尾礦壩及其設(shè)施

1、尾礦壩及其設(shè)施 尾礦壩是尾礦庫的主要建筑物，由初期壩和堆積壩組成，初期壩是尾礦壩的支撐棱體，采用當(dāng)?shù)氐耐梁褪现?，初期壩的設(shè)計尾礦量一般為0510年。堆積壩是選礦廠投產(chǎn)后利用尾礦堆積而成。此外還有其他構(gòu)筑物。(一)尾礦庫的初期壩 n 初期壩是尾礦庫的基礎(chǔ)構(gòu)筑物，不僅可以堆存初期尾礦，給管理人員為堆筑后期堆積壩以必要的準(zhǔn)備時間；它又是尾礦庫的支承結(jié)構(gòu)，是堆積壩的基礎(chǔ)，與堆積壩共同作用，達到攔擋尾礦的目的。初期壩宜采用透水壩，以利于尾礦的排水固結(jié)和降低堆積壩的浸潤線，從而提高壩體的穩(wěn)定性(包括滲流穩(wěn)定和動力穩(wěn)定)。1初期壩壩高的確定 n 確定初期壩壩高(圖25)的最主要因素是初期尾礦量。一般以選

2、礦廠初期生產(chǎn)半年到1年的尾礦量為初期尾礦量，以此按式(22)計算初期壩所需形成的庫容，由庫容曲線查得初期壩壩頂標(biāo)高。與堆積壩一樣，初期壩壩頂標(biāo)高也應(yīng)用3個條件進行校核：n (1)滿足回水蓄水水深hj、調(diào)洪水深ht、安全超高e的要求：n (2)滿足尾礦水澄清距離要求。n (3)滿足堆積壩滲流控制的要求。有些尾礦庫，采取增加沉積灘長度達到滲流控制的要求受到限制，或排滲設(shè)施不經(jīng)濟，只能增加初期壩的高度來實現(xiàn)滲流控制，此時初期壩壩頂標(biāo)高應(yīng)滿足此要求。n 如上述3個條件均能滿足，由庫容曲線查得的初期壩壩頂標(biāo)高為所確定的標(biāo)高，否則應(yīng)提高初期壩壩頂標(biāo)高直至滿足要求為止。n 初期壩壩頂標(biāo)高H，減去初期壩壩軸線

3、下的最低地面標(biāo)高即為初期壩的高度。n (4)對壩前有積水區(qū)的尾礦庫(如壩后放礦的尾礦庫)，式(210)還應(yīng)考慮風(fēng)浪爬高hBB，即：n 下游法和中游法堆壩的尾礦庫，初期尾礦量以生產(chǎn)初期壩上旋流器溢流部分的尾礦量和旋流器非工作時間的全尾礦量之和作為確定初期壩壩高的主要依據(jù),而其下游濾水壩應(yīng)滿足堆積壩滲流控制要求。2初期壩的結(jié)構(gòu)形式及筑壩材料 n 初期壩的結(jié)構(gòu)形式可分為兩大類：即透水壩和不透水壩。1、透水壩 n 透水壩一般是堆石壩，見圖2-6，它是由堆石體、上游面鋪設(shè)反濾層和保護層構(gòu)成所謂的透水堆石壩，利于尾礦堆積壩迅速排水，降低尾礦壩的浸潤線，加快尾礦固結(jié)，有利于壩的穩(wěn)定。反濾層系防止?jié)B透水將尾礦

4、帶出，是在堆石壩的上游面鋪設(shè)的，另外在堆石與非巖石地基之間，為了防止?jié)B透水流的沖刷，也需設(shè)置反濾層。堆石壩的反濾層一般由砂、礫、卵石或碎石三層組成，三層的用料粒徑沿滲流流向由細到粗，并確保內(nèi)層的顆粒不能穿過相鄰的外層的孔隙，每層內(nèi)的顆粒不應(yīng)發(fā)生移動，反濾層的砂石料應(yīng)是未經(jīng)風(fēng)化、不被溶蝕、抗凍、不被水溶解，反濾層厚度不小于400mm為宜。為防止尾礦漿及雨水對內(nèi)坡反濾層的沖刷，在反濾層表面需鋪設(shè)保護層，其可用干砌塊石、砂卵石、碎石、大卵石或采礦廢石鋪筑，以就地取材，施工簡便為原則。如有可能，可利用礦山剝離廢石筑壩，見圖2-7。由于透水壩具有攔砂濾水的作用，能降低堆積壩的浸潤線，對尾礦庫的穩(wěn)定(包括

5、動力穩(wěn)定)有利，因此大、中型尾礦庫和地震區(qū)的尾礦庫大都采用這種壩型。在一些缺乏石料的地區(qū)，也有將土壩上游坡建成反濾式壩坡，見圖28。不透水壩 n 不透水壩大都是土壩，少數(shù)為砌石壩或混凝土壩。由于土壩可就地取材，施工方便，筑壩工藝簡單，故得到廣泛應(yīng)用。土壩要求筑壩土料級配良好，壓實性好，可得到較高的干容重，較小的滲透系數(shù)，較大的抗剪強度。但由于壩體不能起濾水作用，所以堆積壩的浸潤線較高，對其穩(wěn)定不利，故只適用于小型尾礦庫，或需在堆積壩內(nèi)設(shè)置大量排滲設(shè)施來降低浸潤線。實踐證明，不透水初期壩的尾礦庫，堆積壩的高度超過2030m以后，浸潤線會在初期壩頂以上的堆積壩坡逸出，易造成管涌，導(dǎo)致垮壩事故的發(fā)生

6、。n 因此，在采用這種壩型時，一般需采取一些降低浸潤線的排滲措施，以利于堆積壩的穩(wěn)定。n 采用中游法堆壩和下游法堆壩的尾礦庫，初期壩分成兩部分上游攔擋壩和下游濾水壩。初期壩分別位于最終堆積壩壩軸線的下部和堆積壩的上游坡坡腳，可建成不透水壩。濾水壩總是設(shè)在最終堆積邊坡下游坡的坡腳，必須采用透水壩。初期壩的筑壩材料 n 初期壩的筑壩材料，只要分別滿足筑壩土料或石料要求即可，也可采用任意料，但必須經(jīng)過壩料設(shè)計。首先，壩料應(yīng)是滲流穩(wěn)定的材料；此外，不同的壩料應(yīng)堆置在不同的部位，如不透水壩的土料，透水性小的置于上游坡部位，透水性大的置于壩軸線的下游，且忌用這兩種土料混雜和分層分布；對透水壩的石料，過水部

7、分應(yīng)采用稍風(fēng)化或未風(fēng)化石料，不過水部分可采用任意料。對可能產(chǎn)生滲流破壞的壩料，必須采取防止?jié)B流破壞的措施。對壩基土料也應(yīng)如此。3初期壩的構(gòu)造 n (1)初期壩的壩頂寬度。一般應(yīng)滿足交通要求和壩頂放礦的操作要求，但不得小于表2-6的值。n 表表2-6壩頂最小寬度表壩頂最小寬度表 壩高m 30 壩頂寬度in 2.5 3.0 3.5 4 對采用廢石堆壩的尾礦庫，壩頂寬度還應(yīng)滿足排廢石的特殊要求。n (2)初期壩的壩基處理。初期壩是一種水工構(gòu)筑物，作為尾礦庫基礎(chǔ)的初期壩壩基，必須嚴(yán)格按水工構(gòu)筑物有關(guān)規(guī)范、規(guī)程的要求，進行認(rèn)真的處理，將初期壩置于穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上。n 1)軟土地基，應(yīng)按軟弱壩基進行處理；

8、n 2)以砂礫(卵)石組成的地基，首先應(yīng)研究有無集中漏水通道和地基本身的滲流穩(wěn)定性，如可能產(chǎn)生集中漏水，應(yīng)以截水墻截斷其通道；對可能產(chǎn)生滲流破壞的地基，應(yīng)采取防止?jié)B流破壞的措施，如鋪設(shè)反濾層或挖除；n 3)初期壩的反濾層，應(yīng)嵌入強度穩(wěn)定和滲流穩(wěn)定可靠的地層中；n 4)初期壩與岸坡接觸地段，可適當(dāng)開挖成齒槽，反濾層及斜墻應(yīng)嵌入齒槽內(nèi)。n (3)初期壩的壩坡。壩坡坡比與壩身結(jié)構(gòu)、筑壩材料的性質(zhì)、壩基地質(zhì)條件、施工方法、壩高、地區(qū)地震烈度有關(guān)，一般應(yīng)通過穩(wěn)定計算最終確定。n 初期壩的靜力穩(wěn)定計算，土壩一般采用圓弧滑動法或改良圓弧法進行；堆石壩按折線法計算。其動力穩(wěn)定計算，一般采用擬靜力法計算，其參數(shù)

9、的選取，應(yīng)考慮動荷載的影響。n 穩(wěn)定計算是根據(jù)擬定的壩剖面進行的，一般根據(jù)壩料的性質(zhì)，參考類似工程擬定壩剖面，也可參考表27和表28初步擬定壩坡，再進行穩(wěn)定計算，要求邊坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)達到表2-9的要求。表表27土壩邊坡參考表土壩邊坡參考表n n 壩壩 坡坡 一級坡一級坡 二級坡二級坡 三級坡三級坡 四級坡四級坡 五級坡五級坡 n 上游坡 1:2.02.5 l:2.5 2.75 1:2.753.0 1:3.03.25 1:3.253.50 n 下游坡 1:2.00 1:2.0 2.50 1:2.52.75 l:2.53.00 1:2.753.25n注：注：1尾礦庫初期壩可取上游邊坡等于下游邊

10、坡值；尾礦庫初期壩可取上游邊坡等于下游邊坡值；n 2填土的碾壓松散密度填土的碾壓松散密度(碾壓干容重碾壓干容重)為為1718tm3。表表28斜墻堆石壩邊坡參考表斜墻堆石壩邊坡參考表n 壩壩 坡坡 一級坡一級坡 二級坡二級坡 三級坡三級坡 四級坡四級坡 五級坡五級坡 n 上游坡 1：2.501：2.75n 下游坡 1：3.01：5.0n 堆石的碾壓松散密度(碾壓干容重)為185-2Itm3。n 注：初期壩上游坡取決于斜墻及反濾層的穩(wěn)定，由計算確定。一般較表中邊坡值陡。表表2.9邊坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)表邊坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)表n 壩的等級 n荷載組合荷載組合 一一 二二 三三 四四 n基本組合 1.3

11、0 1.25 1.20 1.15 n特殊組合 1.20 1.15 1.10 1.05 n特殊組合 l:10 1.05 1.05 1.00n表中安全系數(shù)不適用于動力穩(wěn)定分析。n荷載組合情況見表210。n 初期壩的下游邊坡，每隔10lSm高差設(shè)置寬度為12m的戧道。土壩的下游壩坡應(yīng)當(dāng)根據(jù)需要設(shè)置壩坡排水，并在坡面種植草皮作為護坡。n 初期壩中的反濾層，是壩體的重要部分，擬在排滲設(shè)施中一起討論。 尾礦庫的堆積壩尾礦庫的堆積壩 n 堆積壩是指用尾礦本身堆積而成的尾礦堆積體，又稱后期堆積壩。1堆積壩的形式及堆壩方法堆積壩的形式及堆壩方法 n堆積壩的型式與堆壩方法相聯(lián)系，可概括如下 :n 一、上游法堆壩的

12、堆積壩n 1、 池填堆壩法；n 2、渠槽堆壩法；n 3、推土機堆壩法；n 4、旋流器堆壩法；n 二、中游法堆壩的堆積壩n 三、下游法堆壩的堆積壩 上游法堆壩的堆積壩上游法堆壩的堆積壩 n 上游法堆壩的堆積壩，自初期壩壩頂開始以某種邊坡比向上游逐漸推進加高，初期壩相當(dāng)于堆積壩的排水棱體。這種堆積壩堆壩工藝簡單，操作方便，基建投資少，經(jīng)營費低，是我國目前廣泛應(yīng)用的堆積壩壩型。但其支承棱體底部由細尾礦堆積而成，力學(xué)性能差，對穩(wěn)定不利，且這種堆積壩浸潤線高，有待改進。 中游法堆壩的堆積壩中游法堆壩的堆積壩 1-初期壩；2-濾水壩；3-堆積粗尾礦；4-細尾礦；5-護坡； 6-尾礦池；7-排洪設(shè)施；8-排

13、滲設(shè)施n 中游法堆壩的堆積壩，如圖2-9所示，是以初期壩軸線為堆積壩壩頂?shù)妮S線始終不變，以旋流器的底流沉砂加高并將堆積邊坡不斷向下游推移，待堆至最終堆積標(biāo)高時形成最終堆積邊坡。旋流器的溢流排人堆積壩頂線的上游。這種堆積壩改善了尾礦庫支承棱體的基礎(chǔ)條件，支撐棱體基本上由旋流器底流的粗尾礦堆積而成，浸潤線也有所降低，對堆積壩的穩(wěn)定有利，因此生產(chǎn)上希望采用這種堆積壩，但用旋流器筑壩又給生產(chǎn)帶來很多麻煩，如旋流器的移動和管理，臨時邊坡的穩(wěn)定及揚塵等問題，使其應(yīng)用受到限 制，加之基建投資高，目前實際應(yīng)用還不多。下游法堆壩的堆積壩下游法堆壩的堆積壩 n 如圖210所示，自初期壩壩頂開始，用旋流器底流沉砂(

14、溢流排入壩內(nèi))以某種坡比向下游逐漸加高推移，先逐漸形成上游邊坡，直至堆到最終堆積標(biāo)高時才形成最終下游邊坡。這種堆積壩采用大量旋流器底流沉砂筑成堆積壩，徹底改善了支承棱體的基礎(chǔ)條件，降低了浸潤線，穩(wěn)定性和抗震性能均好。但旋流器堆壩工作量大，應(yīng)考慮旋流器底流沉砂量與堆壩工程量的平衡。也存在中游法堆壩所存在的問題，因此目前應(yīng)用較少。l-初期壩；2-濾水壩；3-堆積粗尾礦；4-細尾礦；5-護坡； 6-尾礦池；7-排洪設(shè)施；8-排滲設(shè)施2堆積壩的邊坡堆積壩的邊坡 n 堆積壩的邊坡，應(yīng)根據(jù)尾礦的物理力學(xué)指標(biāo)，參考類似工程初步擬定，也可參考表2-ll擬定，其一般值在1：301：50之間，然后進行穩(wěn)定計算，采

15、用能滿足邊坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)要求的邊坡作為設(shè)計邊坡值。在擬定邊坡及穩(wěn)定計算中，對地震區(qū)的尾礦庫還應(yīng)考慮地區(qū)的地震烈度。n 為了便于檢修，壩坡上每隔一定高差留一戧道，其寬度根據(jù)管理和交通條件確定。n 壩坡應(yīng)設(shè)護坡，以防雨水沖刷和塵土飛揚，一般可用山坡土護坡，并可以在山坡上種花草或小灌本林，禁止種喬木林，并設(shè)壩坡排水及壩肩排水溝。表表2ll堆積壩邊坡參考表堆積壩邊坡參考表n 壩坡坡比n尾礦抗剪強度 堆積高度m 沉積灘長度 沉積灘長度 n 指標(biāo) (初期壩頂算起) 100200m 200-400m n=1520。 10以下 l:3.0 1:3.0 n C19.6kP 1020 1:3.01:4.0 1

16、:3.01:3.5 n 2030 1:3.51:5.0 1:3.01:4.0 =2125。 20以下 1：3.0 1:3.0 nC9.81kPa 2030 1:3.01:4.0 1:3.01:3.5 n 3050 1:3.51:5.0 1:3.01:4.0 =26。30。 30以下 1：3.0 1:3.0 n 3050 l:3.01:4.0 1:3.01:3.5 n 5070 1:3.51:5.0 1:3.01:4.0 =31。35。 40以下 1：3.0 1:3.0 n 4070 1:3.0l:4.0 l:3.01:3.5n 注：適用條件：n 1初期壩為透水壩，初期壩壩高與總壩高的比例14l

17、6；n 2非地震地區(qū)；n 3壩基良好；n 4尾礦抗剪強度指標(biāo)為試驗所得的小值平均值。3堆積壩的穩(wěn)定及其計算堆積壩的穩(wěn)定及其計算 n 堆積壩的穩(wěn)定包括靜力穩(wěn)定、動力穩(wěn)定和滲流穩(wěn)定，均應(yīng)進行相應(yīng)的計算。靜力穩(wěn)定計算靜力穩(wěn)定計算 n 靜力穩(wěn)定計算的目的是驗證擬定壩坡的穩(wěn)定安全程度，一般采用圓弧滑動法或靜力有限元法進行計算，要求堆積邊坡的最小安全系數(shù)滿足表2-9的要求。動力穩(wěn)定分析動力穩(wěn)定分析 n 動力穩(wěn)定分析是為驗證壩坡在動力(一般是地震)條件下的穩(wěn)定性及產(chǎn)生振動液化的可能性、液化的范圍及液化深度。一般采用有限元分析法，同時采用現(xiàn)場試驗進行判別，以資互相驗證。對一般小型工程，可采用擬靜力法進行計算。 滲流穩(wěn)定計算滲流穩(wěn)定計算 n 滲流穩(wěn)定計算的目的是驗算堆積壩在滲流條件下的穩(wěn)定性，是否會產(chǎn)生滲流破壞，并應(yīng)控制滲流出逸坡降小于尾礦的允許坡降。n 穩(wěn)定分析一般按下述步驟進行：n (1)通過工程地質(zhì)勘察或工程類比的方法取得穩(wěn)定計算所需資料及參數(shù)，并擬定計算斷面；n (2)進行滲流分析，確定堆積壩的浸潤線，并進行滲流穩(wěn)定