矿山应急技术与管理 课件 第9章-尾矿库安全与应急技术

第九章尾矿库安全与应急技术尾矿库基本概念·排放与稳定·维护抢险·安全管理目录01尾矿库的基本概念02尾矿排放方式与尾矿库03尾矿库的维护04尾矿库安全管理05思考题9.1尾矿库的基本概念本节要点·尾矿与尾矿库的分类·尾矿设施与尾矿坝类型·上游式、中线式、下游式筑坝法·尾矿坝相关参数·排水及排洪构筑物·尾矿废水分类·尾矿库等级与安全度分级·防洪标准与工程档案尾矿及其分类▸尾矿：选矿后剩余的排弃物，以浆体形态产生和处置，可能具有再利用价值▸按基本物理特性分为四类：软岩尾矿：页岩型矿石产生，泥的黏土性质起控制作用硬岩尾矿：铅锌铜金银等矿石，以砂质颗粒为主细尾矿：几乎不含砂粒（磷酸盐黏土、红泥、铁细尾矿等），沉淀固结慢、极软弱粗尾矿：特性受粗砂颗粒决定（石膏、铀矿、粗铁尾矿等）▸同一类尾矿物理特性相近，排放问题也大体相同，可作参考▸磨矿工艺变化可能产生大量细粒尾矿，改变尾矿属性▸某些场合化学特性和环境因素远比物理特性重要尾矿库及其分类▸尾矿库：筑坝拦截谷口或围地构成、贮存选矿尾矿或工业废渣的场所▸山谷型：初期坝短、工程量小，库容大、澄清距离易满足；汇水面积大、排水工程量大（我国大中型尾矿库多属此类）▸傍山型：依山筑坝，纵深短、干滩长度受限，库容小，管理维护较复杂▸平地型：四面筑坝，工程量最大，库区渐小、调洪能力减弱，平原沙漠地区采用▸截河型：截取河床两端筑坝，不占农田，库内外排水系统复杂庞大，国内采用不多尾矿设施与尾矿坝类型▸尾矿设施四大系统：水力输送系统：浓缩池、输送管槽、泵站、分散管槽尾矿堆存系统：库区、尾矿坝、排洪构筑物、观测设施回水系统：回水泵站、管道、回水池尾矿水处理系统：水处理站、截渗回收设施▸初期坝：用非尾矿材料筑成的基础坝，分土石坝、砌石坝、砼坝三大类型▸按透水性分：不透水坝：均质土坝、带防渗体堆石坝等，适用尾矿水渗漏难处理的情形透水坝：坝内有组织排水、控制浸润线，是初期坝最基本的坝型▸堆积坝：初期坝坝顶以上用尾矿充填堆筑的坝；挡水坝指长期挡水的主坝及侧、后部副坝三种尾矿筑坝法▸上游式：在初期坝上游方向充填堆积尾矿▸中线式：在初期坝轴线处用旋流分级粗尾砂冲积尾矿▸下游式：在初期坝下游方向用旋流分级粗尾砂冲积尾矿▸尾矿坝挡水坝：长期或较长期挡水的尾矿坝（主坝及侧、后部副坝）※筑坝方式直接影响坝体稳定性与浸润线分布，是尾矿库设计的核心选择。尾矿坝的相关参数▸坝高：坝顶与坝轴线处坝底的高差（上游式为堆积坝顶与初期坝轴线处坝底高差）▸沉积滩：水力冲积尾矿形成的沉积体露出水面部分▸滩顶：沉积滩面与堆积坝外坡的交线，为沉积滩最高点▸全库容＝有效库容＋死水库容＋蓄水库容＋调洪库容＋安全库容▸有效库容：容纳尾矿的库容▸调洪库容：正常水位与最高洪水位之间的空间▸安全超高：沉积滩顶至设计洪水位的高差（Ⅰ～Ⅴ级坝分别不小于1.5/1.0/0.7/0.5/0.4m）▸干滩长度：滩顶至库内水边线的水平距离；最小干滩长度为设计洪水位时的干滩长度▸上游式最小干滩长度：Ⅰ～Ⅴ级为150/100/70/50/40m；下游式、中线式为100/70/50/35/25m尾矿库排水及排洪构筑物▸排水排洪构筑物由进水构筑物＋输水构筑物组成▸进水构筑物：排水井（窗口式、框架式、叠圈式、砌块式）、排水斜槽、溢洪道、山坡截洪沟▸输水构筑物：排水管（最常用，一般埋设库内最底部）、隧洞、斜槽、截洪沟▸坝坡排水沟两类：沿山坡与坝坡结合部设块石截水沟，防暴雨汇流冲刷坝肩坝体下游坡面设纵横排水沟，导排雨水，防止坝面拉沟尾矿废水分类▸尾矿库设计由废水性质决定，化学性质与物理性质同等重要▸浮选pH值调节及酸碱性溶浸是影响废水化学性质的关键，矿石矿物成分是决定因素▸按pH值分三类：中性：浮选、重选作业，硫酸盐、氯化物、钠钙浓度略升碱性：pH升高，硫酸盐、氯化物、铀、钙浓度提高，重金属活动不广泛酸性：pH降低，铁、锰、镉、硒、铜、铅、锌、汞等阳离子含量高，硫酸盐氯化物浓度高尾矿库等级与构筑物级别▸按全库容V和坝高H确定设计等别（两者等差为一等取高者；大于一等按高者降一级）▸一等级：二等库具备提高等级条件者▸二等：V≥100000（万m³），H≥100m▸三等：10000≤V＜100000，50≤H＜100▸四等：1000≤V＜10000，30≤H＜60▸五等：V＜1000，H＜30▸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时，设计等别可提高一级▸构筑物分主要、次要、临时三级，级别随库等别确定（一等库主要构筑物为1级）尾矿库安全度分级▸根据防洪能力和坝体稳定性分为：危库、险库、病库、正常库▸危库：安全无保障，随时可能垮坝→停止生产并采取应急措施（漫顶征兆、排洪系统严重堵塞坍塌、排水井显著倾斜、贯穿性裂缝＋管涌流土、稳定安全系数＜规定值0.95等）▸险库：存在严重隐患，不处理将导致垮坝→立即停产排除险情（调洪库容不足、排洪系统部分堵塞、坝体浅层滑动迹象、安全系数＜规定值0.98等）▸病库：安全设施不完全符合设计但具备基本安全生产条件→限期整改（边坡过陡可能局部失稳、浸润线局部较高、坝面裂缝冲沟等）▸正常库：设计洪水位同时满足安全超高和干滩长度、排水系统正常、轮廓尺寸及稳定安全系数满足设计、渗流控制正常尾矿库防洪标准▸防洪标准：设计选定的重现期T和累积频率P（互为倒数，如百年一遇T=100年，P=1%）▸按各使用期库的等别，综合库容、坝高、使用年限及下游危害程度确定▸洪水重现期（年）：一等库：初期100-200；中、后期1000-2000二等库：初期50-100；中、后期500-1000三等库：初期30-50；中、后期200-500四等库：初期20-30；中、后期100-200五等库：中、后期50-100▸初期指尾矿库启用后的头3-5年▸安全与经济全面权衡，选择适当的防洪标准▸尾矿库工程档案：工程建设档案、生产运行档案、闭库及再利用档案9.2尾矿排放方式与尾矿库本节要点·尾矿地表排放方式·尾矿库与一般水库的区别·尾矿库位置选择的安全要求·尾矿库排水构筑物·影响堆积坝稳定的因素尾矿地表排放方式▸挡水坝：排放前一次性按全面构筑，按水库坝要求设计；适用尾矿粒度过细、必须坝后放矿、废水危害大等情形；成本高▸上升坝：服务期间分期构筑（先初期坝，后按尾矿上升高程齐步并升）；初期费用低、筑坝材料灵活（废石、尾矿砂），最常用；分上游坝、下游坝、中心线坝▸环形坝：平地四面筑坝，高浓度中央排放或半干喷洒排放，成本较高▸干处置：尾矿浓缩到50%以上浓度砂泵输送排放，呈锥形堆积，土地恢复可与处置同步，基建和作业费用高尾矿库与一般水库的区别▸库址选择范围小：就近建库，地形坡度陡、需建坝较高、多选汇水面积小部位▸筑坝材料特殊：尾矿基本性质是非黏性土，级配不良、密实度低、渗透性差、固结慢，地震时易振动液化▸坝体结构相反：初期坝要求透水不漏矿；上游坡陡、下游坡缓，尾矿坝由下游坡控制▸施工程序不同：基建只完成初期坝；生产使用过程即堆坝施工过程；运行初期安全系数最低▸接触介质不同：尾矿水含化学成分、有腐蚀性，须考虑排放标准和回水利用▸水工布置不同：为满足澄清距离，排水构筑物进水口距离坝较远尾矿库位置选择的安全要求▸技术经济：投资少，降低基建规模和经营成本，减少输送设施规模▸库区内无不良地质构造（断层、滑坡、溶洞等），注意三大问题：渗漏：岩层性质、地质构造、地下水补给条件，渗透变形可致工程毁坏坝基及库岸稳定：有无滑坡体，特别关注坝肩及排水构筑物进出口附近泥石流：分析产生条件及对泄洪设施、坝体安全的影响▸其他要求：不宜位于工矿企业、大型水源地、水产基地和居民区上游；不位于重点名胜古迹上游；不压有开采价值矿床；汇水面积小、库容和库长足够尾矿库排水构筑物▸功能：排泄洪水或送出澄清水，预防漫顶溃坝，随尾矿堆积进水口不断升高▸井-涵洞（隧洞）式：进水为塔式建筑（窗口式、框架式、砌块式），可分组接力；输水为涵管或隧洞▸斜槽-涵洞（隧洞）式：进水为斜卧岸坡明槽，随堆积逐步封闭▸开敞式溢流道：明流开敞式，下堰式分次加高、侧槽式分次修槽；堆积坝高度不能太大▸分洪截洪式：上游筑坝改道或沿库筑截洪沟，减轻洪水负担影响堆积坝稳定的因素▸尾矿抗剪强度：内摩擦角越大安全系数越大；凝聚力影响小；设计好后坝高不能随意加高▸浸润线位置：越高则稳定安全系数越低；长期观测浸润线非常必要，降低浸润线是最有效加固措施▸沉积滩长度：长度减少→浸润线增高→安全系数降低；任意缩短干滩或在滩上筑子坝蓄水均不安全▸尾矿冲积分级：紊乱冲填降低稳定性；合理工艺形成理想坝体分层▸坝坡坡度：越缓越稳定，但过缓不利渗流稳定且减少库容、增大工程量▸初期坝高：堆石坝抗剪强度高，初期坝增高安全系数增高，但不能无限增加总体稳定▸堆积坝高：越高稳定安全系数越低，不能随意增高9.3尾矿库的维护本节要点·尾矿库巡检的主要内容·坝外坡面维护·裂缝的成因、检查及处理·异常渗漏的原因·滑坡成因、检查及处理·管涌的处理措施·汛期抢险应急措施尾矿库巡检的主要内容▸事故均由隐患发展而来，巡检是发现隐患的关键，应建立巡检制度▸坝体方面：堆积坝顶高程是否一致、放矿是否均匀、沉积滩是否平整、滩长坡度是否符合要求、水边线是否与坝轴线大致平行、库水位是否合规、子坝堆筑是否安全、有无裂缝滑坡塌陷冲刷兽蚁洞穴、护坡排水系统有无淤堵沉陷积水▸渗流方面：下游坡、坝脚、埋管出坝处、坝肩有无散浸渗水漏水管涌流土，渗流水量水质是否稳定，观测设施是否完好▸排水构筑物：排水井管涵、隧洞、截洪沟、溢洪道是否完好畅通，封堵方式是否符合要求，下游行洪有无障碍▸其他：道路、通讯、照明、防汛物资、人员到岗、制度执行▸汛期加强检查并预警；汛前、汛后、暴雨期、地震后全面安全大检查尾矿坝裂缝：成因、检查与处理▸裂缝种类：横缝、纵缝、水平缝、斜缝；成因有坝基承载不均、施工质量差、结构设计不当等▸检查重点：坝体与山坡接合处、地质条件变化坝段、分期分段施工接合处、与刚性建筑物接合部▸加强检查时机：位移剧烈变化、隆起坍陷、浸润线异常、渗漏量突增、地震后等▸判断：滑坡裂缝先慢后快；沉陷裂缝缓慢发展后停止；结合观测资料与钻探试验辨别滑动性与非滑动性▸处理原则：先临时防护（防雨水冰冻加剧）非滑动性裂缝：开挖回填（浅表裂缝）或灌浆（深裂缝，黏土泥浆或黏土水泥浆）中等深度：上部开挖回填＋下部灌浆相结合滑动性裂缝：结合坝坡稳定性分析统一处理尾矿坝异常渗漏的原因▸正常渗流有利于固结稳定；异常渗漏可导致流土、冲刷、管涌甚至垮坝▸坝体渗漏：设计（坝体单薄、防渗体断面不足、管道断裂）、施工（碾压不实、含砂多、冻土块）、其他（动物打洞、地震裂缝）▸坝基渗漏：设计（勘探不足、防渗措施不够）、施工（铺盖质量差、清基不彻底）、管理（干滩暴晒开裂、养护不善、坝后取土）▸接触渗漏：清基不好、坡面过陡、涵管与坝体接触处回填差或未设截流墙▸绕坝渗漏：岸坡透水层、岩石破碎节理发育、天然铺盖被破坏、溶洞生物洞穴尾矿坝滑坡：成因、检查与处理▸分类：按性质分剪切性、塑流性、液化性滑坡；按形状分圆弧、折线、混合滑坡▸成因：勘探设计（软土层未查明、坝脚沉陷、绕坝渗流、指标偏高）；施工（碾压不实、冻土层、坝体结合不好）；其他（地震、暴雨、风浪淘刷、人为因素）▸检查时机：高水位期、强烈地震后、特大暴雨台风、回春解冻；从裂缝形态、位移、浸润线、孔隙水压力综合判断▸抢护基本原则：上部减载、下部压重；降低库水位；开沟导渗；滑动裂缝达坝脚先压重固脚▸处理：迎水坡抛土防渗；以排水压坡导渗放缓坝坡；松动土体彻底挖除分层回填夯实▸注意：滑坡主裂缝不宜灌浆；处理前防雨水入缝，覆盖塑料薄膜并修截水沟尾矿坝管涌的处理措施▸管涌：坝基在较大渗透压力下的险情，处理思路为降低水头差、减少渗透压力或滤料导渗▸滤水围井：管涌范围不大时，土袋围井内自下而上分层填粗砂、砾石、碎石、块石（或土工织物），涌水用管引出▸蓄水减渗：范围较大时用土埂或土工织物围成水池，蓄存渗水减少内外水头差▸塘内压渗：坝后渊塘积水有翻花现象时不要任意降水位，用竹帘苇箔围填滤料，或抛铺砂砾石做透水压渗台、柴排压重▸降低库水位：临时防护不能改善险情时降低库内水位，但应控制水位下降速度尾矿坝汛期抢险应急措施▸汛期是高水位运行期，极易洪水漫顶，须从思想、组织、物质、交通、联络、报警各方面做好准备▸防漫顶措施：排水设施全部使用水位仍上升时抢筑子堤土袋子堤：袋装土七成，迎水面铺砌错缝踩实，背水侧填土夯实（坡度不陡于1:1）单层木板或埽捆子堤：缺土浪大堤顶窄时采用，打桩钉板后填土▸特大洪水：报请上级批准采取非常措施（副坝炸口排洪、分洪口分洪、打开排水井多层窗口），严禁在主坝顶开沟泄洪▸防风浪冲击：土袋防浪、柴排防浪（柳枝芦苇扎柴枕连桩固定）、挂树防浪9.4尾矿库安全管理本节要点·尾矿排放与筑坝的安全要求·不同安全度等级的应急措施·四级安全检查·安全检查的主要内容·尾矿库观测·渗流控制与水位控制·汛期安全管理·生产经营单位的主要安全管理职责·闭库的安全要求尾矿排放与筑坝的安全要求▸严格按设计要求、作业计划及安全规程组织施工并做好记录▸滩顶高程满足生产、防汛、冰下放矿和回水要求；堆积坡比不得陡于设计规定▸每期子坝堆筑前进行岸坡处理：清除树木树根草皮废石等，泉眼水井洞穴妥善处理，隐蔽工程记录合格后方可筑坝▸上游式筑坝应坝前均匀放矿，粗粒沉坝前、细粒排库内，滩面均匀平整，滩长满足防洪要求，不得冲刷坝体，专人管理不得离岗▸坝体较长时分段交替作业，避免侧坡、扇形坡和细粒集中沉积▸冰冻期、事故期长期集中放矿不得出现影响后续坝体稳定的不利因素；岩溶地区可周边放矿形成防渗垫层；下游坡面不得有积水坑不同安全度等级的应急措施▸危库：停止生产，采取应急措施——立即降低库水位（必要时按最小干滩长度为坝顶宽度用渠槽法抢筑子坝）；疏通加固修复排水构筑物或开挖临时排洪通道；处理滑坡、加固坝体▸险库：立即停产排除险情——降低库水位满足最小安全超高和干滩长度；疏通加固排洪设施；处理滑坡、消除管涌流土▸病库：限期整改——汛前彻底完成防洪治理；修复排水构筑物；加固坝体或削坡、处理裂缝；降水措施降低浸润线；修整坝坡、开挖坝肩截水沟尾矿设施的四级安全检查▸经常检查：公司、车间、工段分级组织，制定检查制度、路线和顺序▸定期检查：公司级组织，每年2-3次（汛期、汛后、冻融期）▸特别检查：遭遇特大洪水、地震等情况，由负责人临时组织▸安全鉴定：每三年至少一次安全现状评价▸上游式尾矿坝堆积至1/2～2/3最终设计坝高时，进行全面勘察和稳定性专项评价尾矿库安全检查的主要内容（1）防洪安全▸设计防洪标准符合规程；低于规程时重新进行洪水计算及调洪演算▸水位检测误差小于20mm；滩顶高程沿坝顶方向实测，误差小于20mm，取最低点作为滩顶标高▸干滩长度选较短处1-3个断面垂直坝轴线测量，取最小值▸干滩平均坡度：每100m坝长不少于1-3个断面，测点间距不大于10-20m，按加权平均计算▸复核防洪能力：安全超高和最小干滩长度是否满足设计要求▸排洪构筑物：有无变形位移损毁淤堵、排水能力是否满足▸排水井/斜槽/涵管/隧洞/溢洪道/截洪沟：断面尺寸、裂缝、倾斜、淤堵、止水、封堵等逐项检查▸无法入内的小断面排水管、斜槽，可根据施工记录和过水畅通情况判定尾矿库安全检查的主要内容（2）坝体与库区▸坝体检查：轮廓尺寸、变形、裂缝、滑坡、渗漏、坝面保护▸位移监测：视准线法和前方交汇法，每年不少于4次，异常时加密▸水位监测：洪水位与浸润线，每月不少于1次，暴雨及异常波动时加密▸坡比检测：每100m坝长不少于2处，实测坡比陡于设计时进行稳定性复核▸位移应均衡无突变、逐年减小；裂缝查明长度宽度深度走向成因；滑坡查明位置范围形态及动态趋势▸查明浸润线出逸点、排渗设施完好性与排水水质、渗漏逸出点形态流量含沙量▸库区检查：周边山体滑坡塌方泥石流；违章爆破采石建筑、回采、外来废弃物排入、放牧开垦等尾矿库观测与渗流控制▸观测目的：掌握设施工作状态，发现异常迹象，验证设计假定，了解环境影响▸观测项目：变形（垂直/水平位移、裂缝、固结）、应力（总应力、孔隙水压力）、渗透（浸润线、渗流量、水质、绕坝渗流）、水文气象（降雨、入库流量、水位、波浪、冰凌、蒸发）▸监测值须单项或综合整理分析，写出分析报告▸渗流控制要求：加强观测，浸润线超过控制线时经论证增设或更新排渗设施▸上游式堆积坝措施：地基排渗褥垫/排渗管沟/排渗井；堆积体内水平排渗管或垂直、辐射式排渗井；坡脚贴坡排渗；降低库水位增大干滩；坝前均匀放矿▸异常渗流处理：渗漏水部位铺土工布或反滤料堆石压坡；增设排渗设施降低浸润线尾矿库水位控制与汛期安全管理▸水位控制原则：在满足回水水质水量前提下尽量降低库内水位；汛期满足设计控制要求；与设计不符时汛前调洪演算；回水与安全矛盾时保证安全；水边线与坝轴线基本平行▸汛期管理：防洪设计低于规程时采取措施提高防洪能力汛前检查维修疏浚排洪设施，打开排洪底坎以上1.5倍调洪高度内挡板，设水位标尺标明正常与警戒水位备齐抢险物资器材、交通通讯设施，维护上坝公路加强值班巡逻、设警报信号，落实下游居民撤离预案排出蓄水或大幅降水位时控制流量，非紧急情况不宜骤降不得在尾矿滩面设泄洪口；非经论证不得用常规子坝挡水洪水过后全面检查清理，及时修复并降低库水位；停用排水构筑物严格按设计封堵，严禁在井筒顶部封堵尾矿库生产经营单位的主要安全管理职责▸建立安全生产责任制、规章制度和操作规程，保证安全资金投入，配备安全管理机构和人员▸主要负责人、安全管理人员经培训考核持证；放矿、筑坝、巡坝、排洪、排渗操作人员持特种作业证上岗▸勘察、设计、评价、施工、监理单位须具备相应资质（一～三等库甲级资质，四、五等