尾矿库初步设计专篇报批版

1 前言

1.1 项目概况

本工程为××××矿业有限责任公司采选项目配套建设尾矿库工程。工程地处肃北蒙古族自治县，属马鬃山镇管辖。选矿厂生产规模450t/d（工作制度200d/a），选用全泥氰化炭浆法提金工艺生产成品金，选厂形成的尾矿经压滤机压滤后由皮带运输机“干排”至尾矿库堆存。

根据矿区地形、地质条件，尾矿坝坝址距选厂南侧约 100m处，为地形起伏不大的戈壁荒漠，库区范围及周边没有居民区，汇水面积小，较适宜建设尾矿库。

1.2 设计依据

1.2.1 设计依据法律、规范

(1)《中华人民共和国矿山安全法》；

(2)《中华人民共和国安全生产法》；

(3)《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005）；

(4)《尾矿库安全监督管理规定》（国家安监总局6号令）；

(5)《选矿厂尾矿设施设计规范》(ZBJ1-90)；

(6)《冶金矿山尾矿设施管理规程》(90冶矿字第185号)；

(7)《选矿安全规程》(GB18152-2000)；

(8)《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；

(9)《水工建筑物抗震设计规范》（DL/T5129-2001）；

(10)《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98）；

(11)《生产过程安全卫生要求总则》（GB12801-1991）；

(12)《矿山安全标志》（GB14161-1993）；

(13)《一般工业固体废物贮存、处臵场污染控制标准》(GB18599-2001)；

(14)《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）；

(15)《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191—96）；

(16)《污水综合排放标准》(GB8978—1996)；

(17)《尾矿设施施工及验收规程》（YS5418—95）；

(18)《防洪标准》(GB5020l一94)；

(19)《堤防工程施工规范》SL260-98；

(20)《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；

(21)《构筑物抗震设计规范》（GB50191-93）。

1.2.2 基本资料

(1)《××××矿业有限责任公司尾矿坝岩土工程勘察报告》；

(2)库区1：2000地形图；

(3)《甘肃省××××矿业有限责任公司（扩大范围）可行性研究报告》（西安有色冶金设计研究院）

(4)设计委托书。

1.2.3 设计采用的选矿工艺资料

(1)选矿规模：450t/d

(2)年排尾矿量：9×104t(合6.21×104m3)

(3)尾矿堆积干容重：1.45t/m3

(4)尾矿粒度：-200目占85%

(5)尾矿固体比重：2.76

(6)排尾方式：压滤干堆

(7)尾矿渣含水20%左右

(8)选矿工艺流程

破碎：采用两段一闭路破碎流程，最终破碎产品粒度控制在15mm 以下；

磨矿：采用一段球磨与螺旋分级机组成闭路，磨矿细度控制在200目85%；

选矿：全泥氰化炭吸附提金；

尾矿: 尾矿浆经漂白处理后，进行压滤脱水。尾矿滤饼由皮带运输机送尾矿库排弃。尾矿水返回贫液池重复利用，实现零排放。

2 尾矿库库址选择及工程地质、水文

2.1 库址选择

依据《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005）的第5.2.1条之规定，在选择尾矿库时应综合考虑下列原则：

(1)不宜位于工矿企业、大型水源地、水产基地和大型居民区的上游；

(2)不应位于全国和省重点保护名胜古迹的上游；

(3)应避开地质构造复杂、不良地质现象严重区域；

(4)不宜位于有开采价值的矿床上面；

(5)汇水面积小，有足够的库容和初、中期库长。

根据以上原则，北东金矿尾矿库库址选在距选厂南侧约 150m处，为地形起伏不大的戈壁荒漠，该处地势较平缓，植被不发育，为戈壁滩地貌，尾矿库总占地约220亩。

2.2气象水文

肃北县属暖温带干旱区，矿区气候干燥，降雨量稀少。夏季酷热，冬季严寒，昼夜温差较大，属典型的内陆沙漠性气候。年最高气温37℃，最低气温-22℃，年平均温度为3～4℃，冰冻期每年十月至翌年四月，长达半年。常年多风，以西和西北风最常见，风速4～6.5米/秒，最大风速34米/秒，八级以上大风全年平均43天，最多达125天，年降雨量7.54～149.8mm，六、七两月为雨季，年蒸发量高达2579.6～3185.2mm，矿区附近虽有井泉，但泉水味咸而苦，人畜不能饮用，在矿区以南直距19km处的黑山井水质较好，可供饮用。

2.3地形地貌与场地现状

矿区地处酒泉北部山地，地貌类型为低山丘陵区，山体多呈孤峰浑圆状，高度较低，最高海拔1676m，最低1583.7m，相对高差93.3m，

地形是一个起伏较为平缓的山地。基岩山体之间有大面积的冲沟及洼地，是洪流通道和汇水洼地。尾矿坝库区及坝址场地位于山间洼地，地形较平缓，南侧地形较起伏，相对高差约5～10m，库区现为荒滩地。

2.4地质构造

××××矿业有限责任公司矿区属天山—内蒙褶皱系、北山华力西褶皱带的白山—狼娃山复背斜北部。矿区华力西期构造特别发育，与成矿作用关系密切，多形成东西向或北西西向、北东东向断裂和次级小褶皱，大多为继承性长期活动的断裂和褶皱，这些构造是中酸性岩浆活动和含矿热液上升的重要通道。

矿区位于华力西期褶皱狼娃山—白山复背斜核部偏北。狼娃山—白山复背斜，走向近东西或北西，核部由C1地层组成，翼部由C2、C3组成，褶皱紧密线状，构成紧密的背、向斜构造；并在核部形成次级向斜走向北西西，次级核部为下石炭统上亚组 (C1bs3)。

矿区断裂不发育，主要为与褶皱有关的层间断裂和次级张裂隙，裂隙数量较多，但规模小，相互关系复杂。

尾矿坝（库）处于矿区外，受矿区区域的东西向或北西向构造作用影响，尾矿坝（库）区岩体断裂不发育，仅发育层间断裂和次级张裂隙，岩体完整性较好。因此，坝址区及库区受地质构造影响小。2.5地层岩性

勘察表明，在探井所达深度范围内，根据现场探井取样编录以及颗分试验结果。可分二个工程地质层（其结构见工程地质柱状图），现将各岩土层的性质、特征自上而下分述如下：

⒈砂碎石（Q3al-pl）：青灰色，干燥，稍密-中密，磨圆度差，呈次棱角状-次圆状，一般粒径4～8cm，约占55～60%，2～4cm约占10%，大于2cm约占10%，大于8cm约占15%，余为砂粉土充填，矿物

成分以砂岩、变质岩、花岗岩为主。层顶高程1618.0～1619.0m，层厚3.30～4.40m。

⒉石英片岩（S）：淡褐灰绿色,显微鳞片变晶结构，条带状、片状构造，矿物成分为石英52%、绢云母30%、绿泥石10%，并有少量碳酸盐、黄铁矿等。场地均有分布，该层未揭穿，最大揭露厚度为0.5m。

2.6地下水特征

根据区域资料及工程勘察成果，矿区地下水按动力学性质分类为潜水，以裂隙含水层充水的坚硬、半坚硬岩层为主。地下水赋集于近东西向压扭性断裂带和次级的张性断裂中，埋深约30米以下，日出水量2～3吨/天，矿化度高低与补给水源关系密切。矿区基岩出露较广，但无明显含水界限，含水性岩石可分为变质岩、侵入岩裂隙含水层和断裂带裂隙水及第四系砂、碎石透水不含水层三大类。

(1)变质岩、侵入岩裂隙含水层：主要为下石炭统变质岩和华力西中期侵入岩，经构造作用，断裂、裂隙十分发育，其方向主要为近东西向和北东东向，向北、北陡倾，局部与断裂带裂隙水连通。

(2)断裂带裂隙水：多为压性、压扭性断裂，虽破碎，但压密程度较好，含水性相对较差，断裂外带，张开性较好，含水性及富水性相对亦好。

(3)第四系砂、砾、碎石透水及含水层：结构松散，多孔隙，为雨季降水渗入淋滤带，在矿区为透水不含水层。

(4)地下水补、径、排特征

地下水补给来源主要是大气降水，地下径流排泄主要受地形、地层岩性等条件制约，其运动方向，总的趋势是自北流向南，与地形变化基本一致。地下水主要以地下径流方式向下游排泄，同时山区基岩裂隙水补给戈壁平原区。本区地下水为第四系松散岩类孔隙水为主，

地下水主要由山区洪水及降水补给。

(5)地下水质评价

地下水无色、具咸味，水质类型为Cl--SO4-2-Na+型水。水质相对较好，在干旱缺水区经净化后勉强可供人、蓄饮用。

矿区水文地质条件简单。矿山开采过程中基本不会遇到涌水的影响。在-30米以下仅有少量的裂隙水完全可以利用抽水设备排出。矿区生活供水水源建议在距矿区南25km井泉中选建。

2.7不良地质作用

依据勘察报告，区内无软弱土层分布；坝址区与库区也未发现坑、穴等；根据地质勘查成果，场地周边无活动性断层存在。因此，场地及周边未见明显不良地质作用，本场地适合尾矿库工程建设。

2.8场地地震效应

依据《建筑抗震设计规范》,该区抗震设防烈度为7度，设计地震加速度值为0.15g，地震分级属第一组。该尾矿坝地震设计设防烈度为7度。

2.9场地土冻胀性

拟建工程场区在冬季气候较寒冷，本区最大冻土深度为－221.0cm，现状均为季节性冻土，无多年冻土分布，根据地下水埋藏条件及岩土层特性分析，本区岩土层一般为不冻胀土，局部具弱冻胀性。

2.10场地工程地质评价与基础方案建议

2.10.1地基土湿陷性评价

工勘勘察范围内不存在湿陷性土层，故在此不评价其湿陷性。2.10.2地基土的物理力学性质评价

为了确定坝基持力层地基土的物理力学性质，工勘在TJ1、TJ4、TJ5、 TJ7 TJ12、 TJ14中对⒈层砂碎石进行了重型动力触探测试，

在以上探井中共取6件颗分样，进行了室内试验分析；在TJ1、TJ4 、TJ5中对⒉层石英片岩共取3件，进行了室内试验分析，摘录其结果见附表4、附表5。

(1)原位测试试验

在⒈层砂碎石进行了重型动力触探测试，其动探测试试验指标进行了数理统计，其统计结果见表2-1。

修正后重型动力触探测试指标数理统计表表2-1

统计结果表明：⒈层砂碎石该层处于密实状态，但指标变异性大，因为该层中骨架颗粒含量及大小不同而而致。从竖向看，动探指标N63.5上部偏小，下部大，呈随深度增加而增大之势，说明深部砂碎石层在上覆地层作用下产生了压密，承载力高，压缩性低。

(2)室内岩土试验

ⅰ土工试验

场地内地基土主要由⒈砂碎石和⒉石英片岩层组成，本次在⒈层采取扰动土样进行颗粒分析。

砂碎石层颗分试验结果显示，d60=9.08～47.26mm，d10=0.09～

2.47mm，Cu=12.67～117.21，Cc=0.08～2.81，颗分曲线较陡，说明该层颗粒级配较差。

砂碎石层颗分试验结果显示，在较大块石剔除的情况下所得到的结果仍为碎石，所以本地地层粒径以大于40mm 为主，对本区地层岩性定名准确。

ⅱ岩石物理力学测试

在⒉层石英片岩中分别在TJ1、TJ4、TJ5中共采取三组岩样，进行了物理力学性质指标的测试，因采取困难，采样数量少，不做各指标统计。

测试结果：块体密度 2.71g/cm3，块体密度（干燥）2.43～2.44g/cm3，含水率7.82～8.13%，单向抗压强度（饱和状态）109～112MPa。

2.10.3地基腐蚀性评价

工勘勘察在TJ1、TJ7中，在0-3.0m深度取易溶盐试验样各1件。

依据《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001，2009版)的有关规定进行判别(按Ⅰ类环境)，结果为场地土对混凝土结构为弱腐蚀；钢筋混凝土结构中的钢筋为弱腐蚀。（见表2-4、2-5）。

场地土对混凝土结构的腐蚀性评价表2-4

场地土对钢筋混凝土中的钢筋的腐蚀性评价表2-5

2.10.4地基土的分析评价

尾矿坝坝址区、坝肩、库区在勘探深度范围内主要由第四系冲洪积砂碎石、志留系石英片岩组成。

⒈层砂碎石，土质较均匀，厚度分布不均匀，承载力较高，工程地质条件较好，进行碾压并防漏防渗处理后，可作为库区贮存废液，溢水井、排水井等基底持力层。

⒉层石英片岩，中等风化岩体完整性较好，力学强度高，属于较硬岩，层面起伏小，承载力高，工程性能良好，是较好的坝址基础持力层。

2.10.5地基基础方案分析评价

根据拟建工程特点、尾矿坝址区、坝肩地质环境条件及岩土体工程地质特征，按照经济、合理性原则，基础及地基处理方式可考虑采用：

(1)尾矿库坝址区：建议采用浅基础形式，以⒉层石英片岩为持力层，将表层强分化层处理、依据坝址基底设计宽度，对其影响范围进行三七灰土碾压做好防漏防渗处理，就可以作为拟建坝址的基础持力层。

(2)尾矿坝坝肩：由于⒉层中风化基岩岩体质量为Ⅲ级，完整性较好，强度较高，抗滑、抗变形能力较强，岩体承载力大，可作为尾矿坝主坝基础持力层。

2.11 稳定性和适宜性评价

2.11.1坝基、坝肩稳定性评价及其防治

拟建××××矿业有限责任公司尾矿坝位于开采矿区西侧约1.2km处，场地地形较平缓，库区南侧地形较起伏，相对高差约5.0～10.0m。勘察表明，坝址区无活动性断裂构造发育，坝址区区域稳定性好。组成坝址地基岩土由第四系冲洪积砂碎石和志留系石英片岩组成。其中第四系砂碎石厚度较厚，为3.3～4.4m，下伏基岩埋深较浅，强度较高，厚度稳定，岩体承载力高，坝基稳定性好。

2.11.2库区稳定性评价

尾矿库处于低山丘陵区，地形较平缓，南侧地形较起伏。南侧坡体中上部表层主要为冲洪积砂碎石。库区未见崩塌、滑坡等灾害发育，现状稳定性较好。

2.11.3渗漏性评价

依据工勘报告，尾矿坝坝基由第四系冲洪积砂碎石和志留系石英片岩构成。其中砂碎石土渗透性较强。

对库区、坝址、坝肩区渗漏、污染的可能性及防治建议分述如下：

⑴库区

该尾矿坝污染物主要为氰化物，存在一定的渗漏危害，主要对下游饮用水可能造成污染，影响矿区工人身体健康。为防治废水沿强风

化基岩中节理裂隙渗透，因此应对库区强分化层进行清除，清除后应铺设复合土工膜，库区垫层土的容许水力坡降值（i）取0.2,土的渗透系数不大于0.5cm/s。

⑵坝址、坝肩区

对于坝址、坝肩区应进行地基土防渗防漏处理，并扩大处理范围。根据勘察揭露地层主要为砂碎石、石英砂岩。⒈层砂碎石层厚3.4~4.2m,由于砂碎石渗透性较大，不宜作为坝址、坝肩持力层，应对其进行挖出清除至⒉层中风化石英片岩，并铺设复合土工膜进行防渗防漏处理。

2.11筑坝材料

结合坝址区工程地质勘察报告的要求，推荐尾矿库初期坝坝型为碾压土石坝，所需建筑材料主要为土石混合料。

石料场：拟采用尾矿库区东侧为井下采矿区，岩性为石英片岩，层状构造，强风化层较薄，以中风化层为主。据收集试验成果知，岩石比重2.71 g/cm3，干密度2.43 g/ cm3，干抗压强度152MPa，饱和抗压强度110MPa，为初期坝良好的筑坝材料。该产地储量丰富，开采方便，运距很近，岩石质量好，对地质环境无影响。

砂石料场：矿区开采范围内表层均为第四系冲洪积砂碎石，砂碎石级配良较好，物理力学性质较好，是良好的堆石棱体材料。可就地取材，不仅节省了费用，而且库区南侧开挖后能增加尾矿库库容。开采利用方便。

3 尾矿库设计方案

3.1 库容及服务年限

该尾矿库初期坝坝顶标高1623.0m，最大坝高8.0m，上游坝坡1∶2.0，下游坝坡1：2.0。设计采用上游法堆筑后期坝，后期坝采用采矿废石和部分土石碾压堆筑，下游坝坡设计总坡比为1：3，,最终堆积标高1625.0m,总坝高10.0m。库容计算结果见表3-1。

库容计算表表3-1

选厂排出的尾矿量为450t/d,每年排往尾矿库的尾矿量为9.0×104t(合6.21×104m3)。

该尾矿库可形成总库容为V总=55.15×104m3,有效库容为V有效=41.36×104m3,尾矿库的总服务年限约为6.6a。

3.2 尾矿库等别

尾矿库的等别根据《选矿厂尾矿设施设计规范》（ZBJ1－90）第2.0.4条的规定，应根据该期的全库容和坝高按表3-2来确定。当两者的高差为一等时，以高者为准，当两者的高差大于一等时，按高者降低一等。

该尾矿库最大坝高为10.0m ，总库容55.15×104m 3，确定该尾矿库为五等库。 3.3 尾矿库防洪标准

根据《选矿厂尾矿设施设计规范》（ZBJ1－90）第

4.1.2条规定，尾矿库的防洪标准应根据各使用期的等别，综合考虑库容、坝高、使用年限及对下游造成的危害等因素，分别按表3-3确定。

该尾矿库为五等库，五等尾矿库防洪标准：尾矿库使用初期为20～30年一遇；在中、后期为50～100年。设计防洪标准初期按20年，中、后期按100年一遇重现期计算。 3.4 尾矿坝

基于安全及便于施工、管理、节省材料等因素考虑，北东金矿尾矿库初期坝、副坝采用当地土石料一次性碾压堆筑。

3.4.1 初期坝

初期坝坝型为碾压式土石坝，库内取土石料筑坝。坝顶标高1623.0m，最大坝高8.0m，坝顶宽4.0m，坝轴线长约420m，上游坝坡坡比为1:2.0，下游坝坡坡比为1:2.0，利用山坡土石护坡。在下游坡1617.0m标高处设堆石排渗棱体，棱体顶宽 2.0m，上游坡比1:1.5，下游坡比1：1.75。坝内坡铺设复合土工膜防渗层，坝踵处设有一排渗盲沟，利用排渗钢管将坝前少量渗流水排出库外。

初期坝工程量：

坝体土：34000m3；

排渗棱体用石料：4000m3；

700g/m2土工膜（规格：200/0.3/200）：8700m2。

3.4.2 副坝

由于尾矿库北侧、南侧局部地形标高不足，需要修建副坝以增加库容。拟修建北侧副坝，南侧1号、2号、3号、4号副坝(具体见尾矿库平面布臵图)。副坝坝型为碾压土石坝，采用当地土石料堆筑。

北侧副坝坝顶标高1620.0m；南侧副坝坝顶标高均为1625.0m，坝顶宽均为4.0m，内外坡坡比均为1：2，利用山坡土石护坡。

副坝总工程量：

土石方为：16500m3；

700g/m2土工膜（规格：200/0.3/200）：2900m2。

3.4.3 后期坝

由于尾矿太细，不能用于堆筑后期坝，设计采用采矿废石及部分土石上游法碾压堆筑后期坝，该尾矿库设计最终堆积标高1625.0m，后期坝总坡度设计为1：3。

初期坝处从1623.0m高程向库内推进4.0m开始堆筑，共堆筑1期子坝，坝顶宽5.0m，外坡坡比为1：2；北侧副坝处从1620.0m向

库内推进4.0m开始堆筑，共筑2期子坝，第一期子坝高3.0m，外坡坡比1：2，顶宽5.0m，第2期子坝坝脚覆盖上期子坝3.0m开始堆筑，高度2.0m，顶宽5.0m，外坡坡比1：2。

为降低后期坝内浸润线，在北侧副坝前向库内30.0m处设水平排渗盲沟(见后期坝堆筑工艺图)，该排渗盲沟预埋在尾矿沉积滩上。水平排渗盲沟上纵向间隔20m接一条DN100的普通钢管，将渗流集水引入坝坡排水沟。

尾砂堆至1625.0m标高时尾矿库总库容为55.15×104m3，有效库容为41.36×104m3，可贮存选矿厂投产后6.6a的尾矿堆存需要。

后期坝堆筑时应及早尽快将库区东侧小沟填平，再在库内整体碾压堆筑尾砂，确保在汛期来临前排水井能及时投入使用。

尾矿坝坝顶坡向坝外坡，坡度1%，以便排除坝顶雨水。坝外坡上设臵纵横排水沟，纵向排水沟（顺坝轴线方向）设在棱体顶内侧；横向排水沟从坝顶到坝脚，横向排水沟每隔20m一条，纵横向排水沟相互连通。纵横向排水沟净断面尺寸均为50cm×25cm，采用浆砌石或混凝土砌筑。

为防止雨水冲刷坝肩，该尾矿库库周设有坝外截水沟，将雨水引至下游回水池，截水沟净断面尺寸为宽0.6m，深0.8m的矩形，采用浆砌石或混凝土砌筑。

3.5 坝体稳定性分析

3.5.1 基本原理和方法

坝体的失稳是部分土体沿某滑裂面滑动，通常滑裂面假定为圆弧形，本次设计的稳定分析即采用瑞典圆弧法。该方法的基本假定如下：

⑴假定土坡稳定性属平面应变问题，即可取其某一横剖面为代表进行分析计算；

⑵假定滑裂面为圆柱面；弧面上的滑动土体视为刚体，即计算

中不考虑滑体的内部相互作用力；

⑶定义安全系数为滑裂面上所能提供的抗滑动力矩之和与外荷载及滑动土体在滑裂面上所产生的滑动力矩之比；所有力矩都以圆心o为矩心；

⑷采用条分法进行计算。

图3-1 瑞典圆弧法中垂直条块受力情况示意图

根据考虑孔隙压力影响的方法不同，又分为有效应力法和总应力法两种。本次计算采用有效应力法。

3.5.2 安全系数

安全系数对建设费用和工程效益的影响巨大，采用多大的设计安全系数能保证主体工程的安全性，这就是工程设计研究的关键性问题。国家建设部发布了尾矿库设施设计方面的国家行业标准，《选矿厂尾矿设施设计规范》（1991年）第3.4.3条规定：坝坡抗滑稳定的安全系数不应小于表3-4中规定数值。

3.5.3 稳定性分析方法

尾矿坝稳定计算的荷载分下列五类，可根据不同运行情况按表3-5进行组合：

(1)筑坝期正常高水位的渗透压力；

(2)坝体自重；

(3)坝体及坝基中的孔隙水压力；

(4)最高洪水位有可能形成的稳定渗透压力；

(5)地震荷载。

坝体稳定计算公式：

Kc=∑W i cosαi tg?＋cl/（∑W i sinαi＋Mc/R）

式中：

W i——各土条重量；

αi——过各土条中线的滑弧半径与过滑弧圆心的法线间的夹角，度；

R——滑弧长度；

c、?——有效应力抗剪强度指标;

l——滑弧长度，m；

Mc——作用在滑心中心的地震力矩，Mc=Ea，t〃m；