CN1099083A - 一种建设尾矿堆筑坝的双坝上游法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种建设尾矿堆筑坝的双坝上游 法。

工程构成是建立上下两个初期坝及其下其间地 基上设置反滤排渗体系。尾矿堆筑方法是在上初期 坝肩上方设尾矿分级站，分级砂采用上游法向上下坝 上游坡排放堆筑，溢流入上坝库池。随子坝的升高层 层机械压实，覆土植坡。下坝下游坡边坡比取1∶2 -1∶3。

此方法使坝土体下半部始终处于固液气三相负 孔隙水压力的动力稳定状态。工程投入、作业费和占 地面积不足已有技术的一半。

Description

本发明属于一种建设尾矿堆筑坝的双坝上游法。

尾矿堆筑坝是指用金属或非金属矿石选别后产出的废石渣，即尾矿自身堆筑成坝加以储存的一种水工建筑物，以别于采用外来土石料建筑一个水坝式坝体储存尾矿的方法。

目前，尾矿堆筑坝的堆筑方法有单坝上游法、中线法和下游法。国内已运用和已审查批准了设计的尾矿堆筑坝中，除山西太钢峨口尾矿坝采用下游法、四川会东铅锌矿老虎岩尾矿库[1988年3月31日四川省建设委员会以《川建委发（1988）设198号》文批准]和江西德兴铜矿西源尾矿库采用中线法[北京有色设计院原设计为下游法，1990年4月根据加拿大柯隆里奥诺夫工程顾问公司1989年12月18日建议改为中线法]，其他全部采用上游法。

上游法尾矿堆筑坝是在放矿前先用外来土石料建成一个初期坝而后自该坝顶起采用分散管或水力旋流器加分散管向坝上游坡前和库池排放，沉积尾矿，上游法具有对技术设备要求低、操作简易、设备、动力、劳力消耗少、作业费低，库容几千万m³的此种尾矿坝每天仅白班需一、二名值班工人，以及坝下游坡可随坝土体的升高复土植被，避免风雨剥蚀，恢复生态平衡等优点。但是，对于尾矿粒度＜0.0074部分大于80%或者更细小的尾矿，使难以从其中分离出堆筑一个稳定的坝土体外壳所需数量的粗粒部分;或者尾矿中脉石矿物主要是白支石、石灰石、矾土之类，在磨矿中产生较多粘粒，在滩上形成泥砂互层，破坏坝土体的均一性和引入对坝土体稳定性的不定因素;或者库区纵坡偏短、坡度偏陡、放矿沉积面积偏小、坝升高速度偏快，使尾矿浆得不到应有面积的干滩和沉淀澄清库池，造成尾矿水的澄清和调洪不能兼顾;以及上部沉积的砂层较快落到下伏的饱和含水矿泥上面等等条件，都不适于采用上游法。

国内外上游法实施中都曾发生坝下排渗失效、坝体渗漏变形、溃坝等大量事故，如1962年云南锡业公司火谷都尾矿库溃坝活埋一个大队一百几十口人于14m以下的惨重事故即其一例。此后，国内尾矿堆筑坝设计一律仿效埃及阿斯旺水坝下游坡边坡比1∶7-8的方法，意图以放缓坝下游坡边坡换取坝土体的稳定性，如首钢孟家冲坝、本钢小庙儿沟坝、攀矿马家田坝的坝土体下游坡边坡比各取1∶5，1∶5.7和1∶6.27，结果是这些坝平日运用中，当尾矿堆筑到不透水的初期坝坝顶以上之后，坝顶以上与尾矿堆筑层衔接处发生渗流、管涌、坍塌等险情，初期坝下游坡和坡脚前的地基沼泽化。地震条件下，如1975年2月4日震级7.3级的海城地震时，离震中130km的小庙儿沟坝发生的管涌、坍塌，近乎溃坝;1976年7月28日震级7.8级的唐山地震时，离震中40km位于烈度7度的孟家冲坝决坝，而坝土体下游坡边坡比1∶2.5-3.0的鞍钢一些坝，平日和地震下都不曾发生上述事故。事实证明放缓坝下游坡边坡造成库容倍减，覆盖土地良田和投资倍增的报酬不是增加了坝土体的动力稳定性而是险情和溃坝，主要因为未能注意坝土体中尾矿堆积层的渗透流速水平方向上比垂直方向上大1-2个数量级，放缓坝下游坡使它在坝土体的纵断面上构成为坝土体浸润线的切线或切割线造成的。

中线法和下游法是放矿运用前，先用外来土石料建设一个初期坝和其下游的一个滤水坝趾。尾矿堆筑作业集中在初期坝顶轴线上，向坝上游排放、沉积较细粒级尾矿砂、尾矿泥和大部分尾矿水，形成干滩和库池;向坝下游坡和滤水坝趾间排放、沉积较粗粒级的尾矿浆分级底流形成坝土体外壳。其中中线法尾矿堆筑坝的坝壳、干滩、库池三段在纵断面上的构成和相对位置稳定不变。初期坝下游坡脚与滤水坝趾间地基上设反滤排渗体系，旨在使坝土体下半部疏干稳定。但是，分级尾矿排放堆筑作业全部集中在初期坝顶及其后子坝坝顶轴线两侧，使坝土体从运用到封坝始终处于饱和含水的动力失稳状态。向坝下游坡排放的分级底流浓度需大于40-50%，分级作业将因旋流器频繁堵塞而停开无常，如浓度稍低坝下游坡又出现冲沟、坍塌和滑坡。分级底流所含矿泥将汇流到滤水坝趾前形成泥滩，使反滤排渗体系失效。旋流器设备昂贵，电力、劳力耗用大，作业繁难，每吨尾矿往往要付出2-7元浓集分级作业费。此外，无论中线法或下游法都要封坝后才能复土植被。而且当尾矿粒度75-80%＜0.074mm，底流砂约10-15%时，则不能满足堆坝砂量。

本发明的目的是通过建立一种尾矿堆筑坝的工程构成和相应的尾矿堆筑方法达到：一、保持坝体构成上坝壳、干滩、库池三段在纵断面上相对位置稳定不变，坝土体下半部始终处于固液气三相负孔隙水压力状态，排除上游法随坝的堆坝土体渐次落到下伏泥滩上的弊病，并且使能够随坝的堆高随对坝外坡复土植被，从而可对坝外坡边坡比取1∶2-1∶3，使同一库区的库容达到已运用上游法和下游法尾矿坝的1.8-7.2倍。二、把尾矿堆筑坝的应用范围扩大到储存＜0.074mm部分＞80%或更细小的、含泥多的尾矿，扩大到沟谷纵坡坡度i＝0.1923的沟谷中。这一坡度大于首钢孟家冲坝、本钢小庙儿沟坝和攀矿马家田坝，这类沟谷一般少住户、耕地、林木。三、使尾矿堆筑作业费与上游法相同。

对于上述目的，本发明是这样实现的。

对于尾矿堆筑坝的工程构成，设置上下两个初期坝和在其下其间地基上设置反滤排渗体系。下初期坝的设置等于把库区沟底纵坡高差从原来的上下沟底高差减去下坝的坝高。上下初期坝及其下其间反滤排渗体系的设置等于使从上初期坝上游坡脚到下初期坝的下游坡脚间的半个坝土体成为一个疏干稳定的厚大的外来土石料坝对其上堆积的较细粒尾矿和矿泥实行储存。

对于尾矿堆筑作业：在上初期坝肩上方的任一侧或两侧建立尾矿浆浓集分级设施。正常运用后，把尾矿浆分级底流在上下初期坝顶及其后子坝上采用上游法排放、沉积，分级溢流入库池净化澄清，使上下坝下游坡始终保持疏干稳定，使尾矿浆的浓集分级作业限制在室内，使坝上作业每天仅白班需一、二名工人检查调整分散管排放作业。

采用推土机或池填法或沟槽法堆筑子坝，保持子坝超高不小于终坝高度的2%，随子坝的升高对子坝及近子坝干滩层层机构压实，对下坝下游坡边坡比取1∶2-1∶3复土封闭，建立自养微生物群落，植被复原。

以上坝体构成和作业方法使坝土体的坝壳、干滩、库池三段在纵断面上的相对位置稳定不变，坝土体的渗透流速自库池向下大幅度增大，当反滤排渗体系的设计、施工和运用正常条件下，可保证坝土体下半部始终处于固液气三相负孔隙压力状态，对坝土体的抗震液化起到阻滞和有效复盖压力作用。

下面对本发明做进一步详述。

本发明属于一种建设尾矿堆筑坝的双坝上游法，包括尾矿堆筑坝的工程构成和相应的尾矿堆筑方法。

尾矿堆筑坝的工程构成是设置上下两个初期坝及其下其间地基上设置反滤排渗体系。在上初期坝肩上方的任一侧或两侧设置尾矿分级站，分级站到上下初期坝顶及其后的子坝上设置尾矿浆分级底流的排放，分布设施，分级站到上坝库池设置分级溢流的排放净化设施。

上下初期坝采用外来土石料构筑，可以是土坝、堆石坝或土石混合坝，因材设计和施工。上下初期坝下方及其间地基上设置的反滤排渗体系应从上初期坝上游坡脚前开始到下初期坝下游坡脚的滤水坝趾，中间与上下初期坝上游坡的铺盖相连结，构成一套完整的反滤排渗设施，并尽可能采用半井-盲沟体系，以加大排渗流量，以别于水坝的排渗减压，尽可能避免采用非砂石料如土工布一类易老化化工产品敷盖，造成反滤排渗失效。

根据1668年以来的地震灾害和土力学研究成果：地震烈度7-8级，持续时间40-75秒，地面加速度＞0.12g，砂土液化的条件是：中值粒径d₅₀＝0.02-0.5mm，不均匀系数d₆₀/d₁₀＜10，粘粒含量＜0.005mm＜10-17%，相对密度Dr＜0.55-0.60，上复有效压力＜0.6g/cm²（7度时）和＜1.0g/cm²（8度时）。由此可知几乎全部金属、非金属选矿厂尾矿的中值粒径都在这个范围，预防尾矿砂土地震液化的对策限于尾矿浆的浓集分级作业中保持分级砂的不均匀系数d₆₀/d₁₀＞10和一定的粘粒含量，以及堆筑作业中随坝土体的上升，建立子坝的同时，选择最优含水量（例如10%）对子坝及邻近干滩机械压实，增加对坝土体的上复有效压力，增加其动力稳定性。据此，尾矿分级站采用常规的斜板浓集机、斜板脱水槽或与水力旋流器相配合，脱除大部分＜0.005mm的粘粒，达到底流浓度25-40%，排除制取“干净的”高浓度均粒分级砂的昂贵方法。

尾矿堆筑坝运用之初，经分级浓集的尾矿浆底流先在上初期坝次在下初期坝上游坡排放、沉积形成渗透性强的沉积层用以保护上下坝上游坡和其下的反滤排渗体系。待形成一定长度和面积的干滩和库池后即转入正常分级排放作业。浓集分级溢流先在库池设一池塘容纳，后直接排入库池沉积净化。

环保工程方面：（1）如尾矿水排放到天然水系或供养殖，对于含有毒物质的有色金属、非金属矿石尾矿pH＞8-11的浓集分级溢流投入净化剂净化后排放;对于虽含有毒物质尾矿水必须回流供选厂用水的，如德兴铜矿则需封闭坝下，堵塞渗漏。（2）对下初期坝及其上的尾矿堆筑坝下游坡复盖约0.7-1.0m厚度的土层，其上0.2-0.3m土层混入垃圾筛下物、锯木屑一类物质，使土层碳氮比达8-15∶1，再施入15-15-15的NPK肥料，建立自养微生物群落，再按季节种植多年生混合草类、灌木类。对于高坝同时设人字防冲体、马道、排水沟系统，防止风砂灾害，雨水剥蚀。根据大量上游法尾矿堆筑的实际，坝土体前半部砂土粒度范围为1.0-0.045mm，坝下游坡边坡比取1∶2-1∶3，经按Fandeev建议方法计算坝土体的稳定系数：包含最大可能浸润区面积K＝1.389-1.653，几乎不包含浸润区面积，K＝1.399-1.979，皆达到一级尾矿堆筑坝的标准。

从而本尾矿堆筑坝的工程构成和相应的尾矿堆筑方法使许多已封闭的坝复活，正运用的和未来设计的尾矿堆筑坝的库容增大2-7倍，投资、作业费和复盖土地面积减半，并且把尾矿堆筑坝的应用范围扩大到粒度＜0.074mm＞80%的尾矿和进入纵坡坡度i＝0.1923的沟谷。

下面介绍实施例。

实施例1  四川会东铅锌矿老虎岩尾矿工程初步设计

该铅锌矿床位于横断山脉东缘中山峡谷区，为岩溶裂隙充填矿床，详勘保有储量1720万t，矿石平均品位，12.45%Zn，0.69%Pb，43.9g/tAg，含矿岩石为白云岩、砂页岩、粉砂岩，潜在尾矿储量911万m³。矿床中心北1200m为选矿厂。常年有自流供水，水质良，设计日处理原矿石1500t，产出尾矿1200t，尾矿浆8000m³，尾矿浆出口标高1764.4m。

经踏勘选矿厂上下15个沟谷，排除内有大量住户、耕地、林木和一个泥石流沟谷后，仅余厂下方3320m处的老虎岩沟谷可供建设尾矿库之用。

老虎岩沟谷地形、地质、水文地质。汇水面积10.82km²，顶峰标高3120m，沟谷东西向展布，沟口位于南北山岭闭锁处，标高1550.1m，与选厂尾矿浆出口标高差为-214.3m，西入大桥河，河床100m以上无住户、耕地、林木。该沟谷汇流区内地形起伏大，岭谷高差200-1200m，两岸为前震旦系白云岩、灰岩含水岩系与炭质板岩、千枚岩隔水岩系互层呈东西向展布，倾向南西，倾角＞50度。含水岩系岩层破碎，裂隙率3.60%，岩溶率3.76%，水位标高1675-2363.5m，埋深34-372m。沟谷下段北岸坡度38.2度，坡向与岩层斜交，坡积砾石土厚度5-0m，1972年起于标高1900m修了农用灌溉输水渠，常年有水流，故其下与标高1820m间不存在滑坡体。南岸硅质灰岩岩壁陡立，高80-100m，厚40-60m，坡角45-75度，下堆崩坍岩屑，上方坡积土厚度70-0m。区内植被率90%。

气候、降水和水文。该沟谷处于副亚热带区。气候受西南季风控制。年平均气温16.1℃，最低-5℃，偶见冰雪。干湿季分明，5-10月为雨季，占年降水的77%，大部入渗形成潜流，6月始显洪峰，滞流时间一个月。区内见泉点26处，8处流量1.4-11.3L/s。区内平均年降水940mm。多年平均24小时降水H₂₄＝69.42mm，均方差13.83，离差系数0.1992。沟谷径流多年最大洪峰0.1m³/s，24小时最大流量8624m³，沟谷径流于沟谷下段入渗形成潜流。沟口东300m处三块＞1000m³巨石卡谷，形成上部长600m，宽40-60m，深0-25m由10-0m岩块、岩屑、砂土组成的洪积-冰渍层。岩心d₁₀＝1.39-1.69mm。勘探中钻孔壁注水试验因全部入渗而失败。尾矿库即设于沟谷下段长1300m，纵坡坡度i＝0.1923，沟底以上100m宽度平均268m部位。库区南北岸标高1800m和1830m处有公路相通。

地震烈度。该地区1513-1955年间西昌-会理-嵩明线和西昌-巧家-东川线曾多次发生6-9级地震。沟谷区处于两个地震带之间，地震烈度预计4.75-5.25级地震。地区行政机关规定小型水工建筑物按7度设防。

工程设计。 根据自编设计程序，经分析论证确定尾矿库工程设施和施工现场全部收缩到沟谷下段0.3k²内，工程构成分四个部分，分述如后。

一、尾矿浆输送、浓集分级和排放沉积设施。

采用宽高长＝0.4×0.5×3320m，坡度i＝0.005，粗糙系数n＝0.014，流速v＝1.257m/s，流量Q＝93L/s的U型明槽自选厂自流输送全部尾矿浆到上初期坝左肩上方标高1743m处分级站。分级站设15mD斜板浓集机一台，直径高＝3×3m斜板脱水槽二台。公级站去上下初期坝和库池分别设置分散管线系统和明槽，浓集分级溢流加入50mg/L硫酸铁和200mg/L无定形炭由明槽入库池，浓集分级底流浓度25-35%用管道导入上下初期坝分散管排放沉积。

二、上下初期坝和其下其间地基上的反滤排渗体系。

上下初期坝的工程特征为：

坝底  坝顶  坝顶  上游坡  下游坡  土石方量  初期库容

标高m 标高m 长宽高m 边坡比 边坡比 m³m³

上初期坝  1676  1700  81×6×24  1:1.75  1:1.50  53410  112750

下初期坝 1576 1630  101×6×54  1:1.75  1:1.50  162650  145220

上下初期坝分别从南岸老虎岩、燕子岩岩壁定向爆破，上游坡搭配复盖沟谷的堆积土石料碾压堆筑建立土石混合坝，上游坡达到干容重1.85t/m³，孔隙率＜30%，上复盖1.2m厚度反滤层和0.5m碎石。下坝下游坡设人字防冲体，沿高程每15m设宽1.5m马道，其内侧设排水沟。

鉴于上下初期坝间滩长达450m，库区北岸设截洪沟。上下初期坝地基上设半井-盲沟网与上下初期坝上游坡反滤层连结。上部盲沟从上初期坝上游坡脚10m处设置，共建支盲沟5条，下设半井25个。半井直径高＝1.2×10-15m。支盲沟上下宽深长＝1.5-1.0×2×40-80m。主盲沟上下宽深长＝2.0-1.5×2.5×500-60mm。主盲沟上设钢制拆卸式排水井。半井-盲沟设计滤料级配和厚度同上下初期坝上游坡，滤料粒度按出流方向由细到粗铺设为：0.6-2，2-6，6-20，20-60mm，厚度各0.3m共1.2m。其外复盖0.5m碎石保护层。

三、排洪排水工程

设集水井-隧洞系统。板框集水井三座，长宽高＝2.4×1.5×22m（全），19m（有效），三面设于岩壁，用后充填滤料与引水道同时封闭。主隧洞为圆拱直墙式，宽高＝1.5×1.8m，中心角120度，断面积3.1389m³，长840m，坡度i＝0.01，粗糙系数n＝0.033，按明槽泄流计算得流量，Q＝7.5723m³/s。引水道三条断面同主隧洞各长32，26和20m，皆采用混凝土喷铆支护。

当挡板涌水高度0.7188m时，集水井流量Q＝2.478m³/s;当涌水高度2.3354m时，流量与主隧洞相等。库区设计洪水按沟谷多年实测径统计算得Qp₂₀₀＝2.3234m³/s，加入尾矿水Q＝0.0787m³/s，流量共计Q＝2.4021m³/s，故集水井-隧洞系统排洪能力为设计洪峰的3.5124倍。

上下坝间汇水面积120600m²，日最大降水128.8mm，日尾矿水入下坝区为720m³，下坝区有效库容为145220m³，为日最大降水加尾矿水的8.93倍。半井-盲沟系统设计排水能力为v＝0.1m/s，Q＝6000m³/日，需70小时排除全部积水，故雨季遇此情况，尾矿浆分级底流和溢流全部入上坝区。上初期坝区有效库容112750m³，为多年日降水最大径流量8624m³的13倍，故库区排洪排水设施皆可满足蓄洪排水要求。

四、尾矿堆筑作业

上下坝区均采用分散管系统自分级站自流上坝分别向坝上游坡前滩上和库池排放、分布、沉积分级尾矿和溢流。

全尾矿及滩上、库池的分级尾矿特性为：

名称  粒径,mm

部位 dp d₈₅d₆₀d₅₀d₁₀

全尾矿  0.1358  0.270  0.130  0.075  0.0054

下坝滩上分级砂  0.2012  0.360  0.200  0.150  0.019

上坝滩上分级砂  0.1271  0.210  0.120  0.115  0.018

库池矿泥  0.0261  0.048  0.025  0.020  0.0025

名称  不均匀系数  干容重  渗透系数  内摩擦角

部位 d₆₀/d₁₀e,g/cm³K,cm/s ∮.度

全尾矿 24.1 1.35 4.5×10^-429-30

下坝滩上分级砂 10.53 1.37 3.8×10^-334

下坝滩上分级砂 6.67 1.37 1.3×10^-330-32

库池矿泥 10.0 1.32 3×10^-6<20

此外，上下堆石坝堆石和土石料渗透系数各为7×10^-2和2-7×10^-2cm/s，由上表可知坝土体中渗透性为：初期坝体＞下坝滩上尾矿砂＞上坝滩上尾矿砂＞库池矿泥，可顺利排除坝土体内渗流保持坝土体处于疏干稳定。

下坝下游坡复土植被设马道12条后，有效最终边坡比为1∶3.106，沉积滩坡长i＝0.025，终坝标高1790m，有效库容944.9万m³，可满足矿山终采产出的全部尾矿量的储存。经按Fandeev建议方法，皆计入地震因素计算，包含最大可能浸润区面积，坝土体稳定系数K₃₄＝1.681，几乎不包含浸润区面积，K₃₄＝1.819，以上验算证明本设计采用双坝上游法的工程构成和相应的尾矿堆筑方法与库区的自然条件和尾矿特性的实际相符合，故予以采用。

本实施例同一库区库容为上游法的7倍，下游法的3倍，不迁户，不毁农田，全部尾矿从选厂自流到坝，340万m³自流入坝排放、堆筑。工程投资396万元，或0.42元/m³尾矿，这个数字低于国内绝大多数尾矿工程的单位投入。与昆明有色冶金设计研究院提交的迁户55户、毁田220亩、全部尾矿泵送12-14km的小河沟和郑家沟方案设计对比：总电费约少4400万元，总作业费约少一亿元。

实施例2  江西德兴铜矿西源尾矿库改建设计

由北京有色冶金设计研究总院，《江西铜业公司德兴铜矿西源尾矿库堆坝及排洪设施施工图设计说明书》（1990年4月）等文件和现场踏勘得知该尾矿库的原设计和初期运用概况。

德兴铜矿采选扩建工程的总图安排是铜厂南山北山露天采场的北北东下方为西源大沟，由上而下由南而北依次为露天采场、排土场、三选厂、三号尾矿库、尾矿库下方有上墩头、杜村、石墩上、浮溪口四个村，越过公路北向入乐安河。

西源尾矿库（即三号尾矿）两岸山脊标高320m以上，坝址以上主沟长5Km，平均坡度i＝0.04，平均宽度2.6km，汇水面积14.3km²，属宽阔平坦汇水面积偏小的沟谷。多年平均24小时降水，H₂₄＝120mm，设计初期坝为粘土斜墙堆石坝，坝基标高72m，坝顶标高110m，上游坡边坡比1∶2.5，下游坡边坡比1∶3.0。沿沟底铺设块石、碎石上复土工布的厚度长＝3×200×800m主排渗褥垫和沿坝两侧山沟铺设厚宽长＝1.5×10-40×180-200m指状排渗。一期工程尾矿堆筑至标高160m，终坝标高280m，坝的特性为：

项目    初期坝    一期工程    二期工程

标高，m  110  160  280

坝高，m  38  88  208

库容，亿m³0.118 1.0 7.75

级别    Ⅲ    Ⅱ    Ⅱ

洪水设计，年一遇    50    100    100

洪水校核，年一遇    500    1000    PMP

排洪工程。  两岸设截洪沟、二条斜槽、一条支洞、一条主洞入乐安河。还打算加设四个井径4.5m高40m排洪与一条宽长＝3×1600m隧洞或者一条1200m隧洞和300m泄水渠加河道整治工程的事故溢洪道。

该矿选矿厂设计日处理原矿石为一、二选3万t、三选6万t。一、二选厂尾矿经两段泵站和流槽至西源尾矿库西岸标高160m分级站，三选厂尾矿明槽自流至东岸标高212m分级站，东西分级站各设30个和12个660mmD Krebs水力旋流器实行一段分级，坝顶各设8个和4个同样水力旋流器实行二段分级。一、二段分级溢流浓度22%入坝上游干滩和库池，二段底流浓度77.1%稀释到60%自坝顶向下游坡排放、沉积、堆筑。尾矿库设两套回水系统，一、二选厂回水量8万m³/日，初期坝蓄水标高100m。

上述布置和设计，平日和地震中排土场洪水、滑坡、泥石流威胁三选厂的安全，采场上向排土，工作量和作业费增加，采用中线法于初期坝及其上子坝轴线上向上下两侧同时排放分级尾矿底流和溢流，使坝土体从运用到封坝始终处于饱和含水的失稳状态。目前，该坝运用之初向坝下游坡排放分级底流已冲沟，坍塌需机械搬运堆筑。作业要求旋流器底流浓度51.3%和77.1%，一般＞40%即开始发生堵塞，故旋流器分级作业将因频繁堵塞而难以持续作业。筒体昂贵消耗量大，每套进口旋流器筒体达一万美元，国内产业也达三万元之巨。下向排放的分级砂分离出的矿泥将封闭排渗褥垫，再者几年后将因土工布的老化而失效。尾矿分级砂率最大25%，难以按中线法的设计构成外坡和堆筑升高子坝。

设计书中虽然提出了坝体蓄洪、坝下排渗、两岸截洪溢洪、主排洪事故溢洪等多套设施，仍未能对坝的安全运用做出保证。该库日后库内蓄水将达2100万m³，PMP洪水总量1235万m³，万一溃坝将挟带约1000万m³泥砂一倾而下，坝下四个村子、乐安河流域将毁于瞬息之间，其损失将是1988年4月13日23时金堆城钼业公司栗西尾矿库排洪隧洞巨石击穿事故的百倍。

本实施例的改建设计如下：

矿山、矿石与选矿。 江西德兴铜矿含珠砂红、铜厂、富家坞三个铜矿体，详勘铜储量879万t，含0.27%Cu以上矿石储量18.7亿t，伴生金、银、钼、铼、硫，潜在尾矿量约18亿t，或12亿m³。

矿床围岩为前震旦量纪九都组凝灰质板岩、凝灰质千枚岩和变质沉凝灰岩等浅变质火山沉积岩。矿床母岩为浅成花岗闪长斑岩。成矿于中晚侏罗纪燕山期岩浆活动早期。矿床产于母岩与围岩接触角带。围岩主要矿物为白云母、水云母、石英、绿泥石等。母岩主要矿物为约49.4%斜长石、15.1%钾长石、19.5%石英、4.95%黑云母和4.4%角闪石等。矿石的金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿、黝铜矿和镜铁矿，表生矿石含辉铜矿、孔雀石;脉石矿物主为石英、水白云母、伊利石、钾长石、绿泥石，次为大理石、白云石。原生斑岩矿石0.4-0.5%Cu，0.009-0.033%Mo，0.19g/tAu，变质岩矿石铜、钼含量升高，变质中、基性侵入岩、喷出岩、绿泥石化岩中常形成富矿。

三个选厂年处理原矿石约3000万t，产出尾矿约2850万t，或1960万m³。尾矿矿物成分为约43.1%石英，48%硅酸盐，4.7%碳酸盐和约4%金属矿物。

1989年和1990年二选厂尾矿粒度特性为：

网目  >80  80-120  120-160  160-200  <200  <400  产出年月

%  10.45  17.01  10.03  10.36  52.15  37.46  198909

%  10.07  89.93  64.87  199003

尾矿矿物组成中重量的一半是石英，其余一半是长石、云母、角闪石、绿泥石等硬度2-6、易成泥、低抗剪强度矿物。

鉴于该矿扩建工程中三选厂五个系统和西源尾矿库已按原设计竣工投产，本实施例限于在不影响现生产的条件下改建已完成工程的坝体构成、尾矿分级、排放设施和作业方法。

一、尾矿分级排放作业，除采用一段旋流器浓度50%的底流堆筑子坝和浓度20-22%溢流采用上游法分散管向滩上排放外，其他时间浓度约30%的选厂尾矿浆直接上坝分散管排放沉积。

二、于原初期坝下游坡脚以外，标高约60m处挖除排渗褥垫，设厚度＞5m垂直上升粘土心墙，内外充填矿山细排土，机械推平，按0.7-1.0m厚度层层压实，达到干容重1.85t/m³，孔隙率＜30%，构成为下初期坝，坝顶宽度＞10m。粗排土排到下坝下游坡，任其自行堆积，形成自然边坡。堆筑至标高约120m即与现运用坝持平，约需一千万m³排土。施工期约半年。在此期间，积水泵库池，此后随坝土体的升高，保持终坝高度2%的超高继续排土堆筑，坝顶宽度100m时终坝仅需4千万m³排土。排土来源为拓宽现库区西岸公路约5km，将矿山排土运到下坝区，终坝库容约9亿m³。

三、下坝达到上坝标高后，采用双坝上游法分散管放矿尾矿堆筑：除子坝堆筑时外，上坝排放一段分级溢流，下坝排放浓度约50%底流，在此期间，下坝区积水泵上坝库池。使上下坝间的充填沉降密实化，观察期一年后，三个选厂尾矿浆直接到下坝实行单坝上游法尾矿堆筑，直到封坝。

总之，德兴铜矿尾矿处理采用本实施例的双坝上游法过渡为单坝上游法后，坝体安全方面，矿山剥采比约1.5，排土量大于尾矿量，故采用矿山排土堆筑坝土体下部等于采用外来土石料构筑一个庞大稳固坝体对全部尾矿实行储存，可保证其安全运用，万无一失，并排除排土场对三选厂安全的威胁;经济效益方面，占选厂作业费主项的磨矿费不再受尾矿储存因素的控制，日后磨矿作业只考虑最佳磨矿条件和最佳金属回收率。废除二段旋流器尾矿分级、排放作业后，尾矿作业费减少90%，工人劳动大为减轻，坝上每天仅白班设一、二名值班人员。至此，尾矿作业费如降低2元/t该矿每年可节省作业费约6千万元。

实施例3  四川攀枝花钛磁铁矿选厂马家田尾矿库改建设计

攀枝花钛磁铁矿选厂马家田尾矿库原由长沙矿山设计院设计。该尾矿库位于选厂对岸金沙江南岸马家田沟谷中。沟谷南北向展布长7km，下部5km平均坡度i＝0.05，东面山脊标高2152m，南西两面标高1450-1550m，标高1500m平均宽度3km，汇水面积22.5km²。沟谷下部为前震旦纪闪长岩地层，标高1163.03m处与第三纪页岩呈不整合接触。多年平均降水570mm。

该尾矿库原设计为单坝上游法尾矿堆筑。初期坝设于沟口以上约600m处，坝基标高1000m，坝下游坡边坡比取1∶6.27。该库投入运用后实际作业中坝下游坡堆筑尾矿边坡比小于原设计，复土0.7-1.0m、碾压、植被，建立排水沟系统。

选矿厂浓集机底流经三级泵站和管线流槽系统由北岸标高约1020m扬送到坝上标高1020-1100m，采用分散管系统排放沉积，推土机堆筑子坝。

该尾矿设施投入运用后，由于尾矿粒度为1-0mm，由辉长石、斜长石、辉石等硬度6-7的矿物组成，尾矿输送泵内部和管道严重磨损，常中断输送作业，大量尾矿排入金沙江河道。投产之初，滩长偏短，由于坝下游坡边坡过缓，坝土体浸润线越出边坡，坝左肩与山坡接触处曾发生大的喷砂、涌水事故，后采取坝上干滩长度达1000m上下，才维持安全运用至今。现三级泵站已达扬送极限，出现作业困难。是再搬迁库区上游一个大队住户再增加第四级泵按原设计堆筑，还是另作主张？

本实施例的改建设计

攀枝花钒钛磁铁矿床处于前震旦纪河口群下火山变质岩段地层的辉长岩层状岩体中，含兰家火山、尖包包、朱家包包、云盘山、马坎、公山、纳拉河口等七个矿体，保有储量10.05亿t。含尾矿量5.05亿t，或3.16亿m³矿石化学成分平均为31.80%Fe，10.25%TiO₂，0.32%V₂O₅。矿石的金属矿物为钛磁铁矿、钛铁矿、钛铁晶石和少量磁黄铁矿，其嵌布粒度为：

钛磁铁矿  钛铁矿  硫化物

>4mm,49.13%  >2mm,3.03%  >0.25mm,46.56%

4-0.25mm,43.84%  2-0.25mm,74.81%  <0.25mm,63.44%

<0.25mm,7.03%  <0.25mm,22.16%

矿石的脉石矿物主为辉长石、斜长石、辉石，次为橄榄石、磷灰石和少量钛闪石、绿泥石、蛇纹石、绢云母等。

现选厂采用一磨一选流程全尾矿、分级砂的粒度分布为：

粒度,mm  >0.9  0.9-0.4  0.4-0.25  0.25-0.15

全尾矿,%  0.55  6.76  9.05  8.64

分级砂,%  1.48  14.18  25.23  16.54

粒度,mm  0.15-0.10  0.10-0.074  0.074-0.045  <0.045

全尾矿,%  12.76  11.85  11.25  39.14

分级砂,%  17.57  9.86  5.24  10.00

全尾矿、分级砂的物理力学性质为：

名称  平均粒径  有效粒径  不均匀系数  干容重,

dp,mm d₁₀,mm d₆₀/d₁₀r.g/cm³

全尾矿  0.1374  0.005  14  1.60

分级砂  0.2563  0.045  6  1.70

名称  孔隙比  压缩系数  内摩擦角  渗透系数

e,% d_1-2,cm²/kg ∮,度 K,cm/s

全尾矿 0.9 0.017 33 1.0×10^-3

分级砂 0.9 0.017 34 1.5×10^-3

坝土体下部土取凝聚力C＝0，内摩擦角∮＝34°，下游坡终坝边坡比1∶2.5，按Fandeev建议方法作图，按《水工建筑物抗震设计规范》SDJ 10-78，附录三、土坝、堆石坝抗震稳定计算和抗剪强度指标选择，按均质土坝1，2级坝式计算得抗滑稳定安全系数K₃₄＝1.79。

又鉴于库区地形宽阔平坦，地质构造稳定，历史上无大震级地震发生和处于山岭的背风坡，降水量偏小，因此，本改建设计采用双坝上游法和终坝外坡边坡比取1∶2.5，使库容增大为原设计的二倍以上再过渡为单坝上游法。而坝土体的动力稳定性有增无减。

一、将原初期坝顶以上尾矿堆筑坝下游坡复盖土层挖除运两岸山坡堆存，自初期坝顶起采用上方堆积尾矿砂按边坡比1∶2.5堆筑外边坡形成长100-120m，坡度i＝0.01-0.02干滩的下坝区。

二、尾矿输送系统不变，于三泵站加设尾矿分级设施，分级溢流按原管线系统送现坝顶（即上坝区坝顶）排放，分级底流入下坝区排放沉积，下坝区右岸设泵站将滩上沉淀泥水送上坝区。

三、随下坝土体的升高，继续剥除上方坝坡复土，堆存到两岸山坡或直接发送下坝下游坡，下坝下游坡边坡比按1∶2.5尾矿堆筑，取最佳水分（如8-9%）层层压实，复土植被，建立马道、排水沟和防冲设施，待下坝滩长约400m，坝顶标高高出上坝约10-15m，即削除上坝子坝，于下坝恢复单坝上游法尾矿堆筑。按本设计方法结合库区地形地质条件，尾矿堆筑至标高1160m，库容为3.6亿m³，可满足攀枝花钛磁铁矿床终采产出全部尾矿的堆存。

Claims (3)

1、一种建设尾矿堆筑坝的双坝上游法。其特征在于：尾矿堆筑坝的工程构成是建立在上下两个初期坝及其下其间地基上设置反滤排渗体系。

a、上下初期坝采用外来土石料堆筑，可以是土坝、堆石坝或土石混合坝，因材设计和施工。

b、上下初期坝下方及其间地基上的反滤排渗体系，须从上初期坝上游坡脚前开始，中间与上下初期坝上游坡铺盖相连结，下至下初期坝下游坡脚的滤水坝趾，构成一套完整的排渗设施。

2、一种建设尾矿堆筑坝的双坝上游法。其特征在于：具有与尾矿堆筑坝的双坝上游法的工程构成相适应的尾矿处理设施。

a、在上初期坝肩上方库区两岸的任一侧或两侧设置尾矿分级站。分级站到上下初期坝顶及其后的子坝上设置分级尾矿的分布、排放、沉积管线系统。分级站到上坝库池设置分级溢流的排放、净化设施。

b、尾矿分级设备主要采用简易低电耗设备，如浓集机、斜板浓集机、斜板脱水槽。堆筑子坝时可使用水力旋流器，也可不使用。

3、一种建设尾矿堆筑坝的双坝上游法。其特征在于：具有与尾矿堆筑坝的双坝上游法的工程构成和尾矿处理设施相适应的作业要求和作业方法。

a、尾矿浓集分级作业以脱除大部分-0.002mm粘粒为限，维持底流浓度25-40%，-0.005mm含量10-17%，不均匀系数d₆₀/d₁₀＞10。

b、尾矿堆筑坝运用之初，经浓集分级的尾矿浆底流先向上初期坝上游坡前次向下初期坝上游坡前排放、沉积，以保护上下初期坝上游坡及其下方的反滤排渗体系。分级溢流入库池。

c、对于含有毒物质的有色金属尾矿分级溢流在导入库池前加入净化剂，使达到国家规定的排放标准或生活饮用水标准。

d、尾矿堆筑中，近子坝干滩和子坝，选择最佳水含量，按约1m厚度层层压实达到相对密度Dr＞0.55-0.60，对下坝下游坡边坡比取1∶2-1∶3，并随坝的堆高复土植被，保持生态平衡。