尾矿库设计中的问题-赵锡铭

尾矿库设计中的几个问题中冶北方工程技术有限公司赵锡铭1.尾矿库的调洪2.尾矿坝的稳定3.从溃坝中设计应当汲取的经验教训1.1防洪标准尾矿库防洪标准和尾矿库的等别使用年限有关，比如初期坝坝高28m，库容150万m3，初期坝使用1年，按库容为四等库，按坝高为五等库，严格按规范，初期坝的防洪标准按30年就可以。对于尾矿库按使用期的等别采用防洪标准是一进步。尾矿库防洪标准表2-3尾矿库等别一二三四五洪水重现期（年）初期100～20050～10030～5020～30后期1000~2000500～1000200～500100～20050～100注：初期指尾矿库启用后的头3～5年1.尾矿库的调洪河北有一个设计单位做的一个尾矿库设计，汇水面积0.932km2，排洪管采用3.0m内径。辽宁省有没有这样情况，反正排水管内径普遍偏大。这与设计水平和正确采用的防洪标准是有关的。

好的设计是在保证安全的情况下越省越好。1.总论1.2水文计算

水文计算采用当地水文手册，要特别注意是：1、汇水面积一定要算对，广东信宜垮坝其中一条就是汇水面积算小了1/3；2、对设计单位应有必要的程序，避免算错；3、水文计算完成后要进行必要的检查分析；汇水面积小、河长短，计算出的集流时间很小，直接套用水文手册可能出现错误，必须进行分析。吉林省水文手册，汇水面积小、河长短，计算出的集流时间很小，因此采用推理公式计算出的洪峰流量极大，显然是不合理的，因此洪峰流量采用的是经验公式计算出的结果；洪水总量采用经验公式的计算结果，反推径流系数为2.89,这显然是不合理的。辽宁省水文计算也有类似情况，对于小汇水面积计算出的ip（相当于汇流时间τ的设计面暴雨强度，（mm／h）；）是同频率1小时降雨的2.5～3倍，这显然是不合理的，设计可用10分钟的降雨来校核。

对于小汇水面积的尾矿库辽宁省简单套用公式洪峰流量偏大！

1.总论1.3调洪计算1、调洪计算概况调洪计算就是求解尾矿库任意时段的水量平衡方程式的过程，任意时段的水量平衡方程式为：

有很大部分设计单位是采用高切林法，在地形图上求出调洪库容，采用高切林法求出需要的最大泄量，来验算排水管和溢水塔的泄量。用明渠流验算排水管，用孔口流和堰流来验算溢水塔。在我审查的设计中经常发现，小的尾矿库，洪水升高2m或3m满足最大泄量的要求，就认为防洪满足要求。他没有考虑溢水塔与滩顶的距离只有200m或300m，如果洪水升高3m早已漫顶。因此在新的规范中，要求调洪计算必须采用水量平衡法。搞尾矿库设计的大部分是学水工的，在学校都学过调洪计算，但尾矿库的调洪计算，比水利的调洪计算要复杂些。排洪构筑物有框架塔、窗口塔，排水管有圆管和隧洞，还有斜槽。2、调洪库容计算调洪库容时，尾矿沉积滩面的坡度可按尾矿物理性质、尾矿库地形及放矿条件类似的其它尾矿库实测资料或由试验确定。当缺少该资料时，可参考附录二计算。任意滩长的平均坡度可按下式计算：有了调洪库容就可以进行调洪计算了

3、调洪计算新规范规定调洪计算应采用水量平衡法，目前在新规范颁布之前，如果仍采用高切林法，必须验算各种流态的泄量。比如采用框架塔排水管系统你就要验算：①、塔的堰流当为堰流时式中：L—有效进水宽度（m）m—堰的流量系数H—堰上水头（m）②、塔顶孔口流当为孔口时2.尾矿库的工程地质概况

式中：F—孔口面积（m2）μ—孔口的流量系数③、排排水管管进口口处的的泄流流能力力（半半压力力流））式中：：f—管道面面积（（m2）h1—堰顶至至管道道进口口中心心线高高差（（m）μ，—孔口的的流量量系数数由上面面公式式可以以看出出斜槽槽的进进水流流量，，只有有斜槽槽上的的水头头H，没有有h1，所以以它的的泄量量要小小于溢溢水塔塔下排排水管管的泄泄量，，在斜斜槽泄泄量不不满足足要求求的情情况下下，可可在斜斜槽上上适当当增加加溢水水塔，，就可可以满满足泄泄量的的要求求。④、排水水管出出口处处的泄泄流能能力（（压力力流））式中：：f—管道出出口面面积（（m2）h1—堰顶至至管道道进口口中心心线高高差（（m）h2--管道进进口与与出口口中心心线高高差（（m）μ，--流量系系数∑ζ——局部阻阻力系系数和和λ—管道沿沿程损损失系系数,λ=8g/C2R—管道水水力半半径（（m）f—计算段段管道道面积积（m2）F—管道出出口段段面积积（m2）编程序序也是是这几几个公公式，，那个个计算算出的的流量量小就就为控控制流流量。。采用用斜槽槽，计计算过过程是是一样样的。。我们们做调调洪计计算采采用试试算法法，首首先要要做到到排水水管（（隧洞洞）控控制，，然后后在将将溢水水塔的的直径径逐渐渐缩小小，使使其满满足调调洪需需要。。初期坝坝通过各各控制制标高高的调调洪计计算，，设计计必须须给出出各控控制标标高的的正常常水位位、最最高洪洪水位位、超超过及及安全全滩长长，以以便生生产单单位管管理使使用。。标高（m）768.0800830.0950.0等别四等三等二等二等设计洪水频率（%）0.50.20.10.1正常生产水位（m）763.0795.0825.0945.0正常生产时滩长（m）250250250250调洪库容W(万m3)18.042.067.5105.0泄流量q(m3/s)3.152.321.680.86所需调洪容量W(万m3)9.110.611.87.2洪水位(m)764.7796.1825.6945.4洪水上升高度（m）1.71.10.60.4安全超高（m）3.33.94.44.6安全滩长（m）165.0195.0220.0230.01、排洪洪构筑筑物形形式的的选择择对于尾尾矿库库坝高高不太太大的的，地地形较较平坦坦的沟沟谷一一般选选用窗窗口式式溢水水塔—排水管管方案案，对对于高高尾矿矿库一一般采采用框框架塔塔—竖井—隧洞，，对于于地形形坡度度较陡陡的尾尾矿库库可以以采用用斜槽槽。一一般考考虑管管理方方便在在条件件允许许的情情况下下尽量量不采采用斜斜槽方方案。。主要要有两两个原原因，，一是是斜槽槽进口口流量量受限限制，，二是是都在在水下下盖板板容易易造成成漏水水漏矿矿。为为了解解决框框架塔塔挡板板在水水下堵堵的问问题，，框架架塔现现在多多数采采用带带塔孔孔的框框架塔塔。排排洪系系统设设计要要注意意到三三个问问题：：1.4排洪系系统的的布置置①、塔孔孔的堵堵塞，，对于于使用用时间间较短短的可可以用用木塞塞，对对于使使用时时间较较长的的和尾尾矿库库最后后一个个塔，，必须须采用用混凝凝土塞塞或抗抗老化化的挂挂胶的的塔堵堵；②、溢溢水塔塔使用用完以以后应应在塔塔基进进行堵堵塞；；③、框框架塔塔的挡挡板只只预制制第一一个塔塔的，，并且且要特特殊说说明汛汛期挡挡板堵堵塞高高度不不得高高于水水位0.2m。司家营、、兰亭尾矿矿库均出现现过挡板封封堵过高的的问题，看看来是小事事，出现问问题后就成成了大事，，信宜垮坝坝就是一个个重要原因因。3.2第一尾矿库库的排渗设设施3.2第2、排洪系统的布置排洪系统的的布置要根根据地形进进行布置，，在布置中中应注意的的问题：①、溢水塔塔尽量不布布置在沟中中间，必须须布置在沟沟中间时进进水口标高高一定要高高于原地面面1～1.5m，避免山上上的杂物将将塔堵塞；；信宜和德德胜图；②、初期坝坝较高时应应在坝前适适当位置增增加0#溢水塔（不不考虑澄清清距离），，用它来调调整初期生生产的水位位，避免初初期坝前水水位过高造造成初期坝坝的渗流破破坏。德胜胜工程我们们设了0#溢水塔因为为跑混，擅擅自将0#溢水塔封堵堵，再加上上初期坝施施工有局部部缺陷，细细粒级石料料过多，高高水位渗流流造成初期期坝塌陷，，上游反滤滤层破坏的的事故。③、采用隧隧洞方案应应当注意隧隧洞进口岩岩体应满足足3.0倍洞径的要要求，进口口的堵塞应应当严密，，我们做的的板石沟第第一套排洪洪系统，北北京有色设设计院做的的山西铝厂厂，都是因因为平洞堵堵塞不严产产生漏水漏漏矿的严重重污染事故故。④、溢水塔塔之间的搭搭接，我的的意见搭接接2m较为合适；；排洪系统的的布置最终终要满足调调洪需要，，不满足时时应调整排排洪系统的的布置和尺尺寸。不仅仅要满足安安全超高还还要满足安安全滩长的的要求。2.1稳定计算剖剖面的概化化新建尾矿库库尾矿坝的的稳定计算算断面应根根据颗粒粗粗细程度概概化分区。。扩建、改改建及中期期论证的尾尾矿库的尾尾矿坝稳定定计算断面面应根据勘勘察资料进进行概化分分区。或者者按类似尾尾矿库的勘勘察资料进进行概化分分区；2.2浸润线的确确定尾矿坝设计计一般应进进行渗流计计算，一级级及二级尾尾矿坝还应应视地形条条件作专门门渗流模拟拟试验，以以确定坝体体浸润线、、渗流量和和逸出坡降降。对于二二级以下的的尾矿坝可可采用平面面渗流，或或理正的渗渗流有限元元计算出浸浸润线，计计算出的浸浸润线必须须根据经验验进行调整整，使得浸浸润线更符符合实际。。浸润线计计算中应考考虑放矿对对浸润线的的影响，滩滩长应采用用化引滩长长。2.坝体稳定计计算化引滩长可可按下式计计算。放矿水覆盖盖绝大部分分滩面时：：Lh=3.3L0.48放矿水覆盖盖部分滩面面时：Lh=2.26L0.845式中Lh---化引滩长(m);L----计算滩长(m)。有勘察资料料的应按勘勘察给出的的浸润线。。2.3物理力学指指标一般采用类类似矿山尾尾矿的物理理力学性质质，或参考考规范附录录给出指标标，有勘察察的一定按按勘察给出出的指标。。对勘察给给出的指标标有异议的的要与勘察察部门协商商，最终要要以勘察给给出的指标标为准。勘察要对勘勘察资料质质量负责，，设计要对对稳定计算算负责。2.4稳定计算结结果的分析析计算方法规规范用瑞典典圆弧法和和毕肖普法法，两种方方法产生矛矛盾时目前前应以瑞典典圆弧法为为准，新规规范颁布后后应通过分分析确定。。无论采用用哪一种计计算程序，，设计要对对计算结果果进行分析析。尾矿库的排排洪系统的的布置4.安全技术措措施峨口毕肖普普法计算结结果之一（（分条50）尾矿库水文文计算及调调洪计算峨口毕肖普普法计算结结果之二（（分条100）水文计算弓长岭前峪峪瑞典圆弧弧法弓长岭后峪峪瑞典圆弧弧法有以上计算算实例中可可以看出：：1、计算结果果必须进行行分析；2、分条数一一定要够；；3、尾矿库稳稳定中可能能出现双心心，圆心搜搜索范围一一定要够。。应当说无论论陕西镇安安、山西襄襄汾垮坝和和山西宝山山垮坝，从从目前分析析均与设计计关系不大大，可广东东信宜紫金金矿业银岩岩锡矿高旗旗岭尾矿库库垮坝，虽虽然超标准准洪水、管管理失误等等是垮坝的的主要原因因，设计的的缺点和错错误也是重重要的因素素，我们做做设计的也也应当从中中汲取教训训。3.1银岩锡矿高高旗岭尾矿矿库设计概概况银岩锡矿高高旗岭尾矿矿库是由南南昌有色冶冶金设计研研究院设计计的。1、初期坝初期坝坝顶顶标高为755.0m，初期坝坝坝底标高为为709.5m，初期坝坝坝高45.5m，坝顶宽度度7.5m，初期坝上上游坡比1：1.6，下游坡比比1：2.0，下游坡在在740.0m和725.0m标高设有2.0m宽的马道。。2、尾矿堆堆积坝尾矿堆积积坝最终终堆积标标高为830.0m，尾矿堆堆积坝外外坡比为为1：5。尾矿库库到最终终堆积标标高总库库容1561万m3。3从溃坝中中设计应应当汲取取的经验验教训3、尾矿库库排洪系系统及防防洪标准准尾矿库采采用框架架塔排水水涵管和和排洪隧隧洞，框框架塔内内径4.0m，尾矿库库共设4座排洪塔塔，其中中1#塔塔高21.0m，共设7个圈梁，，每个圈圈梁间3.0m高。排水水涵管和和排洪隧隧洞断面面为2.5X2.2m城门洞型型，1#塔距隧洞洞出口792.0m。尾矿库总总汇水面面积为3.65km2，设计考考虑到在在尾矿库库上游有有一拦洪洪坝，拦拦洪坝以以上汇水水面积1.147km2，设计按按尾矿库库汇水面面积为2.503km2设计。尾尾矿库的的防洪标标准初期期为200年一遇，，后期为为1000年一遇。。初期防防洪标准准按初期期50年一遇就就行。3.2溃坝事件件的概况况2010年9月20日～9月21日“凡比比亚”强强台风给给粤西地地区带来来了强降降雨，根根据当地地水文气气象站提提供的资资料，尾尾矿库附附近地区区新贵24最大小时时降雨720mm，尾矿库库所在地地钱排镇镇最大24小时降雨雨427mm（由于各各种原因因其降雨雨可能要要大于此此数值））。根据据广东省省水文图图集，经经计算钱钱排镇的的降雨量量已经超超过300年一遇洪洪水。2010年9月20日晚11时开始降降雨，到到9月21日早晨8时出现洪洪水漫顶顶，9时45分左右尾尾矿库初初期坝溃溃坝。经专家分分析溃坝坝的主要要原因：：1、超标准准降雨根据当地地水文气气象站提提供的降降雨资料料，当天天最大24小时降雨雨量427mm。经计算算实际降降雨已经经超过300年一遇洪洪水；设设计防洪洪标准200年一遇洪洪水，2、排洪系系统进水水口标高高抬高2.5m目前尾矿矿库是在在初期坝坝运行，，溃坝时时尾矿堆堆积标高高距初期期坝坝顶顶尚有约约2.0m的高度，，排洪使使用的是是1#排洪塔。。设计1#排洪塔进进水标高高为749.0m，经实测测1#排洪塔进进水口标标高为751.5m。3、排水井井进水口口部分淤淤堵根据溃坝坝后的照照片和录录像，井井座至第第一个圈圈梁间的的6孔已被钢钢筋混凝凝土拱板板封堵了了3孔，留下下的3孔也封堵堵了三块块挡板，，每块挡挡板高0.3m，这样尾尾矿库最最低的进进水口标标高为751.5+0.9=752.4。溃坝前前尾矿库库滩顶标标高约为为753.0m，也就是是说排洪洪塔的进进水口只只比滩顶顶低0.6m，暴雨使使得上游游及周边边冲下的的砂石淤淤堵到1号排水井井第一个个圈梁(754.5m标高)，使得排排洪塔的的泄洪量量大为减减少，溃溃坝时1#排洪塔的的淤堵标标高约为为756.5m，已经超超过初期期坝坝顶顶实测标标高755.4m，使排洪洪塔完全全丧失排排洪能力力。4、洪水计计算偏小小由于已建建的拦洪洪坝尚达达不到截截洪分流流的作用用，设计计应按尾尾矿库全全汇水面面积3.65km2计算，不不应扣除除拦洪坝坝以上的的汇水面面积1.147km2。另外设设计采用用的水文文参数也也偏小，，使得计计算出的的入库洪洪峰流量量和洪水水总量偏偏小。由以上分分析可以以看出银银岩锡矿矿高旗岭岭尾矿库库溃坝，，是多方方面原因因造成的的，设计计如果按按全汇水水面积计计算，或或在验收收中发现现1#排洪塔抬抬高2.5m，第一道道圈梁以以下已经经堵塞采采取了处处理措施施，或者者提出拦拦洪坝没没有有效效的拦洪洪分流措措施，初初期坝不不得使用用，就不不会发生生本次溃溃坝。施工单位位和监理理单位如如果严格格按设计计施工1#排洪塔，，不把1#排洪塔抬抬高2.5m，或者企企业提出出异议，，不同意意1#排洪塔抬抬高2.5m，仍按设设计施工工也不会会发生溃溃坝。如果设计计单位给给出管理理施工图图，企业业严格按按设计要要求进行行管理，，不将6孔堵塞3孔，或者者汛期将将堵塞的的3孔拆除，，排洪塔塔处于完完好的排排洪状态态，也不不会发生生溃坝。。再有竣工工验收评评价单位位，在竣竣工验收收评价中中，1#排洪塔的的进水标标高仍为为749.0m，如果发发现1#排洪塔的的施工标标高与设设计不符符，采取取了补救救措施，，也不会会发生溃溃坝。广东信宜宜紫金矿矿业有限限公司银银岩锡矿矿高旗岭岭尾矿库库，广东东省安监监局是严严格按照照建设程程序进行行的，有有安全予予评价、、安全专专篇审查查、施工工监理和和竣工验验收评价价，施工工单位也也是甲级级资质，，应当说说施工质质量还是是可以的的。如果果有一个个单位在在发现问问题后认认真对待待，就不不会发生生本次溃溃坝事件件。这也也从另一一个侧面面看出，，设计、、安评、、监理等等单位对对尾矿库库的了解解是很低低的。3.3设计存在在的问题题1、汇水面面积和洪洪峰流量量和洪水水总量偏偏小对于尾矿矿库的汇汇水面积积是很重重要的，，明知上上游的拦拦洪坝起起不到拦拦洪分流流的作用用，仍要要扣除拦拦洪坝以以上的汇汇水面积积，这一一问题在在安全专专篇审查查中已经经提出，，设计未未引起足足够重视视，同时时水文参参数选取取有误，，这显然然是不应应该的。。2、排洪塔塔的位置置选取不不合理经查排洪洪系统施施工图中中纵断面面图，1#排洪塔的的位置的的地面标标高比排排洪塔高高了2～3米，更严严重的是是在纵断断面图上上还画了了将挡板板堵到原原地面标标高，这这是错误误的。另另外排洪洪塔的位位置未考考虑地面面杂物的的堵塞问问题。3、参加验验收不认认真设计参加加了尾矿矿库的竣竣工验收收，1#排洪塔21m高，共有有7个圈梁，，实际施施工了6个圈梁，，验收评评价报告告还有照照片，设设计未发发现1#排洪塔少少了一跨跨，第一一个圈梁梁以下已已经被堵堵塞等情情况，因因此本次次溃坝设设计有不不可推卸卸的责任任。4、设计过过于简单单未给出出尾矿库库管理施施工图初步设计计只给出出初期的的防洪标标准是200年一遇，，后期为为1000年一遇洪洪水及调调洪计算算。未给给出在防防洪标准准发生变变化的标标高及管管理要求求。企业业不可能能每年进进行调洪洪计算，，这对于于企业很很难管理理。3.4设计应从从中吸取取的教训训1、水文计计算虽然在我我们的设设计中汇汇水面积积错误尚尚未发现现，但是是对于水水文计算算错误也也有发生生，比如如板石沟沟采用吉吉林省水水文图集集计算出出的洪水水过程线线，累加加后远小小于洪水水总量，，一旦只只套用公公式不进进行分析析，就会会造成严严重错误误，再比比如酒钢钢新建尾尾矿库也也存在同同样问题题。在我们的的设计中中，水文文和调洪洪计算都都是在可可研和初初步设计计中进行行，一般般只校对对说明书书的文字字部分，，很少再再校对水水文计算算的对错错，水文文计算是是谁做设设计谁负负责。这这样就很很难避免免产生南南昌有色色冶金设设计研究究院出现现的类似似错误。。为此建议议，每个个设计在在设计者者给审核核者提交交可研或或初步设设计说明明书的同同时，提提交水文文及调洪洪计算的的计算过过程资料料和相应应的水文文手册，，审核者者同样要要对计算算结果的的正确性性负责，，组审和和科审也也必须要要对此进进行必要要的复核核。为了保证证各设计计院不出出现水文文计算和和调洪计计算错误误，建议议设计单单位应有有设计所所在地区区水文计计算的程程序，调调洪计算算也应用用程序计计算，在在新规范范颁布后后必须用用水量平平衡进行行调洪计计算。由于尾矿矿库大部部分均为为特效小小水面积积，集流流时间很很短，调调洪计算算程序时时段的划划分不能能太大，，比如采采用0.5小时，一一般特小小汇水面面积采用用0.1小时较为为合适，，否则将将会出现现较大误误差。水文计算算用XLS编程是最最好的工工具，其其中有几几个函数数是非常常有用的的。KP=(((CV*CS/CV)/2)*(GAMMAINV(1-P/100,4/(CV*CS/CV)^2,1))-(2/(CV*CS/CV)))*CV+1函数LOOK