尾矿库的安全与监管技术讲座

尾矿库的安全与监管技术讲座主讲人：王晓民2013.8.131基础知识2尾矿库的安全监管重点讲座主要内容1.1尾矿库类型1.2尾矿库设施1.3《尾矿设施设计规范》(GB50863-2013)增加主要有关内容2.1尾矿库监管对象2.2尾矿库安全度2.3重点检查内容1基础知识1.1尾矿库类型（1）山谷型尾矿库在山谷谷口处筑坝形成的尾矿库，我国现有的大、中型尾矿库大多属于这种类型。（2）傍山型尾矿库在山坡脚下依山筑坝所围成的尾矿库，国内低山丘陵地区中小矿山常选用这种类型尾矿库。（3）平地型尾矿库在平缓地形周边筑坝围成的尾矿库，国内平原或沙漠戈壁地区常采用这类尾矿库。（4）截河型尾矿库截取一段河床，在其上、下游两端分别筑坝形成的尾矿库。这类尾矿库中截取大河床的不多，但截取几个、十几个甚至几十个平方公里的国内尚有。应该注意：有些傍山、平地型尾矿库是建在河道旁的，属于“三边库”，是国家命令禁止的。因此，项目建设手续的完整性，也是安全监管的内容。1.2尾矿库设施尾矿库主要由尾矿坝（包括初期坝、堆积坝）、尾矿库的排水设施（排洪设施）、尾矿排渗设施、尾矿库监测设施及坝面排水设施构成。1.2.1基本概念全库容尾矿坝某标高顶面、下游坡面及库底面所围空间的容积，是用来确定尾矿库等别的一个重要指示。有效库容某坝顶标高时，初期坝内坡面、堆积坝外坡面以里（对下游式尾矿筑坝则为坝内坡面以里），沉积滩面以下，库底以上的空间，即容纳尾矿的库容。某坝高时的库容减去调洪库容，即为此坝高时的有效库容。1）库容调洪库容某坝顶标高时，沉积滩面、正常水位以上的库底、正常水位三者以上，最高洪水位以下的空间。总库容设计最终堆积标高时的全库容。尾矿库的等别从高到低分为五等；规程对等别不同的尾矿库采用的防洪标准和坝体安全系数也是不同的。一等最高，五等最低；尾矿库各使用期的设计等别应根据该期的全库容和坝高分别按表1确定；当两者的等差为一等时，以高者为准；当等差大于一等时，按高者降低一等；尾矿库失事将使下游重要城镇、工矿企业或铁路干线遭受严重灾害者，其设计等别可提高一等；不同等别的尾矿库，其坝体、排水设施等构筑物级别是不同的，等别越高，级别越大。2）尾矿库等别、构筑级别等别全库容V（104m3）坝高H(m)一二三四五V≥5000010000≤V＜500001000≤V＜10000100≤V＜1000V＜100H≥200100≤H＜20060≤H＜10030≤H＜60H＜30表1尾矿库各使用期的设计等别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，不利于后期坝坝体的稳定。这种坝型适用于挡水式尾矿坝或尾矿堆坝不高的尾矿坝。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沉积尾矿，有利于后期坝的排水固结，并可降低坝体浸润线，提高坝体的稳定性。是比较合理的初期坝坝型。3）尾矿坝尾矿坝由初期坝和后期坝（尾矿堆积坝）构成。a)初期坝土料填筑的透水坝透水堆石坝废石堆筑的透水坝废石堆筑的透水坝实例除此之外还有砌石坝、混凝土坝等坝型，这些坝往往用作副坝、拦洪坝、一次性筑坝的尾矿坝。b)堆积坝功能与特点实质上是尾矿沉积体，这种水力充填沉积的砂性土边坡稳定性能较差；大、中型尾矿堆积坝最终的高度往往比初期坝高得多，是尾矿坝的主体部分；堆积坝一旦失稳，灾害惨重；如何确保堆积坝的安全历来是设计和生产部门十分重视的一项工作，也是安全生产监督、管理工作的重点之一。堆积坝型式——上游法、下游法、中线法子坝初期坝图2-12上游式尾矿坝⑤③①②④堆积坝细尾砂溢流沉沙下游挡堤旋流器给矿初期坝排水层图2-13中线式尾矿坝中线法筑坝上游法筑坝溢流旋流器给矿沉沙堆积坝下游挡堤②排水层①④③细尾砂初期坝图2-14下游式尾矿坝下游法筑坝4）沉积滩水力冲积尾矿形成的沉积体表层，常指露出水面部分。滩顶—沉积滩面与堆积坝外坡的交线，为沉积滩的最高点；滩长—由滩顶至库内水边线的水平距离；最小干滩长度—设计洪水位时的干滩长度；最小或设计安全超高—规定或设计的安全超高最小允许值；沉积滩面坡比—（滩顶标高-正常水位标高）/正常滩长。滩顶、滩长、超高示意图堆积坝初期坝最小干滩长度最小安全超高子坝滩顶最高洪水位正常水位干滩沉积滩的概念图示坝的级别12345最小安全超高（m）1.51.00.70.50.4最小干滩长度（m）150100705040表2规范规定的最小干滩长度及最小安全超高5）坝高坝高—对初期坝和中线式、下游式筑坝为坝顶与坝轴线处坝底的高差;对上游式筑坝则为堆积坝坝顶与初期坝坝轴线处坝底的高差。总坝高—与总库容相对应的最终堆积标高时的坝高。堆坝高度（堆积高度）—尾矿堆积坝坝顶与初期坝坝顶的高差。总坝高堆坝高度初期坝初期坝高最终堆积标高尾矿堆积坝坝高的概念图示6）浸润线浸润线：在坝体横剖面上稳定渗流的顶面线称浸润线。控制浸润线：是指坝体抗滑稳定安全系数能满足本规范最低要求时的浸润线。排渗设施：在尾矿坝体内或库底设置的用于排出渗水，降低坝体浸润线的设施。排渗设施还具有加快尾矿固结提高坝体强度的作用。初期坝目前堆积标高尾矿堆积坝排渗管浸润线水位浸润线的图示7）排洪设施形式排水井—管（隧洞）窗口式—整体性好，堵孔简单，但进水量小，早期应用较多。框架式—结构合理，进水量大，操作也较简便，广泛采用。井圈叠装式和砌块式—用预制井圈和预制砌块逐层加高，进水量大，操作要求高，整体性差，应用不多。排水井示意图排水斜槽—既是进水构筑物，又是输水构筑物，排洪量较小。溢洪道—常用于一次性建库的排洪进水构筑物。为减少过水深度，常采用宽浅式溢洪道。所谓一次性建库即是尾矿坝一次建成，一般采用库尾排放坝前蓄水、排洪。截洪沟—进水构筑物兼作输水构筑物。沿全部沟长均可进水。在较陡山坡处的截洪沟易遭暴雨冲毁，可靠性差，管理维护工作量大。输水构筑物排水管—埋设在库底部，承受荷载较大，一般采用钢筋混凝土结构。隧洞—结构稳定性好，是大、中型尾矿库常用的输水构筑物。排水管形式8）坝坡排水沟坝坡排水沟实例9）监测设施库水位观测坝体位移观测浸润线观测构筑物变形观测渗流水观测孔隙水坝体固结观测排水水量及水质监测1.3《尾矿设施设计规范》(GB50863-2013)增加主要有关内容1.3.1强制性条款选矿厂必须有完善的尾矿设施，严禁尾矿排入江、河、湖、海。尾矿库不应设在下列地区：珍稀动植物保护区和国家、地方自然保护区；公园、风景、旅游区，文物古迹区，考古学、历史学、生物学研究考察区；军事要地、基地、军工基地和国家保密区。4.1.4尾矿坝坝基处理应满足渗流控制和静、动力稳定要求，保证坝的安全运行。4.3.5尾矿坝的渗流控制措施必须确保浸润线的埋深低于控制浸润线。否则，应采取有效整治措施。6.1.2尾矿库必须设置可靠的排洪设施，满足在设计洪水条件下防洪安全和正常生产的要求。1.3.2特殊要求放矿浓度不宜超过35%。尾矿堆积坝下游坡浸润线的最小埋深应满足下表要求。堆积坝高度H（m）H≥150150H≥100100H≥6060H≥30H30浸润线最小埋深（m）10～88～66～44～22表3尾矿堆积坝下游坡浸润线的最小埋深已建成尾矿库勘查一等及二等尾矿库在尾矿坝堆至1/3～1/2最终设计总坝高时，应对坝体进行一次全面的工程地质和水文地质勘察。由设计单位对尾矿坝做全面论证，以验证最终坝体的稳定性和确定后期的处理措施。对于某些尾矿性质较特殊或选厂投产后选矿规模或流程发生改变，尾矿性质或放矿方式与初步设计相差较大时，可根据需要进行全面的勘察，则不受堆高的限制。排洪设施三等及三等以上尾矿库不得采用截洪沟排洪。尾矿库地下排洪构筑物不宜采用浆砌块石结构。尾矿库应设置防止泥石流、滑坡、树木杂物等影响泄洪能力的工程措施。调洪计算应采用水量平衡法计算水量平衡法进行调洪演算后，设计就可给出尾矿库运行期间的汛期控制水位高度、干滩长度、坝顶超高等直观数据。闭库尾矿库的防洪标准闭库后尾矿库的防洪标准宜提高一等。2尾矿库的安全监管重点2.1尾矿库监管对象按照38号令，尾矿库监管是对涉及到尾矿库安全的全方位监管。是针对尾矿库勘查、设计、建设、运行及闭库等过程的监管。2.2尾矿库安全度2.2.1分类尾矿库安全度主要根据尾矿库防洪能力和尾矿坝坝体稳定性确定，分为四级：危库：危库指安全没有保障，随时可能发生垮坝事故的尾矿库；险库：险库指安全设施存在严重隐患，若不及时处理将会导致垮坝事故的尾矿库。病库：病库指安全设施不完全符合设计规定，但符合基本安全生产条件的尾矿库。正常库：所有设施均符合安全标准的尾矿库。2.2.2鉴别及监管要求序号分类鉴别标准监管要求防洪方面坝体方面原因现象及程度后果原因现象及程度后果1危库调洪库容严重不足设计洪水时，安全超高和最小干滩长度都不满足设计要求洪水漫顶出现贯穿性横向裂缝出现较大范围管涌、流土变形，坝体出现深层滑动迹象；溃坝停产、向安监管理部门和当地政府报告、启动预案、抢险排洪系统严重损毁堵塞、坍塌，排水井显著倾斜，有倒塌的迹象。不能排水或排水能力急剧降低。洪水漫顶抗滑稳定最小安全系数不满足要求小于规定值的0.95溃坝2险库调洪库容不足设计洪水时，安全超高和最小干滩长度都不满足设计要求洪水漫顶坝体出现浅层滑动迹象出现大面积纵向裂缝，且出现较大范围渗透水高位出逸，出现大面积沼泽化；溃坝停产抢险排洪系统部分损毁堵塞或坍塌，排水能力有所降低，达不到设计要求；洪水漫顶抗滑稳定最小安全系数不满足要求小于规定值的0.98溃坝3病库调洪库容不足设计洪水时，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；影响坝体整体及渗流稳定抗滑稳定满足最小安全系数规定，但部分高程上堆积边坡过陡。可能出现局部失稳；坝体局部坍塌限期整改排洪设施有瑕疵出现不影响安全使用的裂缝、腐蚀或磨损继续发展会影响正常使用浸润线位置局部过高渗水出逸，坝面局部沼泽化；局部纵、横向裂缝；可能导致局部坍塌设施不完善坝面排水、护坡、监测设施缺失或有缺陷。4正常库各项指标满足设计和安全标准要求。应运行工况正常、管理规范、资料齐全，完全具备安全生产条件，按规定每3~5年进行一次安全现状评价。表4尾矿库安全度鉴别表2.3重点检查内容1）设计、施工及验收阶段监管程序上的监管主要是按45号令和安全专篇编制大纲中的合法证明材料是否齐全，包括“审批、核准或备案文件等与项目建设相关的批准文件。”也就是“两证一书”是否齐全。尾矿库的设计审查新建尾矿库是否属于综合整治范围内的“三边库、头顶库”。审查尾矿库自然条件是否适合建设尾矿库，库长是否同时满足澄清距离及尾矿库防洪条件；是否存在影响尾矿库防洪设施、坝体正常运行的不良地质条件等；尾矿库的设计是否同时满足最小干滩长度、最小安全超高要求，大中型尾矿库是否有富余。设计是否明确了设计沉积滩坡比；设计是否明确了不同坝高下的正常水位高度及干滩长度；设计是否明确了控制浸润线埋藏深度；处于地震区的尾矿库是否进行动力稳定分析。施工验收阶段尤其应注意初期坝、排水设施是否按已经批复的设计施工，施工质量是否满足设计及标准要求。是否有完整的施工和监理记录，尤其是隐蔽工程验收记录。尾矿库施工图中的排洪设施设计是否合理是否存在如隧洞未灌浆、隧洞排水设施不健全、隧洞入口衔接处采用素混凝土衬砌等明显问题。坝基是否置于设计要求的坝基上，是否存在未经处理的强透水底层2）运行阶段堆积坝是否按设计坡比堆筑；陡了显然对安全不利，过缓也是有影响的；沉积滩坡比是否满足设计要求，坡比大了对安全有利，小了需重新核定防洪能力；库区水位、尤其是汛前水位管理是否满足设计要求。鉴别标准是干滩长度、库水位是否满足设计要求；坝体排渗设施是否按设计要求及时铺设，浸润线埋深是否满足设计控制要求；排水设施的进水口是否提前封堵；排水设施有无坍塌、倾斜、堵塞等现象；尾矿堆积坝堆筑时，两侧岸坡是否清基；已经用完的排水井、排水隧洞的封堵是否满足设计要求。其封堵位置及封堵结构是