尾矿库设计简介

尾矿库设计简介一、尾矿库的基本系统尾矿库一般由尾矿堆存系统、尾矿库排洪系统、尾矿库回水系统等几部分组成。1.尾矿堆存系统该系统一般包括坝上放矿管道、尾矿初期坝、尾矿后期坝、浸润线观测、位移观测以及排渗设施等。2.尾矿库排洪系统该系统一般包括截洪沟、溢洪道、排水井、排水管、排水隧洞等构筑物。3.尾矿回水系统该系统大多利用库内排洪井、管将澄清水引入下游回水泵站，再扬至高位水池。也有在库内水面边缘设置活动泵站直接抽取澄清水，扬至高位水池。二、尾矿库的功能1.保护环境选矿厂产生的尾矿不仅数量大，颗粒细，且尾矿水中往往含有多种药剂，如不加处理，则必造成选厂周围环境严重污染。将尾矿妥善贮存在尾矿库内，尾矿水在库内澄清后回收循环利用，可有效地保护环境。2.充分利用水资源选矿厂生产是用水大户，通常每处理一吨原矿需用水4～6吨；有些重力选矿甚至高达10～20吨。这些水随尾矿排入尾矿库内，经过澄清和自然净化后，大部分的水可供选矿生产重复利用，起到平衡枯水季节水源不足的供水补给作用。一般回水利用率达70％～90％。3.保护矿产资源有些尾矿还含有大量有用矿物成份，甚至是稀有和贵重金属成份，由于种种原因，一时无法全部选净，将其暂贮存于尾矿库中，可待将来再进行回收利用。三、尾矿库的重要性1.尾矿库是矿山选矿厂生产不可缺少的设施环境保护是我国一项基本国策。尾矿库是矿山企业最大的环境保护工程项目。随着全国人民生活水平的提高。国家对环境保护的要求也越来越高，即使在人烟稀少的偏远山区，也严禁将尾矿向江、河、湖、海沙漠及草原等处任意排放。一个矿山的选矿厂只要有尾矿产生，就必须建有尾矿库。所以说尾矿库是矿山选矿厂生产必不可少的组成部分。2.尾矿库基建投资及运行费用巨大尾矿库的基建投资一般约占矿山建设总投资的10％以上，占选矿厂投资的20％左右，有的几乎接近甚至超过选矿厂投资。尾矿设施的运行成本也较高，有些矿山尾矿设施运行成本占选矿厂生产成本的30％以上。为了减少运行费，有些矿山的选矿厂厂址取决于尾矿库的位置。近年来，由于征购土地和搬迁农户越发困难，建设尾矿库的费用更高。可见尾矿库在矿山建设中的地位是不同一般的。3.尾矿库是矿山企业生产最大的危险源尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源。在长达十多年甚至数十的期间里，各种天然的（雨水、地震、鼠洞等）和人为的（管理不善、工农关系不协调等）不利因素时时刻刻或周期性地威胁着它的安全。事实一再表明，尾矿库一旦失事，将给工农业生产及下游人民生命财产造成巨大的灾害和损失。以上几方面足以说明尾矿库在矿山生产中的重要性。尾矿库的安全问题一直受到社会和政府的高度重视。一、尾矿库（一）选择库址的基本原则正确选择尾矿库库址极为重要。设计时一般须选择多个库址，进行技术经济比较予以确定。寻找库址应综合考虑下列原则：（1）一个尾矿库的库容力求能容纳全部生产年限的尾矿量。如确有困难，其服务年限以不少于五年为宜。（2）库址离选矿厂要近，最好位于选厂的下游方向。可使尾矿输送距离缩短，扬程小，且可减少对选厂的不利影响。（3）尽量位于大的居民区、水源地、水产基地及重点保护的名胜古迹的下游方向。（4）尽量不占或少占农田，不迁或少迁村庄；（5）未经技术论证，不宜位于有开采价值的矿床上部。（6）库区汇水面积要小，纵深要长，纵坡要缓。可减小排洪系统的规模。（7）库区口部要小，“肚子”要大。可使初期坝工程量小，库容大。（8）尽量避免位于有不良地质现象的地区，以减少处理费用。（二）尾矿库的类型及其特点1.山谷型尾矿库山谷型尾矿库是在山谷谷口处筑坝形成的尾矿库，如图1－1所示。它的特点是初期坝相对较短，坝体工程量较小；后期尾矿堆坝相对较易管理和维护，当堆坝较高时，可获得较大的库容；库区纵深较长，澄清距离及干滩长度易于满足设计要求；但汇水面积较大，排水设施工程量大。我国大中型尾矿库大多属于这种类型的尾矿库。1－1山谷型尾矿库2.傍山型尾矿库傍山型尾矿库是在山坡脚下依山筑坝所围成的尾矿库，如图1－2所示。它的特点是初期坝相对较长，初期坝和后期尾矿堆坝工程量较大；由于库区纵深较短，澄清距离及干滩长度受到限制，后期堆坝高度一般不太高，故库容较小；汇水面积虽小，但调洪能力较小，排洪设施的进水构筑物较大；由于尾矿水的澄清条件和防洪控制条件较差。管理、维护相对比较复杂。国内低山丘陵地区的尾矿库大多属于这种类型。图1－2傍山型尾矿库3.平地型尾矿库平地型尾矿库是在平地四面筑坝围成的尾矿库，如图1-3所示。其特点是初期坝和后期尾矿堆坝工程量最大，维护管理比较麻烦；由于周边堆坝，库区面积越来越小，尾矿沉积滩坡度越来越缓，因而澄清距离、干滩长度以及调洪能力都随之减少，堆坝高度受到限制，一般不高；但汇水面积小，排水构筑物相对较小；国内平原或沙漠地区多采用这类尾矿库。例如金川、包钢和山东省一些金矿的尾矿库。图1－3平地型尾矿库4.截河型尾矿库截河型尾矿库是截取一段河床，在其上、下游两端分别筑坝行成的尾矿库，如图1－4所示。有的在宽浅式河床上留出一定的流水宽度，三面筑坝围成尾矿库，也属此类。它的特点是不占农田；库区汇水面积不太大，但库外上游的汇水面积通常很大，库内和库上游都要设置排水系统，配置较复杂，规模庞大。这种类型的尾矿库维护管理比较复杂。国内采用者不多。图1－4截河型尾矿库（三）尾矿库的库容及性能曲线1.尾矿库的库容组成尾矿库的库容有全库容、总库容和有效库容之分。用图1-5来解释其间的区别，该图为尾矿库典型断面示意图。（1）空余库容（V1）。指水平面AA′与BB′之间的库容，它是为确保设计洪水位时坝体安全超高或安全滩长的空间容积，是不允许占用的，故又称安全库容。（2）调洪库容（V2）。指水平面BB′和CC′之间的库容，它是在暴雨期间用以调洪的库容。是设计确保最高洪水位不致超过BB′水平面所需的库容，因此，这部分库容在非雨季一般不许占用，雨季绝对不许占用。（3）蓄水库容（V3）。指水平面CC′和DD′之间的库容，供矿山生产水源紧张时使用，一般的尾矿库不具备蓄水条件时，此值为零，CC′和DD′重合。（4）澄清库容（V4）。指水平面DD′和滩面DE之间的库容，它是保证正常生产时水量平衡和溢流水水质得以澄清的最低水位所占用的库容，俗称死库容。（5）有效库容（V5）。是指滩面ABCDE以下沉积尾矿以及悬浮状矿泥所占用的容积。它是尾矿库实际可容纳尾矿的库容，按式1-1算得：V5=W/d1-1式中，V5为有效库容，m3;W为设计根据选矿厂全部生产期限内产出的尾矿总量，t；d为尾矿平均堆积干密度，t∕m3。图1－5尾矿库的库容组成▽H1─某一坝顶标高，对应的水平面为AA′；▽H2─洪水水位，对应的水平面为BB′；▽H3─蓄水水位，对应的水平面为CC′；▽H4─正常生产的最低水位，亦可称之为死水位，对应的水平面为DD′。该水位由最小澄清距离确定；DE─细颗粒尾矿沉积滩面及矿泥悬浮层面。（6）尾矿库的全库容（V）。指某坝顶标高时的各种库容之和，可用式1-2表示：V=V1+V2+V3+V4+V51-2（7）尾矿库的总库容。指尾矿堆至最终设计坝顶标高时的全库容。2.尾矿库的性能曲线尾矿库的库面面积、全库容、有效库容和汇水面积都将随坝体堆积高度的变化而变化。为了清楚地表示出不同堆坝高度时的具体数值，可绘制出尾矿库的性能曲线，如图1-6所示。设计时，可根据全库容曲线确定各使用期的尾矿库等别；生产部门可根据有效库容曲线推算各年坝顶所达标高，以便制定各年尾矿坝筑坝生产计划；设计者根据汇水面积曲线进行各使用期尾矿库排洪验算。图1－6尾矿库的性能曲线曲线H-Fm是高程-库面面积曲线；曲线H-Vq是高程-全库容曲线；曲线H-Fy是高程-有效库容曲线；曲线H-Fh是高程-汇水面积曲线。（四）尾矿库等别的划分标准尾矿库各生产期的设计等别应根据该期的全库容和坝高分别按表1－1进行确定。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。如果尾矿库失事后会使下游重要城镇、工矿企业或重要铁路干线遭受严重灾害者，其设计等别可提高一等。表1－1尾矿库等别划分表尾矿库级别全库容V（万m3）坝高H（m）一二等库具备提高等别条件者二V≥10000H≥100三1000≤V＜1000060≤H＜100四100≤V＜100030≤H＜60五V＜100H＜30尾矿库失事造成灾害的大小与库内尾矿量的多少以及尾矿坝的高矮成正比。尾矿库使用的特点是尾矿量由少到多，尾矿坝由矮到高，在不同使用期失事，造成危害的严重程度是不同的。因此，同一个尾矿库在整个生产期间根据库容和坝高划分为不同的等别是合理的；再者，尾矿库使用过程中，初期调洪能力较小，后期调洪能力较大，同一个尾矿库初期按低等别设计，中期及后期逐渐将等别提高，这样一次建成的排洪构筑物就能兼顾各使用期的防洪要求，设计更加经济合理。因此，我国制定的设计规范允许按上述原则划分尾矿库等别。二、尾矿坝尾矿坝是尾矿库用来拦挡尾矿和水的围护构筑物。一般尾矿坝是由初期坝（又称基础坝）和后期坝（又称尾矿堆坝）组成。只有当尾矿颗粒极细，无法用尾矿堆坝者，才采用类似建水坝（即无后期坝）的形式贮存全部尾矿，习惯称之为一次建坝。（一）初期坝的类型及其特点在矿山主体工程基建期间，同时在尾矿坝址用土、石等材料修筑成的坝体称为尾矿库的初期坝，用以容纳选矿厂生产初期0.5～1年排出的尾矿量，并作为后期坝的支撑及排渗棱体。初期坝的坝型可分为不透水坝和透水坝。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。当尾矿堆高后，浸润线往往从初期坝坝顶以上的子坝坝脚或坝坡逸出，造成坝面沼泽化，不利于坝体的稳定性。这种坝型适用于不用尾矿筑坝或因环保要求不允许向库下游排放尾矿水的尾矿库。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尾矿的透水性，可加快库内沉积尾矿的排水固结，并可降低坝体浸润线，因而有利于提高坝体的稳定性。这种坝型是初期坝比较理想的坝型。透水初期坝的主要坝型有堆石坝或在各种不透水坝体上游坡面设置排渗通道的坝型。初期坝具体有以下几种坝型：1.均质土坝均质土坝是用粘土、粉质粘土或风化土料筑成的坝，如图1－7所示，它像水坝一样，属典型的不透水坝型。在坝的外坡脚设有毛石堆成的排水棱体，以加强排渗，降低坝体浸润线。该坝型对坝基工程地质条件要求不高，施工简单，造价较低。在早期或缺少石材地区应用较多。图1－7不透水均质土坝若在均质土坝内坡面和坝底面铺筑可靠的排渗层，如图1－8所示，使尾矿堆积坝内的渗水通过此排渗层排到坝外。这样，便成了适用于尾矿堆坝要求的透水土坝。图1－8透水均质土坝2.透水堆石坝用毛石堆筑成的坝，如图1－9所示。在坝的上游坡面用砂砾料或土工布铺设反滤层，其作用是有效地降低后期坝的浸润线。由于它对后期坝的稳定有利，且施工简便，成为廿世纪60年代以后广泛采用的初期坝型。图1－9用毛石堆筑成透水堆石坝该坝型对坝基工程地质条件要求也不高。当质量较好的石料数量不足时，也可采用一部分较差的砂石料来筑坝。即将质量较好的石料铺筑在坝体底部及上游坡一侧（浸水饱和部位），而将质量较差的砂石料铺筑在坝体的次要部位，如图表1－10所示。表1－10用砂石堆筑成透水堆石坝3.废石坝用采矿场剥离的废石筑坝，有两种情况：当废石质量符合强度和块度要求时，可按正常堆石坝要求筑坝；另一种是结合采场废石排放筑坝，废石不经挑选，用汽车或轻便轨道直接上坝卸料，下游坝坡为废石的自然安息角，为安全计，坝顶宽度较大，图1－11所示。在上游坡面应设置砂砾料或土工布做成的反滤层，以防止坝体土颗粒透过堆石而流失。图1－11废石坝4.砌石坝用块石或条石砌成的坝。这种坝型的坝体强度较高，坝坡可做得比较陡，能节省筑坝材料，但造价较高。可用于高度不大的尾矿坝，但对坝基的工程地质条件要求较高，坝基最好是基岩，以免坝体产生不均匀沉降，导致坝体产生裂缝。5.混凝土坝用混凝土浇筑成的坝。这种坝型的坝体整体性好，强度高，因而坝坡可做得很陡，筑坝工程量比其他坝型都小，但工程造价高，对坝基条件要求高，采