尾礦庫安全技術(shù)基礎(chǔ)知識

1、 圖2-5 尾礦庫庫容組成圖圖中: H1某一壩頂標(biāo)高，對應(yīng)的水平面為AA； H2洪水水位，對應(yīng)的水平面為BB； H3蓄水水位，對應(yīng)的水平面為CC； H4正常生產(chǎn)的最低水位，亦可稱之為死水位，對應(yīng)的水平面為DD。該水位由最小澄清距離確定； DE細(xì)顆粒尾礦沉積灘面及礦泥懸浮層面； V1空余庫容：指水平面AA與BB之間的庫容，它是為確保設(shè)計洪水位時壩體安全超高和安全灘長的空間容積，是不允許占用的，故又稱安全庫容； 圖圖2-9 毛石透水壩毛石透水壩（3）砂、石透水堆石壩該壩型對壩基工程地質(zhì)條件要求也不高。當(dāng)質(zhì)量較好的石料數(shù)量不足時，也可采用一部分較差的砂石料來筑壩。即將質(zhì)量較好石料鋪筑在壩體底部及上游

2、坡一側(cè)（浸水飽和部位），而將質(zhì)量較差的砂石料鋪筑在壩體的次要部位，如圖表2-10所示。圖圖2-10 砂、石透水堆石壩砂、石透水堆石壩 圖圖2-11 采礦廢石透水堆石壩采礦廢石透水堆石壩 （5）砌石壩用塊石或條石砌成的壩。這種壩型的壩體強度較高，壩坡可做得比較陡，能節(jié)省筑壩材料，但造價較高?？捎糜诟叨炔淮蟮奈驳V壩，但對壩基的工程地質(zhì)條件要求較高，壩基最好是基巖，以免壩體產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致壩體產(chǎn)生裂縫。（6）混凝土壩用混凝土澆筑成的壩。這種壩型的壩體整體性好，強度高，因而壩坡可做得很陡，筑壩工程量比其他壩型都小，但工程造價高，對壩基條件要求高，采用者比較少。圖圖2-12 上游式尾礦壩上游式尾礦壩

3、圖圖2-13 中線式尾礦壩中線式尾礦壩 3.11 3.11下游式（尾礦筑壩法） 在初期壩下游方向用旋流器分級粗尾砂沖積尾礦的筑壩方式?！踞屃x與知識】下游式尾礦筑壩是用水力旋流器將尾礦分級，溢流部分（細(xì)粒尾礦）排向初期壩上游方向沉積；底流部分（粗粒尾礦）排向初期壩下游方向沉積。其特點是子壩中心線位置不斷向初期壩下游方向移升，如圖2-14所示。由于壩體尾礦顆粒粗，抗剪強度高，滲透性能較好，浸潤線位置較低，故壩體穩(wěn)定性較好。但分級設(shè)施費用較高，且只實用于顆粒較粗的原尾礦，又要有比較狹窄的壩址地點。國外使用較多，國內(nèi)使用尚少見。 圖圖2-14 下游式尾礦壩下游式尾礦壩 此外，有些尾礦庫在使用過程中，其

4、周圍需在多處陸續(xù)建壩。通常將壩基標(biāo)高最低處也是最先建的壩稱作主壩，后建的稱作1號副壩、2號副壩等等。副壩的類型及筑壩要求與主壩相同。較矮的副壩可采用擋水式壩型，無需堆積壩；較高的副壩可采用既有初期壩，又有堆積壩的壩型。必須提醒：有堆積壩者應(yīng)適當(dāng)提前在壩前放礦，為堆積壩創(chuàng)造堆壩的條件。3.123.12沉積灘 水力沖積尾礦形成的沉積體表層，常指露出水面部分。3.13 3.13 灘頂 沉積灘面與堆積壩外坡的交線，為沉積灘的最高點。 【釋義與知識】通常說壩頂很容易理解為子壩頂，而子壩由松散尾砂堆成，一般是不能攔擋洪水的，在評價安全超高和安全灘長時自然也不能以子壩頂作依據(jù)。為此，現(xiàn)行的選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計

5、規(guī)范（ZBJ 1-90）首次引進(jìn)了“灘頂”的概念，用灘頂代替壩頂較為確切。也就是說，壩頂一般是指灘頂，而不是指子壩頂。從圖215中可以看出：灘頂和子壩頂二者在一般情況下是有區(qū)別的。在防洪安全檢查時，或事故分析時是不能通用的。只有在灘頂達(dá)到子壩頂時，二者才是一致的。 圖圖2-15 灘頂、子壩頂示意圖灘頂、子壩頂示意圖 3.14 3.14 灘長 由灘頂至水邊線的水平距離。3.15 3.15 最小干灘長度 設(shè)計洪水位時的干灘長度，具體數(shù)值參見尾礦庫施工圖設(shè)計說明書，一般要比規(guī)范值大。3.17 3.17 最小安全超高規(guī)定的安全超高最小允許值，具體數(shù)值參見尾礦庫施工圖設(shè)計說明書，一般要比規(guī)范值大。【釋義

6、與知識】必須提醒一點：選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范（ZBJ-90）規(guī)定的安全超高最小允許值（見本教材5.3.9條的表3）只限用于設(shè)計人員使用。而設(shè)計文件規(guī)定的最小安全超高值則有可能大于規(guī)范規(guī)定值，后者才是生產(chǎn)單位必須遵循的防洪控制依據(jù)。3.18 3.18 壩高 對初期壩和中線式、下游式筑壩為壩頂與壩軸線處壩底的高差，對上游式筑壩則為堆積壩壩頂與初期壩壩軸線處壩底的高差。3.19 3.19 總壩高（即最終壩體高度） 與總庫容相對應(yīng)的最終堆積標(biāo)高時的壩高3.20 3.20 堆壩高度或堆積高度 尾礦堆積壩壩頂與初期壩壩頂?shù)母卟睢?.213.21尾礦堆積壩坡比 尾礦堆積壩各級子壩外坡腳與壩肩之連線的斜率。尾

7、礦庫等別尾礦庫等別 表表1【釋義與知識】 尾礦庫的等別從高到低分為五等。設(shè)計規(guī)范對等別不同的尾礦庫采用的防洪標(biāo)準(zhǔn)和壩體安全系數(shù)也是不同的。一等最高，五等最低。 尾礦庫失事造成災(zāi)害的大小與庫內(nèi)尾礦量的多少以及尾礦壩的高矮成正比。尾礦庫使用的特點是尾礦量由少到多，尾礦壩由矮到高，在不同使用期失事，造成危害的嚴(yán)重程度是不同的。因此，同一個尾礦庫在整個生產(chǎn)期間根據(jù)庫容和壩高劃分為不同的等別應(yīng)是合理的；再者，尾礦庫使用過程中，初期調(diào)洪能力較小，后期調(diào)洪能力較大，同一個尾礦庫初期按低等別設(shè)計，中期及后期逐漸將等別提高，這樣一次建成的排洪構(gòu)筑物就能適應(yīng)各使用期的防洪要求，設(shè)計更加經(jīng)濟(jì)合理。根據(jù)上述原則，我國

8、現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范允許對同一個尾礦庫在生產(chǎn)期間采用不同的尾礦庫等別進(jìn)行設(shè)計4.2 4.2 尾礦庫構(gòu)筑物的級別根據(jù)尾礦庫等別及其重要性按表2確定。尾礦庫構(gòu)筑物的級別尾礦庫構(gòu)筑物的級別 表表2注：主要構(gòu)筑物指尾礦壩、庫內(nèi)排水構(gòu)筑物等失事后難以修復(fù)的構(gòu)筑物；次要構(gòu)筑物指失事后不致造成下游災(zāi)害或?qū)ξ驳V庫安全影響不大并易于修復(fù)的構(gòu)筑物；臨時構(gòu)筑物指尾礦庫施工期臨時使用的構(gòu)筑物?！踞屃x與知識】 尾礦庫構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)型式（土石壩、堆石壩、混凝土壩、磚石結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等）很多，結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先要確定該構(gòu)筑物的級別。各種結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對不同級別的構(gòu)筑物采用不同的安全系數(shù)?！踞屃x與知識】 在在“3.22 尾礦

9、庫安全設(shè)施”中，除了在第二節(jié)已介紹過的初期壩、堆積壩和副壩外，還有尾礦庫排洪設(shè)施、排滲設(shè)施和觀測設(shè)施等。現(xiàn)將排洪設(shè)施的基礎(chǔ)知識介紹如下：1、排洪構(gòu)筑物的類型及其特點 尾礦庫庫內(nèi)排洪構(gòu)筑物通常由進(jìn)水構(gòu)筑物和輸水構(gòu)筑物兩部分組成。尾礦壩下游坡面的洪水用排水溝排除。排洪構(gòu)筑物型式的選擇，應(yīng)根據(jù)尾礦庫排水量的大小、尾礦庫地形、地質(zhì)條件、使用要求以及施工條件等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。1、進(jìn)水構(gòu)筑物 進(jìn)水構(gòu)筑物的基本型式有排水井、排水斜槽、溢洪道以及山坡截洪溝等。排水井是最常用的進(jìn)水構(gòu)筑物。有窗口式、框架式、井圈疊裝式和砌塊式等型式，見圖216。窗口式排水井整體性好，堵孔簡單。但進(jìn)水量小，未能充分發(fā)揮井

10、筒的作用。早期應(yīng)用較多?？蚣苁脚潘涩F(xiàn)澆梁柱構(gòu)成框架，用預(yù)制薄拱板逐層加高。結(jié)構(gòu)合理，進(jìn)水量大，操作也較簡便。從六十年代后期起，廣泛采用。疊圈式和砌塊式等型式排水井分別用預(yù)制拱板和預(yù)制砌塊逐層加高。雖能充分發(fā)揮井筒的進(jìn)水作用，但加高操作要求位置準(zhǔn)確性較高，整體性差些，應(yīng)用不多。 圖圖216 排水井類型排水井類型 排水斜槽既是進(jìn)水構(gòu)筑物，又是輸水構(gòu)筑物。隨著庫水位的升高，進(jìn)水口的位置不斷向上移動。它沒有復(fù)雜的排水井，但畢竟進(jìn)水量小，一般在排洪量較小時經(jīng)常采用。 溢洪道常用于一次性建庫的排洪進(jìn)水構(gòu)筑物。為了盡量減進(jìn)水深度，往往作成寬淺式結(jié)構(gòu)。山坡截洪溝也是進(jìn)水構(gòu)筑物兼作輸水構(gòu)筑物。沿全部溝長均可

11、進(jìn)水。在較陡山坡處的截洪溝易遭暴雨沖毀，管理維護(hù)工作量大。2、輸水構(gòu)筑物 尾礦庫輸水構(gòu)筑物的基本型式有排水管、隧洞、斜槽、山坡截洪溝等。排水管是最常用的輸水構(gòu)筑物。一般埋設(shè)在庫內(nèi)最底部，荷載較大，一般采用鋼筋混凝土管，如圖217所示。 斜槽的蓋板采用鋼筋混凝土板，槽身有鋼筋混凝土和漿砌塊石兩種。 鋼筋混鋼筋凝土管整體性好，承壓能力高，適用于堆壩較高的尾礦庫。但當(dāng)凈空尺寸較大時，造價偏高。漿砌塊石管是用漿砌塊石作為管底和側(cè)壁，用鋼筋混凝土板蓋頂而成。整體性差，承壓能力較低，適用于堆壩不高、排洪量不大的尾礦庫。 隧洞需由專門鑿巖機械施工，故凈空尺寸較大。它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，是大、中型尾礦庫常用的輸水

12、構(gòu)筑物。當(dāng)排洪量較大，且地質(zhì)條件較好時，隧洞方案往往比較經(jīng)濟(jì)。圖圖217 排水管類型排水管類型 3、壩坡排水溝 壩坡排水溝有兩類：一類是沿山坡與壩坡結(jié)合部設(shè)置漿砌塊石截水溝，以防止山坡暴雨匯流沖刷壩肩，即截洪溝。另一類是在壩體下游坡面設(shè)置縱橫排水溝，將壩面的雨水導(dǎo)流排出壩外，以免雨水滯留在壩面造成壩面拉溝，影響壩體的安全。【釋義與知識】 在在“3.22 尾礦庫安全設(shè)施”中，除了在第二節(jié)已介紹過的初期壩、堆積壩和副壩外，還有尾礦庫排洪設(shè)施、排滲設(shè)施和觀測設(shè)施等。現(xiàn)將觀測設(shè)施的基礎(chǔ)知識介紹如下： 尾礦庫運行狀態(tài)是否正常須根據(jù)尾礦庫觀測設(shè)施實測數(shù)據(jù)進(jìn)行定量判別。尾礦庫觀測設(shè)施主要有庫水位觀測、壩體位

13、移觀測、浸潤線觀測、構(gòu)筑物變形觀測、滲流水觀測等。也有少數(shù)尾礦壩曾埋設(shè)過孔隙水、壩體固結(jié)等觀測設(shè)施。由于尾礦庫往往遠(yuǎn)離廠區(qū)，又處于野外露天狀態(tài)，范圍較廣。一些精密自動觀測儀器易受各種天然或人為因素?fù)p壞，所以尾礦庫觀測設(shè)施的設(shè)置應(yīng)以力求簡便有效、確能及時正確指導(dǎo)生產(chǎn)管理為原則。1、庫水位觀測設(shè)施一項完善的尾礦庫設(shè)計必須給生產(chǎn)管理部門提供該庫在各運行期的最小調(diào)洪深度Ht、設(shè)計洪水位時的最小干灘長度Lg和最小安全超高Hc，以作為控制庫水位和防洪安全檢查的依據(jù)。庫水位觀測的目的正是根據(jù)現(xiàn)狀庫水位推測設(shè)計洪水位時的干灘長和安全超高是否滿足設(shè)計的要求。但至今大多用目估的現(xiàn)有干灘長來推測洪水位時的干灘長，這

14、是極不準(zhǔn)確的。下面介紹一種簡便可靠的檢測法： （1）安全灘長檢測法如圖218所示，設(shè)現(xiàn)狀庫水位為Hs ，先在沉積灘上用皮尺量出Lg，并插上標(biāo)桿a ，用儀器測出a點地面標(biāo)高Ha ， 當(dāng)Ht = Ha Hs Ht 時，即認(rèn)為安全灘長滿足設(shè)計要求。否則，不滿足。圖圖2-18 安全灘長檢測圖安全灘長檢測圖 （2）安全超高檢測法如圖219中所示，設(shè)現(xiàn)狀庫水位為Hs ，先在沉積灘上用水準(zhǔn)儀根據(jù)Hc找出b點，并插上標(biāo)桿b ，用儀器測出b點地面標(biāo)高Hb ，當(dāng)Ht = Hb Hs Ht 時，即認(rèn)為安全超高滿足設(shè)計要求。否則，不滿足。2-19 安全超高檢測圖安全超高檢測圖 對于壩前干灘坡度較大者，只要安全灘長滿足

15、要求，安全超高一般都能滿足要求，而無須檢測安全超高；對于壩前干灘坡度較緩者，只要安全超高滿足要求，安全灘長一般都能滿足要求，而無須檢測安全灘長。 2、浸潤線觀測設(shè)施 浸潤線的位置是分析尾礦壩穩(wěn)定性的最重要的參數(shù)之一，因而也是判別尾礦壩安全與否的重要特征。尾礦壩需通過降低浸潤線以增強穩(wěn)定性。 尾礦壩浸潤線觀測設(shè)施使用最多的是在壩坡上埋設(shè)水位觀測管。觀測管埋設(shè)深度是個關(guān)鍵，淺了測不到水位，深了所測得的水位往往低于實際浸潤線。為此，事先必須了解設(shè)計者為確保壩體穩(wěn)定所需要的浸潤線深度，這從初步設(shè)計文件的壩體穩(wěn)定計算剖面圖中可以找到。生產(chǎn)過程中浸潤線的位置還會受放礦水、干灘長度、雨水以及壩體逐漸升高等因素的影響，經(jīng)常有些變動。如果觀測管測不到水位，說明浸潤線低于設(shè)計要求值，壩體安全；如果測得水位較高，說明須要采取降低浸潤線的治理措施。 3、壩體位移觀測設(shè)施 目前我國尾礦壩位移觀測有壩體表面位移及壩體內(nèi)部位移觀測。即在壩體表面有組織地埋設(shè)一系列砼樁及內(nèi)部位移針作為觀測標(biāo)點，通過自動及人工觀測壩體的垂直（沉降）和水平位移。 標(biāo)點的布置以能全面掌握壩體的變形狀態(tài)為原則。一般可選擇最大壩高剖面、