宜化大江大堰冲尾矿库安全专篇

1、 大堰冲尾矿库安全专篇1. 设计依据1.1 国家有关法律法规1.1.1国家安全生产监督管理总局令（第6号）尾矿库安全监督管理规定（2006年4月20日）1.1.2中华人们共和国矿山安全法1.13中华人们共和国安全生产法1.2 技术规范规程1.2.1 尾矿库安全技术规程（AQ20062005），1.2.2 选矿厂尾矿设施设计规范（ZBJ190）1.3 有关技术文件与资料1.3.1 湖北宜化集团有限公司磷矿选矿100万t/a工程项目可行性研究报告1.3.2湖北宜化集团有限公司磷矿选矿100万t/a工程项目安全预评价报告书1.3.3大堰冲尾矿库岩土工程地质勘察报告2. 大堰冲尾矿库概况2.1 库区自

2、然地理概况大堰冲尾矿库址位于宜昌市猇亭区云池大堰冲沟中、上游，南距宜化公司厂区约300m，库区场地流域长约800m，宽约300m，流域面积0.2km2；两岸山坡开阔，中间沟谷切割，坡上森林茂密，植被完好，沟谷切割较深，基底层大小卵石出露，属于山谷型尾矿库。 库区场地总体属构筑剥蚀丘陵区地貌，在坝址区冲沟呈“U”字型，沟谷内分布着大小不等2个鱼塘，其底部标高77.279.7m；坝址西南角有一条三等公路，长约500m, 是尾矿库与外界联系的唯一通道；初期坝坝下有一户煤渣厂，距离较近；下游500m排洪渠附近，有宜化公司厂区，还有几家居民;2.2 尾矿库工程地质条件库区场地总体属构造剥蚀丘陵区地貌，沟

3、谷两岸山坡东陡西缓，高差50.0m左右；库区处于长江级侵蚀堆积阶地，地层自上而下为第四系全新统人文组(Q4ml)填土、中更新统善溪窑组(Q2s)(含卵石)粉质粘土、砾、卵石土和白垩系上统跑马岗组(K2P)泥质粉砂岩。厂区地下水主要分布于沟谷低洼处的园砾层中，为局部孔隙水，在库区两侧山坡工程地质钻孔中，未见明显地下水位。地下水的补给来源主要为大气降雨的渗透补给，及场地中鱼塘地表水的直接补给；地下水位北高南低；粉质粘土的渗透系数平均值为k=1.5105cm/s厂区内无饱和的粉土和砂土，不存在液化土，也无不良地质作用存在，稳定的岩层埋藏较浅，属于对建筑有利地段。3 大堰冲尾矿库主要安全隐患与危害程度

4、分析大堰冲尾矿库主要安全隐患3.1.1尾矿库库址安全隐患1) 尾矿库库址原来选择为碾盘湾库址，可研后业主要求改变为大堰冲库址，以减少尾矿输送距离，降低生产经营费用；设计方认为尾矿库位于宜化工业区的上游，距离仅300m，安全隐患较大，初期坝需要采用堆石透水坝结构，以确保尾矿库安全，业主方表示同意；2) 坝址下游500m范围内，尚有煤渣厂，5户左右居民，尾矿库万一溃坝，将给工业园区和居民造成灾难性后果；3.1.2 初期坝坝体结构的安全隐患1） 初期坝坝体结构，业主本已同意采用堆石透水坝结构，2006年2月，认为需要外购石料，造价高，希望采用透水土坝结构，而库区又没有相应的土料，需要到8km 以外善

5、溪窑料厂去取土；到2006年6月，坝基清基后，业主要求在8月份完工，以便进行试生产，希望设计单位改用库区含卵石的粉砂土筑坝，以便满足选厂试生产的需要；经过现场粉砂土掺6生石灰的碾压试验，重度达到22kn/m3,满足坝体强度要求，故设计单位予以变更；2） 粉砂土掺石灰铺填在坝体的上游，下游仍为含卵石粉砂土铺填，以减少工程造价；在施工过程中，在坝前坡布置防渗布，坝基下，岸坡分别设置止水齿坎和刺墙，并对坝下排水褥垫体，裹好土工布和防渗布，以免尾矿水发生绕渗，破坏坝体粉砂土；3.2 尾矿库安全隐患危害程度分析 由于特大洪水，7度以上的地震，或坝体滑坡，或渗透破坏，尾矿坝发生溃坝，必将有部分洪水顺排洪渠

6、下泄，大部分将冲向宜化工业园区，或延右侧公路下泄；在淹没 范围内，起码有5户民房倒塌，可能死伤10余人，财产损失在500万元以上；4. 尾矿库工程设计的主要技术指标4.1 尾矿库设计洪水1） 尾矿库等级 三等2） 防洪标准 初期 ：100年一遇中、后期 ：200年一遇3）设计洪水总量 初期 ：W=4.22万m3。中、后期：W=4.60万m3。 4) 设计洪峰流量初期 Qp=C1C2C3C4Q1Fm =1.01.01.051.1250.20.86=7.25（m3/s）；后期Qp=C1C2C3C4Q1Fm 8.34（m3/s）;4.2 尾矿库设计调洪库容与最大泄量 以初期尾矿库计算为例：1）设计调

7、洪库容 V=2.11万m3。2) 尾矿库最大泄量Qmax=Q（1vw）7.25（12.114.22）3.63（m3/s）4.3 排水排洪工程4.3.1 工程布置形式采用斜槽结合井暗涵消力池布置形式，通过左坝端，进入陡槽，排入消力池，再排入排洪渠；4.3.2 斜槽 1） 断面为 A=1.0m1.2m2）泄流形式与计算公式 按宽顶堰泄流计算公式Q=mb(2g)0.5h1.53）泄流能力验算 设 堰上水深h=2.0m,则：斜槽泄流能力Q=mb(2g)0.5h1.5 =0.341.04.4321.54.26 m3/s大于尾矿库最大泄量3.63 m3/s，满足安全泄洪要求；4.3.3 暗涵1）断面与纵坡

8、排洪暗涵断面与纵坡 断面 A=1.2m1.5m纵坡 i=0.022）暗涵泄流能力验算C30钢筋混凝土结构,糙率n=0.018; 充满度按80计算，则水深为1.2m; 过水断面 1.21.21.44m2; 湿周 1.233.6；水力半径 1.443.60.4；纵坡i=0.02;暗涵泄流量 Q=c(i)0.5 1.4446.28（0.020.4）0.5 5.96 m3/s大于尾矿库各个时期百年一遇下泄流量，满足安全泄洪要求；4.3.4 减小尾矿库汇水面积 该尾矿库全部汇水面积仅为0.2 km2；由于该尾矿库位于大江工业园区的上游300m，对工业园区的安全威胁较大；为减少尾矿库的排洪压力，在库区上游

9、布置两条截洪沟，通过独立的排洪渠排出坝外；第一截洪沟汇水面积0.13km2, 尾矿库初期汇水面积仅为0.066km2；第二期截洪沟汇水面积0.045km2, 尾矿库中、后期汇水面积仅为0.155km2；因此，在截洪沟与初期坝同时建成后，尾矿库实际发生的设计洪水，将大大小于计算值，尾矿库防洪安全更加可靠；4.3. 5 尾矿库非常泄洪措施 由于该尾矿库位于大江工业园区上游坡，距离仅300.0m，如何确保工业园区的安全，是本尾矿库防洪的重要课题；为此，在方案设计阶段，双方于2005年12月19日达成会议纪要指出：“14.建议在尾矿库左侧山坡打一隧洞至下马槽沟，当设计洪水超过百年一遇时，作为非常情况下

10、的排洪措施”4. 4 尾矿坝高设计4.4.1 初期坝坝高 H初期=23.0m坝顶标高103.0m, 坝基标高80.0m; 坝基清基深度2.0m;初期全库容40.0万m3。根据该尾矿库年尾矿排量15.0万t，年堆存容积13.64万m3。初期坝按2.0年尾矿堆存量与设计洪水调洪库容要求计算，初期坝高为23.0m，坝顶标高103.0m，坝基标高80.0m，库容40.0万m3。4.4.2 终期坝高 终期总坝高H终期=50.0m，坝顶标高130.0m； 根据尾矿库服务年限12年计算，尾矿堆存总量为180.0万t，尾矿堆存干重度按1.1 t/m3，尾矿堆存容积为163.63万m3; 设计最终坝顶标高130

11、.0m总坝高为50.0m。尾矿库总库容为260万m3，库容利用系数为0.7，则有效库容182.0万m3，可以满足尾矿堆存12.0年的需要。4.4.3 初期坝的安全超高复核 初期坝库容按二年尾矿堆存量计算，同时，尾矿库要有调洪库容，和安全超高； 1） 二年尾矿堆存量 w=15.0230.0（万t） 尾矿堆存干重度d=1.1 t/m3; 二年尾矿堆存容积 v=30.01.1 27.3(万m3);2） 设计一次洪水总量 W=4.22万m3;3）初期坝设计洪水位查库容曲线 总量为31.49万m3; 设计洪水位为101.5m,4） 安全超高和风浪爬高 安全超高 0.7m, 风浪爬高 0.8m5） 初期坝

12、设计坝顶标高 设计坝顶标高103.0m, 完全满足安全要求；4.4.4 终期坝安全超高复核 1 ） 尾矿库服务年限 T=12年2 ） 12年尾矿堆存容积12年尾矿堆存量 w=15.012 180.0万t 12年尾矿堆存容积v=180.01.1 163.64万m3；3）设计一次洪水总量 W=4.22万m3;4 ）终期坝设计洪水位查库容曲线设计洪水位128.0m5 ）尾矿后期坝最终坝顶标高 尾矿坝最终坝顶标高 为130.0m，有2.0m 安全超高与风浪爬高 ，因此，是安全的；5尾矿库安全设施设计5.1 初期坝稳定性验算 采用北京理正软件设计研究院理正边坡稳定分析软件，对该初期坝坝高23.0m，坝址

13、地震烈度为6地区，用园弧滑动法进行稳定计算，安全系数 为k=1.24，大于规定值k=1.05；因此，坝体结构稳定。附透水土坝稳定计算书：-附： 透水土坝稳定计算 书-计算简图控制参数: 采用规范:碾压式土石坝设计规范(SL274-2001) 计算工期:稳定渗流期 计算目标:安全系数计算 安全系数计算目标: 圆弧滑动法 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 6 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 6.000 6.000 0 2 2.000 0.000 1 超载1 距离0.010(m) 宽0.010(m) 荷载(0.00-0.00kPa) 0.00(度) 3 17.500 7.000

14、0 4 2.000 0.000 0 5 19.599 9.801 0 6 4.167 0.000 0土层信息 坡面节点数 7 编号 X(m) Y(m) 0 0.000 0.000 -1 6.000 6.000 -2 8.000 6.000 -3 25.500 13.000 -4 27.500 13.000 -5 47.099 22.801 -6 51.266 22.801 附加节点数 6 编号 X(m) Y(m) 1 14.000 0.000 2 51.266 0.000 3 51.266 -2.000 4 0.000 -2.000 5 0.000 -12.000 6 51.266 -12.0

15、00 不同土性区域数 4 区号 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩 十字板 强度增 十字板羲 强度增长系 全孔压 节点编号 (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) (kPa) 长系数 下值(kPa) 数水下值 系数 1 22.000 23.000 5.000 35.000 0.000 24.500 - - - - - (-2,-1,0,1,) 2 21.000 22.000 10.000 25.000 7.000 17.500 - - - - - (-3,-2,1,2,-6,-5,-4,) 3 21.000 22.000 10.000 2

16、5.000 7.000 17.500 - - - - - (3,4,5,6,) 4 22.000 23.000 5.000 35.000 0.000 24.500 - - - - - (4,3,2,1,0,)水面信息 采用有效应力法 孔隙水压力采用近似方法计算 不考虑渗透力作用 考虑边坡外侧静水压力 水面线段数 2 水面线起始点坐标: (0.000,0.000) 坝坡外水位: 3.000(m) 水面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 1 43.000 2.000 2 10.000 8.000计算条件 圆弧稳定分析方法: Bishop法 土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待 稳定计算

17、目标: 自动搜索最危险滑裂面 条分法的土条宽度: 2.000(m) 搜索时的圆心步长: 2.000(m) 搜索时的半径步长: 2.000(m)-计算结果:- 最不利滑动面: 滑动圆心 = (11.920,49.282)(m) 滑动半径 = 56.841(m) 滑动安全系数 = 1.242 总的下滑力 = 5891.401(kN) 总的抗滑力 = 7318.295(kN) 土体部分下滑力 = 5891.401(kN) 土体部分抗滑力 = 7318.295(kN) 筋带的抗滑力 = 0.000(kN)5.2 尾矿坝渗透稳定设计透水土坝作为尾矿初期坝的渗透稳定设计，主要是为了减少坝体和坝基的渗流量，

18、控制岸坡及坝内埋管的接触渗流量；使坝基、坝体的渗流集中到堆石褥垫的排水体内渗流；因此，透水土坝若产生渗流破坏，不会发生在其他地方，而是在透水体的周边与土坝接触处；为此，设计在堆石褥垫排水体的周边，包裹土工布和防渗布各一层，使坝体土料不会随渗透水流而流失，确保坝体渗透稳定；5.3 尾矿库安全观测设施的布置 为了掌握尾矿库在生产与后期坝堆筑过程中的工程安全技术参数，我们在安全观测设施方面，布置了下列观测设施：5.3.1 土坝变形观测桩5.3.2 坝体测压管5.3.3 坝下渗流量观测三角堰5.3.4 库内水位观测水尺5.3.5 雨量观测自记雨量记6. 尾矿库工程施工安全6.1 尾矿库工程施工资质6.

19、1.1尾矿库工程施工招标1）选择 具有尾矿库工程施工乙级资质的单位进行施工；2）选择 具有尾矿库工程施工乙级资质的监理单位进行施工监理；6.2 施工管理6.2.1 施工组织设计施工单位进场后，首先要编制施工组织设计，确定施工顺序，做好进场道路的扩宽加固；安排机械与人员进行施工导流等前期工作；制定施工计划，确定工期，安排资金，组织材料进场；6.2.2施工安全管理 1）确保工程施工质量 2) 确保工程施工安全6.2.3 做好施工工程记录6.2.4 分布工程检测验收6.3 工程竣工验收尾矿库工程竣工前，建设单位应邀请省安全监督管理局参与工程竣工验收；7. 尾矿库安全生产管理7.1 建设单位负责组建尾

20、矿库专管队伍 尾矿库是重要的工程设施，也是重大的危险源，要组织一支专管队伍，进行专业培训，方能上岗；7.2 尾矿库工程安全观测 1）坝体变形观测 2）测压管观测 3）水位观测 4） 渗流量观测 5） 雨量观测 6） 资料整理与分析7.3 尾矿库的维护管理尾矿库的维护管理工作基本任务是：尾矿坝的定时检查维修；后期坝的加高及其排水、排渗与护坡工程设施的配套；排洪工程的检查维修；观测工程的观测与维修；下游排洪渠的清淤与维修等；7.4 尾矿排放生产1）初期坝阶段首先做好尾矿排放管路的安装，然后按分散排放方法，进行尾矿排放；直到尾矿沉积滩升高，接近初期坝2.0m时，准备在尾矿沉积滩上加高后期坝为止；2）

21、后期坝加高阶段当尾矿初期坝库容接近只有调洪库容和安全库容时，需要在初期坝上游沉积滩上铺设土工布，向库内延伸50.0m，然后，在土工布上铺设砂砾层150mm, 再铺设碎毛石500mm，经压实后，开始填筑第一期堆石后期坝，高5.0m，下游坡1：2.0，上游坡1：1.5，下游坡外做排水沟，断面1.0 m0.8m ,浆砌石结构；在后期坝上布置尾矿排放管，进行尾矿排放；后期尾矿排放要严格控制干坡滩70.0m安全长度要求，确保尾矿库安全； 要搞好这些工程的检查、观测与维护，必须建立一支尾矿专管队伍，并要进行专业培训，使他们能够了解尾矿库的功能、作用与安全状况，从而承担起尾矿库安全的责任；7. 5 尾矿库险

22、情应急救援7.5.1 尾矿库应急救援队伍的组建尾矿库要组建一支应急救援队伍，在平时进行尾矿库基本知识的培训，了解尾矿库可能出现的险情，掌握不同险情的应急处置措施；7.5.2 应急救援演练1 ) 洪水漫坝救援首先，在汛期要备好材料，如编织袋，土工布，砂石料；然后，组织救援队伍，利用编织袋装砂石料，加高尾矿坝，防止洪水漫坝；2）坝体渗漏救援首先，确定渗漏位置，然后，利用土工布铺设到渗漏进口，用砂石料向土工布上填压，防止坝体出现管涌，流土破坏；8存在问题8.1 尾矿库初期坝下游煤渣厂与住户极不安全 初期坝坝下，还有一家煤渣厂，不仅影响尾矿库排洪工程的布置，而且也极不安全；尾矿库排洪或尾矿泄漏，都将威

23、胁着它的安全，万一发生特大暴雨和特大洪水，后果是严重的； 在坝下排洪渠的两侧，还有居民58户，使排洪渠走向弯弯曲曲，尾矿库泄流量受到严重影响，也对居民生命财产构成威胁； 8.2 坝下排洪渠弯曲严重 设计在施工图设计总说明中，要求业主根据地形图修建一条顺直的排洪渠，断面为2.0m1.8m，纵坡大于1，才能确保排洪安全； 附录A 附件附件A1 2005年12月19日会议纪要附件A2 宜化大堰冲尾矿库施工图设计说明书附件A3 大堰冲尾矿库透水土坝施工图变更附录B 附图附图B1 尾矿库工程平面布置图 附图B2 透水土坝主断面图 会议纪要 2005年12月19日，在磷铵指挥部二楼会议室指挥部相关部室负责

24、人和中蓝连海设计研究院三位专家就现场施工及图纸进度情况、工业装置、尾矿库等方面问题进行了交流和讨论。现会议纪要如下：1. 高效浓密机尽量考虑加一消泡槽和静态混合器。2除铁器磁场强度增加。3. 布袋除尘器、电子皮带秤招标条件3天内提出。4. 尾矿输送管近坝沿地铺设部分建议改用钢骨架复合管。（管径不变）5. 尾矿库土料要求干密度不低于1.55，粘粒含量不低于20。6. 本月月底前提供电仪PID图。12. 坝下排洪渠由我公司设计，交设计院确认。14. 建议在尾矿库左侧山坡打一隧洞至下马槽沟，当设计洪水超过百年一遇时，作为非常情况下的排洪措施（可在三年后施工），由公司提供下马槽沟1：1000地形图，设

25、计院负责设计隧洞线路和断面。 磷铵工程指挥部2005年12月19日刘小平（签字） 张作效（签字）附件A2 宜化大堰冲尾矿库施工图设计说明书宜化大堰冲尾矿库施工图设计说明书 由于大堰冲尾矿坝坝址区位于水塘坝附近,塘坝密实度较差,坝基清基时,原有塘坝应全部清除, 坝下水塘先行排水,然后再进行清淤,经验收合格后,再回填坝基土料;2.尾矿库库址的安全要求在原方案设计中,业主选用12km以外的碾盘湾尾矿库库址,由于距离选厂较远,2005年6月中旬,业主要求将库址改在大堰冲沟,坝址距离其工业园区仅300m左右,根据尾矿库安全技术规程第5.2.1条要求,该库址不宜建在工矿企业的上游;为此,我们曾建议采用堆石

26、坝作为初期坝,同时,要疏通坝下排洪渠道,确保安全排洪; 后来业主又建议将堆石坝改为透水土坝,为此,我们希望业主对该工程的安全予以极大的关注;2.1尾矿库工程施工应选择具有尾矿库工程施工相应资质的单位进行;2.2尾矿库工程施工监理,应选择具有尾矿库工程施工监理相应资质的单位进行;2.3施工单位和监理单位,应严格按尾矿库工程施工图进行施工与监理,不得随意改变坝轴位置,初期坝断面尺寸;排洪工程线路,结构形式,断面尺寸;3.尾矿库工程施工,应按照尾矿设施施工及验收规程有关要求进行;4.尾矿坝筑坝土料技术要求:4.1根据该尾矿库岩土工程详细勘察报告和土料场试验说明,初期坝的筑坝土料,应选择取土地点为善溪

27、窑料场土料;38山料场土料不得上坝;4.2碾压试验筑坝土料经15t振动碾碾压后,干重度应达到1.55t/m3,控制含水量25%-20%;碾压遍数,铺土厚度,相应含水量,在确保筑坝干重度1.55t/m3的条件下,均需通过碾压试验来确定;5.透水土坝堆石褥垫体和坝下棱体的石料,应为无风化的非片岩或页岩的岩石块体,块度50-150mm;6.排洪工程中的浆砌石,为M10水泥砂浆砌片石结构;岩石质量要求不风化,块度200-300mm;7.排洪工程中的钢筋混凝土工程,混凝土标号为C30,钢筋为级,直径12mm以下为级; 斜槽、暗涵和陡槽等工程线路长度超过10.0m的,均需设沉降缝,分缝长度6.0m,缝宽3

28、0mm,用2度沥青松木板填缝;8.由于初期坝下游缺少1/1000地形图,消力池出口后,排洪渠走向,长度均难以确定;因此,要求业主根据实际地形条件,选择排洪渠线路,其断面为2.0m1.8m, 纵坡 i 1%,以确保排洪安全;9.尾矿库工程竣工验收,需经宜昌市安全生产监督管理局参与督察,由业主组织设计单位、施工单位、监理单位共同组成的验收领导小组进行分项、分部工程验收,当发现工程施工质量存在较大安全隐患时,需限期整改后再行验收;只有工程技术指标符合施工图要求,工程质量满足安全规定,才能予以验收.附件A3 大堰冲尾矿库透水土坝施工图变更大堰冲尾矿库透水土坝施工图变更1变更的起因:1.1选厂试生产工期

29、的需要由于宜化大江选厂已经建成,设备正在安装,预计在2006年8月1日进行试生产;而作为选厂排放尾矿的尾矿坝工程,才刚刚开工,又要在已经到来的汛期中施工,因此, 工期严重不足,为提高筑坝效率,只有放弃8km以外的善溪窑粘性土料,而改用尾矿库库区含卵石的粉砂质土料填筑土坝,以提高工程进度,确保选厂试生产工期的需要;1.2现场碾压试验证明,改变坝型结构,库区土料可以用来筑坝原施工图中的尾矿坝,是按坝基铺设贯通式褥垫排水体的均质土坝进行设计的,筑坝土料来自善溪窑料场,距坝址8.0km,其含水量在25%左右, 含粘量在40%以上,击实干容重在1.6 t/m3,是理想的均质土坝的筑坝土料;但是,由于运输距离远,建设费用高,工期长,不能满足工程进度的要求;为此,业主要求尽量利用库区含卵石的粉砂质土料填筑土坝,并经现场碾压试验证明: 库区含卵石的粉砂质土料,其含水量在3040%,卵石含量在1525%左右;当均匀掺拌6%左右生石灰,铺土400