尾矿坝总高度(什么是尾矿坝) 选矿厂尾矿坝设计
第一节 基本的设计方法 尾矿坝按筑材料分为：1、用选矿厂尾矿作为筑坝材料；2、用外来材料筑坝并充填尾矿。 尾矿坝按堆筑方法分为：1、上游法；2、下游法；3、用外部材料筑坝法。每种筑坝方法各有其特点，取决于场所、气侯、操作的方式等等； 一、上游法 在美国，初期坝典型地用于上游沉积系统，常用粘土筑坝，认为它是最好材料。由于粘土堤的不透水性而降低内凝聚力并抬高浸润线以致增加了不稳定性。 初期坝应筑在清除有机物质的坚实坝基上。坝体可采用块石、砾和砂的混合物或任一种透水材料筑成，沿上游侧到砂中具有分层以防尾矿通过石料中形成管涌。初期坝最后成为大坝体的坝脚，故在结构上应像坝基一样的结实。 最普通的上游堆筑法，是将主尾矿管放在坝的周边，管道按照安装长度每隔3～15米向尾矿库放矿。放矿管管径50～150毫米，在主管必须迁移之前，可用来堆筑6～9米高的子坝，每次增高2.5～4.5米。如放矿的密度很低，粗和细部分的粒度有很大的差异，可形成相当规模的沉积滩。必要时，可用旋流器：（1）使适于堆筑子坝的粗粒物料沉积在尾矿库外部；（2）将矿泥部分按需要远远地排入尾矿库。图（1）表示矿泥沉积与子坝之间的关系。大型尾矿库有宽阔的沉积滩（60～90米），子坝可以堆得很高，坡度可为1.5:1或2:10。
![]()
图1子坝与煤泥沉积的关系A-煤泥直接沉在堆积坝下；b-天然土或废石筑坝最不安全的放矿方式【下】是让矿泥和水对着坝面推(即在尾矿库后面放矿)。这种方法从下到上全是矿泥，只靠一个相当薄的外来材料做的坝壳支撑。这些泥砂孔隙度高、含水量大、容量低、φ角小，抗剪强度低于砂。大坝两边的浸润线很高。由于坝体必须缓慢堆积，材料固结慢，水平和垂直渗透系数低，水分挤出慢。离坝面相当大的距离和深度处的材料被水饱和，这进一步降低了大坝的安全系数。因此，水最好尽量远离坝面。无论是用推土机还是用电耙筑坝，都必须用打桩机夯实或用推土机碾压，以达到压实的目的。压实后，土的抗剪强度大大增加，子坝应具有良好的压实性和较高的透水性。充分压实是指在充满水的状态下，突然的荷载或地震不会引起液化。当发生液化时，坝体的抗剪强度完全丧失，立即被破坏。子坝压实对稳定性的良好影响比压实引起的渗透性降低更有利。第二，下游法。有些国家的矿山采用的是上位法。旋风泥沙沉积在副坝周围和坝脚外侧；淤泥沉积在内部(图2)，形成了一个渗透性非常强的三角形坝体，非常稳定和安全，但移动和照顾气旋需要大量的劳动力。由于大坝的面积随着高度的增加而增加，从图中可以看出，大坝每升高0.3m就需要越来越多的沙子。根据沙子的体积和密度，这种方法可以安全地建造一个非常高的大坝。大坝的高度只受可用沙子数量的限制。下游坝坡的每一个操作都必须计算，由抗剪强度控制。只要矿山不使用尾矿进行地下充填，就会有足够的沙子填满大坝。但由于下游法的额外费用，至今仍普遍采用上游法筑坝。 图2 上、下游筑坝技术的比较[next] 三、外部材料筑坝 不采用周边放矿而是简单地在尾矿库的高处堆放，或仅拦蓄矿泥的尾矿坝，是用外部材料建筑子坝的唯一一种尾矿坝。外部材料通常含85%砂及15%粘土，或者是砾石、砂与粘土的混合物 ，粘土含量从15%减少到10%能使坝体渗透系数（K）相差很大。如塞德掐林曾指出，颗料的形状、粒径和粒级对渗透系数的确定极为重要。在用含有85%～90%的砂和10%～15%的粘土筑坝的地方浸润线坡度约1：5。这类坝设计得使浸润线与坝基的交点落在坝脚以内（图3）。浸润线位置对坝坡稳定性影响很大。增加少量粘土能使该线的坡度变为1：6或1：7而产生不稳定。如尾矿库充填的缓慢，坝体浸润线可由测压管检测。 砂与砾石料中含泥量很高时，压实层是不透水的。但这种实践一般是不稀望的。因为沿坝的内侧形成了一条宽阔的沉积砂滩，浸润线在同一点与子坝相交，并在下游坝面上出露的高，子坝的外面将脱落或破坏。因为子坝较其包含的物料更不秀水，故子坝控制水位，压实过松的子坝很快即破坏，压实很好的子坝的破坏需要较称的时间。在粘土子坝的外面出现局部脱落和管涌是危急破坏的预报。图3 典型矿泥坝[next] 只要将坝料适当分区即可达到稳定性。用外部材料或分级的尾矿可筑成所希望的子坝断面如图4所示。图4a表示仅用均质混合料，它无下游过滤层和粗粒层，故不能控制渗透水。图4b表示分区断面排列不当所引起很不稳定的情况，即下游区的渗水系数（K1）比上游区的（K2及K3）更不透水。图4c表示采用与图4b相同的材料，当分区正确时，能提供较好的控制渗透水流，因而有较好的稳定性。图4 坝体稳定性与坝料分区的关系 四、水坝式构筑物 氰化法工厂和铁矿选厂的尾矿因其含有污染物，不经处理不得放河流中，故常采用水坝式构筑物。某些磷酸盐矿工厂也采用这种坝拦储矿泥。此类坝的设计，应符合服务目的和地理区域的地形及气侯条件。[next] 五、堆石坝 堆石坝是在堆筑尾矿库过程中处理废石或选厂尾矿的唯一方法（图5）。这种堆筑方法提供优良的稳定性，并可在它上面筑成土溢洪堰以防止漫顶。当构筑物废弃时，水流可由增加的排水设施如砂柱排水来完成。 图5 堆石坝 第二节 澄清水的控制 尾矿库中澄清水的排出方式有三：（1）经过溢水井和排水管道；（2）利用库水面上的浮般泵；（3）经过虹吸管导至尾矿库外的永外水泵站。无论采用哪一种方式，均须借助于使用水量和尽量使水远离坝面而绝对控制库的水。 如果库底的地质条件坚实，溢水井和排水管道系统是很好的。在大的库中它们必须能经受住荷载而不致沉陷基底中或被压碎。如果可能，最好将管道建在基岩上并使用高强度钢筋混凝土，每升高50～150毫米则布置进水孔。管道通过坝体处需设若干截流环以防止沿管路形成管涌。溢水井也必须用钢筋混凝土修建，以承受风力等荷载。进水孔应有简单的止水。在大的设施管道中应能进入直接观察。 对于高度低、服务年限短的小型设施，可以坚实地基上设置整体钢管或钢筋混凝土管，并设有截流环。如尾矿库靠山，可采用逆坡敷设管道，利用增加管长调节水位。 澄清水排出系统（井）的优点包括：（1）在尾矿未沉积前可施工；（2）永外性泵站；（3）尾矿库停止使用后可继续排水；（4）操作简单。 它的缺点是：（1）因管漏水或质量不好可能引起坝体填土产生管涌而使坝破坏；（2）溢水井难以加高；（3）从尾矿库低扬水比浮船泵增加费用；（4）沿井或管道有出现破损或渗漏的可能。 有的尾矿库使用浮船泵站或虹吸管回水，此法比溢水井更为优越，因为坝内不设有可能出事的管道，而且至选厂的回水扬程较低。[next] 浮船泵和虹吸管的缺点如下： （1）库水位上升时需提升水泵； （2）动力中断时永无出路，可能导致大坝漫顶； （3）封冻是障碍（需用压缩空气或循环水使冰离开浮船）； （4）尾矿库停止使用后，无法排出表面的水； （5）水位上升后虹吸管失效； （6）用虹吸管如不作其它布置时，水必将直抵子坝。 第三节 坝坡稳定性 直到最近，坝坡稳定性分析是一个冗长的计算。现在可用电子计算机以计算和选择最小的破坏圆。费林尼阿斯法（分长条的原始法）和毕晓普法编有很多程序。前法提供保守的估计，因为它完全忽视每一长条的侧力，后法比较精确，研究所有这些程序结果选定了改进的毕晓普法，该法原系麻省理工学院所写并由垦务局略为修改，它包括毕、费二氏的安全系数。垦务局风吹草动意魏特曼和贝雷的看法，认为它是当前较为有效的程序。 安全系数定义为：圆形破坏ABCD对圆心O的力矩，如图6所示，其公式为： [next] 由于F在等式两端出现，必须用试算法求解。此即编写完成程序的方程式。 图6 圆形破坏弧 计算机在程序范围内对大量滑弧作系统的寻求，选出最小的破坏圆，同时也算出各个特定的圆弧，以便研究各种情况的几何形状等影响，程序最后列出特定堤坝及条件的所有圆中的最小的圆。 图7表示用电子计算机分析土性质和两种不同情况的破坏圆的位置。图7 电子计算机分析示例 （1）假定浸润线高；（2）假定浸润线在原地面，虽然两者几何形状和土结构相同，浸润线的差别改变了土的某些性质，计算出的最低安全系数分别为（1.14，2.67），显然浸润线的位置对稳定性影响很大。安全系数小于1是表示破坏的情况，大于1是稳定的情况。一般认为1.5是安全的设计值，尤其是当土较粗耐 我地震时的情况。 如坝的破坏面不成圆弧形，可用摩根斯登和普赖斯的计算程序。用此程序任何几何形状的破裂面都能表达，只需几分种即可算得安全系数。不同于毕晓普程序，它并不求极小安全系数而仅得出输入破裂面，自从计算机发展后，给坝坡稳定分析的最困难部分提供了正确的输入数据，即不安全出现超压力的点。 在大多数情况下，要取得能真实反映所研究地区的土样，（如果不是不可能），则是很困难的。从这些土样推断的土的特性常需极为谨慎的采用。如果输入值代表了所研究的实情况情，则计算的安全系数仅为一般过界值。[next] 第四节 在设计上进一步考虑 工程技术人员必须预则到可能出现最不利的设计条件，如最终堆高，最高浸润线，饱含水的土，地震活动，以决定计算程序的数据。只有这样安全系数才有意义。 对于坝稳定性须作许多工作，如粒度分布，尾矿库面积，泄水流量等，若选厂尾矿粗粒料用于井下充填，则细粒料堆坝更为困难。用于充填的尾矿约为总尾矿量的40%以上，但它们全是适于堆坝的粗砂。 一个快速筑坝例子的情况是：日产量500吨，在5英亩尾矿库内每日储存300吨，库面33天上升1英尺，或10英亩每66天上升1英尺。这将会导致孔隙水压的迅速增高，因为水来不及从细料中渗出，尤其是不透水坝，即使条件是最好的，也不宜堆筑太快，应尽量保持年上升量与土的渗透能力相适应。 在坝内适当位置设置测压管以观测坝内孔隙水压，它类似于图8所示的安全系数，图中表明安全系数随坝内浸润线变化的典型曲线。这类图形可用工程土力学的方法绘制任一堤坝的曲线。 如沉积面积小，当观测表明接近不稳定状态时，必须增设几个尾矿库，这样可使库内水澄清，并使尾矿排水固结，并降低坝体浸润线。轮换使用两、三个尾矿库，使每个有较大的最终容积。在冬季不能筑坝地区，必须在气侯良好时修好适当高度的子坝，准备冬季放入尾矿。图8 坝内水位与安全系数的关系 在地震区域安全系数不能采用其表面数值，因为地震、爆破、或由于坝材内部含水量和密度变化此起的突然荷载，都有导致液化的可能。80～280网目的饱含水土、且孔隙率超过临界值时，对液化非常敏感。更细的土由于渗透系数低，对震动的反作用太缓慢；更粗的由于孔隙水压消散的快，因而不易造成震动的破坏。 免责声明：本网部分内容来自互联网媒体、机构或其他网站的信息转载以及网友自行发布，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考，不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之，本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者，视为自愿接受本网站声明的约束。
