尾矿库设计简介.docx

尾矿库设计简介一、尾矿库的基本系统尾矿库一般由尾矿堆存系统、尾矿库排洪系统、尾矿库回水系统等几部分组成。1. 尾矿堆存系统该系统一般包括坝上放矿管道、尾矿初期坝、尾矿后期坝、浸润线观测、位移观测以及排渗设施等。2. 尾矿库排洪系统该系统一般包括截洪沟、溢洪道、排水井、排水管、排水隧洞等构筑物。3. 尾矿回水系统该系统大多利用库内排洪井、管将澄清水引入下游回水泵站，再扬至高位水池。也有在库内水面边缘设置活动泵站直接抽取澄清水，扬至高位水池。二、尾矿库的功能1. 保护环境选矿厂产生的尾矿不仅数量大，颗粒细，且尾矿水中往往含有多种药剂，如不加处理，则必造成选厂周围环境严重污染。将尾矿妥善贮存在尾矿库内，尾矿水在库内澄清后回收循环利用，可有效地保护环境。2. 充分利用水资源选矿厂生产是用水大户，通常每处理一吨原矿需用水46吨；有些重力选矿甚至高达1020吨。这些水随尾矿排入尾矿库内，经过澄清和自然净化后，大部分的水可供选矿生产重复利用，起到平衡枯水季节水源不足的供水补给作用。一般回水利用率达7090。3. 保护矿产资源有些尾矿还含有大量有用矿物成份，甚至是稀有和贵重金属成份，由于种种原因，一时无法全部选净，将其暂贮存于尾矿库中，可待将来再进行回收利用。三、尾矿库的重要性1. 尾矿库是矿山选矿厂生产不可缺少的设施环境保护是我国一项基本国策。尾矿库是矿山企业最大的环境保护工程项目。随着全国人民生活水平的提高。国家对环境保护的要求也越来越高，即使在人烟稀少的偏远山区，也严禁将尾矿向江、河、湖、海沙漠及草原等处任意排放。一个矿山的选矿厂只要有尾矿产生，就必须建有尾矿库。所以说尾矿库是矿山选矿厂生产必不可少的组成部分。2. 尾矿库基建投资及运行费用巨大尾矿库的基建投资一般约占矿山建设总投资的10以上，占选矿厂投资的20左右，有的几乎接近甚至超过选矿厂投资。尾矿设施的运行成本也较高，有些矿山尾矿设施运行成本占选矿厂生产成本的30以上。为了减少运行费，有些矿山的选矿厂厂址取决于尾矿库的位置。近年来，由于征购土地和搬迁农户越发困难，建设尾矿库的费用更高。可见尾矿库在矿山建设中的地位是不同一般的。3. 尾矿库是矿山企业生产最大的危险源尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源。在长达十多年甚至数十的期间里，各种天然的（雨水、地震、鼠洞等）和人为的（管理不善、工农关系不协调等）不利因素时时刻刻或周期性地威胁着它的安全。事实一再表明，尾矿库一旦失事，将给工农业生产及下游人民生命财产造成巨大的灾害和损失。以上几方面足以说明尾矿库在矿山生产中的重要性。尾矿库的安全问题一直受到社会和政府的高度重视。一、尾 矿 库（一）选择库址的基本原则正确选择尾矿库库址极为重要。设计时一般须选择多个库址，进行技术经济比较予以确定。寻找库址应综合考虑下列原则：（1）一个尾矿库的库容力求能容纳全部生产年限的尾矿量。如确有困难，其服务年限以不少于五年为宜。（2）库址离选矿厂要近，最好位于选厂的下游方向。可使尾矿输送距离缩短，扬程小，且可减少对选厂的不利影响。（3）尽量位于大的居民区、水源地、水产基地及重点保护的名胜古迹的下游方向。（4）尽量不占或少占农田，不迁或少迁村庄；（5）未经技术论证，不宜位于有开采价值的矿床上部。（6）库区汇水面积要小，纵深要长，纵坡要缓。可减小排洪系统的规模。（7）库区口部要小，“肚子”要大。可使初期坝工程量小，库容大。（8）尽量避免位于有不良地质现象的地区，以减少处理费用。（二）尾矿库的类型及其特点1. 山谷型尾矿库山谷型尾矿库是在山谷谷口处筑坝形成的尾矿库，如图11所示。它的特点是初期坝相对较短，坝体工程量较小；后期尾矿堆坝相对较易管理和维护，当堆坝较高时，可获得较大的库容；库区纵深较长，澄清距离及干滩长度易于满足设计要求；但汇水面积较大，排水设施工程量大。我国大中型尾矿库大多属于这种类型的尾矿库。11 山谷型尾矿库2. 傍山型尾矿库傍山型尾矿库是在山坡脚下依山筑坝所围成的尾矿库，如图12所示。它的特点是初期坝相对较长，初期坝和后期尾矿堆坝工程量较大；由于库区纵深较短，澄清距离及干滩长度受到限制，后期堆坝高度一般不太高，故库容较小；汇水面积虽小，但调洪能力较小，排洪设施的进水构筑物较大；由于尾矿水的澄清条件和防洪控制条件较差。管理、维护相对比较复杂。国内低山丘陵地区的尾矿库大多属于这种类型。图12 傍山型尾矿库3. 平地型尾矿库平地型尾矿库是在平地四面筑坝围成的尾矿库，如图1-3所示。其特点是初期坝和后期尾矿堆坝工程量最大，维护管理比较麻烦；由于周边堆坝，库区面积越来越小，尾矿沉积滩坡度越来越缓，因而澄清距离、干滩长度以及调洪能力都随之减少，堆坝高度受到限制，一般不高；但汇水面积小，排水构筑物相对较小；国内平原或沙漠地区多采用这类尾矿库。例如金川、包钢和山东省一些金矿的尾矿库。图13 平地型尾矿库4. 截河型尾矿库截河型尾矿库是截取一段河床，在其上、下游两端分别筑坝行成的尾矿库，如图14所示。有的在宽浅式河床上留出一定的流水宽度，三面筑坝围成尾矿库，也属此类。它的特点是不占农田；库区汇水面积不太大，但库外上游的汇水面积通常很大，库内和库上游都要设置排水系统，配置较复杂，规模庞大。这种类型的尾矿库维护管理比较复杂。国内采用者不多。图14 截河型尾矿库（三）尾矿库的库容及性能曲线1. 尾矿库的库容组成尾矿库的库容有全库容、总库容和有效库容之分。用图1-5来解释其间的区别，该图为尾矿库典型断面示意图。（1）空余库容（V1）。指水平面AA与BB之间的库容，它是为确保设计洪水位时坝体安全超高或安全滩长的空间容积，是不允许占用的，故又称安全库容。（2）调洪库容（V2）。指水平面BB和CC之间的库容，它是在暴雨期间用以调洪的库容。是设计确保最高洪水位不致超过BB水平面所需的库容，因此，这部分库容在非雨季一般不许占用，雨季绝对不许占用。（3）蓄水库容（V3）。指水平面CC和DD之间的库容，供矿山生产水源紧张时使用，一般的尾矿库不具备蓄水条件时，此值为零，CC和DD重合。（4）澄清库容（V4）。指水平面DD和滩面DE之间的库容，它是保证正常生产时水量平衡和溢流水水质得以澄清的最低水位所占用的库容，俗称死库容。（5）有效库容（V5）。是指滩面ABCDE以下沉积尾矿以及悬浮状矿泥所占用的容积。它是尾矿库实际可容纳尾矿的库容，按式1-1算得：V5=W /d 1-1式中，V5为有效库容，m3;W为设计根据选矿厂全部生产期限内产出的尾矿总量，t；d为尾矿平均堆积干密度，tm3。图15 尾矿库的库容组成H1某一坝顶标高，对应的水平面为AA；H2洪水水位，对应的水平面为BB；H3蓄水水位，对应的水平面为CC；H4正常生产的最低水位，亦可称之为死水位，对应的水平面为DD。该水位由最小澄清距离确定；DE细颗粒尾矿沉积滩面及矿泥悬浮层面。（6）尾矿库的全库容（V ）。指某坝顶标高时的各种库容之和，可用式1-2表示：V=V1+V2+V3+V4+V5 1-2（7）尾矿库的总库容。指尾矿堆至最终设计坝顶标高时的全库容。2. 尾矿库的性能曲线尾矿库的库面面积、全库容、有效库容和汇水面积都将随坝体堆积高度的变化而变化。为了清楚地表示出不同堆坝高度时的具体数值，可绘制出尾矿库的性能曲线，如图1-6所示。设计时，可根据全库容曲线确定各使用期的尾矿库等别；生产部门可根据有效库容曲线推算各年坝顶所达标高，以便制定各年尾矿坝筑坝生产计划；设计者根据汇水面积曲线进行各使用期尾矿库排洪验算。图16 尾矿库的性能曲线曲线H-Fm是高程-库面面积曲线；曲线H-Vq是高程-全库容曲线；曲线H-Fy是高程-有效库容曲线；曲线H-Fh是高程-汇水面积曲线。（四）尾矿库等别的划分标准尾矿库各生产期的设计等别应根据该期的全库容和坝高分别按表11进行确定。当两者的等差为一等时，以高者为准；当等差大于一等时，按高者降低一等。如果尾矿库失事后会使下游重要城镇、工矿企业或重要铁路干线遭受严重灾害者，其设计等别可提高一等。表11 尾矿库等别划分表尾矿库级别全库容V（万m3）坝高H（m）一二等库具备提高等别条件者二V10000H100三1000V1000060H100四100V100030H60五V100H30尾矿库失事造成灾害的大小与库内尾矿量的多少以及尾矿坝的高矮成正比。尾矿库使用的特点是尾矿量由少到多，尾矿坝由矮到高，在不同使用期失事，造成危害的严重程度是不同的。因此，同一个尾矿库在整个生产期间根据库容和坝高划分为不同的等别是合理的；再者，尾矿库使用过程中，初期调洪能力较小，后期调洪能力较大，同一个尾矿库初期按低等别设计，中期及后期逐渐将等别提高，这样一次建成的排洪构筑物就能兼顾各使用期的防洪要求，设计更加经济合理。因此，我国制定的设计规范允许按上述原则划分尾矿库等别。二、尾矿坝尾矿坝是尾矿库用来拦挡尾矿和水的围护构筑物。一般尾矿坝是由初期坝（又称基础坝）和后期坝（又称尾矿堆坝）组成。只有当尾矿颗粒极细，无法用尾矿堆坝者，才采用类似建水坝（即无后期坝）的形式贮存全部尾矿，习惯称之为一次建坝。（一）初期坝的类型及其特点在矿山主体工程基建期间，同时在尾矿坝址用土、石等材料修筑成的坝体称为尾矿库的初期坝，用以容纳选矿厂生产初期0.51年排出的尾矿量，并作为后期坝的支撑及排渗棱体。初期坝的坝型可分为不透水坝和透水坝。不透水初期坝用透水性较小的材料筑成的初期坝。因其透水性远小于库内尾矿的透水性，不利于库内沉积尾矿的排水固结。当尾矿堆高后，浸润线往往从初期坝坝顶以上的子坝坝脚或坝坡逸出，造成坝面沼泽化，不利于坝体的稳定性。这种坝型适用于不用尾矿筑坝或因环保要求不允许向库下游排放尾矿水的尾矿库。透水初期坝用透水性较好的材料筑成的初期坝。因其透水性大于库内尾矿的透水性，可加快库内沉积尾矿的排水固结，并可降低坝体浸润线，因而有利于提高坝体的稳定性。这种坝型是初期坝比较理想的坝型。透水初期坝的主要坝型有堆石坝或在各种不透水坝体上游坡面设置排渗通道的坝型。初期坝具体有以下几种坝型：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，如图17所示，它像水坝一样，属典型的不透水坝型。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。图17 不透水均质土坝若在均质土坝内坡面和坝底面铺筑可靠的排渗层，如图18所示，使尾矿堆积坝内的渗水通过此排渗层排到坝外。这样，便成了适用于尾矿堆坝要求的透水土坝。图18 透水均质土坝2. 透水堆石坝用毛石堆筑成的坝，如图19所示。在坝的上游坡面用砂砾料或土工布铺设反滤层，其作用是有效地降低后期坝的浸润线。由于它对后期坝的稳定有利，且施工简便，成为廿世纪60年代以后广泛采用的初期坝型。图19 用毛石堆筑成透水堆石坝该坝型对坝基工程地质条件要求也不高。当质量较好的石料数量不足时，也可采用一部分较差的砂石料来筑坝。即将质量较好的石料铺筑在坝体底部及上游坡一侧（浸水饱和部位），而将质量较差的砂石料铺筑在坝体的次要部位，如图表110所示。表110 用砂石堆筑成透水堆石坝3. 废石坝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，为安全计，坝顶宽度较大，图111所示。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而流失。图111 废石坝4. 砌石坝用块石或条石砌成的坝。这种坝型的坝体强度较高，坝坡可做得比较陡，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，因而坝坡可做得很陡，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，采用者比较少。（二）初期坝的构造1. 坝顶宽度为了满足敷设尾矿输送主管、放矿支管和向尾矿库内排放尾矿操作的要求，初期坝坝顶应具有一定的宽度。一般情况下坝顶宽度不宜小于表12所列数值。当坝顶需要行车时，还应按行车的要求确定。生产中应确保坝顶宽度不被侵占。表12初期坝坝顶最小宽度坝高（m）坝顶最小宽度（m）102.510203.020303.5304.02. 坝坡坝的内、外坡坡比的确定，应通过坝坡稳定性计算来确定。土坝的下游坡面上应种植草皮护坡，堆石坝的下游坡面应干砌大块石护面。3. 马道当坝的高度较高时，坝体下游坡每隔1015米高度设置一宽度为12米的马道，以利坝体的稳定，方便操作管理。4. 排水棱体为排出土坝坝体内的渗水和保护坝体外坡脚，在土坝外坡脚处设置毛石堆成的排水棱体。排水棱体的高度为初期坝坝高的1/51/3，顶宽为1.52.0米，边坡坡比为1111.5。5. 反滤层为防止渗透水将尾矿或土等细颗粒物料通过堆石体带出坝外，在土坝坝体与排水棱体接触面处以及堆石坝的上游坡面处或与非基岩的接触面处都须设置反滤层。早期的反滤层采用砂、砾料或卵石等组成，由细到粗顺水流方向敷设。反滤层上再用毛石护面。因对各层物料的级配、层厚和施工要求很严格，反滤层的施工质量要求较高。现在普遍采用土工布（又称无纺土工织物）作反滤层。在土工布的上下用粒径符合要求的碎石作过滤层，并用毛石护面。土工布作反滤层施工简单，质量易保证，使用效果好，造价也不高。（三）后期坝的类型及其特点选矿厂投产后，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。子坝用以形成新的库容，并在其上敷设放矿主管和放矿支管，以便继续向库内排放尾矿。子坝连同子坝坝前的尾矿沉积体统称为后期坝（也称尾矿堆积坝）。可见后期坝除下游坡面有明确的边界外，没有明确的内坡面分界线。也可认为沉积滩面即为其上游坡面。根据其筑坝方式可分为下列几种基本类型：1. 上游式尾矿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，如图112所示。受排矿方式的影响，往往含细粒夹层较多，渗透性能较差，浸潤线位置较高，故坝体稳定性较差。但它具有筑坝工艺简单，管理相对简单，运营费用较低等优点，且对库址地形没有太特别的要求，所以国内外均普遍采用。图112 上游式尾矿筑坝1-初级坝； 2-子坝 2. 下游式尾矿筑坝下游式尾矿筑坝是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，如图1-13所示。由于坝体尾矿颗粒粗，抗剪强度高，渗透性能较好，浸潤线位置较低，故坝体稳定性较好。但分级设施费用较高，且只实用于颗粒较粗的原尾矿，又要有比较狭窄的坝址地点。国外使用较多，国内使用尚少见。图113 下游式尾矿筑坝1-初级坝； 2-子坝3. 中线式尾矿筑坝中线式尾矿筑坝工艺与下游式尾矿筑坝类似，但坝顶中心线位置始终不变。如图114所示。其优缺点介于上游式与下游式之间。图114 中线式尾矿筑坝1-初级坝； 2-子坝4. 浓缩锥式尾矿筑坝浓缩锥式尾矿筑坝是将浓度55%以上的浓缩尾矿用管道输送到堆存场地的某个点集中排放，沉积的尾矿自然行成锥形堆体，堆体表面坡度一般只有5%6%。占地面积较大，且需高效浓缩设施。所有型式的后期坝下游坡的坡度均须通过稳定性分析确定。（四）尾矿坝稳定性分析简介尾矿坝稳定分析主要指抗滑稳定、渗透稳定和液化稳定的分析。1. 抗滑稳定分析抗滑稳定分析是研究尾矿坝（包括初期坝和后期坝）的下游坝坡抵抗滑动破坏的能力的问题。设计一般要通过计算给出定量的评价。计算之前，先要拟定计算剖面。后期坝坝坡凭经验假定；浸潤线位置由渗流分析确定；坝基土层的物理力学指标通过工程地质勘察确定；后期坝的物理力学指标可参照类似尾矿的指标确定，有条件者应在老尾矿坝上勘察确定。计算时，假定多个滑动面，根据滑动体的受力状态，求出滑动力和抗滑力。用滑动力与滑动力之比值作为抗滑稳定的安全系数。设计的作用就是要采取多种措施，确保最小的安全系数不小于设计规范的规定。我国现行选矿厂尾矿设施设计规范（ZBJ1-90）规定：尾矿坝坝坡抗滑稳定最小安全系数不得小于表1-3的数值。影响尾矿坝稳定性的因素很多。一般情况下，尾矿堆积的高度越高、下游坡坡度越陡、坝体内浸润线的位置越浅、库内的水位越高、坝基和坝体土料的抗剪强度越低，抗滑稳定的安全系数就越小；反之安全系数就越大。表1-3尾矿坝坝坡抗滑稳定最小安全系数值运行情况坝的级别12345正常运行1.301.251.201.15洪水运行1.201.151.101.05特殊运行1.101.051.051.00注：表中“正常运行”是指尾矿库水位处于正常生产水位时的运行情况；“洪水运行”是指尾矿库水位处于最高洪水位时的运行情况；“特殊运行”是指尾矿库水位处于最高洪水位时，又遇到设计烈度的地震情况下运行。2. 渗透稳定分析尾矿水在坝体、坝肩和坝基土中受重力作用总是由高处向低处渗透流动，简称渗流。在库水位一定时，坝体横剖面上稳定渗流的自由水面线（或渗流顶面线）叫浸润线。由于渗流受到土粒的阻力，浸润线就产生水力坡降，称为渗透坡降，以IS表示。渗透坡降越大，对土粒的压力就越大。使土体开始产生不允许的流土、管涌等变形的渗透坡降称为临界坡降，以IL表示。尾矿坝渗流分析的任务之一是确定浸润线的位置，从而判断浸润线在坝体下游坡面逸出部位的渗透坡降是否超过临界坡降。渗透稳定的安全系数K由下式表示：K=IL/IS 1-3现行尾矿设计规范中对K值尚无具体规定，一般可根据坝的级别将K值限制在22.5之间为宜。由于尾矿坝是一个特别复杂的非均质体，目前尾矿坝渗流研究成果还难以准确确定浸润线的位置。因此，设计为安全计，对级别较高的尾矿坝结合抗滑稳定的需要，大多采取措施使浸润线不致在坡面逸出；对级别较低的尾矿坝可在逸出部位采取贴坡反滤加以保护。3. 液化稳定分析所谓液化就是饱和砂土在振动作用下抗剪强度骤然下降为零而成为粘滞液体的现象。尾矿坝在大地震时可能发生液化，如果这种液化发生在坝体下游坡部位，则会引起边坡坍塌，危害甚大。即使不坍塌，其抗滑稳定安全系数也大大降低。尾矿坝的抗震计算（即液化稳定分析）包括地震液化分析和稳定分析。我国现行构筑物抗震设计规范规定：地震设防烈度为6度地区的尾矿坝可不进行抗震计算，但应满足抗震构造和工程措施要求，具体构造和要求见规范；6度和7度时，可采用上游式筑坝，经论证可行时，也可采用上游式筑坝工艺；8度和9度时，宜采用中线式或下游式筑坝工艺。三级及以下尾矿坝的液化分析可采用一维简化动力法计算；一级和二级尾矿坝，应采用二维时程法进行计算分析。尾矿坝的稳定分析可按圆弧滑动面的规定计算。尾矿坝的地震稳定性最小安全系数值应符合表1-4的规定。表1-4 地震稳定性最小安全系数值效应组合坝的等级二级三级四、五级组合I1.151.101.05组合II1.051.051.00注：组合I：自重作用效应、正常水位的渗透压力、地震作用效应和地震动引起的孔隙水压力；组合II：自重作用效应、设计洪水位的渗透压力、地震作用效应和地震动引起的孔隙水压力。三、尾矿库排洪系统（一）排洪系统布置的原则尾矿库设置排洪系统的作用有二：一是为了及时排除库内暴雨；二是兼作回收库内尾矿澄清水用。对于一次建坝的尾矿库，可在坝顶一端的山坡上开挖溢洪道排洪。其形式与水库的溢洪道相类似。对于非一次建坝的尾矿库，排洪系统应靠尾矿库一侧山坡进行布置。选线应力求短直；地基的工程地质条件应尽量均匀，最好无断层、破碎带、滑坡带及软弱岩层。尾矿库排洪系统布置的关键是进水构筑物的位置。我们知到：坝上排矿口的位置在使用过程中是不断改变的，进水构筑物与排矿口之间的距离应始终能满足安全排洪和尾矿水得以澄清的要求。也就是说，这个距离一般应不小于尾矿水最小澄清距离、调洪所需滩长和设计最小安全滩长（或最小安全超高所对应的滩长）三者之和。当采用排水井作为进水构筑物时，为了适应排矿口位置的不断改变，往往需建多个井接替使用，相邻二井井筒有一定高度的重叠（一般为0.51.0米）。进水构筑物以下可采用排水涵管或排水隧洞的结构型式进行排水。当采用排水斜槽方案排洪时，为了适应排矿口位置的不断改变，需根据地形条件和排洪量大小确定斜槽的断面和敷设坡度。有时为了避免全部洪水流经尾矿库增大排水系统的规模，当尾矿库淹没范围以上具备较缓山坡地形时，可沿库周边开挖截洪沟或在库后部的山谷狭窄处设拦洪坝和溢洪道分流，以减小库区淹没范围内的排洪系统的规模。排洪系统出水口以下用明渠与下游水系连通。（二）排洪计算步骤简介洪水计算的目的在于根据选定的排洪系统和布置，计算出不同库水位时的泄洪流量，以确定排洪构筑物的结构尺寸。当尾矿库的调洪库容足够大，可以容纳得下一场暴雨的洪水总量时，问题就比较简单，先将洪水汇积后再慢慢排出，排水构筑物可做得较小，工程投资费用最低；当尾矿库没有足够的调洪库容时，问题就比较复杂。排水构筑物要做得较大，工程投资费用较高。一般情况下尾矿库都有一定的调洪库容，但不足以容纳全部洪水，在设计排水构筑物时要充分考虑利用这部分调洪库容来进行排洪计算，以便减小排水构筑物的尺寸，节省工程投资费用。排洪计算的步骤一般如下：（1）确定防洪标准。我国现行设计规范规定尾矿库的防洪标准按表1-5确定。当确定尾矿库等别的库容或坝高偏于下限，或尾矿库使用年限较短，或失事后危害较轻者，宜取重现期的下限；反之，宜取上限。（2）洪水计算及调洪演算。确定防洪标准后，可从当地水文手册查得有关降雨量等水文参数，先求出尾矿库不同高程汇水面积的洪峰流量和洪水总量，这叫洪水计算。再根据尾矿沉积滩的坡度求出不同高程的调洪库容，这叫调洪演算。表15 尾矿库防洪标准尾矿库等别一二三四五洪水重现期(a）初期1002005010030502030中后期10002000500100020050010020050100注：初期指尾矿库启用后的头35年。（3）排洪计算。根据洪水计算及调洪演算的结果，再进行库内水量平衡计算，就可求出经过调洪以后的洪峰流量。该流量即为尾矿库所需排洪流量。最后，设计者以尾矿库所需排洪流量作为依据，进行排洪构筑物的水力计算，以确定构筑物的净空断面尺寸。（三）排洪构筑物的类型及其特点尾矿库库内排洪构筑物通常由进水构筑物和输水构筑物两部分组成。尾矿坝下游坡面的洪水用排水沟排除。排洪构筑物型式的选择，应根据尾矿库排水量的大小、尾矿库地形、地质条件、使用要求以及施工条件等因素，经技术经济比较确定。1. 进水构筑物进水构筑物的基本型式有排水井、排水斜槽、溢洪道以及山坡截洪沟等。排水井是最常用的进水构筑物。有窗口式、框架式、井圈叠装式和砌块式等型式，见图115。图115 进水构筑物a-窗口式；b-框架式；c-砌块式；d-叠圈式窗口式排水井整体性好，堵孔简单。但进水量小，未能充分发挥井筒的作用。早期应用较多。框架式排水井由现浇梁柱构成框架，用预制薄拱板逐层加高。结构合理，进水量大，操作也较简便。从六十年代后期起，广泛采用。井圈叠装式和砌块式等型式排水井分别用预制拱板和预制砌块逐层加高。虽能充分发挥井筒的进水作用，但加高操作要求位置准确性较高，整体性差些，应用不多。排水斜槽既是进水构筑物，又是输水构筑物。随着库水位的升高，进水口的位置不断向上移动。它没有复杂的排水井，但毕竟进水量小，一般在排洪量较小时经常采用。洪道常用于一次性建库的排洪进水构筑物。为了尽量减小进水深度，往往作成宽浅式结构。山坡截洪沟也是进水构筑物兼作输水构筑物。沿全部沟长均可进水。在较陡山坡处的截洪沟易遭暴雨冲毁，管理维护工作量大。2. 输水构筑物尾矿库输水构筑物的基本型式有排水管、隧洞、斜槽、山坡截洪沟等。排水管是最常用的输水构筑物。一般埋设在库内最底部，荷载较大，一般采用钢筋混凝土管，如图116所示。斜槽的盖板采用钢筋混凝土板，槽身有钢筋混凝土和浆砌块石两种，如图117所示。钢筋混凝土管整体性好，承压能力高，适用于堆坝较高的尾矿库。但当净空尺寸较大时，造价偏高。浆砌块石管是用浆砌块石作为管底和侧壁，用钢筋混凝土板盖顶而成。整体性差，承压能力较低，适用于堆坝不高、排洪量不大的尾矿库。图116 钢筋混凝土排水管图117 斜槽盖板隧洞需由专门凿岩机械施工，故净空尺寸较大。它的结构稳定性好，是大、中型尾矿库常用的输水构筑物。因为当排洪量较大，且地质条件较好时，隧洞方案往往比较经济。3. 坝坡排水沟坝坡排水沟有两类：一类是沿山坡与坝坡结合部设置浆砌块石截水沟，以防止山坡暴雨汇流冲刷坝肩。另一类是在坝体下游坡面设置纵横排水沟，将坝面的雨水导流排出坝外，以免雨水滞留在坝面造成坝面拉沟，影响坝体的安全。四、尾矿库设计的主要参数与安全要求1. 设计基础资料的主要参数（1）尾矿日产量、设计服务年限内的尾矿总量；（2）尾矿颗粒分析及其加权平均粒径；（3）尾矿浆的流量及其浓度；（4）尾矿沉积滩的坡度；（5）尾矿浆的最小澄清距离；（6）尾矿库内平均堆积干密度；（7）尾矿库地区的地震设防烈度及气象资料；（8）尾矿库址工程水文地质条件。以上各参数及资料是尾矿库设计必不可少的。一般应由企业提供，随着今后生产工艺的改进，若上述参数有变化，须及时将新的参数提供给设计部门，以便对原设计做必要的修改。2. 设计成品的主要参数（1）总库容及总坝高。（2）各运行期尾矿库的等别（设计规范规定同一个尾矿库在运行期间，库容由小到大，坝高由矮到高，库的等别也可随之变化，这样可大大节省基建投资）。（3）各运行期的防洪标准。（4）初期坝坝型、坝高和上、下游坝坡。（5）后期坝坝型、坝高和下游坝坡及堆坝逐年上升速度。（6）坝体稳定安全系数。（7）子坝堆筑方式。（8）浸润线控制深度。（9）尾矿库汇水面积。（10）各运行期的所需调洪深度及所需排洪流量。（11）设计洪水位时的最小安全超高和最小安全滩长（注意，这里不时指设计规范中的最小安全超高和最小安全滩长）。（12）排洪构筑物的型式及尺寸。一个完善的设计对以上主要参数不仅要求数据明确，而且都要有详细确切的论证。3. 尾矿库设计的安全要求如前所述，尾矿库实际上是一个处于高势能状态的泥石流源，尾矿库一旦失事，往往造成特大灾害。其安全故然有赖于勘察、设计、施工、监理和管理等多个部门的共同重视与配合，但设计属于核心和基础环节，作用更为突出和重要。因此，设计者应具有高度责任心和过硬的技能，才能胜任。设计的安全要求是多方面的。除了要仔细研究勘察报告和基础资料外，在具体设计中主要体现在两个方面：一是要确保设计的尾矿坝具有足够的稳定性，各种运行状态稳定安全系数必须符合设计规范的规定；二是要使洪水位能控制在设计规范规定的范围内，确保防洪的安全。对施工质量和运行管理的具体技术参数要求，在设计文件中必须有明确的交代，以便施工和生产部门严格按设计要求进行管理。中小尾矿库设计中存在的问题比较多，有些潜在的或者已经造成了重大的人员、财产损失。在中小尾矿库设计中北京首云铁矿做法为采用生态恢复的方法，具体为（摘自：北京首云铁矿简介）一、尾矿概况：北京首云铁矿和尚峪尾矿库区基岩为古老的片麻岩，沟底为第四纪覆盖层，坝址处覆盖层最厚16m。上部以洪积亚粘土为主，中部以坡积碎石和含土碎石为主，底部为碎石层。尾矿库建有两座初期坝，均为透水堆石坝。西坝底标高149.3m，东坝底标高143.5m。坝顶标高均为163.5m，总库容1350万m3，库区纵深300m，占地55.85m2。现尾矿库可利用15年，目前首钢铁矿已在矿区东南侧3km处的孙家沟拟建远期尾矿库。因尾矿组成物质的特点，此处易发生水力侵蚀和风力侵蚀。尾矿库形成的边坡坡度比较大（3040），等输送尾矿的水蒸发后表面土体结构松散，胶结性比较差。夏季遇降雨边坡将主要以面蚀、沟蚀、重力侵蚀为主，并在秋冬春季遭受风力侵蚀。所以尾矿库采用铺设植生草毯的方式，对尾矿库进行植被恢复，此措施不仅施工简单易行而且造价低、短期内能起到保持水土流失的功效。选择植物种为荆条、胡枝子、碱茅。二、植被措施设计原则：（一）因地制宜、因害设防、适地适树并结合乡土树种对植被破坏区进行恢复；（二）生态与绿色景观相结合，选种耐旱耐生长的适宜植物，诱导乡土植物入侵，促进植物群落的演替；（三）保持矿产资源的开发利用与环境保护协调发展的原则。三、植被恢复计划如下：北京首云铁矿从2004年至2014年将由露天开采转为坑内深部开采阶段，根据水土保持工程与主体工程同时设计、同时施工、同时验收的“三同时”制度要求，水土保持工程实施进度应与主体工程同步，各项水土保持工程的实施要与主体工程的施工进度相协调。总体防治目标为因地制宜地采取综合防治措施，以排土场和尾矿库水土保持为核心，全面控制项目生产过程中可能造成的新的水土流失，恢复和保护矿区内的植被和其它水土保持设施，有效治理防治责任范围内的水土流失，达到地面侵蚀量显著减少，主体工程安全保障加强，形成工程建设和生态环境治理协调发展的良性循环。本着积极稳妥、尽快发挥效益的原则，合理使用资金、劳力、材料和机械设备，保证水土保持工程的施工进度和工程质量。尾矿库：尾矿库采用铺设植生草毯的方式，对尾矿库进行植被恢复，此措施不仅施工简单易行而且造价低、短期内能起到保持水土流失的功效。选择植物种为荆条、胡枝子、碱茅。尾矿库的选择与计算(一)尾矿库址的选择 1、尾矿库址选择的基本原则为： (1)不占或少占耕地，不拆迁或少拆迁居民住宅。 (2)选择有利地形、天然洼地、修筑较短的坝堤(指坝的轴线短)即可形成足够的库容(一般应满足贮存设计年限内的尾矿量)。当一个库容不能满足要求时，应分选几个，每个库容年限不应低于5年。 (3)尾矿库地址应尽可能选择近于和低于选矿厂，尽量做到尾矿自流输送，尾矿堆置应位于厂区、居民区的主导风向的下风向。 (4)汇雨面积应当小，如若较大，在坝址附近或库岸应具有适宜开挖溢洪道的有利地形。 (5)坝址和库区应具有较好的工程地质条件，坝基处理简单，两岸山坡稳定，避开溶洞、泉眼、淤泥、活断层、滑坡等不良地质构造。 (6)库区附近需有足够的筑坝材料。 (7)库址、尾矿输送和储存方式、设施的确定，应进行方案比较。 (二)尾矿库的型式 尾矿库是堆存尾矿的场所，多由堤坝和山谷围截而成。按照地形条件及建筑方式，尾矿库可分为山谷型、山坡型、平地型3种；按筑坝的方式划分，可分为一次筑坝型(包括废石筑坝)和尾矿堆坝型两种。 (1)河谷型的尾矿库。此种尾矿库系由封闭河谷口而成。其优点是坝身短，初期坝工程量较小，生产期间用尾矿堆坝也容易。缺点是积水面积大，因而流入尾矿库内的洪水量大，使排水构筑物复杂。 (2)河滩型和坡地型的尾矿库。利用河滩或坡地筑成的尾矿库，通常是由三面围筑而成。其优点是积水面积小，排水构筑物简单。缺点是三面筑坝，坝身较长，初期坝工程量较大，生产期间用尾矿堆坝也较不便。 (3)平地型的尾矿库。此种尾矿库系利用平坦地段由四面围坝而成。其优点是积水面积小，排水构筑物简单。缺点是四面筑坝，坝身长，初期坝工程量大，生产期间操作管理不便。这类尾矿库通常是在当地缺乏适当的河谷、河滩、坡地或在上述两类尾矿库都不合适时才采用。 (三)尾矿库等级的划分 尾矿库的等级根据其总库容的大小和坝高按表2-1确定。表2-1尾矿库等级表 级 别 库容亿m3 坝高m 工程规模 1O 100 大型 1.00.1 10060 中型 四 O1O01 6030 小一型 五 0.0l 30 小二型注：1库容系指校核洪水位以下尾矿库的容积； 2坝高系指尾矿堆积标高与初期坝轴线处坝底标高的高差； 3坝高与库容分级指标分属不同的级别时，以其中高的级别为准，当级差大于或等于两级时可降低一级。 有下列情况之一者，按表2-1确定的尾矿库等级可提高一级： (1)当尾矿库失事将使下游重要城镇、工矿企业、铁路干线遭受严重的灾害者； (2)当工程地质及水文条件特别复杂时，经地基处理后尚认为不彻底者(洪水标准不予提高)。 (四)尾矿场的计算 1库容计算 为明确起见，先说明各种库容名称的含义，由图22可以看出： 几何库容：是指初期坝、堆积坝边坡与地形等高线封闭所形成的容积； 总库容：是根据总尾矿量、调洪、矿浆水澄清及渗流控制条件所确定的与尾矿库最终堆积标高相应的几何库容； 有效库容：是指尾矿在尾矿库中所占据的实际容积，以Vr表示： 回水库容：是指正常高水位与控制水位之间水的容积，以Vx表示； 调洪库容：是指最高洪水位与正常高水位之间水的容积，以 VT表示； 死库容：是指控制水位以下水所占的容积，以Vo表示； 空余库容：是指最终堆积标高与最高洪水位之间未被尾矿充填的容积，以厂k表示。所有尾矿库的Vk相应高度应满足安全超高要求。 上述尾矿库的库容是经常变化的。 (1)几何库容的计算。在地形图上绘出初期坝坝坡和堆积坝坝坡，用求积仪测量出各封闭等高线的面积，按式(21)计算：式中v几何容积，m3； ii=0、1、2、3，n，标高线序号； j用求积仪测量封闭等高线3次，每次求积仪读数序号； k求积仪的面积系数，与地形图的比例有关，求积仪说明书中给出； xij第i个标高第J次求积仪读数； H第i条等高线的标高，rn。