尾矿设施塌陷坑周边的场地平整及截洪沟.doc
13 尾矿设施,塌陷坑周边的场地平整及截洪沟 13.1 设计基础资料 13.1.1 选矿工艺资料 1)选厂规模 80104t/a 2)选矿尾矿量1311t/d 生产期间历年尾矿量 年份 1 2~4 5 6~9 10 11~14 尾矿量104t 29.832 43.3683 43.32 43.4564 43.496 44.6564 年份 15 16~20 21 22~35 36 尾矿量104t 44.392 44.3045 43.368 42.34414 24.851 3)尾矿粒度组成 尾矿粒径mm 0.1 -0.10.076 -0.0760.043 -0.0430.030 -0.030 产率 19.17 24.60 18.36 26.28 11.59 累积产率 100 80.83 56.23 37.87 11.59 经计算尾矿平均粒径dp0.063mm,参考选矿厂尾矿设施设计规范(ZBJ1-90)(以下简称为规范),该尾矿为“尾粉土”。 4)尾矿堆积干容重rd=1.60t/m3参考规范中表2.0.2及同类矿山 5)年工作日330d 6)每日工作制度 3班/d, 8小时/班 7)年尾矿量43.263104t/a,相当于27.04104m3/a, 8)总尾矿量1526104t 9)选厂服务年限35.27年 13.1.2 地形测量资料 矿方已提供库区11000地形图(电子版),及汇水面积内110000地形图 13.1.3 工程地质勘察资料 核工业河源工程勘察院于2004年9月的供的紫金县下告铁矿尾矿库工程地质勘察报告 13.2 尾矿库库区工程地质条件 根据核工业河源工程勘察院于2004年9月的供的紫金县下告铁矿尾矿库工程地质勘察报告中对库区的描述,库区周边的分水岭均为粗粒似斑状黑云母花岗岩形成的岩质山体,第四系松散层分布不多,厚度不大,植被发育,山体雄厚。库区地貌为剥蚀成因的低山山地。山脊呈姜状延展,山顶横断面呈弧型。坡形较陡。沟谷形态从库尾至坝址区由“V”字型演变为近似“U”字型。库区内未发现崩塌、泥石流、滑坡等不良物理地质现象,库岸是稳定的。 13.3 尾矿堆坝工艺的确定 根据选矿专业所提供的尾矿粒度资料判断粒径大于0.076mm的颗粒占43.77%,尾矿加权平均粒径dp=0.063mm,按照规范(ZBJ1-90)中“原尾矿定名表”判定该尾矿属尾粉土。根据国内同类矿山尾矿筑坝经验,该尾矿能用于堆坝。根据库区实际地形采用上游法冲积放矿堆坝工艺,满足安全、环保要求,并将终期坝顶高程定为354.0m。尾矿堆积边坡为14.5,每堆高5米设一级马道,马道宽为2.5米。平均堆积边坡为15.0。 13.4 尾矿库库容及等级 下告铁矿尾矿库库址由矿方选定,尾矿库位于选厂西南面的高山山谷内,尾矿坝与选厂水平距离约630m,比选厂高约180m(以尾矿库最终堆积高程相比)。库址为一长形山谷,山谷后端分两条沟叉,库区内植被发育,主要为山地,库区内无一户居民,无搬迁费用,初期坝以上汇水面积0.841km2,主河槽长1.46km,山谷口宽约67m。经计算,该尾矿库总库容492.89104m3,可为矿山服务13年,该尾矿库为矿山服务13年后需另寻新库址,考虑续建新尾矿库的基建期,续建新尾矿库需在使用至11年以前确定,以确保矿山的正常运行。该尾矿库征地面积305.5亩。根据11000地形图进行库容计算,库容计算结果详见表13-1 表13-1 总库容计算表 等高线 标 高 等高线 面 积 相邻两等高线 面积平均值 相邻两等高线 高差 相邻两等高 线间的容积 累加容积 260.0 0 0 2136 6 12816 266.0 4272 12816 7175 2 14350 268.0 10078 27166 11641 2 23282 270.0 13204 50448 14095.5 2 28191 272.0 14987 78639 15530.5 2 31061 274.0 16074 109700 17359 2 34718 276.0 18644 144418 19776.5 2 39553 278.0 20909 183971 22131 2 44262 280.0 23353 228233 24588.5 2 49177 282.0 25824 277410 27510 2 55020 284.0 29196 332430 31223 2 62446 286.0 33250 394876 34940 2 69880 288.0 36630 464756 38454 2 76908 290.0 40278 541664 41308 2 82616 292.0 42338 624280 44214 2 88428 294.0 46090 712708 47526 2 95052 296.0 48962 807760 50963 2 101926 298.0 52964 909686 54714 2 109428 300.0 56464 1019114 55073 2 110146 302.0 53682 1129260 55242 2 110484 304.0 56802 1239744 58044 2 116088 306.0 59286 1355832 58451.5 2 116903 308.0 57617 1472735 58983 2 117966 310.0 60349 1590701 59611 2 119222 312.0 58873 1709923 59667.5 2 119335 314.0 60462 1829258 59997 2 119994 316.0 59532 1949252 61175 2 122350 318.0 62818 2071602 63851.5 2 127703 320.0 64885 2199305 65278 2 130556 322.0 65671 2329861 66888 2 133776 324.0 68105 2463637 68470 2 136940 326.0 68835 2600577 70104.5 2 140209 328.0 71374 2740786 72532 2 145064 330.0 73690 2885850 71976.5 2 143953 332.0 70263 3029803 71918.5 2 143837 334.0 73574 3173640 74843 2 149686 336.0 76112 3323326 77708 2 155416 338.0 79304 3478742 80690.5 2 161381 340.0 82077 3640123 83132 2 166264 342.0 84187 3806387 85962.5 2 171925 344.0 87738 3978312 88950 2 177900 346.0 90162 4156212 91662.5 2 183325 348.0 93163 4339537 95005.5 2 190011 350.0 96848 4529548 98312.5 2 196625 352.0 99777 4726173 101381 2 202762 354.0 102985 4928935 尾矿库总库容V、面积S与坝高H关系曲线图详见图N2533CS2-80。初期坝建基面高程260.0m,则尾矿坝总坝高为94.0m。尾矿库总库容492.89104m3。按照规范(ZBJ1-90)规定,该尾矿库可定为三等库,库内主要水工构筑物等级为3级,次要构筑物为5级,临时构筑物为5级。由于选厂位于尾矿库的下游,为安全起见,将该尾矿库等级提高至二等库,主要构筑物为2级,次要构筑物为3级,临时构筑物为4级。 13.5 初期坝 13.5.1 A方案 经库容计算,确定初期坝坝顶高程为280.0m时,初期可获得库容为22.82104m3。初期尾矿库库容利用系数取0.30,则有效库容为6.85104m3,可为矿山服务3个月。 由于当地石料较丰富,为节约投资,就地取材,初期坝坝型采用碾压堆石坝。坝顶宽度取4.0m,清基深度为0.5~1.5m,坝顶高程280.0m,坝高19.0m(地面以上,考虑清基则为20.0m),上游边坡1∶1.60,下游边坡1∶1.65,坝长63.44m。 尾矿坝从280.0m至354.0m高程,采用尾矿堆坝。当堆坝高程至354.0m时,总库容为492.89104m3,有效库容为345.02104m3,可满足矿山服务13年的要求。 13.5.1 B方案 A方案中由于库区地形的原因,为满足初期尾矿库排洪的需要,而修建两套排洪系统,此方案存在管理较复杂,且排洪费用较高的缺点。因此B方案考虑通过抬高初期坝坝顶高程,增加库面长度,实现尾矿库排洪系统由原来的两条合并为一条。经反复推算,确定初期坝坝顶高程为284.0m时,初期可获得库容为33.24104m3。初期尾矿库库容利用系数取0.30,则有效库容为9.97104m3,可为矿山服务4个月。 同样考虑当地石料较丰富,为节约投资,就地取材,初期坝坝型采用碾压堆石坝。坝顶宽度取4.0m,清基深度为0.5~1.5m,坝顶高程284.0m,坝高23.0m(地面以上,考虑清基则为24.0m),上游边坡1∶1.60,下游边坡1∶1.65,坝长86.79m。 尾矿坝从284.0m至354.0m高程,采用尾矿堆坝。当堆坝高程至354.0m时,总库容为492.89104m3,有效库容为345.02104m3,可满足矿山服务13年的要求。 13.6 后期堆积坝 前面已说明该尾砂能用来堆坝,本工程场地区域地震烈度为6度,设计采用上游放矿法冲积成坝。子坝分期筑成,每级子坝高1.0m,可在坝面干滩上挖取粗砂筑成,子坝内坡11.0,外坡14.5,每隔5.0m高差设一马道,马道宽2.5m。上游放矿法是我国冶金矿山尾矿库的主要放矿方式,运行、管理简单、方便,运行成本也较低,被广为采用。目前存在的主要问题是动力稳定性差,即抗液化能力较差,在日后尾矿堆积坝上升至1/2~2/3高度时,矿方应按照中华人民共和国国家经济贸易委员会第20号令尾矿库安全管理规定第十五条规定“尾矿库使用到设计最终坝高的1/2~2/3高度时,应对尾矿堆积坝进行工程地质勘察和稳定性分析”。尾矿坝稳定性分析具有以下实践价值 (1)准确判定尾矿坝(初期坝和堆积坝)的稳定性。若尾矿坝稳定性存在问题时,提出建议及应对工程措施。 (2)指导并改进日后尾砂筑坝工艺,主要如尾矿坝堆积坡度、放矿工艺、排渗工程措施等,消除尾矿堆积坝冲积过程中由于实施、管理而造成的不良隐患。 (3)作为日后闭库设计的依据。 13.7 尾矿堆积坝护坡及排水 为防止雨水、渗流冲蚀及粉尘飞扬,可在坝坡上覆盖山坡土厚0.30.5m,并种植草或灌木。 为防止山坡和坝面雨水对堆积坝坝肩、坝面的冲刷,同时也为有效收集坝体内渗流出水,应沿堆积坝下游坡与两岸山坡结合处的山坡上设置坝肩截水沟,并在堆积坝下游坝面上设置坝面排水沟。 左坝肩排水沟横断面为矩形,0.50.5m2;右坝肩排水沟横断面为矩形,1.01.0m2;坝面排水沟横沟沿马道内侧布置,纵坡1%,横沟横断面均为矩形,0.240.3m2;横沟和坝肩沟相互连通,形成坝面排水网,有效地将下游坝面的雨水和渗水排往下游。坝肩排水沟采用M7.5浆砌石结构,坝面沟采用M7.5普通红砖砌,沟内侧均采用M10水泥砂浆抹面,厚2cm。 13.8 尾矿堆积坝排渗设施 为降低尾矿坝坝体浸润线,加速尾矿排渗固结,从而利于堆积坝的稳定性,设计在堆坝过程中于堆积坝体内分阶段设置排渗设施。设计采用“垂直-水平联合排渗体”,该排渗设施由水平管和竖井构成,水平管不仅能输送竖井中汇集的渗水,而且能疏干弱透水层的渗透水,保证下游坝坡干燥;水平排渗管的管头伸入坝面排水沟内,以利于尾矿水的排出。垂直水平联合排渗体沿坝轴线方向间距定为20m一组,水平管垂直方向上间距定为5m,相邻两高程间的水平排渗体互相错开。水平排渗管采用HDPE(高密度聚乙烯)花管外包400g/m2无纺土工布,花管内径60mm;竖井采用400g/m2无纺土工布包碎石(碎石不能太锋利,以免刺破土工布)即“布袋井”,横断面尺寸为1.0m1.0m,竖井与水平管水力连通。 13.9 尾矿坝观测设施 根据规范第3.5.9条“4级及4级以上的尾矿坝,应设置坝体位移和坝体浸润线的观测设施”。该尾矿坝等级为2级,设计要求设置坝体位移和坝体浸润线的观测设施。矿方应派专人定时观测并记录整理观测成果,进行分析,作为判定尾矿坝工作状态的依据。 13.9.1 坝体位移观测 (1)目的 为及时掌握尾矿坝的变形情况及规律,研究其有无滑坡、滑动等趋势,来确保尾矿坝运用的稳定和安全。 (2)测点布置 因该尾矿库呈规则山谷型,在尾矿坝只布置两条观测横断面,共布置31个观测点。堆积坝的观测点布置在马道的外缘。 (3)观测方法 水平变形观测采用视准线法。垂直变形观测采用水准仪。 (4)观测时间 尾矿坝使用初期每月观测一次,当尾矿坝位移量已基本稳定,并已掌握其变化规律后,可逐渐减少观测次数。但遇地震、暴雨、库内高水位、渗透破坏现象加剧等情况时,应增加观测次数。 13.9.2 坝体浸润线观测 (1)目的 为了解尾矿坝体内浸润线的位置和变化情况,以判定坝体是否稳定,确保尾矿坝安全运用并验证设计。 (2)测点布置 在尾矿坝布置一条观测横断面,共布置32个浸润线观测点。 (3)观测设备 采用测压管观测。 (4)观测时间 一般每月观测一次,如遇上游水位超过正常高水位或经常保持高水位以及坝体异常、渗透破坏严重时应增加测次,必要时每天观测一次。 13.10 尾矿库排洪系统 13.10.1 排洪标准 尾矿库等别为二等库,根据规范(ZBJ1-90)规定其最小干滩长度不少于100m,最小安全超高不小于1.0m。二等尾矿库初期洪水重现期为100~200年,中、后期洪水重现期500~1000年。今取初期洪水重现期为100年一遇,中、后期洪水重现期为500年一遇。尾矿库汇水面积F=0.841km2。 13.10.2 洪水计算 (1)主要参数 根据广东省暴雨等值线图(广东省水文局,2003年)和广东省暴雨径流查算图表使用手册(广东省水文总站,1991年),及11000地形图,查得水文参数见下表13-2 表13-2 水文参数表 历时 Ht Cv αt Kp 72 207.2 0.44 0.989 2.21 24 147.8 0.44 0.984 2.21 6 93.8 0.43 0.972 2.18 1 53.1 0.37 0.947 1.987 (2)洪水计算成果 根据广东省暴雨径流查算图表使用手册推理公式法进行计算,洪水计算成果见表13-3 表13-3 洪水计算成果表 洪水重现期年 设计频率雨量H24Pmm 洪峰流量Qmm3/s 一次洪水总量104m3 100 366.54 28 21.16 500 450.12 34 27.91 (3)调洪演算 根据不同坝高得库面长度。由地形图计算尾矿库调洪库容及调洪演算见表13-4,表13-5 表13-4 A方案调洪库容及调洪演算表 坝顶高程 设计频率 洪峰流量 洪水总量 调洪水深 调洪库容 设计泄流量 (m) P m3/s 104m3 (m) m3 m3/s 280 1% 28 21.16 0.5 4258.94 27.4 290 1% 28 21.16 0.5 7337.5 27 300 1% 28 21.16 2.0 22666.6 25 310 0.2% 34 27.91 1.8 32253.87 30.07 320 0.2% 34 27.91 1.5 41167.8 28.99 330 0.2% 34 27.91 1.0 41082.5 29.0 340 0.2% 34 27.91 1.0 50506.5 27.85 350 0.2% 34 27.91 0.5 32177.15 30.08 354 0.2% 34 27.91 0.5 34516.93 29.80 表13-5 B方案调洪库容及调洪演算表 坝顶高程 设计频率 洪峰流量 洪水总量 调洪水深 调洪库容 设计泄流量 (m) P m3/s 104m3 (m) m3 m3/s 284 1% 28 21.16 1.0 11647 26.46 294 1% 28 21.16 2.0 24164.45 24.8 304 1% 28 21.16 1.0 16425.1 25.83 314 0.2% 34 27.91 1.0 24282.25 31.0 324 0.2% 34 27.91 1.0 33865.7 29.9 334 0.2% 34 27.91 1.0 43705.85 28.7 344 0.2% 34 27.91 0.5 28956.53 30.5 354 0.2% 34 27.91 0.5 34561.1 29.8 由上表确定尾矿库A方案排洪系统设计泄流量为30.08m3/s;B方案排洪系统设计泄流量为31.0m3/s。 13.10.3 排洪方案 根据现场实际地形,该尾矿库的排洪形式均采用排水斜槽+连接井+排洪隧洞,该排洪形式稳定、可靠性强。 (1)A方案排洪 拟建两期排洪系统均为排水斜槽+连接井+排洪隧洞的形式。 一期排洪系统(a)三格排水斜槽,每格净断面1.22.5m,采用C20钢筋混凝土结构,斜槽总长32.40m, 衬砌厚度300mm,设计纵坡为0.3858。(b)连接井内径5.0m,C20钢筋混凝土结构,外径6.0m,高5.4m。(c)排洪隧洞为城门洞型,衬砌段净断面尺寸2.02.5m,采用C20钢筋混凝土结构,衬砌厚为300mm,进、出口段各全断面衬砌50m,设计纵坡为0.03;中间段只对底板和侧墙衬砌,侧墙衬砌高度0.6m,底板及侧墙衬砌段净断面尺寸2.6m3.1m,底板及侧墙采用C20素混凝土衬砌,衬砌厚度200mm,该部分衬砌段长146.47m,设计纵坡为0.03。隧洞总长246.47m。 二期排洪系统(a)三格排水斜槽,每格净断面1.22.5m,采用C20钢筋混凝土结构, 斜槽总长143.86m, 衬砌厚度650mm,设计纵坡为0.4379。(b)连接井内径6.5m,C20钢筋混凝土结构。外径8.0m,高6.0m。(c)排洪隧洞为城门洞型,衬砌段净断面尺寸2.02.5m,采用C20钢筋混凝土结构,衬砌厚为400mm,进、出口段各全断面衬砌50m,设计纵坡为0.03;中间段只对底板和侧墙衬砌,侧墙衬砌高度0.6m,底板及侧墙衬砌段净断面尺寸2.6m3.1m,底板及侧墙采用C20素混凝土衬砌,衬砌厚度200mm,该部分衬砌段长169.71m,设计纵坡为0.03。隧洞总长269.71m。 (2)B方案排洪 拟建排洪系统均为排水斜槽+连接井+排洪隧洞的形式。 排洪系统(a)三格排水斜槽,每格净断面1.22.5m,采用C20钢筋混凝土结构, 斜槽总长211.27m, 衬砌厚度650mm,设计纵坡为0.3313。(b)连接井内径6.5m,C20钢筋混凝土结构。外径8.0m,高6.0m。(c)排洪隧洞为城门洞型,衬砌段净断面尺寸2.02.5m,采用C20钢筋混凝土结构,衬砌厚为400mm,进、出口段各全断面衬砌50m,设计纵坡为0.03;中间段只对底板和侧墙衬砌,侧墙衬砌高度0.6m,底板及侧墙衬砌段净断面尺寸2.6m3.1m,底板及侧墙采用C20素混凝土衬砌,衬砌厚度200mm,该部分衬砌段长169.71m,设计纵坡为0.03。隧洞总长269.71m。 13.11 A、B方案比较 综上所述,经计算后A、B两方案比较结果如下表13-6。 表13-6 A、B方案技术经济比较表 方案 优缺点 A方案 B方案 优点 (1)总投资小,相对于B方案节约72.37万元投资。 (2)排洪系统可分期建设,可减缓投资压力。 (3)减少了坝体的投资。 (1)只有一套排洪系统,管理较便利。 (2)初期库容大。初期库内澄清距离较长,更利于尾矿水的澄清。 (3)减少了排洪系统的投资。 缺点 (1)有两套排洪系统,管理较复杂。 (2)初期库容小。 (3)增加了排洪系统的投资。 (1)总投资大,相对于A方案需增加72.37万元投资。 (2)排洪系统一次性投入大。 (3)增加了坝体的投资。 通过上表比较,设计从节省投资的角度出发,推荐A方案。 13.12 尾矿库安全管理 在尾矿库运行过程中,必须严格按设计和有关技术规定认真做好放矿、筑坝及坝面的维护管理工作。具体管理规程见 (1)原中华人民共和国国家经贸委第20号令尾矿库安全管理规定(2000年11月颁发)。 (2)土石坝养护修理规程(SL210-98) 13.13 塌陷坑周边的场地平整及塌陷坑截洪沟 13.13.1 塌陷坑周边的场地平整 根据水文地质专业提供条件,在塌陷坑(塌陷坑范围由采矿专业提供)周边有两场地(一区、二区)需考虑其地表防水措施,并考虑雨季地表水疏导措施。为保护塌陷坑的安全,设计采用在场区覆土回填平整至截洪沟高度,并向塌陷坑截洪沟形成一定坡度,将区内汇水汇集于截洪沟排至改道河流。并在其覆土剩0.3m时铺设复合土工膜,复合土工膜采用两布一膜,膜厚0.5mm,布为200g/m2土工布。 13.13.2 塌陷坑截洪沟 为保护塌陷坑免受山坡雨水的冲刷,应沿塌陷坑周边设置截洪沟。截洪沟有两条。分别将两侧的雨水排往小河流。 1号截洪沟,采用三段不同截面形式(1)山坡上横断面采用“L”型,沟底采用复合土工膜防渗,M7.5浆砌石结构,内侧采用M10水泥砂浆勾缝,沟长730.5m,纵坡i0.1232,沟底宽0.5m,净高 0.5m,边坡m1=0,m2=1.25。(2)平地上横断面采用矩形,沟底采用复合土工膜防渗,M7.5浆砌石结构,内侧采用M10水泥砂浆勾缝,沟长149.10m,纵坡i0.268,沟底宽1.0m,净高 1.0m,边坡m1=m2=0。(3)平地上横断面采用矩形,沟底采用复合土工膜防渗,M7.5浆砌石结构,内侧采用M10水泥砂浆勾缝,沟长364.47m,纵坡i0.0123,沟底宽1.5m,净高 1.5m,边坡m1=m2=0。1号截洪沟汇水最终汇流至改道河流。 2号截洪沟采用两段不同截面形式(1)山坡上横断面采用矩形,沟底采用复合土工膜防渗,M7.5浆砌石结构,内侧采用M10水泥砂浆勾缝,沟长485m,纵坡i0.025,沟底宽0.5m,净高 0.8m,边坡m1=m2=0。(2)平地上横断面采用矩形,沟底采用复合土工膜防渗,M7.5浆砌石结构,内侧采用M10水泥砂浆勾缝,沟长149.10m,纵坡i0.025,沟底宽0.8m,净高 0.8m,边坡m1=m2=0。2号截洪沟汇水汇流至下游河床。 1315