尾矿库闭库设计方案说明书.docx

.贵港市福六矿业开发有限公司六梅选矿厂奋碑尾矿库闭库设计广西工业建筑设计研究院二00七年六月贵港市福六矿业开发有限公司六梅选矿厂奋碑尾矿库闭库设计院 长：韦荣将副院长、总工程师：黄 海项 目 负 责 人：伍炳源参加设计人员：审核：伍炳源校核：赵松林设计：陈乾渝广西工业建筑设计研究院二00七年六月目 录1 概述 1.1 项目提出的背景 1.2 项目的重要性、必要性及意义 1.3 项目简介2 设计依据及标准 2.1 设计依据的法规文件 2.2 设计的技术标准 2.3 设计的基础资料3尾矿库闭库设计3.1尾矿库现状 3.2尾矿库闭库设计前期工作 3.3尾矿库闭库设计措施 3.3.1 尾矿库闭库设计原则 3.3.2 尾矿库闭库设计 3.3.3 尾矿库排洪系统闭库设计 3.3.4 闭库工程施工及验收 3.3.5 尾矿库闭库后的维护及管理 4 安全专篇4.1 坝体稳定性分析4.2 尾矿库闭库安全整治及维护管理安全措施4.3 尾矿库主要危险因素及防治措施5 尾矿库闭库环境保护专篇 5.1 闭库环保设计 5.2 闭库生态环境恢复6 尾矿库闭库概算及实施进度计划7建议8附件 环保监测化验报告9附图1） 闭库设计总说明2） 尾矿库闭库平面图3） 1-1剖面及大样1 概述1.1 项目现状 贵港市福六矿业开发有限公司六梅选矿厂位于贵港市北部，距市区约34KM，其中21KM为三级柏油路，9KM为乡村公路，另4KM为进选矿区的矿厂简易公路。六梅选矿二厂建于1998年，日处理原矿量50d/t，属小型选矿厂，其配套的奋碑尾矿库位于选矿厂西北方向的奋碑山沟里，距选矿厂水平距离约500m左右。尾矿库为山谷型上游式尾矿库，设计总库容为5万m3，初期坝坝高9.0m，后期坝坝高19.0m（面标高236.0m），总坝高约28.0m，五级尾矿库，设计堆积坡比为1:3.2。尾矿库上游集水面积0.045km3。目前库内尾砂已堆至240.7m标高，超设计标高4.7m。2007年6月贵港市福六矿业公司委托我院对该尾矿库进行闭库设计。1.2 项目的重要性、必要性及意义贵港市福六矿业公司六梅选矿厂奋碑尾矿库经多年的使用，目前堆高已超设计标高，坝坡比陡于设计坡比，经复核计算，抗滑稳定系数低于规程最小要求。存在不安全因素。此外，矿山环境污染和破坏突出，给周围自然环境、社会经济生活带来了较大的负面影响。矿区内存在大量土地被占用、植被及山坡土体遭破坏严重，形势十分严峻。其影响将远远超出矿产资源开发活动的地域和空间。如不彻底根治，不仅加重对周围环境的污染，还将进一步破坏区域生态平衡、诱发多种地质灾害及人类疾病，使人民群众健康和生命财产安全受到威胁，区域内可持续发展将受到制约，矿山环境恢复治理工作已刻不容缓。采取适当的组织措施，技术措施，对矿区环境进行综合治理与恢复，可以恢复植被，减少水土流失，减轻消除对当地环境的污染，避免各种地质灾害的发生，不仅可以有效地保护生态环境，而且还能促进矿业的可持续发展，具有长远的经济效益、社会效益和环境效益。尾矿库的闭库工作是矿区治理、恢复和环境保护重点工作之一，消除影响经济发展和不利环境保护的因素，恢复矿区的生态环境是环境保护极其重要的工作。1.3 项目简介贵港市福六矿业公司六梅选矿厂奋碑尾矿库的闭库工程主要治理内容是尾矿坝经坝坡稳定复核计算后进行压坡、削坡维护修整、库内废渣进行平整、排洪排水系统进行维护，建立坝体变形观测系统以方便以后管理监控。库面需复土复垦，恢复自然植被，按有关规范进行闭库设计，彻底恢复治理库区的生态环境。2.2 闭库设计依据的技术标准及参考文献一般工业固体废物贮存、处置场污染污染控制标准（GB18599-2001）选矿厂尾矿设施设计规范（ZBJ1-90）冶金矿山尾矿设施管理规程冶金部（90）冶矿字第185号选矿安全规程（GB18152-2000）尾矿设施施工及验收规程（YS5418-95）污水综合排放标准（GB8978-1996，二级）地表水环境质量标准（GB3838-2002，类）环境空气质量标准（GB3095-96，二级）土壤环境质量标准（GB15618-95，二级）尾矿库安全技术规程（AQ 2006-2005）关于尾矿库闭库安全验收工作的通知国家经贸委（2000）413号2.3 闭库设计的基础资料 六梅选矿厂奋碑尾矿库1/500现状测量地形图（贵港市福六矿业公司2007.5）贵港市福六矿业公司六梅选矿厂奋碑尾矿库闭库岩土工程勘察报告（广西基础勘察工程有限责任公司2007.5）贵港市福六矿业公司六梅选矿厂奋碑尾矿库施工图设计文件（广西工业建筑设计研究院1999.1）水文气象资料（贵港）年平均气温：21.5年最高气温：39.5年最低气温：-3.4年平均降雨量：1475.5mm;年平均蒸发量：1799.6mm;最大日降雨量：179.8mm;最大24小时暴雨变差系数Cv24=0.55；最大24小时暴雨偏差系数Cs=3.5Cv尾矿库上游汇水面积0.0452km贵港市福六矿业公司提供的有关资料及现场收集的资料3 尾矿库闭库设计3.1 尾矿库现状根据现场调查实测，尾矿库初期坝建设基本按图纸施工，初期坝高9m，为透水堆石坝。下游坡比1:2.2，上游坡比1:1.7。后期坝设计坡比1:3.2，高为19m，实际施工为1:2.0，高为23.7m，坡比及高度均超出设计值。排水系统为砼盖板砌石斜槽。内空尺寸为0.6mX0.8m。目前库内排洪系统基本完善、有效。3.2 闭库设计的前期工作3.2.1 尾矿库现状测量尾矿库进入闭库程序后，业主即对尾矿库现状进行1/500地形测量，提供了现状测量图，给闭库设计提供了有利条件。3.2.2 尾矿库现状岩土工程勘察该尾矿库进入闭库程序后，业主委托广西基础勘察工程有限责任公司对尾矿库进行了现状岩土工程勘察工作，并于2007年5月提交贵港市福六矿业公司六梅选矿厂奋碑尾矿库岩土工程勘察报告，其主要有关内容及岩土指标如下：3.2.2.1 场地工程地质条件（一）地层根据钻探资料和区域地质资料，场地岩土层分布较单一，主要为第四系植物层耕表土、压实粘土-1、粉细砂（矿渣）-2及残积形成的粉质粘土、粉砂岩等组成，现描述如下：1、耕表土黄灰、灰褐色，由粘性土、粉砂及少量碎石等组成，含较多的植物根系、有机质等，高压缩性，属不良土层，仅见于ZK1、ZK2、ZK3钻孔，层厚0.601.00m。2、压实粘土-1黄褐、土黄色，为初期坝坝体，物质来源于附近开挖的砂岩风化产物，稍湿，可硬塑（压密）状态，混杂约10%的碎石，成份为风化砂岩碎屑，土质较均匀，无杂质。属中等压缩性土。见于ZK4、ZK5、ZK6钻孔，层厚3.709.00m。3、粉细砂-2灰黑、黄灰等色，顶部（10m以上）呈中密状态，下部（10m以下呈稍密状态），以粉砂、细砂为主，夹少量中砂、粗砂及碎石。根据土工试验结果：尾矿粒径在0.250.075居多，层厚11.222.1m，主要分布于库区。4、粉质粘土黄褐、棕黄色，稍湿，硬塑状态为主，局部可塑状，含少量砂岩碎屑及少量黑色铁锰质氧化物，为粉砂岩、泥岩的风化残积层，以粉质粘土为主，局部相变为粘土、粉土层。干强度高、韧性高，无摇振反应，根据土工试验结果：压缩系数a1-2平均值为0.11MPa，属中等偏低压缩性，层厚2.707.30m。5、粉砂岩褐黄色，强风化，细粒结构，中厚层状构造，构造和风化裂隙很发育，泥质充填，岩石破碎，岩芯呈碎块状、碎石状、短柱状，岩面随地形坡度起伏。干钻及冲击不进，属软岩，岩体极破碎，岩石基本质量等级为级。其与上覆第四系土层呈角度不整合接触关系，厚度1.305.30m。（二）地基土参数的确定根据室内土工试验、土层特征、原位测试成果并结合建筑经验提供地基土参数值。主要地基土层的含水量、孔隙比e、液性指数IL、内聚力标准值CK、内摩擦角标准值K、变形模量Es、地基承载力特征值faK等指标值建议如下表： 各岩土层物理力学性质指标建议 指标地层含水量天然密度内聚力CK内摩擦角K压缩模量 Es 承载力特征值 faK %g/cm3kPaMPaKPa压实粘土-124.42.00387.48.4160粉细砂-24.228.1120粉质粘土22.32.0141.711.315.3220粉砂岩400注：打*号为经验值（三）水文地质条件库区范围内地下水类型有第四系松散岩类孔隙水、寒武系粉砂岩、细砂岩裂隙水，其水文地质特征见插表地下水类型分布地层水位埋深(m)富水程度渗透系数及渗透等级(cm/s)补给、迳流、排泄钻探是否揭露到上层滞水耕表土粉细砂-1粉质粘土10.015.0中等210-39.310-6中等透水不具统一水位，水位与地形起伏基本一致，接受降雨量补给，垂向或顺原地面迳流是裂隙水粉砂岩不祥弱弱透水降雨入渗补给，沿裂隙流动，以工人工开采形式排泄否3.2.2.3岩土工程分析与评价（一） 场地稳定性与适宜性 库区内无断裂构造通过，场地稳定，库区及坝址两侧山坡坡形完整，植被发育，历史上没有山体滑坡、泥石流等地质灾害记载，在没有外界和人为因素的影响下，库区及坝址斜坡为较稳定的斜坡，在勘察期间，在初期坝与后期子坝之间发现管涌现象，管涌范围65m2，管涌带走的粉细砂将慢慢掏空库区的主要堆积体（尾矿），将严重影响坝体的安全，因此，在管涌地段应采取高压注浆或其它措施。（二） 场地地震效应根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）和中国地震动参数区划图（GB18306-2001），贵港市的地震设防烈度为6度，设计地震基本加速度值为0.05g3.2.2.4初期坝和堆积坝稳定性分析评价根据勘探成果，坝址区无区域性深大断裂构造通过，抗震设防烈度为6度，场地土层属中硬土，场地类别属类，由于地形起伏较大，场地属对建筑抗震不利地段。场地内未发现滑坡、坍塌等不良地质作用，自然岸坡稳定。由于坝址岸坡表层主要由粉质粘土层及粉砂岩组成，粉质粘土、粉砂岩等土层体完整，整体强度高，由其组成的坝址岸坡稳定性好。初期坝建于较好的土层上，坝基无滑动、渗漏等问题，初期坝及坝基稳定；堆积子坝坝基为矿砂堆积层，矿砂堆积层较松散，具中等透水性，坝基易发生渗漏问题，对堆积子坝稳定造成威胁。应建立坝体变形观测系统等构筑物。3.2.2.5结论与建议1、拟建场地处于构造相对稳定区，抗震设防烈度小于6度，建筑场地类别为类，库区及其邻近无深、大断裂构造通过，无新近活动断裂构造存在，库区边坡稳定。2、库区属对建筑抗震不利地段，抗震设防烈度为度，设计地震分组为第一组，设计地震加速度值为0.05g,特征周期值为0.35s。 3、初期土坝以粉质粘土层作坝基持力层，该层强度高，分布稳定，是较好的坝基持力层，该坝无滑坡、渗漏问题，坝体及坝基稳定。4、后期子坝坝基由于渗漏会出现管涌现象，后期子坝及坝基稳定性受到严重威胁，须对坝基矿砂层进行压力注浆处理，以防管涌进一步发生，保证坝体及坝基的稳定。5、建议对坝基稳定、岩土层渗漏、水土和渗出液化学性能进行监测。3.3 尾矿库闭库设计措施3.3.1 尾矿库闭库设计原则尾矿库闭库应按正常库标准进行闭库整治设计，确保尾矿库防洪能力和尾矿坝稳定性系数满足尾矿库安全技术规程和有关规范、规程的要求，维持尾矿库闭库后长期安全稳定。3.3.2 尾矿坝闭库设计3.3.2.1 尾矿坝稳定性复核及整治措施尾矿坝稳定性复核计算的参数按现状测量地形图确定坝体几何尺寸参数，及现状的岩土工程勘察报告提供的坝体及地基岩土物理力学指标进行坝坡稳定计算。本闭库设计坝坡稳定分析使用北京理正软件设计研究院的理正稳定分析系统软件进行。计算所用参数按岩土工程勘察报告所提供的坝体现状岩土参数。尾矿库坝坡稳定计算结果整理如下：现状后期坝坝坡抗滑稳定最小安全系数： kmin=0.851.15-计算项目： 等厚土层土坡稳定计算 1-计算简图控制参数: 采用规范:通用方法 计算目标:安全系数计算 安全系数计算目标: 圆弧滑动法 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 6 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 6.000 6.000 0 2 10.000 0.300 0 3 13.200 6.000 0 4 2.500 0.000 0 5 47.000 23.500 0 6 100.000 -1.000 0土层信息 上部土层数 3 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩 十字板 强度增 十字板羲 强度增长系 全孔压 (m) (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) (kPa) 长系数 下值(kPa) 数水下值 系数 1 6.000 20.000 - 41.700 11.300 - - - - - - - 2 6.000 20.000 - 20.000 7.400 - - - - - - - 3 23.500 18.000 - 5.000 28.000 - - - - - - - 下部土层数 2 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩 十字板 强度增 十字板羲 强度增长系 全孔压 (m) (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) (kPa) 长系数 下值(kPa) 数水下值 系数 1 3.000 20.100 - 41.700 11.300 - - - - - - - 2 6.000 22.500 - 10.000 28.000 - - - - - - - 不考虑水的作用计算条件 圆弧稳定分析方法: 瑞典条分法 土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待 稳定计算目标: 自动搜索最危险滑裂面 条分法的土条宽度: 5.000(m) 搜索时的圆心步长: 5.000(m) 搜索时的半径步长: 2.000(m)-计算结果:- 最不利滑动面: 滑动圆心 = (42.960,42.960)(m) 滑动半径 = 36.955(m) 滑动安全系数 = 0.850 起始x 终止x li Ci 謎 条实重 浮力 地震力 渗透力 附加力X 附加力Y 下滑力 抗滑力 (m) (m) (度) (m) (kPa) (度) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) - 25.271 28.540 -25.783 3.63 20.00 7.40 100.20 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 -43.58 84.36 28.540 29.200 -22.414 0.71 20.00 7.40 44.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 -16.79 19.57 29.200 31.700 -19.800 2.66 20.00 7.40 202.87 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 -68.72 77.94 31.700 36.940 -13.558 5.39 20.00 7.40 662.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 -155.21 191.48 36.940 42.179 -5.293 5.27 20.00 7.40 1000.79 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 -92.33 234.75 42.179 47.419 2.859 5.25 20.00 7.40 1259.59 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 62.84 268.40 47.419 52.658 11.072 5.34 20.00 7.40 1439.23 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 276.40 290.32 52.658 57.898 19.528 5.56 20.00 7.40 1535.22 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 513.18 299.21 57.898 63.137 28.468 5.97 20.00 7.40 1536.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 732.18 294.71 63.137 70.619 40.775 9.91 5.00 28.00 1974.58 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1289.57 844.62 70.619 78.100 60.213 15.17 5.00 28.00 1163.85 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1010.08 383.25 78.100 78.700 73.620 2.13 5.00 28.00 33.56 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 32.20 15.67 78.700 79.154 76.812 1.99 5.00 28.00 10.34 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 10.07 11.20 79.154 79.213 78.587 0.30 5.00 28.00 0.16 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.16 1.52 总的下滑力 = 3550.040(kN) 总的抗滑力 = 3017.006(kN) 土体部分下滑力 = 3550.040(kN) 土体部分抗滑力 = 3017.006(kN) 筋带的抗滑力 = 0.000(kN)从上计算结果可以判定尾矿库在现状闭库后，其尾矿坝坝坡抗滑稳定最小安全系数小于规范要求，其尾矿坝稳定性不能符合规范要求。整治措施如下： 立即放干库内存水，完善各项应急预案。 采用山坡残积土压坡加固，压坡时加入土工格每1000铺4000长，2500沿坝横方向全长铺设，提高坡体抗剪能力。压坡范围详施工图纸。 坝顶削坡，顺序为从两边向中间逐渐削减，每次削减厚度不大于1m，每次宽度1.15注：贵港市地震烈度为6度，无特殊运行工况详细计算详见“4.尾矿库闭库设计安全专篇”。3.3.2.2 尾矿库库面排水系统及观测系统整治措施 尾矿库库面必需整平，宜沿库纵向从库尾向坝首有0.5%1%的坡度，沿库横截面从中轴线向两边有0.5%1%坡度，以利库面雨水能顺畅排向库边及下游。库面整平后复土0.3米厚，覆盖土宜用生产剥离的废土，种植耐旱易生长的草木，恢复自然生态环境，保护库面，减少雨水渗入库内，也减少库面扬尘现象。尾矿库原地貌以旱地为主，整治库面先种草达到固沙养护目的，待日后遵照国土规划再进行整治复垦还田。库四周设置环形截水沟，防止讯期库外水排入库内。 建立尾矿坝体变形观测系统尾矿库设计规范规定四级及四级以上的尾矿库必须设置坝体变形观测系统。本库属四级库，因此需在尾矿坝顶面设置坝体变形观测桩，设置办法沿坝纵向轴线在坝内设置三根变形观测桩，两端岸基各一根，坝体变形观测桩长2米，截面150150，用钢筋砼予制，桩顶有100150予留孔安装桩标，桩埋入坝内1.85m，外露0.15m，用经纬仪观测安装好桩标并记录原始数据，以后汛期每月观测一次，平时每季度观测一次（汛期按每年49月），每次观测均需记录观测数据，当发现水平位移积累变形超过30mm，或沉降积累变形超过50mm，则作为坝体出现险情处理，须立即采取措施排除险情。观测变形发现坝体有突变亦作为坝体变形出现险情，须立即查明坝体发生突变原因，采取措施排除险情。尾矿坝坝体变形观测系统是监控闭库后坝体情况的有力措施，闭库后的管理制度必须把坝体变形观测作为日常工作程序进行具体安排，保证措施的落实。3.3.3 排洪系统闭库设计尾矿库的排洪系统为双圆拱弧型底砼盖板砌石斜槽排水。尺寸为0.6mX0.8m。现场实测，截面尺寸基本符合设计要求。经多年运行、维护，目前原有系统基本完善、有效。闭库后库的排洪系统仍由原排水斜槽完成。本尾矿库区集水面积为0.0452km2，平均纵坡9%，不考虑调洪库容，洪水计算按全泄100年一遇洪水考虑（四级库），按区林业局广西小流域暴雨流量计算表，当设计洪水频率为5%时，其设计洪峰流量Qp=Q1FmC。式中Qp径流模量，贵港 Q1=20 F汇水面积，本尾矿库 F=0.045km2m面积参数，Q120时，m=0.86C校正系数 C=C1C2C3C1=主河槽坡度校正系数，当I=0.09时，C1=1.35注：I=0.09为尾矿库河谷平均坡度C2主河槽横断面边坡坡度校正系数， C2=1.1C3土壤种类校正系数， C3=0.86洪水按100年一遇周期核算系数为1.2QP1=1.826m3/s。原排洪沟过水能力Q=1.934 QP1=1.826m3/s，见以下计算书：*计算项目：渠道水力学计算 1*- 渠道断面简图 - 计算条件 -基本参数 渠道类型: 清水渠道 水流运动状态:均匀流 计算目标: 计算流量 断面类型: 梯形断面 渠道的等值粗糙高度:1.800(mm) 水的运动粘滞系数: 1.01110-6(m2/s) 是否验算不冲不淤流速:不验算 渠道底坡： 0.09几何参数 渠道底宽b: 0.600(m) 渠道深度H: 0.800(m) 渠道中水深h0: 0.750(m) 渠道边坡系数m1:0.000 渠道边坡系数m2:0.000 渠道堤顶超高: 0.001(m)糙率参数 渠道边坡的糙率n: 0.02500 渠道边坡的糙率n1:0.02500 渠道边坡的糙率n2:0.02500- 计算过程 -一、假定水流处于:水力粗糙区。 渠道的过水断面面积：0.450(m2) 渠道断面的湿周：2.100(m) 渠道断面的水力半径：0.214(m) 渠道断面的水面宽：0.600(m)二、计算流量。 1、计算当量粗糙系数。 当量粗糙系数为： 0.02500 2、计算谢才系数。 采用的计算公式为：manning公式 谢才系数为：30.94275 3、计算渠道流量。 渠道流量为:1.934(m3/s)三、验算假定的水流区是否正确。 1、计算渠道流速。 渠道流速为：4.297(m/s) 2、计算雷诺数。 雷诺数为：3643165.006 所以，Re*K/(4R)等于：7650.646 假定的水流状态正确。3.3.4 闭库工程施工及验收闭库工程施工及验收执行尾矿设施施工及验收规程及其他有关规程。闭库工程完成后施工单位应交付完备的闭库工程施工记录，施工报告、竣工图等有关文件，施工监理单位应交付施工监理报告以备上级有关部门验收闭库工程。3.3.5 尾矿库闭库后的维护及管理尾矿库闭库工作及闭库后的安全管理主要由业主负责。建议地方政府有关管理部门协助。闭库后的尾矿库，必须做好坝体及排洪设施的维护。未经论证和批准，不得储水蓄洪。严禁在尾矿坝和库内进行乱采滥挖、违章建筑和违章作业。其日常维护管理需按尾矿库安全管理规定执行。闭库后的尾矿库，未经论证和批准，不得重新启用或改作他用。4 尾矿库闭库设计安全专篇4.1 尾矿库闭库坝体稳定性计算尾矿库闭库的尾矿坝体稳定性计算的参数是按尾矿库现状测量地形图确定坝体截面的几何尺寸参数，各层岩土及坝体的物理力学性质应按现状岩土勘察报告提供的参数进行，其有关指标已在“3.3.2.1节列表提供。坝坡稳定分析使用北京理正软件设计研究院的理正稳定分析系统软件进行。计算结果后期坝坝坡抗滑稳定最小安全系数： 正常运行时：kmin=1.1861.15-计算项目： 等厚土层土坡稳定计算 2-计算简图控制参数: 采用规范:通用方法 计算目标:安全系数计算 安全系数计算目标: 圆弧滑动法 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 7 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 6.000 6.000 0 2 3.000 0.300 0 3 44.700 16.000 0 4 8.000 0.000 0 5 17.000 8.500 0 6 30.000 5.000 0 7