第八章尾矿库安全

辽辽宁科技学院教案宁科技学院教案 课题名称 8 尾矿库安全 课次第 12 次课课 时 2 课型 理论 实验 实习 实务 习题课 讨论 其他 教学目标 了解尾矿库的类型和构造 熟悉尾矿坝溃坝的原因和稳定性分析 掌 握尾矿库的安全等级 了解尾矿库设计和施工的基本要求 掌握尾矿库的 安全管理 重点 难点及 解决方法 重点 尾矿坝溃坝的原因和稳定性分析 尾矿库的安全等级和安全管 理 难点 尾矿坝溃坝的原因和稳定性分析 解决方法 列举案例进行讲解 教学基本内容 与教学设计 1 简介本次课的基本内容 2 教学进程和教学时间具体安排 8 1 尾矿库概述 30 分钟 8 2 尾矿库溃坝 30 分钟 8 3 尾矿库的安全等级 15 分钟 8 4 尾矿库事故预防 15 分钟 教学方法讲授法 案例法等 教学手段板书 参考资料陈宝智 矿山安全工程 尾矿库安全技术规程 学习效果评测 作业 1 尾矿库是由哪几部分构成的 2 尾矿库溃坝的原因有哪些 教学后记 1 辽辽宁科技学院宁科技学院讲讲稿稿 教学内容备 注 8 尾矿库安全尾矿库安全 8 1 尾矿库概述尾矿库概述 一 尾矿库类型一 尾矿库类型 根据地形的不同 尾矿库有山谷形 傍山型 平地型和河谷型四种类型 1 山谷型尾矿库 山谷型尾矿库 构成条件 三面环山的自然山谷 下游谷口地段一面筑坝 特点 初期坝比较短 投资小 汇水面积不大 排洪设施简单 管理简单 金属非金属矿山使用较多 2 傍山型尾矿库 傍山型尾矿库 构成条件 利用山坡洼地 三面或两面筑坝围截形成尾矿库 特点 初期坝相对较长 汇水面积小 排洪容易解决 管理复杂 3 平地型尾矿库 平地型尾矿库 构成条件 在平原和沙漠地区的平地或凹坑处 四面筑坝围成的尾矿库 特点 尾矿坝长度很长 堆坝工作量相当大 汇水面积小 管理相当复杂 4 河谷型尾矿库 河谷型尾矿库 构成条件 截断河谷在上下游两面筑坝截成的尾矿库 特点 堆坝高度受到限制 汇水面积大 库内和库上游都要设排洪系统 管理复杂 2 辽辽宁科技学院宁科技学院讲讲稿稿 教学内容备 注 二 尾矿库的构造二 尾矿库的构造 尾矿库由尾矿输送系统 尾矿坝 库容和排水系统构成 1 尾矿坝 尾矿坝 包括初期坝和堆积坝 初期坝 初期坝 基建时筑成的 做为堆积坝的排渗体和支撑体的坝 根据筑坝材料不同 分为土坝 堆石坝 混合料坝 砌石坝和混凝土坝 堆石坝 图 10 5 较土坝渗透性好 稳定性好 堆积坝 堆积坝 是生产过程中在初期坝坝顶以上用尾矿充填堆筑而成的坝 按筑坝方式 分为上游式筑坝 中线式筑坝和下游式筑坝三种 上游式 筑坝稳定性较差 但筑坝工艺简单 成本低 国内矿山应用广泛 2 库容 库容 沉积滩沉积滩 水力冲积尾矿形成的沉积体表层 常指露出水面部分 滩顶滩顶 沉积滩面与堆积坝外坡的交线 为沉积滩的最高点 滩长滩长 由滩顶至库内水边线的水平距离 最小干滩长度最小干滩长度 设计洪水位时的干滩长度 安全超高安全超高 尾矿坝沉积滩顶至设计洪水位的高差 3 辽辽宁科技学院宁科技学院讲讲稿稿 教学内容备 注 全库容全库容 尾矿坝某坝顶面 下游坡面及库底面所围成空间的容积 包括有效库容 死水库容 蓄水库容 调洪库容和安全库容 5 部分 V V1 V2 V3 V4 V5 各部分库容 H1 某一坝顶标高 对应水平面AA H2 设计洪水位 对应水平面BB H3 蓄水水位 对应水平面CC H4 正常生产的最低水位 死水位 对应水平面 DD 由最小澄清距离 决定 DE 细颗粒尾矿沉积滩面及矿泥悬浮层面 安全库容 安全库容 V1 AA 与BB 之间的库容 是确保设计洪水位时坝体安全 超高和安全滩长的空间容积 不允许占用 调洪库容 调洪库容 V2 BB 与CC 之间的库容 是在暴雨期间用以调节洪水的库 容 是设计确保最高洪水位不致超过BB 水平面所需的库容 因此该库容在非 雨季可占用 而雨季绝对不允许占用 指某坝顶标高时 沉积滩面 正常水 位以上的库底 正常水位三者以上 最高洪水位以下的空间 蓄水库容 蓄水库容 V3 CC 与DD 之间的库容 供矿山生产水源紧张时蓄水使 用 一般的尾矿库不具备蓄水条件时 此值为零 澄清库容 死水库容澄清库容 死水库容V4 DD 与滩面DE之间的库容 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库容 有效库容 有效库容 V5 滩面ABCDE以下沉积尾矿以及悬浮矿泥所占用容积 是 该尾矿库实际可容纳尾矿的库容 有效库容是指某坝顶标高时 初期坝内坡面 堆积坝外坡面以里 对下游 式尾矿筑坝则为坝内坡面以里 沉积滩面以下 库底以上的空间 即容纳尾 矿的库容 3 排水系统 排水系统 排水系统作用排水系统作用 排出库内积水 包括尾矿水和洪水 排水系统排水能力应保证尾矿库最 高洪水位时安全超高和干滩长度满足规程要求 排水系统的形式排水系统的形式 分为井管 洞 式和槽管 洞 式两种 见图 10 7 和 10 8 4 辽辽宁科技学院宁科技学院讲讲稿稿 教学内容备 注 三 尾矿库等别及构筑物级别三 尾矿库等别及构筑物级别 1 尾矿库等别 尾矿库等别 尾矿库各使用期的设计等别应根据该期的全库容和坝高分别按表 1 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 尾矿库失事将使下游重要城镇 工矿企业或铁路干线遭受严重灾害者 其设 计等别可提高一等 我国现行设计规范允许对同一尾矿库在生产期间采用不同的等别 国内没有一等库 攀钢马家田库容3亿多方 离攀市2km 仍定为二等库 2 尾矿库构筑物的级别 尾矿库构筑物的级别 尾矿库构筑物的级别根据尾矿库等别及其重要性按表2确定 5 辽辽宁科技学院宁科技学院讲讲稿稿 教学内容备 注 8 2 尾矿库溃坝尾矿库溃坝 一 尾矿坝溃坝案例一 尾矿坝溃坝案例 案例一案例一 鞍山海城西洋鼎洋矿业有限公司选矿厂尾矿库鞍山海城西洋鼎洋矿业有限公司选矿厂尾矿库 11 25 溃坝事故溃坝事故 事故概况 事故概况 2007 年 11 月 25 日 5 50 左右 辽宁省鞍山市海城西洋鼎洋 矿业有限公司选矿厂 5 号尾矿库发生溃坝事故 致使约 54 万 m3尾矿下泄 造成该库下游约 2 公里处的甘泉镇向阳寨村部分房屋被冲毁 13 人死亡 3 人失踪 39 人受伤 其中 4 人重伤 尾矿库调查结果 尾矿库调查结果 5 号库设计库容为 36 78 万 m3 设计最大坝高 14 米 内外坡比 1 2 据中冶沈勘工程技术有限公司的测量结果 最大坝高约 22 米 内外坡比 1 1 7 目前实际库容约 80 万 m3 直接原因 直接原因 该库擅自加高坝体 改变坡比 造成坝体超高 边坡过陡 超过极限平衡 致使 5 号库南坝体最大坝高处坝体失稳 引发深层滑坡溃坝 间接原因之一 间接原因之一 设计单位管理不规范 设计单位中冶北方工程技术有限 公司矿山设计研究所无设计资质 却以中冶北方公司的设计资质承揽设计 在未签外聘合同的情况下组织外单位人员设计 在未作施工图设计和缺少验 收条件的情况下在工程验收单上盖章 采矿室副主任被免职 事故处理 事故处理 验收评价审查小组几位专家被判刑 其中一位再有一年就退 休了 判刑意味着饭碗被砸 最后患癌症去世 备注 备注 老板周福仁 鞍山首富 案例二案例二 山西省临汾市襄汾县新塔矿业有限公司发生特别重大尾矿库溃山西省临汾市襄汾县新塔矿业有限公司发生特别重大尾矿库溃 坝事故坝事故 事故概况 事故概况 2008 年 9 月 8 日上午 8 时 山西省临汾市襄汾县新塔矿业有 限公司发生特别重大尾矿库溃坝事故 事故泄容量 26 8 万立方米 造成 277 人遇难 4 人失踪 33 人受伤 受灾人员达 1047 人 损坏耕地 600 亩 水泥 路 4 公里 砂石路 1 公里 各类房屋 326 间 汽车 90 辆 直接经济损失 9619 万元 这是迄今为止全世界最大的尾矿库事故 事故直接原因 事故直接原因 1992 年该尾矿库就已经闭库 并采取了闭库处理措施 2005 年新塔矿业公司非法违规建设 生产 致使尾矿堆积坝坡过陡 同时 采用库内铺设塑料防水膜防止尾矿水下渗和黄土贴坡阻挡坝内水外渗等错误 做法 导致坝体发生局部渗透破坏 引起处于极限状态的坝体失去平衡 整 体滑动 造成溃坝 事故处理 事故处理 省长孟学农引咎辞职 免去分管安全的副省长张建民的职务 国家安监总局局长王君被任命为山西省代理省长 113 名事故责任人受到责任 追究 其中 该矿的董事长张佩亮 县委书记亢海银 县长李学俊 省国土 厅总工刘书勇 省安监局副局长苏保生等 51 人追究刑事责任 6 辽辽宁科技学院宁科技学院讲讲稿稿 教学内容备 注 二 尾矿库溃坝原因二 尾矿库溃坝原因 1 尾矿坝承受主要载荷 尾矿坝承受主要载荷 筑坝期正常高水位的渗透压力 坝体自重 坝体及坝基中孔隙压力 最 高洪水位有可能形成的稳定渗透压力和地震惯性力等载荷作用 2 溃坝的原因 溃坝的原因 尾矿库溃坝的实质是坝体失稳 导致尾矿坝溃坝的主要原因有 滑坡 渗透破坏 地震液化和洪水漫顶 1 滑坡 坝体滑坡的主要原因有 坝体有软弱夹层或抗剪强度较低且背水坡较陡而造成的滑坡 地基存在淤泥层 湿陷性黄土层或液化等不良地质条件 施工时没有 清除或清除不彻底而引起滑坡 排水设施堵塞而引起的背水坡滑坡 2 渗透破坏 尾矿坝的稳定问题不同于一般的边坡稳定问题 在渗流作用下的尾矿强 度指标明显降低 随着堆积坝标高的增加以及库容的增加 坝体浸润线也抬 高 且浸润范围增大 坝体的安全系数减小 溃坝的可能性增加 3 地震液化 构成坝体的尾矿在地震作用下 动力抗剪强度完全丧失 变成粘滞液体 称为地震液化 地震液化会导致坝体失稳破坏 4 洪水漫顶 洪水漫过坝顶时 由水流产生的剪应力和对颗粒的拉拽力作用造成溃坝 事故 三 尾矿坝稳定性分析三 尾矿坝稳定性分析 尾矿坝稳定性分析包括静力稳定性分析和动力稳定性分析 1 尾矿坝静力稳定性分析 尾矿坝静力稳定性分析 1 按瑞典圆弧法计算坝坡抗滑稳定的安全系数不应小于表 6 规定的数 值 书 180 页表 10 3 2 当采用简化毕晓普法与瑞典圆弧法计算结果相比较时 可参照 碾 压式土石坝设计规范 有关规定选用两种方法各自的最小安全系数 2 尾矿坝动力稳定性分析 尾矿坝动力稳定性分析 尾矿坝动力稳定性分析主要考虑坝体渗流问题和地震荷载引起的液化问 题 7 辽辽宁科技学院宁科技学院讲讲稿稿 教学内容备 注 8 3 尾矿库的安全等级尾矿库的安全等级 尾矿库安全度主要根据尾矿库防洪能力和尾矿坝坝体稳定性确定 分为 危库 险库 病库 正常库四级 一 危库一 危库 危库指安全没有保障 随时可能发生垮坝事故的尾矿库 危库必须停止生 产并采取应急措施 尾矿库有下列工况之一的为危库 1 尾矿库调洪库容严重不足 在设计洪水位时 安全超高和最小干滩 长度都不满足设计要求 将可能出现洪水漫顶 2 排洪系统严重堵塞或坍塌 不能排水或排水能力急剧降低 3 排水井显著倾斜 有倒塌的迹象 4 坝体出现贯穿性横向裂缝 且出现较大范围管涌 流土变形 坝体 出现深层滑动迹象 5 经验算 坝体抗滑稳定最小安全系数小于表6规定值的0 95 6 其他严重危及尾矿库安全运行的情况 二 险库二 险库 险库指安全设施存在严重隐患 若不及时处理将会导致垮坝事故的尾矿库 险库必须立即停产 排除险情 尾矿库有下列工况之一的为险库 1 尾矿库调洪库容不足 在设计洪水位时 安全超高和最小干滩长度 均不满足设计要求 2 排洪系统部分堵塞或坍塌 排水能力有所降低 达不到设计要求 3 排水井有所倾斜 4 坝体出现浅层滑动迹象 5 经验算 坝体抗滑稳定最小安全系数小于表6规定值的0 98 6 坝体出现大面积纵向裂缝 且出现较大范围渗透水高位出逸 出现 大面积沼泽化 7 其他危及尾矿库安全运行的情况 三 病库三 病库 病库指安全设施不完全符合设计规定 但符合基本安全生产条件的尾矿库 病库应限期整改 尾矿库安全技术规程 列出九种病库 四 正常库四 正常库 尾矿库同时满足下列工况的为正常库 1 尾矿库在设计洪水位时能同时满足设计规定的安全超高和最小干滩 长度的要求 2 排水系统各构筑物符合设计要求 工况正常 3 尾矿坝的轮廓尺寸符合设计要求 稳定安全系数满足设计要求 4 坝体渗流控制满足要求 运行工况正常 8 辽辽宁科技学院宁科技学院讲讲稿稿 教学内容备 注 8 4 尾矿库事故预防尾矿库事故预防 目前 尾矿