工程地质第7章

1、第六章 尾矿坝工程 绪1 矿山风景 绪2 尾矿库溃坝事故案例 1 尾矿与尾矿坝 2 尾矿坝事故类型 3 尾矿坝稳定性分析返回山西山西“”特别重大尾矿库溃坝事故特别重大尾矿库溃坝事故 发生事故的尾矿库隶属山西省临汾市襄汾县新塔发生事故的尾矿库隶属山西省临汾市襄汾县新塔矿业有限公司塔儿山铁矿，位于襄汾县陶寺乡。该矿业有限公司塔儿山铁矿，位于襄汾县陶寺乡。该尾矿库总库容约万立方米，坝高约米。尾矿库总库容约万立方米，坝高约米。2008年月日时许，该尾矿库发生溃坝事故，年月日时许，该尾矿库发生溃坝事故，尾砂流失量约万立方米，沿途带出大量泥沙，尾砂流失量约万立方米，沿途带出大量泥沙，流经长度达公里，最大扇

2、面宽度约米，过流经长度达公里，最大扇面宽度约米，过泥面积泥面积.公顷。截至月日时，已经公顷。截至月日时，已经确认人死亡，人受伤。确认人死亡，人受伤。9月8日，消防官兵正在被泥石流所埋的房屋里寻找幸存者。 经初步调查，导致发生事故的主要原因是，企业违经初步调查，导致发生事故的主要原因是，企业违法违规生产和建库，隐患排查治理走过场，安全整法违规生产和建库，隐患排查治理走过场，安全整改指令不落实，当地政府及有关部门监督管理不得改指令不落实，当地政府及有关部门监督管理不得力。力。 经党中央、国务院批准，同意接受孟学农同志引咎经党中央、国务院批准，同意接受孟学农同志引咎辞去山西省省长职务的请求，同意免去

3、张建民同志辞去山西省省长职务的请求，同意免去张建民同志的山西省副省长职务。对此次事故涉及的其他责任的山西省副省长职务。对此次事故涉及的其他责任人员，由山西省委、省政府提出处理意见；涉嫌犯人员，由山西省委、省政府提出处理意见；涉嫌犯罪的，移送司法机关依法追究刑事责任。罪的，移送司法机关依法追究刑事责任。返回1 尾矿与尾矿坝一、尾矿与尾矿坝概念二、尾矿坝的组成三、尾矿坝的堆积特征四、尾矿堆坝过程及特征返回一、尾矿与尾矿坝概念 尾矿是矿山选矿生产中通过对矿石的破碎、磨细、分选，使有用矿物提取之后剩余的排弃物，其成分为岩石的细小颗粒; 尾矿土是尾矿以矿浆的形态通过管道输送自然沉积形成的人工土; 尾矿库

4、为储存尾矿的构筑物，其初期用当地土石料建筑的坝体与后期用尾矿材料形成的坝体统称尾矿坝。返回返回二、尾矿坝的组成 尾矿坝由两部分组成 1、在原地形上建造的土石坝，用于拦截最初几年堆放的尾矿，故称初期坝，亦称基本坝; 2、由于尾矿本身也可用作筑坝材料，故在初期坝坝顶以上，逐年用尾矿堆积成阶梯状的子坝，称为尾矿堆坝。返回返回初 期 坝 初期坝的位置应选择在坝轴线短，土石方工程量少，坝基处理简单，两岸山坡稳定的地段。初期坝的高度与坝型，应考虑最终堆坝高度的安全度，根据渗流规划设计确定。 一般初期坝高度不应少于最终堆坝高度的三分之一。当尾矿颗粒很细，经试验证明不能用于堆坝时，整个坝体应全用土、石筑成。为

5、了延缓投资，也可分期修筑。当最终堆坝高度为 100m或更高时，初期坝宜采用堆石坝或能控制渗流的土石混合坝，不宜采用均质土坝。当地形、地质处于下列有利条件时，可用定向爆破方法修筑初期坝：河谷较窄，岸坡陡峻，坡角达45以上；爆破岸山体有一定高度和厚度，岩性较为均匀，岩石露头好，覆盖层薄，岩石性质适于筑坝;地质构造简单。返回返回三、尾矿坝的堆积特征 尾矿坝是由采出的矿石经选矿厂选出有价值的精矿后，产生的“废渣”在水力分选后按一定坡角沉积而成的散体结构。尾矿坝的坝高一般都较高，多在40m以上，有些高达100-200m，甚至更高。和土坝相比，尾矿坝只有一面临空，另一面是堆积的尾矿。随坝坡的不断加高，尾矿

6、坝的体积是逐渐增大的。按坝顶轴线和初期母坝的相对位置，尾矿坝的堆积方法有上游法、中心线法、下游法、高浓度尾矿堆积法和水库式尾矿堆积法(尾矿库拦水坝)5种主要形式。其中，上游式堆坝法由于工艺简单、便于管理、经济合理而被合理广泛采用，我国85%以上的尾矿库采用上游法筑坝工艺。返回返回上游式堆坝法 这是我国目前普遍采用的方法，据统计，我国有色金属矿山尾矿的80%是采用该法筑坝 (图）。该法筑坝工艺简单，一般在沉积干滩面上，取库区内粗尾矿砂堆筑高度为13m的子坝，将放矿支管分散放置在子坝上进行分散放矿，待库内充填尾砂与子坝面平齐时，再在新形成的尾矿干滩面上，按设计堆坝外坡向内移一定的距离再筑子坝。然后

7、，再将放矿管移至新的子坝上继续放矿，如此循环，一层一层往上堆筑。如果遇见尾矿粒度较细时，可采用水力漩流器进行分级堆坝，或用池填法、渠槽法等方法筑坝。 上游式尾矿堆积坝的稳定性，取决于沉积干滩面的颗粒组成及固结度。干滩面坡度由矿浆流量、浓度、尾矿粒度、库内水位等诸多因素决定。坡度与距离的关系一般呈指数分布规律。矿浆流量大、浓度低、尾矿粒径粗、库内水位低(干滩面长)，则干滩面坡度就陡。反之，干滩坡面坡度就缓。返回返回 上游式堆坝法的不足是容易形成复杂的、混合的坝体结构，致使坝体内的浸润线抬高或从坝面逸出，从而引起坝体产生渗透破坏或滑坡、滑塌。尤其是在地震时容易引起液化，降低坝体的稳定性。返回返回下

8、游式堆坝法尾矿堆积坝在初期下游方向移动和升高，而不是坐落在松软细粒的尾砂沉积物上，基础较好，尾矿排放堆积易于控制。采用水力漩流器分出浓度高的粗粒尾矿堆坝，粗颗粒(d0.074.m)含量不宜小于70%，否则应进行筑坝试验。坝体可分层碾压，根据需要设置排渗，渗流控制比较容易，可将饱和尾矿区限制在一定的范围，坝体稳定性较好，容易满足抗震和其他要求。我国仅有峨口铁矿第二尾矿库属此种坝型。返回返回中线式堆坝设计地震烈度为8一9度的地区，宜采用下游式和中线式堆坝法。返回返回高浓度尾矿堆积法(圆锥法) 近年来，国外兴起了一种浓缩尾矿的堆积方法。与传统方法不同，此方法将尾矿浆浓缩到50%以上的浓度，由砂泵输送

9、到尾矿堆积场的某一部位排放。由于高浓度尾矿成浆状膏状，分级作用较差，在排放口可以形成锥形堆积体，堆积体的坡度由矿浆的性质所决定。如加拿大一些矿山采用该法沉积体坡度为6%左右，实际上形成的尾矿堆场像干渣堆场一样。为了排放尾矿，需要修筑一些坡道，随着堆积体的增高，逐步抬高坡度。为了收集尾矿的离析水以及携带的少量细粒矿泥，在堆积区下游一定部位应建立尾矿水沉积池，沉积后的澄清水可以回收利用。为了防止雨水冲刷及砂土流失，应设周边堤和排水沟。这种堆存方式适用于在较大面积的平地或丘陵地区采用。 高浓度堆坝法在我国尚处于研究阶段。目前，应用这种方法的困难在于矿浆浓缩和高浓度矿浆的输送，在技术经济上尚需要做出进

10、一步研究。返回返回水库式尾矿堆积法(尾矿挡水坝)该法不用尾矿堆坝，而是用其他材料像修水库那样修建大坝。这种尾矿库和一般蓄水的水库工作条件基本相同，但坝前水位升降变化幅度较小，尾矿堆积是逐步推进的。水库式尾矿库库容一般都比较小，但基建投资较高。拦挡坝多采用当地土石料或废石建造。当尾矿粒度过细，不宜用尾矿堆坝或其他特殊原因时才采用该方法。放矿位置在坝前不经济或困难大，必须在坝后放矿;矿浆水对环境危害很大，不容许泄漏。水库式尾矿库的拦挡坝称为尾矿库拦水坝，设计时应按水库坝的要求进行。返回返回四、尾矿堆坝过程及特征 尾矿坝的形成过程是首先建立初期坝，尾矿填满后再利用尾矿土按设计的子坝高度及坝坡比筑子坝

11、，一般尾矿坝堆积速度为约35米/年，在逐渐升高的过程中，库内水位和坝体内的浸润线也逐渐抬高，尾矿的力学特性也是不断变化的。由于尾矿是由矿浆自然流动分选沉积形成的，因而粗粒土沉积在坝前，在坝体土结构分布上呈现上粗下细、坝前粗库内细的特点。另外由于放矿周期的变化，使尾矿呈层状分布的特点。从上可见，尾矿的类型和分布与尾矿原成分有关，与输尾矿的类型和分布与尾矿原成分有关，与输送的矿浆浓度、流量有关送的矿浆浓度、流量有关。而且在坝体中饱和土与非坝体中饱和土与非饱和土、正常固结土与欠固结土同时存在，土的力学饱和土、正常固结土与欠固结土同时存在，土的力学特性随着时间和工程地质条件的变化而变化特性随着时间和工

12、程地质条件的变化而变化。尾矿堆积主要由尾中砂、尾细砂、尾粉砂、尾亚砂、尾轻亚粘和尾重亚粘等构成。返回返回2 尾矿坝事故类型 尾矿坝发生事故，大体上分为三种类型: 1.由于大雨，溢洪道发生故障或设计泄洪量不够等原因，导致坝顶漫溢（举例）。 2.坝体、坝基或坝肩，由于水力坡降，发生细粒尾矿的侵蚀、渗漏等，引起溃堤（举例） 。 3.由于地震，使坝基和坝体内松散的饱和粉细砂或粉土中产生过大的孔隙水压力，致使局部甚至整体产生液化，进而导致溃坝或严重沉陷和变形（举例） 。返回尾矿坝事故类型一 例如我国东坡有色金属矿尾矿坝，因遇暴雨，洪水量超过了溢洪道的过水能力，洪水漫顶而溃堤。淹没了大片农田，毁坏了下游的

13、居民区，46人死亡。 又如山西塔尔山铁矿尾矿库，为回收尾矿澄清水而提高库内水位，导致水位上升过高，造成漫顶而溃堤。返回返回尾矿坝事故类型二 例如江西某矿一号坝，于 1973年堆积至51m高时，浸润线在坝面出露，于6月29日突然在外坡出现大面积沉陷和直径为0.2m的管涌，导致局部滑塌;30分钟内，坝顶出现8m宽的缺口，坝体迅猛滑塌下去，大量尾矿外泄。幸好在下游还有二号坝，未造成严重灾难。 又如南芬老尾矿坝在生产中曾发生坝端集中渗漏造成缺口，库内尾矿浆和尾矿水流出达4万m，严重污染了庙儿沟河道。返回返回尾矿坝事故类型三 例如，智利1928年12月15日地震，使63m高的巴拉哈拿坝坝体液化而滑动，流

14、失尾矿400万m3，54人死亡。 又如1965年3月28日智利中部发生77.25级(里氏级)地震，使该地区11个尾矿坝中的10个遭到严重破坏。返回返回3 尾矿坝稳定性分析一、坝坡抗滑稳定性目前，尾矿坝的坝坡抗滑稳定性分析方法主要是圆弧法圆弧法(相关规定）。 1、圆弧法简介 2、受力分析 3、K值计算二、渗透稳定性分析 1、有关概念 2、稳定性系数尾矿坝稳定性分析方法 根据选矿厂尾矿设施设计规范 (ZBJI-90) 第 3.4.1条规定：尾矿初期坝与堆积坝坝坡的抗滑稳定性应根据坝体材料及坝基土的物理力学性质，考虑各种荷载组合，经计算确定；计算方法宜采用圆弧法。返回圆弧法简介 圆弧法早在1916年

15、由瑞典人Pert-tson首先提出.由FeBemus和Taylorls等人不断改进，逐渐完善成为现在通称的所谓简单条分法或瑞典圆弧法。它是基于平面应变假定，视滑面为一个圆弧面，分析时通常将滑体分成许多竖条，以条为基础进行力的分析，各条之间的力大小相等，其方向平行于滑面，以整个滑面的稳定力矩与滑动力矩之比作为安全系数。返回受力分析 稳定安全系数K：取lm长砂堤，将坍塌体分成许多小砂条，使坍塌体滑动力为尾矿砂自重和渗透压力;抵抗其滑动的力为滑动面上的矿砂摩擦力和凝聚力，取这些力对滑动圆心的抵抗力矩（MR）和滑动力矩（Ms)之比，即为稳定安全系数K。返回K值计算 用刚体平衡法可得: 砂条自重引起的切

16、向力所产生的滑动力矩(对滑动圆心)为:砂条底部抗剪强度产生的抗滑力矩为:由瑞典圆弧法得到坝体安全稳定系数计算公式如下:K-为安全系数，无量纲; ci-为尾矿凝聚力，单位为:t/m3 ; li-为滑动砂条块下面滑动条弧长，单位m;1-砂块湿重度，单位t/m3; 2-砂块浮重度，单位t/m3; 3-砂块饱和重度，单位t/m3;Hi1-为浸润线以上至坡面或坡顶得高度，单位m;hi2-为浸润线以下至滑弧下边线得高度，单位m;bi-为滑块砂条宽度，单位m;ai-为滑块中点处圆弧线法与中垂线得夹角，单位为度;-为土壤摩擦角，单位为度。返回渗透稳定性分析有关概念 渗流：尾矿水在坝体、坝肩和坝基土中受重力作用总是由高处向低处渗透流动。 浸润线：在库水位一定时，坝体横剖面上稳定渗流的自由水面线(或渗流顶面线) 。 渗透坡降：由于渗流受到土粒的阻力，浸润线就产生水力坡降，称为渗透坡降，以IS表示。渗透坡降越大，对土粒的压力就越大。