某尾矿库治理设计

1、前 言XXXX尾矿库位于XX选矿厂东北，初期库由YY于1985年设计，1988年投产使用。当尾矿库堆积到设计标高后，根据生产需要，矿方结合原设计参数于1990年、1995年、2001年和20042006年对坝体进行多次加固和加高，根据矿方提供的资料，尾矿库运行期间，尾矿库没出现垮塌事故。XX尾矿库分为尾矿库区和精矿库区，目前尾矿库区已停止使用，库区无水。尾矿库区已存放了约63.24万m3，最高堆积标高达到2521.6m，总坝高为23.8m，超出原设计标高13.2m，根据相关规范，该库为五等库，东、南、西、西南和北坝外坡比在1:1.61:2.1之间，坝坡坡角较陡，给矿山生产带来了安全隐患，为贯彻

2、执行尾矿库安全技术规程等尾矿库相关的法律、法规和规程，消除安全隐患，云南驰宏锌锗股份有限公司委托马鞍山矿山研究院工程勘察设计研究院对尾矿库进行综合治理设计。由于目前该尾矿库尾矿区已经停用，尾矿库已经进入后期管理阶段，因此本综合治理设计仅对已有的尾矿库进行安全稳定性较核，对不合规范、存在安全隐患的地方进行治理设计，以达到尾矿库安全堆存的目的。1 概 述1.1 尾矿库简介 尾矿库历史初期库由YY于1985年设计，1988年投产使用。该尾矿库属于沟谷形尾矿库，先期尾矿库主要由三个坝体和四周的小山围成，其中1#坝（现称北坝）为均质土坝，2#坝（现称中隔坝）为池填法堆积坝，主坝（南坝）为上游法尾砂堆积坝

3、，三个坝体最终坝顶标高分别为2505.5m、2512.5m和2508.4m，2#坝体将尾矿库分为南北两部分，南边为尾矿库，北边为精矿库。粘土坝内外坡比为1:2，尾矿堆积坝外坡比为1:4。设计库容为48万m3（其中尾矿库库容约22万m3）、主坝坝高9m，库等级为5级，1.1.2 尾矿库现状1.1.3 存在的问题尾矿库安全监督管理规定（国家安全监督管理总局第6号令）的规定，所有新建、扩建的尾矿库均应由有设计资质单位设计，因此需要对1.2 设计依据与原则1.2.1 设计依据（1）选矿厂尾矿设施设计规范（ZBJI-90）；（2）尾矿库安全监督管理规定（国家安全监督管理总局第6号令）；（3）尾矿库安全技

4、术规程（AQ2006-2005）；（4）水工建筑物抗震设计规范（DL5073-2000）；（5）尾矿库设施施工及验收规程（YS5418-1995）；（6）选矿安全规程（执行）；（7）中华人民共和国水土保持法（1991年6月29日）；（8）污水综合排放标准（GB8978-1996）；（9）建设项目环境保护管理条例（国务院253号令）。（10）碾压土石坝设计规范（SL274-2001）；（11）砌体结构设计规范（GB50003-2001）；（12）冶金工业安全卫生设计规定(冶生（1996）204号)；（13）混凝土结构设计规程（GB50010）； （14）建设项目环境保护设计规定(（87）国环字第

5、002号)；（15）金属非金属矿山安全规程(GB 16423-2006)。1.2.2设计基础资料 （1） XXXX尾矿库治理岩土工程详细勘察报告书(中国有色金属工业昆明勘察设计研究院 2007.4)（2） 会泽七O厂铅锌硫化矿尾矿设施施工图阶段工程地质勘察报告（昆明有色冶金设计研究院 1985.3）（3） 会泽七O厂铅锌硫化矿尾矿设施尾矿库部分设计资料 （昆明有色冶金设计研究院 1985.6）（4）会泽铅锌矿七O厂选矿厂场地工程地质勘察说明书（西南有色地质勘察公司313队 1985.4）（5）云南省径流查算实用手册（92年版）（6）XXXX尾矿库整改设计委托书及合同（7） 马鞍山矿山研究院其它

6、有关尾矿库方面的设计成果；（8） 尾矿历史上加高的部分资料及其他相关资料。1.2.3 设计指导原则按国家尾矿库相关设计规范、规程和管理文件，尾矿库在使用到设计的1/31/2时应进行中期稳定性评价，闭库时应进行闭库设计和安全评价，因此本次会泽采选厂尾矿库治理设计是在YY设计和本次勘察的基础上，结合尾矿库现状进行的补充治理设计，本次设计指导原则是认真贯彻执行选矿厂尾矿设施设计规范、尾矿库安全监督管理规定、尾矿库安全技术规程等法律法规，遵照国家和行业的有关规程、规范，严格执行GB/T1900-ISO9001：2000质量管理标准，认真贯彻马鞍山矿山研究院的质量体系文件的基础上精心设计的，设计中坚持质

7、量第一，尽量利用现有的工程，使设计方案达到技术先进、安全可靠、建设周期短、成本低、经济效益好的目的。本次设计原则是： （1）安全可靠原则：针对会泽采选厂尾矿库已经形成，设计时在现存尾矿库的基础上，通过对尾矿库调洪库容和排洪设施的验证，对不符合规范要求的地方，采取工程措施，使尾矿库在运营过程中安全可靠，保障企业可持续发展；（2）经济合理原则：设计中尽量利用已有的尾矿库工程，在安全的前提下，尽量减少新增工程； （3）多方兼顾原则：目前矿山开采已经采用了尾砂高水充填技术，同时尾砂中还含有可回收利用的有价矿物，因此在治理措施设计中，分析了开采尾砂（另外单项设计），降低尾矿坝的治理措施的可行性； （4）

8、建设周期最短原则：会泽采选厂尾矿库接近闭库，为了企业的持续稳定地发展，本设计治理设计尽量选用工艺成熟、便于施工、操作方便、工艺简单，建设周期最短的措施；（5）后期管理方便、维护费用低的原则。综上，本次会泽采选厂尾矿库治理工程设计以安全、经济、合理为原则，采用国内外已有成熟的技术、工艺，充分利用现在的工程条件，使尾矿库在满足国家及行业相应规范及规程的尾矿库的条件下，安全运行。2 工程地质和水文地质条件2.1 库区地质条件地形地貌条件云南驰宏锌锗股份有限公司会泽矿库区选厂尾矿库位于云南省会泽县矿山镇，距会泽县者海镇约13公里，XX采选厂的东北面。尾矿库地处云贵高原乌蒙山脉中段，牛栏江西岸山坡坡地，

9、地形起伏复杂，属中高山坡地形，山脉呈北东走向，地貌上属中高山构造剥蚀溶蚀类型。库区地形其东、西部为山坡，山顶高程为2537.602541.60m，南部为缓坡，地面高程为2501.982504.49m，北坝的北部为呈北西向的冲沟，谷底高程为2495.50m；现尾矿库尾砂已基本填满，地面高程为2517.192521.59m。气象与水文库区属亚热带高原型季风气候，雨量充沛，气候良好。历年平均气温12.7，最高气温33.80，最低气温9.0。矿区年平均降雨量858.40mm，年最大降雨量1156.80mm，最小降雨量562.90mm。每年11月至次年4月为干季，5月至10月为雨季，雨季降水量占全年的8

10、7.70，是地表水和地下水补给旺盛时间。年平均有霜日36天，最大积雪深度24cm。年平均相对湿度71，最热月平均湿度81.0。库区主要水系为牛栏江水系，位于矿区东侧，由南向北至小牛栏江汇入金沙江，全长350Km，河床宽200300m，江面宽30150m。据黄梨树水文站资料，矿区附近最大流量为829.00m3s，最小流量11.50m3/s，洪、枯水位差5.29m，多年平均流量112.03m3/s，库区东距牛栏江水平距离约2.75Km。该地区侵蚀基准面为牛栏江，标高为1561.00m，场地距侵蚀基准面高差9231031m；库区汇水面积约为0.13m2。库区基底地质条件2.1.3.1区域地质构造库区

11、位于滇东北褶断束南东部的东川镇雄构造带中北东向金牛厂矿山厂背斜北东端的南东翼。库区主要构造为麒麟厂逆断层和东头逆断层，麒麟厂逆断层纵贯全区，全长32KM，是矿区的主干断裂，走向N2030E，倾向SE，倾角4673，呈舒缓波状，属区内导矿构造。东头逆断层也是矿区的主干断裂，区内长约15KM，走向N510E，断层面倾向E，倾角大于75。次级的NW向断裂组走向1070W，倾向SW，倾角5080，为矿区配矿构造，矿山厂、麒麟厂、银厂坡三个断层组成三重叠瓦状构造，分别控制矿山厂、麒麟厂和银厂坡三个矿床。2.1.3.2地层库区地层主要有第四系土层、泥盆系泥质粉砂岩、二叠系下统白云质灰岩。现根据勘察结果及所

12、搜集的XX选厂的地质资料将区内岩性构成由新至老叙述如下： 第四系人工堆积（Qml）人工填土：主要由褐、褐黄、褐色粘性土混2045块石、碎石、角砾及尾砂等组成，结构松散中密，湿，层厚1.3017.80m，为坝体土。 第四系坡、残积（Qdl+el）粉质粘土：褐、黑褐、褐黄、褐红色，软塑可塑状态，局部呈硬塑状态，很湿湿，含1020碎石及角砾。无摇振反应，光泽弱，干强度及韧性中等。在部分钻孔中该层顶部见植物根茎。揭露层厚1.0015.70m，整个库区内均有分布。 泥盆系（D）泥质粉砂岩：褐黄、褐红色，粉砂质结构，中厚层状构造，节理裂隙发育，强风化，岩芯呈砂状。揭露层厚0.705.00m，主要分布于北部

13、小坝一带。岩层产状16033。 二迭系下统栖霞茅口组（P1）白云质灰岩1：灰白色，致密结构，中厚层状构造，节理裂隙发育，强风化，岩芯呈砂土状及碎块状。层厚0.70m，仅见于钻孔WZK32中。白云质灰岩：灰白，深灰色，致密结构，中厚层状构造，节理裂隙发育，中等风化，岩芯呈碎块状、短柱状及柱状，岩质坚硬。揭露层厚1.006.00m，见于南坝区域。总的看来，场区内地质条件较为简单，滑坡、泥石流等不良地质现象不发育。2.2 堆积尾矿的沉积规律尾矿库于1988年投产使用，采用管道运输法进行放矿，主管设在主坝顶上，设置几条分散放矿管，分散管为柔性胶管，可在一定范围内摆动，尾矿液由南向北输送，再由人工控制开

14、启分管进行放尾矿，总体上尾矿排放一般先放南侧，后逐渐移向北侧。堆积尾矿沉积规律受尾矿性质、粒度、矿浆浓度和排放形式控制。勘察中发现沉积尾矿宏观上具有上粗下细、坝前粗库尾细的特征，在微观上沉积尾矿中普遍分布粗细相间的夹层、互层、交错层等现象，总体上尾矿在结构上表现为不均一性和各向异性。根据勘察资料，在尾矿坝中界面，从南到北，d50由0.116mm渐变到0.026mm。由勘察资料可以看出：从放矿口至库内，d50粒径由大变小，局部粒径有所变化，但总体上具有由大变小的规律。随距离的增加由尾粉砂向尾粉土过渡。从曲线上看粒径的突变与矿液流速的快慢有一定的关系。由于排放尾矿在排放口至库内一定范围内存在迭瓦状

15、沉积形式，局部出现粉砂、粉土互层现象；另从曲线图上看出粗粒土与细粒土分选相对明显。根据勘察结果，按照岩土工程勘察规范（GB500212001）标准，尾矿组成主要分为尾粉砂、尾粉土两类：a. 尾粉砂：灰黄、灰褐色，稍密中密，湿稍湿，间夹薄层尾中细砂、尾粉土；该层随深度增加，密实度逐渐增大，向库内延伸则密实度逐渐减小；在地下水位线上下呈松散状态。b. 尾粉土：灰褐，稍密中密，湿饱和，夹薄层尾粉质粘土、淤泥质粉质粘土，一般分布于库底，往库内延伸，厚度逐渐增大。2.3 堆积尾矿的水文地质条件2.3.1含水层及地下水位特征由于尾矿的排放采用多管不定点排放，造成坝体堆积物各层之间呈交错层理，各向连续性差，

16、从而造成地下水水力联系差，而且由于薄夹层，互层的影响，含水层与隔水层界线不明显。根据勘察期间观测结果，坝顶位置浸润线埋深2.7015.70m，坝外坡距坝顶3040m处埋深5.205.60，坝顶距库水边缘约240m；位于沉积滩上的钻孔，由于放矿影响，浸润线位置变化较大，地下详细水位见地质报告或稳定性分析剖面图。根据钻孔观测及室内渗透试验综合判定，堆积尾矿主要含水层为尾粉砂和尾粉土，尾粉砂渗透性偏大，而尾粉土渗透性较小，且随着埋深的增加孔隙比减小而减小。根据钻孔揭露地下水位（浸润线）在初期坝埋藏较深，随着向库区延伸，地下水位（浸润线）埋藏又逐渐变浅。随着堆积坝的逐渐增高，堆积坝内浸润线将会有所抬升

17、，但从坝体颗粒组成及渗透条件分析，抬升幅度不会很大。根据调查，堆积体坝外坡无渗漏点，表明坝基的排泄条件良好。 尾矿库水化学性质尾矿浆从坝顶向库尾流动的过程中，绝大部分尾矿水流入库尾形成库水，由排水管排出库区，部分浸入滩面尾矿体中或经滩面蒸发掉。根据钻孔中所取水样进行尾矿水化学分析，PH值为12.04，尾矿库尾矿水属碱性水。2.4 岩土的物理力学性质 库基础岩土物理力学性质根据地质勘察报告，尾矿库的库基础岩土层主要有粉质粘土、泥质粉砂岩和白云质灰岩，依据本次勘察报告建议值和相同地区经验类比，地基岩土物理力学指标建议值见表2-1。表2-1 地基土的主要物理力学指标岩土名称天然重度（KN/m3）承载

18、力特征值fak（KPa）压缩模量Es（MPa）粘聚力c（KPa）内摩擦角（）渗透系数k10-7cm/s备 注粉质粘土19.0180525（30）8（12）9.76*为饱和快剪指标，括号内为固结块剪指标，*参考值泥质粉砂岩20.0220/70*16.2*为经验推荐值白云质灰岩120.0220/45*22.8*为经验推荐值白云质灰岩22.01200/100*39*为经验推荐值 尾砂及粘土坝的物理力学性质（1） 粒级组成 根据颗分试验结果，将各类尾矿的颗粒组成统计见表2-2。 （2）尾砂的物理力学性质总体上来说，尾矿的容重较大，密度随粒度变细而减小，湿密度与含水量有关，水位以上较小；尾粉砂孔隙比较小

19、，尾粉土的孔隙比随尾矿颗粒的表2-2 颗粒分析成果统计表土类名称统计参数粒级（mm）（）d10（mm）d30（mm）d50（mm）CuCc备 注20.050.050.0050.005尾粉砂1组 数3333333132322323最大值137.837.2140.0670.1320.2197.42.4不匀土，级配良好最小值36.62.710.0100.0230.0012.60.6匀土，级配不良平均值83.412.840.0380.0750.1244.71.0匀土，级配不良尾粉土2组 数2424241422241111最大值110.498.1420.0500.0620.0941384.8不匀土，级配

20、良好最小值4.39.30.50.0050.0030.0073.11.0匀土，级配不良平均值53.437.4120.0180.0350.0517.82.6不匀土，级配良好变细而逐渐增大；尾粉砂垂直渗透系数kv与水平渗透系数kh相近，但存在差异，表现为：在纯尾粉砂中，kVkh；而在具有薄夹层的尾粉砂中，kVkh。这反应了尾矿渗透性呈各向异性的特点；尾粉砂的粘聚力值较尾粉土的值小，尾粉砂的内摩擦角值较尾粉土值大；根据固结试验，尾粉砂及尾粉土均属中等压缩性土。根据勘察报告建议值尾砂的主要物理力学性质见表2-3。表2-3 尾矿及坝体土的主要物理力学指标土的名称重度（KN/m3）孔隙比e抗剪强度K（10-

21、4cm/s）备注总应力有效应力垂直水平天然干重c(KPa)（）c(KPa)（）KvKh人工填土18.0/3082013（0.00843）（0.00843）括号值为参考值尾粉砂119.217.10.6252415304.21.7尾粉土219.017.00.7402115241.00.62.5 尾砂的地震液化特性场地地震烈度按建筑抗震设计规范（GB50011-2001）附录A和中国地震动参数区划图（GB183062001）场地抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20 g，场地的卓越振动周期为0.3471s。 尾砂现场试验结果为测试尾砂动力特性，勘察时进行了现场静力触探试验、钻孔波速测试试

22、验和标准贯入试验，其实验结果分别见表2-4、表2-5和表2-6。表2-4 静力触探试验成果统计表土类各称锥尖阻力厚度加权平均值qc(MPa)侧摩阻力厚度加权平均值fs(KPa)尾粉砂15.69134.8尾粉土22.99532.2表2-5 钻孔波速测试成果表土类各称动剪切模量 Gd(MPa)动弹性模量Ed(KPa)动泊松比Ud尾粉砂1232.482.10.415尾粉土2226.080.10.41表2-6 标准贯入试验成果统计表土的名称范围值平均值频 数标准差变异系数统计修正系数rs尾粉砂151911.4432.8870.2540.93尾粉土22135.8343.1500.5390.84 场地地震

23、液化评价根据尾砂现场试验、尾矿库内尾矿分布、地下水埋深及所测指标，地质报告对勘察期间尾矿砂的液化进行了初步判别，结果表明：虽然静力触探、剪切波速、标准贯入试验三种原位测试成果对饱和土的液化判别结果有差异，但总体上，15m深度范围内饱和土在8度地震条件下液化，1520m深度范围内不液化。另外，南坝坝前部位尾矿的液化指数为0.01.96，属不液化轻微液化等级；库内尾矿的液化指数为19.59108.35，属严重液化等级。这是由于堆积坝部位的地下水位（浸润线）埋藏较深，尾砂较为密实，且处于非饱和状态，所以在堆积坝部位尾矿处于不液化至轻微液化状态。库内尾矿由于地下水位（浸润线）埋藏较浅，密实度较低，且处

24、于饱和状态，所以在库内尾矿处于严重液化状态，因此在坝前水位较低时，地震不会对南坝造成液化破坏。在中隔坝和北坝，由于尾矿坝几乎由粘土组成，且渗透系数很小，因此尾矿坝不会存在地震液化破坏问题。3 排洪系统3.1 尾矿库库容本次设计时没收集到原始设计说明书，尾矿库库容按原始地形和尾矿库现状图进行测算，测算结果见表3-1和表3-2。表3-1 尾矿库库容计算表标高(m)面积(m2)平均面积(m2)库容(m3)总库容(m3)有效库容(m3)备注0.0 0.0 0.0 0.0 522.8 379.5 747.4 948.1 1720.0 2028.4 4201.4 4611.3 8032.6 10024.3

25、 10147.4 18186.8 11489.9 27917.3 18130.5 93997.8 24122.3 188746.3 27770.4 305408.6 31262.7 480634.4 表3-2 精矿库库容计算表标高(m)面积(m2)平均面积(m2)库容(m3)总库容(m3)有效库容(m3)备注0.0 0.0 0.0 0.0 8321.2 6660.8 9301.1 14586.8 10601.9 23536.7 17482.6 86084.9 23313.7 177562.5 29380.9 236712.5 3.2 防洪标准根据设计和现状，到目前为止，尾矿库堆到2521.6m

26、标高，主坝高23.8m，整个库总容为67.5万m3，为级尾矿库，按选矿厂尾矿设施设计规范（ZBJI-90）的尾矿库防洪标准（见表3-3），该尾矿库的洪水重现期标准为初期20-30年一遇，中、后期50-100年一遇，由于该尾矿库已经停止排放，本次调洪验算时按100年一遇洪水计算。表3-3 尾矿库防洪标准 3.3 暴雨计算根据云南省暴雨径流查算实用手册云南省水利水电厅，1992年12月适当调整可得：年最大点雨量均值24=65mm；年最大24小时点雨量变异系数 CV24=0.40；年最大1小时点雨量均值1=32mm；年最大1小时点雨量变异系数 CV1=0.30；偏差系数CS=3.5CV。按此计算不同

27、频率的降雨量如下：表3-4 暴雨计算表暴雨值H24=P24，H1P1，汇水面积按实测地形图估计取0.13km2。3.4 调洪演算 计算方法目前常用的调洪演算方法有推理公式法和瞬时单位线法，推理公式最早由北京水利科学研究院1958年提出。瞬时单位线法为当前国际通用，且在国内水利部门已逐渐替代推理公式。本设计以瞬时单位线法进行调洪演算。采用的是基于函数的洪水过程线。瞬时单位线法求得的一次洪水过程线的峰值即为洪峰流量，对洪水过程线的积分得到一次洪水的洪水总量。以瞬时单位线法计算洪水过程线，以来水过程线和排水构筑物的与尾矿库的蓄水量关系曲线，利用水量平衡方程式：Vz+qzt=t+(Vs-qst) 与V

28、+qt和V-qt方程式进行水量平衡计算。式中：=（Qs+Qz）； Qs、Qz时段始、终尾矿库的来洪流量，m3/s；qs、qz时段始、终尾矿库的泄洪流量，m3/s； Vs、Vz时段始、终尾矿库的蓄洪量，m3/s。通过水量平衡计算出泄洪过程线，从而定出泄流量、洪峰流量、洪水总量与调洪库容以及设计频率下的洪水上升高度。计算中瞬时单位线参数K取最小值0.1，暴雨衰减指数n由计算取得, 计算洪水过程线时，水面和陆面汇流分别计算，然后相加成为入库洪水。即在汇水区内，水面面积乘以面雨量，其余面积乘以净雨量计算。计算时，取调洪高度1.0m。 调洪演算计算时首先要初步假定排水构筑物的结构尺寸，计算出排水量与水头

29、高度的关系，然后以洪水过程和调洪库容曲线进行水量平衡，同时不断调整排水构筑物的结构尺寸，得到最合适的结果。本库按五等库后期取洪水重现期100年一遇，即设计频率1%。由于尾矿库区不储水，坝顶标高按流精矿库坝顶标高计算，计算结果见以下各表： 表3-5 洪水与排水过程线表(坝顶标高+2517.5m)历时（h）0 1 2 3 4 5 6 7 8 洪水入库Qm（m3/s）0.000 0.016 0.095 0.109 0.109 0.143 0.148 0.148 0.245 排水量q（m3/s）0.000 0.0210.0340.066 0.098 0.119 0.139 0.146 0.184 水头

30、高hv（m）0.000 0.034 0.093 0.114 0.120 0.124 0.127 0.129 0.136 历时（h）9 10 11 12 13 14 15 16 17 洪水入库Qm（m3/s）0.257 0.257 0.604 3.026 0.403 0.160 0.178 0.178 0.125 排水量q（m3/s）0.235 0.251 0.387 1.467 1.654 0.616 0.278 0.202 0.164 水头高hv（m）0.145 0.148 0.174 0.375 0.410 0.216 0.153 0.139 0.132 历时（h）181920212223

31、242526洪水入库Qm（m3/s）0.118 0.118 0.093 0.088 0.088 0.088 0.088 0.088 0.009 排水量q（m3/s）0.132 0.121 0.109 0.095 0.090 0.088 0.088 0.088 0.058 水头高hv（m）0.126 0.124 0.122 0.119 0.118 0.118 0.118 0.118 0.112 表3-6 不同流态的流量标高关系表(坝顶标高+2517.5m)水位标高（m）2515.50 2515.55 2515.60 2515.65 2515.70 2515.75 2515.80 2515.85

32、2515.90 自由流流量（m3/s）0.00 0.05 0.16 0.31 0.50 0.72 0.92 1.15 1.39 半压力流流量（m3/s）0.00 0.75 1.25 1.54 1.70 1.81 1.89 1.95 1.99 压力流流量（m3/s）0.00 0.91 1.24 1.35 1.41 1.44 1.47 1.49 1.50 水位标高（m）2515.95 2516.00 2516.05 2516.10 2516.15 2516.20 2516.25 2516.30 2516.35 自由流流量（m3/s）1.65 1.92 2.20 2.49 2.79 3.10 3.4

33、1 3.74 4.07 半压力流流量（m3/s）2.04 2.08 2.11 2.14 2.17 2.20 2.23 2.26 2.29 压力流流量（m3/s）1.52 1.53 1.55 1.56 1.57 1.58 1.59 1.60 1.62 水位标高（m）2516.40 2516.45 2516.50 2516.55 2516.60 2516.65 2516.70 2516.75 2516.80 自由流流量（m3/s）4.40 4.75 5.10 5.45 5.81 6.17 6.54 6.91 7.29 半压力流流量（m3/s）2.31 2.34 2.36 2.39 2.41 2.4

34、4 2.46 2.49 2.51 压力流流量（m3/s）1.63 1.64 1.65 1.66 1.67 1.68 1.69 1.70 1.71 表3-7 调洪演算汇总坝顶标高（m）库等别洪水重现期（年）汇水面积（km2）水位（m）调洪库容（m3）洪水总量（m3）洪峰流量（m3/s）最大泄流量（m3/s）排水水头（m）生产洪水2517.5 五1000.13 2515.5 2516.5 15831 25102 3.03 1.654 0.410 3.5 排洪构筑物原设计的排洪系统由拦洪坝、截洪沟和排洪管组成。截洪沟设在尾矿库四周，截洪沟最小断面为梯形，下底宽1.0m，高0.8m，两侧坡比1:1；排

35、洪管为一根D2197电焊钢管，长265.2m。拦洪坝、截洪沟经修复可以使用，而排洪管多年没有使用，现已经失效，因此需重新布设排洪构筑物。经以上调洪演算计算所选定的排洪构筑物是排水管排水沟式排洪系统服务于全库。由于目前尾矿库区已停止使用，调洪区设置在精矿区，为此在隔坝中设置排水管，暴雨期间，尾矿库区洪水经中隔坝流往精矿库区，将两库的洪水汇集到精矿区，由排洪管排出。3.5.1 排水涵管经调洪演算反复校核，排水管用C30钢筋混凝土预制，内径0.9m，壁厚100mm，内配双层冷拔钢丝b5环向及纵向钢筋（见结构图），排水管分两部分，一部分是库内排往库外部分，该部分排水管入口位于库内，中心标高2515.5

36、m，出口穿出库外，中心标高2514.5m，出口接排水沟；另一部分排水管穿过上坝公路，入口中心标高为2502.6，出口标高在公路下边坡坡脚处，出口标高由实际地形确定，两段总长约128m，中间部分为排洪沟。 3.5.2 排洪沟排洪沟分为两部分，一部分接排往库外排洪管出口和过路排洪管入口段，另一部分连接过路排洪管出口和天然排水沟。排洪沟是净断面800mm800mm的浆砌块石水沟，全长约295m，具体位置和结构见工程施工图。4 尾矿坝安全性验证4.1 渗流分析4.1.1 概述 水文地质条件是影响尾矿库坝体边坡稳定性的一个重要因素，在稳定性分析中都必须考虑地下水渗流的作用问题。地下水渗流对尾矿坝土体的影

37、响主要有两种形式：静水作用和动水作用。静水作用软化第四系表土、人工填土和基岩强风化层，增加物料颗粒间的润滑，降低土体的物理力学强度，另外，产生的浮托力使土（岩）的有效重量减轻，削弱了边坡的稳定性。动水作用不仅冲刷尾矿坝边坡台阶，还使边坡土体产生渗透压力，引起渗透变形，破坏边坡。 本次对XX选厂尾矿库南坝、中隔坝和北小坝地下水渗流场分析是建立在前期勘察的基础上，总结其他相关的地质资料和试验资料，根据尾矿库安全技术规程（AQ2006-2005）和选矿厂尾矿设施设计规范（ZBJ 1-90），运用简化法进行分析计算，为尾矿坝的稳定性研究提供基础资料。 4.1.2尾矿坝渗透地层及特性XX选厂尾矿库南坝、

38、中隔坝和北坝的堆积坝其基本沉积特性相差不大，根据勘探结果和规范堆积坝土层可以分为以下几类：尾粉砂、尾粉土、人工填土。地基为粉质粘土、白云质灰岩和泥质粉砂岩，其渗透特性见第二章。4.1.3 渗流分析结果按照尾矿坝的有关规范和地质报告，对南坝、北坝和中隔坝的典型剖面的渗透特性加以概化，概化结果见各渗流分析结果图，典型剖面位置见勘察报告的2-2和6-6剖面。通过有限元渗流分析，南坝、北坝和中隔坝的分析结果分别见图4.14.3。从图中可以看出： 在南坝，从渗透系数来看，渗透途径主要是尾粉砂和尾粉土，而粘土坝的人工填土和粉质粘土等渗透系数很低，几乎是隔水层，而尾矿坝上有很厚的人工填土，因此尾矿坝的渗透性

39、主要由人工填土控制。通过南坝主剖面2剖面的分析来看，正常状态下，由于尾矿库区没有储水，而精矿区的水又被中隔坝隔断，因此坝内水位较低。分析1、3剖面发现同样的规律，但较2剖面高出1.5m左右，形成中间凹，两边稍高的状态，这是由于1、3剖面处于山坡，离山体较近，而2剖面处在山谷，便于排水，符合水往低处流的规律，勘探水位观测也证实了这一结果。在洪水状态，如库内储水，水源源不断补给，而粘土坝渗透又慢，导致浸润线急剧提高，地下水为从公路下边边坡溢出，但由于粘土渗透系数小，溢出量不大。因此为了尾矿坝的安全，库内不宜高位储水。图4.1 南坝现状条件下渗流分析结果 在北坝，渗透途径主要是尾粉砂，而组成粘土坝的

40、人工填土和粉质粘土等渗透系数很低，很难渗出。从典型剖面分析结果来看，北坝的主要渗透界质是粘土坝中的人工填土，因此尾矿坝的渗透性主要由人工填土控制。正常状态下，由于精矿库区水位较高，水源源不断补给，因此坝内水位很高，尤其坝下段坡较陡，有从坝下段溢出的可能；在洪水状态，库内水位更高，但粘土坝渗透系数小，中段浸润线有所提高，地下水溢出口与正常状态下相近，由于粘土渗透系数小，溢出量不大。 在中隔坝，对硫精库侧来说是挡水坝，由于中隔坝中的粘土和尾矿库侧的尾粉砂渗透系数都低，在洪水工况和正常工况地下水位线相差不大。图4.2 北坝现状条件下渗流分析结果图4.3 中隔坝现状条件下渗流分析结果4.2 坝体抗滑稳

41、定性计算4.2.1尾矿坝剖面概化模型及计算指标 为了进行尾矿坝体的稳定性定量分析，首先要对勘探剖面进行模型概化，根据勘察结果，尾矿沉积规律：尾矿颗粒离放矿管近的粗，远的较细，坝上部的粗，底部的较细，干面坡部分粗，水下的较细，放矿流量大时，细粒距放矿点远，流量小时，细粒距放矿点远等特点将尾砂概化成尾粉砂和尾粉土，具体概化见各稳定性计算剖面图。根据需要，本次稳定性分析了南坝的典型剖面（地质勘察的2剖面）、北坝的主剖面和中隔坝主剖面。计算所取的物理力学指标见表2-1和表2-3，由于勘察报告没有推荐泥质粉砂岩和白云质灰岩，计算时取按地基承载力，结合经验取值。4.2.2 坝体抗滑稳定性计算尾矿坝稳定性分

42、析是尾矿库稳定性评价中定量分析的一个重要环节，是确定会泽尾矿库是否治理，治理时采用何种工程措施的基础。通过对现有坝体的整个坝体进行稳定性分析计算，以便从总体上定量评价的稳定性。.1 稳定性计算方法及荷载组合尾矿库安全技术规程（AQ2006-2005）和选矿厂尾矿设施设计规范（ZBJ 1-90）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。计算方法宜采用瑞典圆弧法。作用在坝体上的荷载主要有： 1) 坝体自重。在计算坝体自重荷载、考虑使用有效应力法时，其土料的容重要求不一样，在静水面以下的土体部分，要按浮容重计算；在浸润线以下，静水面以

43、上的土体按饱和容重计算；在浸润线以上部分土体按湿容重计算。本次计算采用总应力法。2) 筑坝期正常高水位的渗透压力。在稳定性分析中，一般不考虑尾矿库上游水位的下降，只考虑稳定渗流，其浸润线即为边界流线，根据此流线画流网，根据流网计算渗透压力。3) 坝体及坝基中的孔隙水压力（超静孔隙水压力）。尾砂粘粒含量高，渗透系数小，压缩性大，其孔隙水压力大，当渗透系数k10-4cm/s，尾砂的固结迅速，孔隙水压力消散很快；当渗透系数k10-6cm/s时，坝体易产生较大的孔隙水压力，而且消散十分缓慢，因此宜采用有效应力法进行次稳定性分析。4) 最高洪水位有可能形成的稳定渗透压力。5) 地震荷载。XX所在地，地震

44、烈度为8度，按规范要求，地震惯性力在特殊运行时纳入考虑。根据尾矿库运行的工况，其荷载组合见表4-1。.2 计算结果坝体现状稳定性分析见图4.4图4.12，结果汇总见表4-2。表4-1 计 算 时 荷 载 组 合 表 荷 载 组 合 1 2 3 4 5正常运行总应力法 有效应力法 洪水运行总应力法 有效应力法 特殊运行总应力法 有效应力法 图4.4 南坝正常条件下稳定性计算结果图4.5 南坝洪水条件下稳定性计算结果图4.6 南坝特殊条件下稳定性计算结果图4.7 北坝正常条件下稳定性计算结果图4.8 北坝洪水条件下稳定性计算结果图4.9 北坝特殊条件下稳定性计算结果图4.10 中隔坝正常条件下稳定

45、性计算结果图4.11 中隔坝洪水条件下稳定性计算结果图4.12 南坝特殊条件下稳定性计算结果 表4-2 坝 体 稳 定 性 分 析 计 算 结 果 汇 总 坝体工 况安全系数计算结果评定备 注南坝正 常1.027不合规范洪 水1.003不合规范特 殊0.916不合规范中隔坝考虑坡外静水压力正 常1.448符合规范由于中隔坝尾矿库区侧堆满尾砂，因此只计算靠水边坝体稳定性洪 水1.506符合规范特 殊1.372符合规范不考虑坡外静水压力正 常0.832不合规范洪 水0.831不合规范特 殊0.776不合规范北坝正 常1.038不合规范洪 水1.028不合规范特 殊0.932不合规范4.3 稳定性分

46、析4.3.1允许安全系数根据尾矿库安全技术规程（AQ2006-2005）和选矿厂尾矿设施设计规范（ZBJ 1-90）坝坡抗滑稳定的安全系数不应小于表4-3。 表4-3 坝坡抗滑稳定最小安全系数工 况 坝 的 级 别 一 二 三 四 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坝体安全性分析根据前面堆坝体渗透破坏和抗滑稳定性分析可知：南坝和北坝在任何工况下都不满足规范要求，中隔坝在不考虑硫精库区的静水压力时是不稳定的，这主要是由于粘土坝和地基粉质粘土的强度较低造成的，但中隔坝坝体处在尾砂和水之

47、间，只要两边的高差不大，就不存在失稳现象，因此本次治理时可以不考虑中隔坝的加固。另外从分析验算中还可以看出：南坝和北坝正常状态和洪水状态下的稳定系数相差不大，对南坝来说由于失稳部位主要在公路以下，而无论是洪水状态还是正常状态，该部分的滑弧都在水位以下，因此稳定性系数相差无几；对北坝来说，因为粘土坝渗透性较差，库内水位在调洪高度范围内，两者的地下水位线变化不大，因此稳定系数较为接近。从上面的分析可以看出：为保证尾矿库的正常运行，必需对尾矿库的南坝、北坝及与南坝相邻的东、西和西南坝进行治理。5 综合治理设计5.1 排洪设施治理设计由于原设计的排洪管已经废弃，根据前面的调洪验算和现状，排洪系统设计成

48、排洪管排洪沟结构，出库排洪管设置在精矿库区的西南角，排洪管为900的钢筋混凝土管，排洪沟为800800的浆砌块石沟槽，具体位置和结构见施工图MYWK-072053-1、MYWK-072053-5和MYWK-072053-7。为保证坝体调洪安全，原来的截洪沟还应该修复，为节约投资，截洪沟可与坝肩截水沟相连。5.2 尾矿坝治理设计5.2.1 尾矿坝治理方法根据第四章尾矿坝现状稳定性分析，尾矿库的坝体除中隔坝以外，都需要治理。坝体治理方案有多种选择，总的说来有加固坝体和地基、放缓坝坡、降低地下水位等手段。经分析XX尾矿坝坝体不符合规范要求的原因主要是坝体筑坝粘土和坝基粉质粘土抗剪强度偏低、坝坡过陡造

49、成的，因此治理方法增强地基强度和放缓坝体坡度。（1）增强地基抗剪强度的方法 增强土体抗剪强度的方法主要有抗滑桩、坝体注浆、增设挡土墙、振冲碎石桩、换土填层、深层搅拌、高压旋喷等方法。a. 由于XX尾矿库土层较深、粉质粘土强度低，如采用抗滑桩，不但桩长较长，而且密度很大，因此工程量大，工程费用高，因此不宜采用；b. 注浆是土体加固常用的方法，但注浆对于粘土来说加固土层主要是挤密作用，对于提高土体的抗剪作用不大，而且施工质量难以控制，在浆体达到强度之前，可能导致坝体的破坏，因此注浆方法也不适用会泽坝体治理。c. 增设挡土墙和换土填层都需要在坝下挖坑，且深度较大，在施工没有完成以前就可能导致坝体的垮

50、塌，因此不应使用。d. 深层搅拌主要是用于淤泥质粘土或纯粘土，对于XX粘土坝和地基土都含有较大的碎石，施工困难。e. 高压旋喷用高压浆体切割土体，适用于XX，但由于该矿区地基和尾矿坝加固面积大，需要加固工作量大，费用高，且施工场地受限，因此也不宜采用。（2）坝体排渗坝体排渗，降低坝体浸润线是提高坝体稳定性的有效方式，但XX尾矿坝都是粘土组成，渗透系数较低，排渗效果较差，且计算分析表明，导致坝体稳定性不符合规范要求的主要原因是坝体和坝基粘土抗剪强度较低造成的，因此单纯的排渗措施对提高坝体稳定性有限。（3）放缓坝坡目前XX尾矿坝外坝坡比例在1:1.481:1.88之间，经稳定性计算不符合规范要求。

51、由于尾矿坝的南、北坝均与天然沟谷斜交，放缓坝坡，使坝脚与对岸山体接触，可以增强坝体的尾定性。XXXX尾矿库1988年投产使用。目前尾矿库分为尾矿区和精矿区，精矿区主要用于堆存精矿和少量的尾矿，尾矿区已存放了约63.24万m3尾矿，尾矿区已停止使用，库区无水，结合井下采矿膏体充填，可以将现有的尾矿库进行开采，降低坝高，以增强坝体稳定性。但通过现状稳定性的计算可知：坝体主要不稳部位在公路以下部分，如结合膏体充填，开采尾砂降低坝高的方式，需要将坝高降低6m以上；而尾矿开采又不同于一般的土坡开采，涉及到开采过程中尾矿坝稳定、开采储存和排洪等问题，且开采量很大，需要时间长，风险大，因此XX尾矿坝不宜采用降低坝高的形式增强坝体稳定性。通过以上方法的比较，本次治理设计选择压坡、放缓坡角的治理方式，该方式可以就地取材，并能充分利用矿山设备，降低治理费用。5.2.2 尾矿坝治理设计1) 尾矿库区坝体治理设计尾矿