CN103628488B - 一种尾矿坝子坝的筑坝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种尾矿坝子坝的筑坝方法，属于矿坝筑建技术领域。首先，根据尾矿堆积坝的按照常规方法设计尾矿堆积坝的坡度和子坝高度，并根据渗流和稳定计算设计排水井柱的位置和数量；当尾矿堆积到初期坝坝顶高程时，开始对子坝进行放线定位，确定由预制构件构成的子坝的安装始点位置；采用“全顺砌法”安装预制构件；然后，在预制构件腔体内回填土体；当子坝高程到达预设的排水井柱高程时，将相应位置的预制构件嵌套在排水井柱上；直至整个尾矿堆积库区的子坝完成。本发明避免了细颗粒尾矿会产生扬沙严重和坝体内的排渗不畅的问题，利于有效降低浸润线，进而保证尾矿库的安全，从而克服了现有的技术中普遍认为细颗粒尾矿不宜直接堆坝的偏见，同时，本发明具有简便快速、稳定安全、美化环境的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种尾矿坝子坝的筑坝方法，属于矿坝筑建技术领域。
背景技术
尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，一旦失事，容易造成重特大事故。
尾矿是指金属或非金属矿山开采出的矿石，经选矿厂选出有价值的精矿后排放的“废渣”。这些尾矿由于数量大，含有暂时不能处理的有用或有害成分，随意排放，将会造成资源流失，大面积覆没农田或淤塞河道，污染环境。
选矿厂产生的尾矿不仅数量大，颗粒细，且尾矿水中往往含有多种药剂，如不加处理，则必造成选厂周围环境严重污染。将尾矿妥善贮存在尾矿库内，尾矿水在库内澄清后回收循环利用，可有效地保护环境。
选矿厂生产是用水大户，通常每处理一吨原矿需用水4～6吨；有些重力选矿甚至高达10～20吨。这些水随尾矿排入尾矿库内，经过澄清和自然净化后，大部分的水可供选矿生产重复利用，起到平衡枯水季节水源不足的供水补给作用。一般回水利用率达70%～90%。
有些尾矿还含有大量有用矿物成份，甚至是稀有和贵重金属成份，由于种种原因，一时无法全部选净，将其暂贮存于尾矿库中，可待将来再进行回收利用。
尾矿库是矿山企业最大的环境保护工程项目。可以防止尾矿向江、河、湖、海、沙漠及草原等处任意排放。一个矿山的选矿厂只要有尾矿产生，就必须建有尾矿库。所以说尾矿库是矿山选矿厂生产必不可少的组成部分。
尾矿库的基建投资一般约占矿山建设总投资的10%以上，占选矿厂投资的20%左右，有的几乎接近甚至超过选矿厂投资。尾矿设施的运行成本也较高，有些矿山尾矿设施运行成本占选矿厂生产成本的30%以上。为了减少运行费，有些矿山的选矿厂厂址取决于尾矿库的位置。
尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源。在长达十多年甚至数十年的期间里，各种自然的（雨水、地震、鼠洞等）和人为的（管理不善、工农关系不协调等）不利因素时时刻刻或周期性地威胁着它的安全。事实一再表明，尾矿库一旦失事，将给工农业生产及下游人民生命财产造成巨大的灾害和损失。
尾矿库内不仅存放有尾矿浆带来的水，而且尾矿库汇水面积内的水都会以地表迳流的渠道进入尾矿库。在设计尾矿库时，应按设计规范计算洪水量。为了防止意外情况，由于洪水季节地表迳流水量大，则应修筑截流沟渠，把一部分地表迳流在上游截出库外。在一些老尾矿库，沿尾矿库的纵坡方向修建一些排水井，井井相连，并通过井下排水管或排水沟渠把多余的澄清水排往库外。尾矿堆到一定高度时则从尾矿坝端向上游顺次序封闭已经完成任务的排水井。在设计和施工这种排水设施时，应充分考虑排水管道系统承受堆积尾矿的压力，以防排水系统被压垮，以免造成整个排水系统报废。
无论采用哪种筑坝方法，必须对堆筑子坝的尾矿的粒度组成按试验成果严加控制。生产实践证明，小于37微米的细粒级尾矿所占比例过高时，将会影响子坝的稳定性。
尾矿库在生产过程中，尾矿坝的高度要高出实际排放在库内的尾矿堆积面1-2米以上，这样才能保证尾矿坝的安全。如果尾矿堆积面的高度与尾矿坝的坝顶高度相差无几，这是危险因素，一场暴雨可能使尾矿溢出坝顶，尤其利用尾矿堆筑子坝阶段更要确保安全高度。
尾矿库中的水不断地经过坝体（坝墙）排走一部分，排水线以下的坝体均含水或被水润湿，通常称这一排水线为浸润线。浸润线愈低，坝愈稳定。如果浸润线位置达到最高一层子坝的坝顶高程，说明尾矿水已淹没到子坝的顶部，此时尾矿坝已处于全饱和状态，坝体存在随时可能崩塌的威胁。
目前我国尾矿的处置方式还是以地面堆存为主。尾矿坝是用来拦挡尾矿和水的围护构筑物，尾矿坝主要由初期坝、子坝和尾矿堆积坝组成。其中，子坝和尾矿堆积坝是随着尾矿的逐渐堆积而处于动态上升过程中。这两部分的构建不仅影响到尾矿坝的上升速度，而且影响尾矿坝的稳定性和安全性。
随着选矿技术的进步及选矿回收率的提高，所产生的尾矿粒度越来越细。对于堆筑超过60m的高坝，尾矿粒度-200目含量超过80%的尾矿，一般认为不适合用尾矿直接堆坝。同时，细颗粒尾矿会产生扬沙严重、坝体内的排渗不畅，从而造成一定的环境影响，也不利于有效降低浸润线，进而影响尾矿库的安全。采用偏细颗粒尾矿筑坝的最终堆积高度也会受到极大限制，对于占地较大的尾矿库，显然是不经济的。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种尾矿坝子坝的筑坝方法，避免了细颗粒尾矿会产生扬沙严重和坝体内的排渗不畅的问题，利于有效降低浸润线，进而保证尾矿库的安全，从而克服了现有的技术中普遍认为细颗粒尾矿不宜直接堆坝的偏见。同时，本发明还具有构建简便快速、稳定安全、美化环境的优点。本发明工艺适用于山谷型、傍山型、平地型、截河型等类型尾矿库，也适用于新建选矿厂尾矿坝，也适用于正在生产的选矿厂尾矿坝的构筑。
为解决技术问题，本发明所采用的技术方案：所述的尾矿坝子坝的筑坝方法按照下面步骤进行：
第一步、按照尾矿堆积坝的常规方法设计尾矿堆积坝的坡度和子坝高度，并根据渗流和稳定计算设计排水井柱的位置和数量；
第二步、待尾矿库的初期坝建好后，当尾矿堆积到初期坝坝顶高程时，开始对子坝进行放线定位，确定由预制构件构成的子坝的安装始点位置；
第三步、根据现场放矿情况，从子坝安装始点位置开始安装预制构件；安装过程中，随着尾矿堆积高程的增加，采用“全顺砌法”安装预制构件；
第四步、在已安装好的预制构件腔体内回填土体；
第五步、当由预制构件构成的子坝高程到达预设的排水井柱高程时，将相应位置的预制构件嵌套在排水井柱上；
第六步、重复第三到五步，直至整个尾矿堆积库区的子坝完成。
在所述的第二步中，安装始点位置可以采用初期坝坝顶中间位置或者初期坝顶两端。
在所述的第三步中，根据安装始点的位置从初期坝坝顶中间位置向坝体两端逐个排放的方式安装预制构件或者由坝体的一端往另一端逐个排放的方式安装预制构件；预制构件安装时，要使接口相互衔接好。
在所述的第四步中，回填土体可以为粘土、碎石、沙土或其它当地的土体材料。
在所述的第四步中，在腔体内回填的土体上种植花草树木等可以美化环境的植物。
所述的子坝预制件2包括预制件底座21、预制件排水孔22、预制件接口23、预制件腔体24；其中，预制件底座21为长方体，预制件接口23在预制件腔体24的两侧。安装后，预制件彼此连接为一体。在预制件底座21和预制件腔体24的底板上设有预制件排水孔22。
所述的预制件接口23采用凸形榫头和凹形榫头的方式。
所述的预制件接口23采用牛腿式楔形接口的方式。
所述的预制件腔体24为空心结构。
所述的预制件底座21可以为实体结构，也可以为空心结构。
所述的排水井柱4为环形腔体，内部为排水井41，排水井柱4在不同高程上沿环向设有排水孔42。
本发明的有益效果：本方法避免了细颗粒尾矿会产生扬沙严重和坝体内的排渗不畅的问题，利于有效降低浸润线，进而保证尾矿库的安全，从而克服了现有的技术中普遍认为细颗粒尾矿不宜直接堆坝的偏见。同时，本发明还具有构建简便快速、稳定安全、美化环境的优点。本发明工艺适用于山谷型、傍山型、平地型、截河型等类型尾矿库，也适用于新建选矿厂尾矿坝，也适用于正在生产的选矿厂尾矿坝的构筑。
附图说明
图1为本发明的尾矿库结构纵剖面示意图；
图2为本发明的预制构件构成子坝示意图；
图3为本发明的排水井柱示意图；
图4为本发明的子坝安装示意图；
图5为案例中只有初期坝和尾矿堆积坝的有限元模型网格图；
图6为案例中只有初期坝和尾矿堆积坝的浸润线位置示意图；
图7为案例中本发明的浸润线位置示意图。
图中：1-初期坝；2-子坝预制件；3-尾矿堆积坝；4-排水井柱；5-设计坡面线；6-尾矿堆积坡面线；7-浸润线；21-预制件底座；22-预制件排水孔；23-预制件接口；24-预制件腔体；41-排水井；42-排水孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，以方便技术人员理解。
如图1、4所示：所述的尾矿坝子坝的筑坝方法按照下面步骤进行：
第一步、按照尾矿堆积坝的常规方法设计尾矿堆积坝的坡度和子坝高度，并根据渗流和稳定计算设计排水井柱的位置和数量；
第二步、待尾矿库的初期坝建好后，当尾矿堆积到初期坝坝顶高程时，开始对子坝进行放线定位，确定由预制构件构成的子坝的安装始点位置，安装始点位置可以是初期坝坝顶中间位置或者初期坝顶两端；
第三步、根据现场放矿情况，从子坝安装始点位置开始安装预制构件；安装过程中，随着尾矿堆积高程的增加，采用建筑行业中砖的一种“全顺砌法”砌筑，对预制构件进行安装，可以有效提升筑坝速度；预制构件直接堆放在尾矿干滩上。根据安装始点的位置从初期坝坝顶中间位置向坝体两端逐个排放的方式安装预制构件或者由坝体的一端往另一端逐个排放的方式安装预制构件；预制构件安装时，要使接口相互衔接好；
第四步、在已安装好的预制构件腔体内回填土体，回填土体可以为粘土、碎石、沙土或其它当地的土体材料。还可以在腔体内的回填土体上种植花草树木等植物，有利于改善自然环境；
第五步、当由预制构件构成的子坝高程到达预设的排水井柱高程时，将相应位置的预制构件嵌套在排水井柱上，可以提高坝体安全性；
第六步、重复第三到五步，直至整个尾矿堆积库区的子坝完成。
如图2所示：本方法中所述的子坝预制件2包括制件底座21、预制件排水孔22、预制件接口23、预制件腔体24；其中，预制件底座2为长方体，预制件接口23在预制件腔体24的两侧。安装后，预制件彼此连接为一体。在预制件底座21和预制件腔体24的底板上设有预制件排水孔22。
所述的预制件接口23采用凸形榫头和凹形榫头的方式。
所述的预制件接口23采用牛腿式楔形接口的方式。
所述的预制件腔体24为空心结构。
所述的预制件底座21可以为实体结构，也可以为空心结构，具体选择可以根据当地加工工艺决定。
如图3所示：本方法中所述的排水井柱4为环形腔体，内部为排水井41，排水井柱4在不同高程上沿环向设有排水孔42，用于将水汇集于井内；有效降低浸润线。
实施案例
所选的尾矿库为一近南北向的沟谷，整体上北高南低，东、西、北三面环山，沟底高程介于2380m～2560m之间，沟谷尾部分东北向及西北向两条支沟。沟谷横断面为V字型。沟谷两侧山体坡度在30~50°间。库区内仅沟谷及局部缓坡地带分布有碎石土，沟谷地带层厚较大，边坡上面覆盖层厚度较小，整个库区多处基岩出露，库区内及其周边1000m范围内未发现断层或断裂带。尾矿堆坝采用上游法堆筑，堆坝外坝坡坡比为1:4.5，内坝坡坡比为1:1.3，总坝高150m，初期坝坝高90.0m，渗透系数为0.01m/s；子坝的渗透系数为1×10-5m/s；尾矿的渗透系数为2.5×10-7m/s；为简化计算，不考虑岩层的渗透。
在尾矿堆坝和初期坝建好，尾矿坝子坝的筑坝方法按照下面步骤进行：
第一步、按照尾矿堆积坝的常规方法设计尾矿堆积坝的坡度和子坝高度，并根据渗流和稳定计算设计排水井柱的位置和数量；
第二步、待尾矿库的初期坝建好后，当尾矿堆积到初期坝坝顶高程时，开始对子坝进行放线定位，确定由预制构件构成的子坝的安装始点位置，安装始点位置可以是初期坝坝顶中间位置或者初期坝顶两端；
第三步、根据现场放矿情况，从子坝安装始点位置开始安装预制构件；安装过程中，随着尾矿堆积高程的增加，采用建筑行业中砖的一种“全顺砌法”砌筑，对预制构件进行安装，可以有效提升筑坝速度；预制构件直接堆放在尾矿干滩上。根据安装始点的位置从初期坝坝顶中间位置向坝体两端逐个排放的方式安装预制构件或者由坝体的一端往另一端逐个排放的方式安装预制构件；预制构件安装时，要使接口相互衔接好；
第四步、在已安装好的预制构件腔体内回填土体，回填土体可以为粘土、碎石、沙土或其它当地的土体材料。还可以在腔体内的回填土体上种植花草树木等植物，有利于改善自然环境；
第五步、当由预制构件构成的子坝高程到达预设的排水井柱高程时，将相应位置的预制构件嵌套在排水井柱上，可以提高坝体安全性；
第六步、重复第三到五步，直至整个尾矿堆积库区的子坝完成。
采用有限单元法对该尾矿坝的平面稳定渗流场进行数值模拟分析，网格单元的长宽比控制在1:1~1:2之间。
如图5所示：只按常规设计考虑初期坝和尾矿堆积坝的有限元模型。整个尾矿坝结构计算模型的节点总数为2720个，单元总数为2600个。
如图6所示：只按常规设计考虑初期坝和尾矿堆积坝的尾矿坝结构的浸润线位置。
如图7所示：本发明的尾矿坝结构有限元计算模型的节点总数为4395个，单元总数为4289个；计算后的尾矿坝结构的浸润线位置如图7所示。
比较图6和图7可以发现，子坝预制件2上的预制件排水孔22形成很多条相互连通的排水管道，并和排水井柱连通，可以加速尾矿中水的排渗，能有效降低浸润线，进而保证尾矿库的安全。
在传统的技术中普遍认为细颗粒尾矿不宜直接堆坝，主要是细颗粒尾矿会产生扬沙严重和坝体内的排渗不畅的问题，而采用本方法由预制件建成的子坝，是以尾矿干滩为坝基的，通过子坝的覆盖，可以有效避免细颗粒尾矿产生扬沙现象；子坝预制件2上设预制件排水孔22，当由预制件构筑的子坝建成后，排水孔形成很多条相互连通的排水管道，可以加速尾矿中水的排渗，利于有效降低浸润线，进而保证尾矿库的安全。预制件上设有预制件腔体24，可在已安装好的预制件腔体内回填土体，一方面可以增加压重，保证尾矿库的稳定安全；另一方面，可以依据当地环境在土体上种植相应的花草，美好环境.同时，本发明还具有构建简便快速、稳定安全、美化环境的优点。本发明工艺适用于山谷型、傍山型、平地型、截河型等类型尾矿库，也适用于新建选矿厂尾矿坝，也适用于正在生产的选矿厂尾矿坝的构筑。
本发明通过附图进行说明的，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明专利进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明专利权利要求范围内的全部实施方案。
Claims (6)
1.一种尾矿坝子坝的筑坝方法，其特征在于：所述的尾矿坝子坝的筑坝方法按照下面步骤进行：
第一步、按照尾矿堆积坝的常规方法设计尾矿堆积坝的坡度和子坝高度，并根据渗流和稳定计算设计排水井柱的位置和数量；
第二步、待尾矿库的初期坝建好后，当尾矿堆积到初期坝坝顶高程时，开始对子坝进行放线定位，确定由预制构件构成的子坝的安装始点位置；
第三步、根据现场放矿情况，从子坝安装始点位置开始安装预制构件；安装过程中，随着尾矿堆积高程的增加，采用“全顺砌法”安装预制构件；
第四步、在已安装好的预制构件腔体内回填土体；
第五步、当由预制构件构成的子坝高程到达预设的排水井柱高程时，将相应位置的预制构件嵌套在排水井柱上；
第六步、重复第三到五步，直至整个尾矿堆积库区的子坝完成；
所述的子坝预制件包括预制件底座、预制件排水孔、预制件接口、预制件腔体；其中，预制件底座为长方体，预制件接口在预制件腔体的两侧，安装后，预制件彼此连接为一体，在预制件底座和预制件腔体的底板上设有预制件排水孔；
所述的预制件接口采用凸形榫头和凹形榫头的方式；
所述的预制件腔体为空心结构；
所述的预制件底座为实体结构或空心结构
所述的排水井柱为环形腔体，内部为排水井，排水井柱在不同高程上沿环向设有排水孔。
2.如权利要求1所述的一种尾矿坝子坝的筑坝方法，其特征在于：所述的预制件接口采用牛腿式楔形接口的方式。
3.如权利要求1所述的一种尾矿坝子坝的筑坝方法，其特征在于：在所述的第二步中，安装始点位置采用初期坝坝顶中间位置或者初期坝顶两端。
4.如权利要求1所述的一种尾矿坝子坝的筑坝方法，其特征在于：在所述的第三步中，根据安装始点的位置从初期坝坝顶中间位置向坝体两端逐个排放的方式安装预制构件或者由坝体的一端往另一端逐个排放的方式安装预制构件；预制构件安装时，要使接口相互衔接好。
5.如权利要求1所述的一种尾矿坝子坝的筑坝方法，其特征在于：在所述的第四步中，回填土体为粘土、碎石、沙土或其它当地的土体材料。
6.如权利要求1所述的一种尾矿坝子坝的筑坝方法，其特征在于：在所述的第四步中，在腔体内回填的土体上种植美化环境的花草树木。
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