尾矿库安全讲座.docx

尾矿库安全技术讲座（要点）
同志们好，各位专家好：
参加尾矿库安全技术讲座是一次对尾矿库安全技术的再学习、再提高的机会，不论是搞勘察、设计、施工、监理、生产运行、监测，还是搞评价或矿山企业搞安全生产的，都是有意义的。
安全就是生命，企业的安全就是企业的生命，企业安全就是企业的效益。生产必须安全，安全第一，安全高于一切。我们说“一切以安全为中心”，就是“一个中心—安全”。
对尾矿库的安全认识就像对人的身体健康一样，尾矿库分为正常库、病库、险库和危库。
①正常库
同时满足下列工况为正常库
a)初期坝稳定，无裂缝、塌陷、渗漏、坝体完整；
b)排洪设施及排洪能力符合设计标准，保持良好运行状态，确保安全渡汛；
c)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；
d)后期堆积坝排渗设施正常，无流土、管涌、沼泽化、塌坡现象，坝坡坡度符合设计要求；
e)尾矿库管理科学，排放合理，干滩长度，外坡符合安全要求，水边线、澄清距离、泄洪、回水符合标准；
f)监测系统正常工作，满足安全要求。
②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。
尾矿库有下列工况之一的为病库：
a)尾矿库调洪库容不足，在设计洪水位时不能同时满足设计规定的安全超高和最小干滩长度的要求；
b)排洪设施出现不影响安全使用的裂缝、腐蚀或磨损；
c)经验算，坝体抗滑稳定最小安全系数满足“规范”中表4.4.1-2规定值，但部分高程上堆积边坡过陡，可能出现局部失稳；
d)浸润线位置局部较高，有渗透水出逸，坝面局部出现沼泽化；
e)坝面局部出现纵向或横向裂缝；
f)坝面未按设计设置排水沟，冲蚀严重，形成较多或较大的冲沟；
g)坝端无截水沟，山坡雨水冲刷坝肩；
h)堆积坝外坡未按设计覆土、植被；
i)其他不影响尾矿库基本安全生产条件的非正常情况。
③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：
a)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能满足设计要求；
b)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；
c)排水井有所倾斜；
d)坝体出现浅层滑动迹象；
e)经验算，坝体抗滑稳定最小安全系数小于“规范”中表4.4.1-2规定值的0.98；
f)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；
g)其他危及尾矿库安全运行的情况。
④ 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：
a)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；
b)排洪系统严重堵塞或坍塌，不能排水或排水能力急剧降低；
c)排水井显著倾斜，有倒塌的迹象；
d)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；
e)经验算，坝体抗滑稳定最小安全系数小于“规范”中表4.4.1-2规定值的0.95；
f)其他严重危及尾矿库安全运行的情况。
有资料统计，全国现有尾矿库，正常运行占52%，带病运行占33%，超期服役占9%，危险状态占6%。存在着不同程度隐患和不安全因素，主要原因有：①自然因素：地形地质、水文气象（暴雨山洪）、尾矿性质（细粒太多）；②设计因素；③施工因素；④管理因素（社会环境、技术措施不当）。
尾矿库安全要做到精心设计、精心施工、精心管理（科学严格）。三个精心各个环节都做到位，都要精心，才能确保尾矿库的安全；这几个环节里有一个环节出毛病都可能造成大祸。
尾矿库的安全在某种意义上是尾矿坝与水的矛盾斗争，简单归纳为“四坝四水”，四坝指的是初期坝、堆积坝、副坝及拦水坝；四水指的是雨洪水、尾矿澄清水、渗透水和地下水（库底泉水）。
这一矛盾斗争有其客观的规律性，要不断的认识它，要提高对尾矿库安全技术的认识。
提高认识有两个方面（即“两个基础”或者叫“两个基本点”），一是对有关安全法规的认识，法规规范就是基础，主要围绕新颁布实施的国标GB50863-2013《尾矿设施设计规范》、《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005）、《尾矿库安全监督管理规定》（38号令），当然还有国家及地方颁发的其他相关法律、法规及规定；二是对尾矿库设计、安全技术及安全管理的设计的认识，设计也是基础，许多问题都要从设计出发，包括尾矿、尾矿初期坝、尾矿堆积坝、尾矿库、洪水计算、排水构筑物、监测及排渗设施等设计管理，放矿方法、尾矿输送与回水等安全技术管理设计。
对有关尾矿库安全法规的认识与对尾矿库设计的认识密切相关联的。
一、对有关尾矿库安全法规的认识
改革开放三十多年来，矿业有了长足的发展，不说铁矿和有色矿山，只说黄金矿山，过去500t/d规模已经了不起了；现在上千吨日处理能力已属平常，随之而来的是尾矿处理量逐年加大。据2011年统计，我国现有的尾矿库已超过12718座，在建1526座（还以每年300～400座增加），已闭库1024座，堆积尾矿达150亿吨，并以每年10亿吨在增加，总占地达1300多万亩。
我国尾矿库的特点及存在问题有：
（一）基本特点
①数量多，规模小。2000年来，民营企业规模小、设备简陋、工艺落后、安全环保投入不足！
②普遍上游式筑坝。渗透性差、浸润线过高。
③尾矿库安全度低。防洪能力不足、稳定性不足。
④尾矿库下游居民多（山西、河北、辽宁、山东、河南、陕西下游居民尤其多）难以选择避开居民的库址。
⑤尾矿库技术力量薄弱，懂矿山的多，懂尾矿的少，多为地质、采矿、选矿、机电和土建等专业。评价单位有资质，无水工人才，容易误导；设计单位虽然有资质，但是设计人员缺乏经验，存在先天不足；企业缺少尾矿专业管理及技术人员。
（二）安全存在的问题
①责任主体不明确，责任不落实，管理混乱，投入不足，标准低，违反“三同时”，未经设计、评价、验收，擅自新建、扩建，不按设计、侥幸、无应急预案。
②“三同时”不落实，1/3的矿山尾矿库无设计、选址不当、安全隐患多、投入不足、施工质量差，偷工减料、甚至存在“豆腐渣”工程。
③尾矿库运行不规范。子坝过高、排渗不完善、浸润线过高、外坡陡、干滩不足、人为抬高回水水位、排洪设施损坏、堵塞、监测不完善、记录不分析、库区周边乱采乱挖、违章建筑、爆破等。
④安全评价不满足要求。不同阶段有相应安全评价，有设计，有验收，才能作为安全生产监督主要依据。评价方案不合理，验收评价与实际不符，现状评价缺少坝体稳定性分析和洪水定量分析，缺尾矿专业人员、报告一般无针对性，缺乏职业道德。
尾矿库闭库后，未经论证、设计、评价、批准、擅自回采和加高扩容、土地利用无人管理，坝体、排洪设施遭到破坏。
现阶段，尾矿库处理的难度也逐渐加大，其表现在尾矿库选址难，土地征用紧张，库区淹没大量农田、经济作物、果树林木、还有居民村庄的搬迁等，矿山企业与当地农民的矛盾纠纷不断，更为要紧的是安全。尾矿库是影响矿山安全的一个重要危险源、一个具有高势能的人造（每天都在堆高）泥石流的危险源，一旦出事，将给下游人民群众生命财产造成危害，给社会环境带来巨大损失。
尾矿库安全事故时有发生：
（1）洪水漫顶
① 1961年8月27日，江西岿美山尾矿库土坝因洪水漫顶而溃决，原因是斜槽盖板被泥沙覆盖、排水管出口淤堵，降低了排洪能力。
② 1985年7月23日，湖南东坡铝锌矿尾矿库因洪水漫顶溃坝，死亡47人。
③ 2010年9月21日，广东信宜紫金矿业银岩锡矿尾矿库发生溃坝，导致28人死亡。原因是排水井在施工中被擅自抬高进水口标高，汛期挡板过高，致使库内蓄积大量洪水，造成洪水漫顶而溃坝。
④上世纪90年代初，河南文峪金矿尾矿库的上游有5个民采坑口，在大暴雨洪水的冲击下，废石在尾矿库上游的拦水坝和隧洞口前淤塞，造成隧洞的泄流能力迅速降低，洪水翻过拦水坝进入库区，形成堆积坝坝头1m多高水头而溃坝。
（2）坝坡失稳
① 1962年9月26日，云南锡业火谷都尾矿坝，坝外坡裂缝失稳溃坝，决口顶宽113m，底宽45m，深14m，矿浆330万m3下泄三个半小时，淹没万亩良田，死亡263人，停产3年，原因是筑坝质量差，库水位过高，排水能力小。
② 2008年9月8日，山西临汾市襄汾县陶寺乡云合村新塔矿业有限公司的尾矿库溃坝，19万m3尾矿浆下泄，吞没了下游的新塔矿业有限公司宿舍区、办公楼和集贸市场，淹没面积35公顷，死亡277人，伤33人，直接经济损失9613万元。
此外还有上世纪90年代初，河南祈雨沟金矿尾矿库，坝头池填法放矿，无干滩，暴雨时浸润线高，导致尾矿坝失稳溃坝，淹没下游工业区、办公区、职工居民区，多人伤亡。
（3）因渗流、流土、管涌破坏造成溃坝
① 1986年4月30日安徽黄梅山铁矿尾矿坝因渗流破坏而溃坝。生产中两坝端放矿，中部细粒矿泥形成软弱坝壳，外坡沼泽化，澄清距离不足。库水位距坝顶0.74m，决口上宽160m，下底宽140m，损失惨重。
② 2007年6月14日，江西德兴市罗家墩金矿尾矿库因发生管涌而溃坝，造成下游大量农田淹没。
③2012年6月，山东有二座矿山尾矿库因堆积坝外坡陡、干滩长度短，受连续降雨、库内水位上升的影响，坝体浸润线高导致堆积坝坝体渗流滑坡。
（4）尾矿泄漏事故
① 1982年8月4日，陕西华县金堆城钼业公司木子沟尾矿库因排水涵洞严重横向断裂、最大裂缝宽度180mm，深250mm以上，导致大量尾矿泄漏，选矿厂停产，尾矿浆污染洛河。
② 1988年6月24日，江西东乡铜矿尾矿库3#排水井基础弧形井套断裂，造成尾矿浆泄漏达54649m3，尾矿水6万m3，淹没农田671亩，鱼塘22.1亩，矿山被迫停产。
还有上世纪末，河南嵩县前河金矿尾矿库、河北金厂峪尾矿库、陕西黄龙金矿小篆沟尾矿库的排水井（个别采用砖砌）因长期风化侵蚀导致结构松散而坍塌破坏，造成大量尾矿浆泄漏淹没工业场地及厂区公路等。
近年来，还有大量惊心动魄的安全事故在这里不一一列举。这些事故教训惨痛，促使我们进一步提高了对安全法规的认识，对尾矿库安全设计的认识的必要性、紧迫性。
尾矿库事故原因是多方面的，但绝大多数的事故均与水有关系；如果没有水的破坏作用，干燥尾砂产生滑距是有限的；在水的破坏下尾砂形成泥石流一样的矿浆，其危害加大；因此控制库内水对尾矿库的安全至关重要。故应管理好上述“四水”。
考虑问题，做工程建设、设备操作等，都要从法规出发，从设计出发。
二、对尾矿库特性的认识
在讲对尾矿库认识之前，先解释有关名词：
① 尾矿：选矿厂分选得到一定数量的金属或非金属后剩下的固体废弃物（矿泥），也称原尾矿。
② 尾矿库：利用山谷、洼地、在沟口上或周围筑坝而形成的储存矿山选别后排出的尾矿之场所，称为尾矿库（尾矿场或尾矿池）。
③全库容 ：坝顶标高平面以下、库底面以上所围成的空间的容积（不含非尾矿构筑的坝体体积）。
④有效库容：沉积滩面以下，库底以上用于贮存尾矿所围成的空间容积（悬浮状尾矿浆体）。
⑤调洪库容：正常水位以上、设计洪水位以下可蓄积洪水的容积。
⑥总库容：设计最终坝顶标高时的全库容。
⑦ 尾矿处理：选矿厂排出的尾矿送往尾矿库的过程及采用的方法，称为尾矿处理。
⑧ 尾矿设施：为尾矿处理所建造的各种设施，称为尾矿设施。一般有尾矿输送系统、尾矿堆存系统（初期坝及堆积坝）、排渗水系统、尾矿排洪系统、尾矿回水系统及尾矿水净化系统等组成。
⑨尾矿坝：用来拦挡尾矿和尾水并堆积尾矿的水工建筑物，通常由初期坝、尾矿堆积坝（子坝）组成。
⑩浸润线：坝体中渗流水的自由表面的位置，在横剖面上为一条曲线。
⑪临界浸润线：指坝体抗滑稳定安全系数能满足本规范最低要求时的坝体浸润线。
⑫控制浸润线：即满足临界浸润线要求，又满足尾矿堆积坝下游坡最小埋深浸润线要求的坝体最高浸润线。
⑬干滩长度：库内水位之水边线至滩顶的水平距离。
⑭安全超高：在非地震运行条件下，尾矿堆积坝为滩顶标高与设计洪水位的高差；挡水坝和一次性筑坝尾矿坝为设计洪水位加最大波浪爬高和最大风壅水面高度之和与坝顶标高的高差。在地震运行条件下，尾矿堆积坝为滩顶标高与正常生产水位加地震沉降和地震壅浪高度之和的高差；挡水坝和一次性筑坝尾矿坝为正常生产水位加最大波浪爬高、最大风壅水面高度、地震沉降和地震壅浪高度之和与坝顶标高的高差。
⑮调洪高度：指正常泄洪起始水位与设计洪水位的高差。
⑯在线监测：应用现在电子、通讯、智能控制及计算机技术实时采集、传输、分析、管理的监测技术。
l 干密度：岩土单位体积中固体颗粒的质量。
l 最优含水率：在一定功能压实、击实或夯实作用下，能使填土达到最大干密度时的相应含水率。
l 压实度：填土压实的干密度相应于实验室标准击实试验所得最大干密度的百分率。
l 土工合成材料：工程建设中应用的土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料的总称。（常用：土工布、土工格栅、土工膜、土工席垫等）

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A、初期坝
初期坝（也称基础坝），多数采用（非尾矿材料）当地材料如土、石等筑坝，用来堆存尾矿，并成为后期尾矿坝的支撑体。
“规范”规定了初期坝坝高等应满足下列要求：
① 可至少贮存选矿厂投产后半年以上的尾矿量；
② 应使尾矿水得以澄清；
③ 当尾矿堆积坝沉积滩顶与初期坝坝顶平齐时，应满足相应等别尾矿库防洪标准要求；
④ 投产初期需利用尾矿库调蓄生产供水时，应贮存所需的调蓄水量；
⑤ 在冰冻地区应满足冰下放矿的要求；
⑥新建上游式尾矿坝初期坝高与总坝高之比值宜采用1/8～1/4。
另外，“规范”还规定，初期坝坝基处理应满足渗流控制和静力、动力稳定要求。

初期坝构造要求
初期坝的填筑材料、与初期坝坝高相适应的内外坡比、内外护坡、坝顶顶宽、反滤层及排渗设施等均有要求。
“规范”将初期坝分为无行车要求和有行车要求，考虑到生产运行管理及防汛检查需要，在无行车要求的规定数值基础上将初期坝坝顶宽度增加1.0m，如坝高＞30m，坝顶最小宽度由4.0m增加到5.0m。
初期坝按筑坝材料和施工方法，可分为透水坝和不透水坝：
（1）不透水坝，多采用均质土坝或采用钢筋砼、土工膜、沥青等防水材料作防渗体的土石坝、堆石坝、浆砌石坝及混凝土坝。从安全角度看，此类坝型可能影响浸润线的控制；适用于尾矿水渗漏不满足排放标准，或水质难处理的条件。
（2）透水坝，坝体内设置渗水体～反滤体，其功能降低了尾矿堆积坝体的浸润线。从安全角度看，透水坝是推荐型的，有利于控制坝体内浸润线位置。
（3）碾压式土石坝，详细阅读《碾压式土石坝施工技术规范》SDJ213-83，《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001。
均质土坝，被大量采用的坝型，事故较多原因：由于土质特性、施工质量差、碾压不到位等往往产生变形、裂缝、沉陷、渗水等。
《尾矿设施施工及验收规范》GB50864-2013中对初期坝施工导流、度汛、坝体平面及高程控制、坝基开挖及处理、筑坝材料控制、坝体填筑、反滤层铺筑、观测设备设置、质量控制及验收等均作了规定。
“规范”中1.0.8规定了尾矿设施施工中应建立技术档案。工程验收时，应具备施工原始记录、各种试验记录、质量检查记录、隐蔽工程验收记录和竣工图等资料。（初步设计审查会议纪要、施工图会审纪要、设计变更通知单等）
（4）堆石坝，堆石坝采用石料质量基本条件：①有足够的抗剪强度，以维持坝体稳定（断面小，造价低）②变形小，抗压强度高，坝高H=10～50m，为30～50MPa；坝高H=10～100m，为40～60MPa；有抵抗物理风化，化学风化能力（抗气候，环境水蚀作用）。
堆石坝基本结构型式，一是在堆石坝内坡设反滤层，二是在不透水坝体上设置排渗水，滤水结构。
（5）初期坝还有浆砌石重力坝，浆砌石拱坝，混凝土坝与堆石坝组合坝等。
（6）废石坝，尾矿坝址距采场近，一是按堆石坝筑坝，另一是按类似废石场筑坝，即不碾压，不选料（块径大小，粘土多少，岩性软硬混杂），其易产生不良现象，如沉陷变形、裂缝、滑坡等，通常是用加厚坝体，确保稳定，上游堆尾矿，下游堆废石（目前已改变作法）。
评语：推荐采用透水坝即透水式堆石坝、透水式碾压土石组合坝。
B、尾矿堆积坝（后期坝）（指上游法）
尾矿堆积坝是在初期坝的基础上通过尾矿排放，在整个服务期内日复一日地堆积而成。
尾矿堆积坝的构造
①子坝：其作用是阻挡未固结的矿浆外流并为放矿作业创造条件。子坝顶宽3～6m，内外坡比1:1～1:2，据堆积坝上升速度确定子坝高度，实质是堆积坝上升速度与库容的关系，按设计要求满足汛期调洪冬季冰下放矿及回水所需的库容与坝体安全超高，取1～6m。
②坝坡排水网及护坡。
③上坝交通。
④副坝（相对于主坝而言），当坝前不放矿时，按挡水坝设计；当副坝前放矿用尾矿堆坝时，注意与主坝相互影响。
选矿厂排出的尾矿浆——原尾矿送往尾矿库堆存，分为湿排和干排两种堆存方式；湿排方法有上游法、下游法和中线法。
l 上游式尾矿筑坝法：在初期坝上游方向堆积尾矿的筑坝方式，特点是堆积坝坝顶轴线逐级向初期坝上游方向推移；
l 下游式尾矿筑坝法：在初期坝下游方向，用旋流器分级后，粗尾砂筑坝方式，特点是堆积坝坝顶轴线逐级向初期坝下游方向推移；
l 中线式尾矿筑坝法：在初期坝轴线处用旋流器分级，粗尾砂筑坝方式（将稀矿泥排往库区上游），特点是堆积坝坝顶轴线始终不变。
湿排上游法：①粗颗粒筑子坝，稀泥进入库区；②采用外来土石料筑子坝；③采用旋流器分级粗砂筑子坝；④高浓度尾矿池填法筑子坝。下游法和中线法堆积坝必须对尾矿预先分级。
评语：不是所有的尾矿都能采用下游法和中线法，要对尾矿进行筛析，要求粗颗粒d≥0.074mm含量不宜小于75%（原定70%），同时细颗粒d≤0.02mm不宜大于10%的规定，主要适用于磨矿较粗的铁矿尾砂，并且坝底设置滤水层，下游设置沉淀池等。
干式堆存尾矿，内容包括尾矿压滤脱水设备、干式尾矿排放和堆坝方式、干式尾矿运输、平整和压实工艺要求等。目前尾矿脱水设备能力偏小、效率较低、投入运行费用高等是干式尾矿库推广的主要障碍。
“规范”单独列出一章：5.1.1规定：对于水资源缺乏、尾矿库纵深不能满足湿式堆存要求或有其他特殊要求（如含氰尾矿），并经技术经济比较合理时，可采用尾矿干式堆存。举两个案例：
1、黑河一金矿尾矿库干式堆存尾矿，暴雨洪水袭来，上游截洪沟一处坍塌，形成库内一片汪洋，经过全力抢险，保住初期坝。
2、贵州紫金矿业的一尾矿库干式堆存尾矿，滤饼含水率高，处理量增大及设备检修时，干、湿混排，雨季库内水位上升，造成尾矿堆体蠕动下滑，进而尾矿翻过初期坝泄入下游河道，造成污染。
不要以为“干堆”就万事大吉，如果麻痹大意，它可能给出虚假安全，存在潜伏隐患，务必按“规范”5.1.3：干式堆存尾矿库平时库区表面不应积存雨水，汛期降雨时库区积存的雨水应及时排出库外，排空时间不应超过72h；5.1.5：干式堆存尾矿库不得干、湿尾矿混排；5.6.2：库前排矿的尾矿库，库前应建初期坝。库内排洪系统应按湿式堆存尾矿库设计。
评语：各个矿山采用哪种排放方法及放矿方式，不单要从经济技术角度进行比较，而且要从安全角度考虑，如不注意就会出现意外，很是被动。
干式排尾，尤其库尾放矿，在恶劣的条件下（尾矿颗粒细，滤饼含水率高，下游无缓冲拦挡坝及无排渗水设施等。加上生产规模扩大，再遇上暴雨时）容易出事故。
设计单位要仔细阅读一下“规范”4.1.6规定的：
尾矿堆积坝筑坝方式选择应满足以下要求：
1、对于国家规定的地震设防烈度为 7 度及7 度以下的地区宜采用上游式筑坝；地震设防烈度为8 度~9度的地区宜采用下游式或中线式筑坝，如采用上游式筑坝应采取可靠的抗震措施。
（如新疆喀什地震烈度9度，金矿细粒级占比例大，下游、中线均不能实现，怎么办？）
2、上游式尾矿筑坝，尾矿颗粒较粗者可采用直接冲积法筑坝；尾矿颗粒较细者宜采用分级冲积法筑坝。
3、下游式或中线式尾矿筑坝分级后用于筑坝的 d ≥0.074mm 的尾矿颗粒含量不宜少于75% ，d≤0.02mm 的尾矿颗粒含量不宜大于10% ，否则应进行筑坝试验。筑坝上升速度应满足沉积滩面上升速度的要求。
4、上游式堆坝的尾矿浓度超过 35% （不含干堆尾矿）时，不宜采用冲积法直接筑坝，否则应进行尾矿堆坝试验研究。
5、对于湿式尾矿库，当全尾矿颗粒极细（d<0.074mm 含量大于85% 或d<0.005mm 含量大于15% ），宜采用一次建坝，并可分期建设，否则应进行尾矿堆坝试验研究。
（或堆积坝只限高H≤10m？）
（1）尾矿的特性
尾矿是堆积坝筑坝的原材料。
① 粒度，是一项重要指标。
冲积滩：d≥0.037mm沉砂质
次冲积滩：d=0.037mm～0.019mm推移质
矿泥沉积区：d=0.019mm～0.005mm流动质
悬浮物（静水中不沉）：d＜0.005mm悬浮质
② 流速：当粒度、浓度不变时，流速小易沉积；
③ 流量：当粒度、浓度不变时，流量小沉积快；
④ 浓度：粒度不变时，浓度大沉积快；
⑤ 药剂：选矿药剂和尾水的PH值对尾矿沉积有影响，如加水玻璃尾矿不易沉积。为了加速细颗粒尾矿沉积可以加CaCl2、HCl和F691等（做相关试验）。
（2）尾矿冲积坡
尾矿浆放矿动水流淌自然形成的坡度，主要影响因素：粒度、浓度、流量和放矿方法等。
尾矿物理性质沿冲积滩面变化：
① 粒度：由放矿口向库内，由粗变细→细粉砂→亚粘土；
② 比重：取决于矿石化学成分；
③干容重：由于孔隙比的变化，干容重由大变小；
④ 含水率：由低渐变到高；
尾矿物理性质沿深度变化：
① 粒度：上面大，随深度而减少；
② 含水量：细粉砂滩面8～10%，3～5m趋于饱和，20～40m深26～28%；粘土类尾矿：深部饱和含水量40～50%；
③ 孔隙比：细粉砂尾矿孔隙比在滩面0.5，20～40m深0.4～0.45；深部粘土类尾矿0.55～0.60；
④ 干容重：细粉砂类尾矿，干容重在滩面1.4～1.5g/cm3，20～40m处1.5～1.6g/cm3；粘土类尾矿在滩面为1.0～1.2g/cm3，在深部1.4～1.5g/cm3；
（3）坝体尾矿力学性质
沉积滩面原状尾矿抗剪强度取决于粒度、干容重和孔隙比。在干容量、孔隙比相同时，饱和尾矿内摩擦角比疏干尾矿低2～3°。
由于尾矿冲积过程中尾矿与矿泥互层，使尾矿堆积坝垂直渗透性比水平渗透性低；尾矿粒度和干容重越大，则压缩系数越小，孔隙比越大，压缩系数越大。
（4）尾矿堆积坝（子坝）
子坝是为了阻止尚未固结的尾矿浆向外流淌，同时为放矿作业创造良好的工作条件，并成为后期坝一部分。
子坝坝顶宽，考虑安装放矿管作业等要求一般3 m～4m为宜，子坝内外坡比为1:1.5或1:2.0，外坡比也可与堆积坝总外坡比相同，也可用子坝顶宽调整。
子坝高度取1～3m为宜。北方考虑冬季放矿及堆积坝上升速度，一次子坝高度可达5-6m，外坡总坡比应按照稳定计算确定（1:3.0～1:6.0）。
堆筑子坝的方法：
① 冲积法：主管延坝顶轴线敷设，支管垂直于坝轴线伸向库内放矿，分为冲积段、准备段和干燥段，交替进行；沉积滩面应均匀平整，坡度符合设计要求且有足够的安全长度；
② 池填法：依据上升速度和调洪等确定子坝的高度，内外坡依据稳定和渗流稳定计算确定，每个池子的边长尺寸30-50m，深1m，围埝顶宽0.8m，边坡1:1，呈方型或矩形，并埋设溢流管；
③ 渠槽法：平行于坝轴线，设置两道小堤，堤高0.8-1.0m，一端放矿，另一端排放到库内，可分为单渠、双渠轮流交替进行；
④ 水力旋流器分级上游法堆筑子坝：分级后浓度较大，粒度较粗的尾矿用来筑坝，适合尾矿颗粒较细；
⑤ 分级中线法和下游法：高浓度粗砂，用于中线和下游筑坝，溢流进入库区，堆筑坝需碾压夯实，设置上游主坝和下游副坝，坝底设置排渗层等；此法要求尾矿量大，粗粒级量上升速度大于库水面上升速度，管理复杂费用高。
⑥ 高浓度放矿：先设置堆石体，在其内进行高浓度放矿；
⑦ 废石一次性筑坝：废石容重2t/m3，内摩擦角30-40°。优点：抗震稳定性好，排渗固结快，可采用机械化生产，能缩短干滩长度，有降尘作用，也可作为废石场；缺点：坝体可能出现塌陷，原因是毛石大小不均，内边坡压在尾砂上，解决办法为填平压实；还可能出现塌坡，原因是边坡松散、雨水冲刷，解决办法为台阶设置要小于10m；还可能产生渗漏，原因是内坡无反滤层，解决办法为增设土工布反滤层。
评语:选择哪种办法堆筑子坝，要依据尾矿排放量、尾矿粒度、尾矿浓度、坝长、坝高、年上升速度及气候条件等条件是否适合。堆积子坝找好时机，在汛前或冰冻期前完成子坝的堆筑作业。
（5）尾矿堆积坝的固结
尾矿堆积坝由子坝和尾矿冲积体组成。与碾压坝不同，坝体有个“流态区”（含水量大于流限区域），子坝起到了阻止矿浆外流和稳定坝外坡作用。
尾矿坝体脱水～固结过程，也是强度增加过程，其脱水固结快慢取决于尾矿的渗透性及坝体排渗水边界条件，同时与矿浆浓度、冲填速度、冲填方式、气候等有关。
尾矿堆积坝应控制上升速度。江西德兴铜矿2#尾矿库尾矿坝上升速度每年17m，即不会影响坝坡稳定。
（6）尾矿堆积坝渗流控制
尾矿堆积坝的渗流，对尾矿坝安全至关重要。前面讲过尾矿坝与水的矛盾斗争有“四坝四水”，事故分析说明，其中渗透水最厉害，设计在尾矿库（坝）布置排渗设施，如库区排渗盲沟、排渗井、排渗管等，初期坝内坡设排渗层、排渗褥垫，堆积坝设排渗竖井、水平排渗管等。
① 渗透压力降低，可提高坝坡稳定安全系数（渗透压力指渗水在尾矿颗粒之间流过时施加的拖拽力）。
② 渗透压力克服尾矿颗粒之间的联结力，产生渗透变形，如流土、管涌、接触冲刷等。
③ 饱和尾矿受地震作用后，土体缩小、孔隙压力增大，地震时测压管内水位上升，因而减少有效压力，降低抗剪强度，造成振动液化。
控制渗流对坝体安全产生重大影响，必须控制好坝体浸润线位置和可能发生的渗透变形。“规范4.3.3”给出尾矿堆积坝下游坡浸润线的最小埋深。

尾矿堆积坝下游坡浸润线的最小埋深 表1
堆积坝高度H(m)
H≥150
150＞H≥100
100＞H≥60
60＞H≥30
H＜30
浸润线最小埋深（m）
10-8
8-6
6-4
4-2
2

① 初期坝设计采用透水坝型，如透水堆石坝，或土石坝内坡设置反滤层透水带，也可在初期坝基设置褥垫或排渗水层，并与库区排渗水盲沟相连。

图2 尾矿坝剖面图
② 尾矿堆积坝体内设置排渗水设施，如在沉积滩面上预埋水平排渗管。平行坝轴线40～50m埋设DN250～300mm无砂砼管，排渗水量可达300m3/d；也有在沉积滩面预砌垂直排渗井，井之间用DN100 mm钢管连通，井内用反滤料回填；还有其他形式排渗，如渗井、水平与垂直结合排渗、贴坡排渗层等。
③ 加强放矿管理：按设计要求和放矿操作细则管理，并加强观测工作，及时掌握渗流变化，便于有针对性的进行安全分析和处理。
④ 一种新型水平排渗管—槽孔排渗管
近几年工程实践证明，该排渗管排渗效果较好。
槽孔排渗管比一般排渗管排渗效率高出19倍左右，先进的敷设方式使排渗管在水平和垂直方向同时阻断浸润线抬高：
根据不同尾矿库条件和尾矿堆积坝特点，调整排渗管坡度、深度和长度，达到更好的排渗效果。
孔距100mm，孔径Φ8mm
（工程上采用DDW-150型铺管钻机）
图3 槽孔排渗管剖面图

图4 预埋排渗管降低浸润线

图5 治理浸润线外逸
C、尾矿库的选择
按地形条件：山谷型、山坡型、平地型；
尾矿库等别按全库容和坝高确定，见“规范”
库址选择：
（1）尾矿设施投资省，基建投资和生产经营成本等、经过技术经济比较。
（2）尾矿库位置合理，尾矿库在选矿厂附近，对尾矿输送、回水量等都会影响投资和成本，尾矿库与选矿厂相对高差影响尾矿自流或压力输送。
尾矿库在采矿场附近，可利用废石筑坝，但需排除渗漏对露天采场边坡或井下巷道安全潜在隐患。
（3）尾矿数量，特性，对选址影响
库容能否满足矿山服务年限，堆积上升速度受影响。
尾矿粒度：大于0.037mm达到30%以上，应采用尾矿堆坝。
矿浆含有害成分，严禁泄露；不能处理的按水库式选择库址。
（4）地形、地质条件对库址选择影响
山谷型尾矿库，口窄且内部开阔；
库区内有无不良地质构造，如断层、滑坡、岩溶、裂隙发育、溶洞等。
应引起重视的是：渗漏、塌岸、泥石流等。
① 渗漏，查地质构造、岩性及地下水位、地下水补给条件等，如有断裂破碎带、节理发育、熔岩、岩层风化形成导水结构、引起严重渗漏，导致工程毁坏。
② 塌岸，注意坝肩及排水构筑物进出口有无滑坡体；坝基有软弱层时，坝体稳定受影响：
③ 泥石流，库区可能产生泥石流的部位对泄洪设施和坝体的安全构成危害，应采取防范措施。
（5）影响库址选择的还有：
1、不宜位于大型工矿企业、大型水源地、重要铁路和公路、水产基地和大型居民区上游；
2、不宜位于大型居民区及厂区主导风向的上风侧；
3、不占或少占农田，不迁或少迁居民；
4、不宜位于有开采价值的矿床上面；
5、汇水面积小，有足够的库容；
6、上游式湿排尾矿库有足够的初、终期库长；
7、筑坝工程量小，生产管理方便；
8、应避开地质构造复杂、不良地质现象严重区域；
9、尾矿输送距离短，能自流或扬程小。
（“不宜”指不是不能做，但要采取措施防止可能出现的小概率危害。许多尾矿库都已建在居民区、工矿企业、水源地及铁路公路等上游，只要由正规的设计院精心设计、专家组审核，严格按照设计精心施工，并进行规范科学、严格管理，是可以确保尾矿库长期安全稳定运行。）
（6）小型尾矿库选址
小型尾矿库选址除上述考虑外，通过许多事故案例分析，选址考虑不周是事故原因之一，如沟短（库长不足）、底坡陡、库容小，导致干滩短、浸润线太高；尾矿堆积子坝上升速度快（20～30m/a）；当汛期库水位较高时，尾矿未固结，浸润线由坝外坡逸出，造成滑坡，因此库长（沟长）是上游式湿排尾矿库选址重要原则之一。

D、防洪
“规范”6.1.2条规定：尾矿库必须设置排洪设施。
尾矿库的防洪能力由暴雨产生的洪水（洪峰流量、洪水总量和洪水过程线）、排水构筑物的泄洪能力和调洪库容而定。如果洪水计算偏小，排水构筑物泄流能力不足或调洪库容不足，将导致漫坝。
1、防洪标准
尾矿库防洪标准表 表2
尾矿库等别
一
二
三
四
五
洪水重现期（年）
1000-5000 或PMF
500~1000
200~500
100~200
100

防洪标准取上限或下限应予以说明，提高等级应加以论证。
“新规范”与“原规范ZBJ1-90” 比较，不再分初期和中后期，显然标准提高。
2、暴雨洪水计算
暴雨洪水计算取决于暴雨及其参数和暴雨形成洪水的产流汇流情况，可从各地区的《水文手册》、《水文图集》中查取，并按推理公式（简化）计算。
据统计，尾矿库流域面积多数为“特小流域”即为0.15～21km2（甘肃）、0.68～21.3km2（陕西）、0.006～8.44km2（四川）、1.2～16.2km2（湖南）、10.5～14.2km2（福建）。
水电部科学院公式适用范围：流域面积500km2以下的“小流域”；铁道设计院公式适用范围：流域面积30～300km2以内的“小流域”。说明对“小流域”一词，尾矿库与其概念上的差异。平均误差12.4～14.3%（与实际观测、调查比较洪峰流量偏大）。
矿山尾矿库对于F<30km2，称做“小汇水面积”，对于F<5km2,称作“特小汇水面积”。

“规范”6.2.6明确要求调洪计算采用水量平衡法，即：

式中：QS、QZ—时段始、终尾矿库来洪流量，m3/s；
qS、qZ—时段始、终尾矿库泄洪流量，m3/s；
VS、VZ—时段始、终尾矿库蓄洪量，m3；
—该时段时间，h。
3、排水构筑物
排水构筑物担负预防尾矿坝洪水漫顶和确保生产回水的任务。
尾矿库排洪构筑物的型式、尺寸应根据水力学计算和洪水调洪计算来确定，取大值以满足防洪安全。
（1） 排水构筑物的类型
① 井～涵管（隧洞）式排水构筑物
排水井有窗口式、框架式和砌块式。排水井的位置应保持泄洪时要求的安全超高和沉积滩长并且不泄浑水。井的结构为钢筋砼结构。
输水构筑物为涵管、隧洞或涵管～隧洞的组合。涵管断面形状有圆形、拱形、矩形及圆拱直墙形等；隧洞依岩性、断面、水头的不同可采用砼、钢筋砼、砌石、网锚喷支护和不衬砌等结构型式。
事故多出在两种构筑物相接处。
② 斜槽～涵管（隧洞）式排水构筑物
进水部分为斜卧在岸坡上的明渠，随着尾矿堆积高度的上升，敞开式明槽逐步由盖板封闭成涵洞。该排水构筑物适用于小型尾矿库。
③ 开敞式溢洪道
开敞式溢洪道由进水口、输水槽和出口消能三部分组成。进水口分侧槽式和正槽式；输水槽为陡坡明渠；出口采用底流或挑流消能与河道相接。
④ 分洪截洪式
为了减轻尾矿库防洪负担，有条件时在库区上游修筑拦洪坝（拦水坝、挡水坝），洪水改道经由隧洞～明渠排往库外。
条件允许时，在库区上游修建环库截洪沟，将洪水引出库外；但事故发现，截洪沟局部软弱段容易被洪水冲毁。（规范13.3.4条规定：尾矿库可设置周边截洪沟以实现清污分流，但其不考虑防洪作用，其设计标准为Ⅰ类一般固体废弃物采用多年平均24小时暴雨；Ⅱ类一般固体废弃物采用10年一遇暴雨；危险废弃物采用100年一遇暴雨。）
“规范”6.1.3之4规定，除库尾排矿的干式尾矿库之外，二等及三等以上尾矿库不得采用截洪沟排洪，四等及五等尾矿库经论证后可设截洪沟截洪分流。
（2） 排水构筑物的布置
① 排水构筑物布置的基本原则
进水口位置应能满足尾矿库各使用阶段的防洪安全和水质澄清要求；进水口与尾矿堆积坝之间距离和高差应满足滩长、澄清距离、调蓄库容、调洪库容、安全超高等需要；排水流量和跌差区分流速范围，当出现高流速时，其布置应满足高流速要求；同时考虑便于施工、方便交通、方便管理、环保等。
排洪构筑物的基础应避开工程地质和水文地质条件不良的地段，或岩土力学性质不均匀、填方地段，更不能直接坐落在尾矿滩面上。
② 排水井与斜槽比较
排水井优点是进水条件好，泄流能力可靠，缺点是施工、管理麻烦且困难；斜槽优点是施工、管理较方便，缺点是进水流态差、泄流能力较小。
一般按泄流能力选用，泄流能力大时用排水井，反之用斜槽。
③ 隧洞选线
隧洞合理选线，有助于降低工程造价，缩短工期，运行安全。洞线宜选在沿线地质构造简单，岩体完整，稳定、岩石坚硬，上覆盖岩层厚度大，水文地质条件简单，施工方便，进水口段尽量垂直等高线，交角不小于30°；进水口段应避开不良工程地质地段，如断层破碎带，滑坡，岩溶和泥石流等；低流速无压隧洞的转弯曲半径不小于5倍洞径（底宽）转角不大于60°；隧洞洞身段纵底坡，按运行需要，上下游衔接，沿线建筑物底部标高及施工检修条件等，通过技术经济比较确定，一般不小于0.003，轻轨矿车出渣时i≤0.02，人工推车出渣时i≤0.05；支洞汇入主洞时，交汇处可按弯道要求处理，也可采取突然放大联接，即在汇入口主洞上游留有足够空腔，其长度为主洞底宽的3倍。隧洞衬砌等详见《水工隧洞设计规范》SD134-84。
有的工程对隧洞支护因涉及投入资金多而计较，按照岩性、硬度、完整性等分段支护分为：不衬砌、喷素混凝土、挂网喷浆、钢筋混凝土支