座库而言,不是同时都存在,而只是存在其中一两种。

但病情险情不除,尾矿库就有发生事故的可能。

5.尾矿库的危害类类型

5.1尾矿库渗漏

尾矿坝坝体及坝基的渗漏有正常渗流和异常渗漏之分。

正常渗流有利于尾矿坝坝体及坝前干滩的固结,从而有利于提高坝的整体稳定性。

异常渗漏则是有害的。

非正常渗流（渗漏）,导致渗流出口处坝体产生流士、冲刷及管涌多种形式的破坏,严重的可导致垮坝事故。

（1）坝体渗漏。

土坝坝体单薄,边坡太陡,渗水从滤水体以上逸出;复式断面土坝的黏土防渗体设计断面不足或与下游坝体缺乏良好的过渡层,使防渗体破坏而漏水;埋设于坝体内的压力管道强度不够或管道埋置于不同性质的地基,地基处理不当,管身断裂；有压水流通过裂缝沿管壁或坝体薄弱部位流出,管身未设截流环;坝后滤水体排水效果不;对于下游可能出现的洪水倒灌防护不足,在泄洪时滤水体被淤塞失效,迫使坝体下游浸润线升高,渗水从坡面逸出等。

土坝分层填筑时,土层太厚,碾压不透致使每层填土上部密实,下部疏松,库内放矿后形成水平渗水带;土料含沙砾太多,渗透系数大;没有严格按要求控制及调整填筑土料的含水量,致使碾压达不到设计要求的密实度;在分段进行填筑时,由于土层厚薄不同上升速度不一,相邻两段的接合部位可能出现少压或漏压的松土带;料场土料的取土与坝体填筑的部位分布不合理,致使浸润线与设计不符,渗水从坝坡逸出;冬季施工中,对碾压后的冻土层未彻底处理,或把大量冻土块填在坝内;坝后滤水体施工时,沙石料质量不好,级配不合理,或滤层材料铺设混乱,致滤水体失效,坝体浸润线升高等。

还有如白蚁、獾、蛇、鼠等动物在坝身打洞营巢;地震引起坝体或防渗体发生贯穿性的横向裂缝等。

（2）坝基渗漏。

对坝址的地质勘探工作做得不够;设计时未能采取有效的防渗措施,如坝前水平铺盖的长度或厚度不足,垂直防渗墙深度不够;黏土铺盖与透水沙砾石地基之间,并无有效的滤层,铺盖在渗水压力作用下破坏;对天然铺盖了解不够,薄弱部位未做处理等。

水平铺盖或垂直防渗设施施工质量差;施工管理不善,在库内任意挖坑取土,天然铺盖被破坏;岩基的强风化层及破碎带未处理或截水墙未按设计要求施工;岩基上部的冲积层未按设计要求清理等。

坝前干滩裸露暴晒而开裂,尾矿库放水等从裂缝渗透;对防渗设施养护维修不善,下游逐渐出现沼泽化,甚至形成管涌;在坝后任意取土,影响地基的渗透稳定等。

（3）接触渗漏。

造成接触渗漏的主要原因有:

基础清理不好,未做接合槽或做得不彻底;土坝两端与山坡接合部分的坡面过陡,而且清基不彻底或未做防渗漏墙;涵管等构筑物与坝体接触处,因施工条件不好,回填夯实质量差,或未设截流环（墙）及其他止水措施，造成渗流等。

（4）绕坝渗漏。

造成绕坝渗漏的主要原因有:

与土坝两端连接的岸坡属条形山或覆盖层单薄的山坡而且有透水层;山坡的岩石破碎,节理发育,或有断层通过;因施工取土或库内存水后由于风浪的淘刷,岸坡的天然铺盖被破坏;溶洞以及生物洞穴或植物根茎腐烂后形成的孔洞等。

5.2尾矿库裂缝

裂缝是一种尾矿坝较为常见的病患,某些细小的横向裂缝有可能发展成为坝体的集中渗漏通道,有的纵向裂缝也可能是坝体发生滑坡的预兆,应予以充分重视。

土坝裂缝是较为常见的现象,有的裂缝在坝体表面就可以看到,有的隐藏在坝体内部,要开挖检查才能发现。

裂缝宽度最窄的不到1mm,宽的可达数十厘米,甚至更大。

裂缝长度短的不到1m,长的数十米,甚至更长。

裂缝的深度有的不到1m,有的深达坝基。

裂缝的走向有的是平行坝轴线的纵缝,有的是垂直坝轴线的横缝,有的是大致水平的水平缝,还有的是倾斜的裂缝。

裂缝的成因,主要是由于坝基承载能力不均衡、坝体施工质量差、坝身结构及断面尺寸设计不当或其他因素等所引起。

有的裂缝是由于单一因索所造成,有的则是多种因素所形成。

5.3尾矿库管涌

管涌是渗透变形的另一种形式,它是指在渗流作用下土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙道中发生移动并被带走的现象。

管涌的形成主要决定于土本身的性质,对于某些土即使在很大的水力坡降下也不会出现管涌,而对于另一些土（如缺乏中间粒径的沙砾料）却在不大的水力坡降下就可以发生管涌。

尾矿库管涌是坝身或坝基内的土壤颗粒被渗流带走的现象。

管涌发生时,如不及时处理,空洞会在很短的时间内扩大,其势不可挡,从而导致尾矿坝坍塌。

5.4尾矿库滑坡

尾矿库滑坡是指尾矿坝斜坡上的土体或者岩体在重力作用下,沿着一定的软弱面或者软弱带,整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。

在勘探时没有查明坝基基础有淤泥层或其他高压缩性软土层,未能采取相应的措施；没有避开位于坝脚附近的渊潭或水塘,筑坝后由于坝脚沉陷过大而引起滑坡;坝端岩石破碎、节理发育,未采取适当的防渗措施,产生绕坝渗流,使局部坝体饱和,引起滑坡。

在碾压土坝施工中,由于铺土太厚,碾压不实,或含水量不合要求,干重度没有达到设计标准;抢筑临时拦洪断面和合拢断面,边坡过陡,填筑质量差;冬季施工时没有采取适当措施,以致形成冻土层,在解冻或蓄水后,库水入渗形成软弱夹层;采用风化程度不同的残积土筑坝时,将黏性土填在土坝下部,而上部又填了透水性较大的土料,放矿后背水坡上部湿润饱和;尾矿堆积坝与初期坝二者之间或各期堆积坝坝体之间没有结合好,在渗水饱和后,造成滑坡等。

强烈地震引起土坝滑坡;持续的特大暴雨,使坝坡土体饱和,或风浪淘刷,使护坡遭破坏,致坝坡形成陡坡以及在土坝附近爆破或者在坝体上部堆有物料等人为因素。

在高水位时期、发生强烈地震后、持续特大暴雨和台风袭击以及回春解冻之际应进行详细检查,从裂缝的形状、裂缝的发展规律、位移观测资料、浸润线观测分析和孔隙水压力观测成果等方面进行滑坡的判断。

5.5尾矿库洪水漫坝

尾矿坝多为散粒结构,洪水漫过坝顶时,由水流产生的剪应力和对颗粒的拉拽力作用造成溃坝事故。

造成洪水漫坝的主要因素有水文资料短缺造成防洪设计标准偏低、泄洪能力不足、安全超高不足等。

此外,施工质量、运行管理也直接影响着尾矿坝的抗洪能力。

5.6尾矿库溃坝

尾矿库内存储的尾矿具有很大的势能,一且尾矿坝发生溃坝事故,大量尾矿顺势而出,危及下游人员、财产和环境安全。

尾矿坝溃坝的实质是坝体失稳。

坝体要经受筑坝期正常高水位的渗透压力、坝体自重、坝体及坝基中孔隙压力、最高洪水位有可能形成的稳定渗透压力和地震惯性力等载荷作用,当坝体强度不能承受载荷作用时则将失稳。

影响尾矿坝稳定性的因素很多,导致尾矿坝溃坝的主要原因有渗透破坏、地震液化和洪水漫顶等。