尾矿库危险有害因素的分析及预防.pdf

SerialNo. 467 March. 2008 矿 业 快 报 EXPRESS I NATI ON OFM I N I NG I NDUSTRY 总第467期 2008年3月第3期 王 涛1980 - ,男,助理工程师,硕士研究生, 650093云南省 昆明市。 尾矿库危险有害因素的分析及预防 王 涛 昆明理工大学国土资源工程学院 摘 要简要介绍了尾矿库的结构组成,分别从尾矿坝单元、 放矿单元、 排洪单元辨识了尾矿库 存在的危险有害因素,并结合生产实际,提出相应的安全管理措施。 关键词尾矿库;危险有害因素;安全管理 中图分类号 TD854. 7 文献标识码B 文章编号 100925683 2008 0320054204 我国是一个矿业大国,每年选矿产生的尾矿约 3亿t,除部分作为矿山充填或综合利用外,绝大部 分都储存在尾矿库,因此尾矿库是金属和非金属矿 山一种重要的生产设施,同时又是重大危险源。其 投资较大,一般约占矿山建设总投资的5～10 , 占选矿厂投资的20左右。据统计目前我国已建 尾矿库约有4 000～5 000座,储存尾矿约5. 5 10 9 t,其中危库占总数的5. 9 ,险库占6. 7 ,病库 占25. 3 [1 ]。尾矿库数量之多、 库容之大和坝体之 高在世界上是少见的,历史上大小事故不断,危害性 极大;由于尾矿库区的尾矿有许多重金属和一些有 害物质,对周围环境也造成一定影响。 由于自然条件和环境等方面的复杂性和特殊 性,尾矿库在生产运行过程中存在较多危害和事故 隐患,且经常受到很多不确定性因素的影响。因此, 尾矿库的安全问题是一个严峻的问题,通过对其危 险、 有害因素的辨识分析,有针对性地进行防范,消 除各种事故隐患,最大程度地杜绝和减少尾矿库泄 漏、 漫顶、 垮坝等生产安全事故的发生,最大限度地 保障尾矿库下游居民生命和财产安全。 1 尾矿库的结构组成 [2 ] 矿山将开采的矿石经选矿后,回收了大部分有 价值的精矿后,剩下的称为尾矿。一般情况下,在山 谷的洼地围筑成堤坝形成尾矿库,将尾矿排入库内 沉淀堆存,这种专用储存库称为尾矿库。尾矿库一 般由尾矿坝初期坝、 后期坝、 尾矿输送系统坝上 放矿管道、 排水设施组成。 1. 1 初期坝 初期坝坝型分为不透水坝用透水性较小材料 筑成和透水坝用透水较好材料筑成两种。 1均质土坝。均质土坝是用粘土、 粉质粘土 或风化土料筑成的坝,在坝的外坡脚设有毛石堆成 的排水棱体,以加强排渗,降低坝体浸润线。该坝型 对坝基工程地质条件要求不高,施工简单,造价较 低,在早期或缺少石材地区应用较多。 2透水堆石坝。透水堆石坝是用毛石堆筑成 的坝,在坝的上游坡面用砂砾料或土工布铺设反滤 层其作用是有效降低后期坝的浸润线 , 对后期坝 的稳定性有利,施工简便。 3废石坝。废石坝是用采矿场剥离的废石筑 坝,有两种情况当废石质量符合强度和块度要求 时,可按正常堆石坝要求筑坝;另一种是结合采场废 石排放筑坝,废石不经挑选,用汽车或轻便轨道直接 上坝卸料,下游坝坡为废石的自然安息角,为了安全 起见,坝顶宽度较大,在上游坡面应设置砂砾料或土 工布做成的反滤层,以防止坝体土颗粒透过堆石孔 隙而流失。 4砌石坝。砌石坝是用块石或条石砌成的 坝。这种坝型的坝体强度较高,坝坡可做的比较陡, 能节省筑坝材料,但造价较高。可用于高度不大的 尾矿坝,但对坝基的工程地质条件要求较高,坝基最 好是基岩,以免坝体产生不均匀沉降,导致坝体产生 裂缝。 5混凝土坝。混凝土坝是用混凝土浇筑成的 坝。这种坝型的坝体整体性好,强度高,因而坝坡可 作得很陡,筑坝工程量比其他坝型都小,但工程造价 高,对坝基条件要求高。 1. 2 后期坝 选矿厂投产后,在生产过程中随着尾矿的不断 排入尾矿库,在初期坝坝顶以上用尾砂逐层加高筑 成的小坝体,称之为子坝。子坝连同子坝前的尾矿 沉积体统称为后期坝也称尾矿堆积坝。根据其 45 筑坝方式分为以下3种筑坝类型。 1上游式筑坝。上游式筑坝的特点是子坝中 心线位置不断向初期坝上游方向移升,坝体由流动 的矿浆自然沉积而成。由于受放矿方式的影响,往 往含细粒夹层较多,渗透性能较差,坝体浸润线位置 较高,故坝体稳定性较差见图 1 。 图1 上游式尾矿坝 2下游式筑坝。下游式尾矿筑坝是采用水力 旋流器将尾矿分级,溢流部分细粒尾矿排向初期 坝上游方向沉积;底流部分粗粒尾矿排向初期坝 下游方向沉积,其特点是子坝中心线位置不断向初 期坝下游方向移升。由于坝体尾矿颗粒粗,抗剪强 度高,渗透性能较好,浸润线位置较低,故坝体稳定 性较好见图 2 。 图2 下游式尾矿坝 3中心线式筑坝。中心线式筑坝工艺与下游 式尾矿筑坝类似,但坝的中心线始终不变见图 3 。 图3 中线式尾矿坝 2 尾矿库危险有害因素辨识 危险因素是指能对人造成伤亡或对物造成突发 性损害的因素;有害因素是指能影响人的身体健康、 导致疾病或对物造成慢性损害的因素。通常情况 下,二者并不加以区分而统称为危险有害因素。文 中根据 选矿厂尾矿设施设计规范 ZBJ1 - 90 [3 ]、 冶金矿山尾矿设施管理规程 90冶矿字第185 号 [4 ]、 国家安全生产监督总局 尾矿库安全监督管 理规定2006第6号 [5 ]和尾矿库安全技术规程 AQ2006 - 2005 [6 ] ,对尾矿库的危险有害因素分 别以尾矿坝、 放矿、 排水设施3个单元进行分析。 2. 1 尾矿坝单元的危险有害因素 尾矿库最大的危险有害因素是溃坝,一旦溃坝 会引起滑坡泥石流等重大灾害,造成重大人员伤亡、 财产损失和环境污染。引起溃坝的原因很多 [7] ① 调洪高度不能满足需要、 安全超高不够、 泄洪排水系 统防洪标准偏低、 泄洪排水构筑物破坏或堵塞、 库区 内发生大的泥石流、 岸坡发生滑坡和坍塌等;② 坝体 边坡过陡、 有局部坍塌或隆起、 坝面有冲刷或塌坑等 不良现象;裂缝、 坝基下存在软弱地层或岩溶,坝体 疏松;⑤ 排渗设施失效或破坏,渗流破坏不断扩大, 产生管涌、 流土。主要触发原因有滑坡、 浪涌或洪水 漫坝、 坝坡失稳、 堆积坝溃口、 渗流破坏。现对可能 引起溃坝的各个危险因素分析如下。 1滑坡岸坡坍塌。由于尾矿库建在陡峭山 体上,爆破取石筑路活动、 岩体风化、 尾矿库水淹浸 泡而导致山体失稳,最终引起滑坡。 2浪涌或洪水漫坝。由于风速过大、 泄洪排 水构筑物破坏、 堵塞、 库区内发生大的泥石流或岸坡 发生滑坡和坍塌等原因,引起水流高速冲击坝体或 库区水位超过坝顶,致使坝坡失稳决口溃坝。 3坝坡失稳。由于坝体边坡过陡,有局部坍 塌或隆起,坝面有冲刷、 塌坑等不良现象;裂缝,坝基 下存在软基或岩溶,坝体疏松使渗流破坏不断扩大 导致坝体裂缝、 管涌或流土,引起坝体滑坡坍塌。 4坝体局部浸润线过高。上游式尾矿坝主要 是通过冲填形成的尾砂滤水体排去浸入坝体内部的 渗透水,一旦滤水体结构因某些原因如坝体内细 粒级的沉积矿泥夹层过多等而难以形成或被破 坏,坝体内部的浸润线就会升高,渗透水就可能从坝 坡逸出,在坝面形成沼泽 [8 ]。 5坝面拉沟。未进行坝面维护,坝面无防冲 刷措施,遇暴雨会引起坝面拉沟,局部塌陷。 6渗流破坏。由于浸润线的位置过高,尾矿 沉积干滩的长度过短,坝面或下游发生沼泽化,导致 坝体、 坝肩和不同材料结合部位有渗流水流出,渗流 量增大,渗流水混浊引起管涌。 7管涌。当库区水位过高而引起坝基渗透压 力过大,排渗设施失效时就会引起管涌。 8坝体地震液化。当筑坝尾砂粒度不符合要 求,坝坡处于饱和状态,地震时会引起坝体液化。 9裂缝。由于坝体、 坝基不均匀沉陷或滑坡、 坝体施工质量差或坝身结构及断面尺寸设计不当, 当坝体滑移、 暴雨或低温冰冻时就会使坝体产生裂 缝。 2. 2 放矿单元的危险有害因素 55 王 涛尾矿库危险有害因素的分析及预防 2008年3月第3期 矿石经选别后,尾矿经泵输送至尾矿坝顶铺设 的放矿管道,同时在放矿主管道上连接放矿支管来 实现坝面放矿。由于堆积坝坝面距离一般较长,故 在放矿时存在以下危险有害因素。 1未按设计要求进行放矿冲填尾矿库,沉积 滩面出现侧坡、 扇形坡或细粒尾矿大量沉积于坝体 的某一端。 2独头放矿,矿浆沿子坝内坡趾流动冲刷坝 体;沉积干滩长度不足,浸润线过高,下游坝坡沼泽 化。 3放矿支管开启太少,造成沉积滩坡度过缓, 导致调洪库容不足。 4未能均匀放矿,形成堆积体,沉积滩此起彼 伏,造成干滩过短。 5长时间不调换放矿点,造成个别放矿点的 矿浆外溢,冲刷坝体。 6巡查不及时,放矿管件泄漏矿浆冲刷坝体。 2. 3 排水单元危险有害因素 尾矿库排水系统的作用① 为了及时排除雨季 蓄积在库内的雨水,同时确保不让尾砂从排洪系统 泄漏-俗称“ 跑浑 ” 或“ 跑黑 ” [9 ] ,即排水不排砂;② 兼作回收库内尾矿澄清水供生产循环使用。排水设 施一般由进水构筑物、 输水构筑物和坝坡排水沟组 成。 排水单元存在的危险有害因素有以下几条。 1排水单元出现故障,导致排泄不顺畅。尾 矿库排洪系统出现故障使洪水无法正常排泄,库内 水位会急剧升高,造成洪水从尾矿堆积坝顶溢流排 出。 2泄漏尾砂。排洪构筑物局部结构存在问 题,如现浇排水管分缝处施工不良,预制排水管接触 不良,排水井挡板封堵不严,排水斜槽盖板局部损坏 等,将会导致从排洪系统漏水、 漏砂,污染下游环境。 随着时间推移,泄漏情况日益恶化,可能会导致排洪 系统淤塞或坍塌。 3排洪隧洞出现坍塌。在我国,尾矿库排洪 隧洞大都采用浆砌石做成,整体性较差,承压能力较 低。由于受运行时间、 承重荷载、 渗漏水侵蚀影响造 成洞体结构坍塌,导致隧洞排水淤堵。 3 预防措施 由于尾矿库属于重大危险源,我国安全生产 法 第九十六条规定重大危险源是指长期地或者 临时地生产、 搬运、 使用或者储存危险物品,且危险 物品的数量等于或者超过临界量的单元包括场所 和设施 [10 ]。因此矿山企业加强尾矿库的安全管理 工作也是安全生产的重要环节之一。 3. 1 尾矿坝的预防管理措施 1对初期坝坝体加强维护工作,做好坝底渗 流水质、 水量观测及坝体的位移沉降观测,发现问题 要及时处理。 2在后期用尾砂堆筑坝前,必须对岸坡进行 处理。岸坡处理应做隐蔽工程记录,采取有效措施 处理,经处理后方可堆筑子坝。 3子坝堆筑位置,要严格按照尾矿坝设计坡 比要求进行确定,不能过陡或过缓,要防止形成下陡 上缓的凸面;要留足每级子坝坝顶宽度,使上一级子 坝的外坡脚自下一级子坝的内坡脚内缘起始,形成 每级子坝的轮廓,以便操作管理。 4子坝堆筑过程中要严格按设计进行,要对 子坝分层辗压,确保子坝剖面尺寸、 密实度、 长度符 合要求 5子坝堆筑尽可能选用颗粒粗的尾砂进行堆 筑,这样筑成的坝体较均匀,含泥量少,稳定性较高。 6降低坝体浸润线。尾矿库建成放矿后,由 于水头作用,坝体内必然产生渗漏现象,水由上游渗 向下游形成一个逐渐降落的渗流水面,在土坝横断 面上显示为一条曲线,称之为浸润线。坝体浸润线 位置的高低和变化与坝的安全稳定有密切关系,因 此掌握坝体浸润线的位置变化情况,对判断坝体运 行期间是否安全稳定有重要作用。如坝体浸润线比 设计高,坝坡稳定性降低,坝面会出现局部沼泽化、 塌陷、 管涌等现象 [2] ,这时可采用水平排渗在坝坡 打水平排渗孔、 垂直排渗在坝面打井抽水、 水平 垂直联合排渗和大口辐射井排渗,目前排渗效果最 好的方法是在坝面打大口辐射井进行排渗。 3. 2 放矿系统的预防管理措施 1分段放矿。在实践中大部分尾矿库放矿集 中在尾矿放矿管道进入坝面的一端,远端放矿较少, 这样一方面容易造成近高远低;另一方面容易造成 尾矿沉积规律紊乱,导致远端坝体成为薄弱环节。 还有一些尾矿库长时间不改变放矿口的位置,放矿 口下形成一堆孤立的高砂丘,尾矿向库内流动的路 径不稳定,导致坝前沉积尾砂中形成多层细泥夹层。 这两种放矿现象在尾矿库的放矿管理中是绝不允许 的,对坝体较长的尾矿库,放矿必须采取分段交替作 业进行,使坝体均匀上升,避免滩面出现侧坡、 扇形 坡或细颗粒尾砂大量集中沉积于一端或一侧。 2坝面均匀分散放矿。在放矿主管道上间隔 65 总第467期 矿业快报 2008年3月第3期 安装一定数量同管径同长度的放矿支管,各放矿支 管均安装阀门进行流量控制,实现各放矿支管流量 均匀稳定。坝面均匀分散放矿可使粗颗粒均匀沉积 于坝前,细颗粒排至库内,有利于形成均匀平整的沉 积滩面,避免了大面积矿泥沉积于沉积滩面。 3放矿支管必须确保足够长度。放矿支管的 长度视子坝的高低及内坡比而定,一般以支管放矿 浆体不直接冲击子坝内坡脚为宜,在实践中,常在库 内干滩滩面布置简易支架架设支管,同时在子坝内 坡脚堆放草袋来减少对子坝内坡脚的冲刷。 3. 3 排洪系统的安全管理措施 1排洪构筑物的施工要严格按设计要求进 行,确保工程质量。 2排洪构筑物停用后封堵,必须严格按设计 要求进行,一般情况下必须在井内井座顶部封堵或 在隧洞支洞外封堵,严禁在排洪井井筒上部封堵。 3库内要设立清晰醒目的水位观测标尺,标 明正常运行水位和警戒水位。 4要认真做好汛前、 汛后及日常的排洪设施 检查,发现问题要及时处理。 3. 4 坝体的安全监测管理措施 [2 ] 尾矿坝坝体监测的一部分工作内容可用肉眼进 行,如观察坝坡有无明显变形、 塌陷、 沼泽化、 渗水、 蚁穴鼠洞等;另一部分工作内容是利用精密仪器定 期进行监测。 ① 坝体水平、 位移观测;② 坝体沉降观测;③ 坝 体孔隙水压力观测;④ 坝体浸润线观测;⑤ 坝面大口 辐射井水位观测;⑥ 水平辐射管水流量观测;⑦ 绕坝 渗流观测;⑧ 交通洞渗流量、 流速观测。 对于以上各项观测工作及资料,必须专人观测、 专人管理,对观测结果要认真整理分析,全面掌握尾 矿坝的工作状况和运行规律,确保尾矿库安全运行。 4 结 语 对尾矿库进行危险有害因素分析,做好尾矿库 的管理工作,确保尾矿库安全运行,是一项长期而艰 巨的任务。在实际生产管理过程中,相关职能部门 应该每班固定专人对尾矿坝进行检查维护,发现沉 降、 滑坡、 开裂等不安全因素及时报告上级,并采取 应急措施防止事态发展;汛期前应及时检查并维护 坝肩截洪沟和坝面排水沟,防止洪水冲刷坝肩和坝 面,以免造成局部或更大的冲刷导致溃坝,不得在坝 体上挖土或设构筑物,真正做到“ 安全第一,预防为 主,综合治理,保障平安 ” 。 参 考 文 献 [1 ] 田文旗.尾矿库安全技术与管理[M ].北京煤炭工业出版社, 2006. [2 ] 徐 强. 尾矿库安全监督管理规定 贯彻实施及尾矿库安全 操作、 维护、 运行管理、 检查验收、 病害治理及监督执法操作手 册[M ].北京冶金工业出版社,2006. [3 ] 中华人民共和国建设部.选矿厂尾矿设施设计规范 [ S]. 1990. [4 ] 中华人民共和国冶金部,中国有色金属工业总公司. 冶金矿 山尾矿设施管理规程 [ S]. 1990. [5 ] 国家安全生产监督管理总局.尾矿库安全监督管理规定 [ S]. 2006. [6 ] 国家安全生产监督管理总局.尾矿库安全技术规程 [ S]. 2006. [7] 李夕兵,蒋卫东等.汛期尾矿坝溃坝事故树分析 [J ].安全与环境学报, 2001 5 45～48. [8 ] 赵 杰,李淑英.尾矿坝浸润线控制[J ].西部探矿工程, 2005 2 69～70. [9 ] 沈楼燕.关于尾矿库排洪系统设计中的问题探讨[J ].有色金 属矿山部分 , 2003 3 38～40. [10] 安全生产法 2002年6月29日第九届全国人大常委会第二 十八次会议通过. 收稿日期20072102 15 信息平台 肃北县将全力打造矿产品深加工基地 2008年,肃北县将重点抓好柳沟峡铁矿、 红坡 铁矿、460金选厂等7个新建续建项目和博伦矿业、 德泰矿业、 天行矿业、 华阳矿业、 凯富煤业等16个矿 山工业项目的达产达标,形成年产2 000kg黄金、 100万t铁精粉、80万t原煤、2万t铬精粉、1万t铁 合金的生产规模,全力打造矿产品深加工基地。 75 王 涛尾矿库危险有害因素的分析及预防 2008年3月第3期