尾矿库闭库设计.docx
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尾矿库闭库设计
＊＊县＊＊镇＊＊矿业有限公司尾矿库工程
闭库设计
工程号：
LXWK-H13068
副总经理：
总工：
项目负责人：
＊＊工程设计有限责任公司
2013年4月
＊＊工程设计有限责任公司
参加设计人员名单
专业名称
设计人
审核人
部门主管
审定人
水工
黄凌云
王金刚
李克中
贾爱均
附图：
序号
图名
图号
1.
尾矿库现状平面图
LXWK-H13068-1
2.
尾矿库闭库工程平面布置图
LXWK-H13068-2
3.
尾矿库坝体剖面图
LXWK-H13068-3
4.
排洪系统剖面图
LXWK-H13068-4
5.
溢洪道进水口断面图
LXWK-H13068-5
6.
溢洪道结构断面图
LXWK-H13068-6
7.
排水沟断面图
LXWK-H13068-7
8.
回水铁管注满填实示意图
LXWK-H13068-8
9.
位移观测设施结构断面图
LXWK-H13068-9
10.
尾矿库安全标识牌示意图
LXWK-H13068-10
前言
按《尾矿库安全技术规程》9.1.1条规定，对停用的尾矿库应按正常库标准，进行闭库整治设计，确保尾矿库防洪能力和尾矿坝稳定性满足规程的要求，维持尾矿库闭库后长期安全稳定。
按规范和规程要求，尾矿库运行到库容末期应进行闭库。
并且在闭库前0.5～1.0年时，企业应委托资质单位做闭库设计。
＊＊县＊＊镇＊＊矿业有限公司尾矿库于2007年建成，企业投产期为2007年4月—2010年1月。
尾矿库初期坝为透水堆石坝，外坝脚标高701.4m。
堆积坝坝顶标高737.9m，总坝高36.5m，现状总库容约18.8万m³，为四等库。
2013年4月＊＊县＊＊镇＊＊矿业有限公司委托＊＊工程设计有限责任公司进行闭库设计。
1
闭库设计依据
1.1国家、地方政府和主管部门的有关安全规定
（1）《中华人民共和国安全生产法》（2002年11月1日施行）；
（2）《中华人民共和国矿山安全法》（1993年5月1日施行）；
（3）《中华人民共和国矿山安全法实施条例》（1996年10月30日施行）；
（4）《中华人民共和国环境保护法》（1989年12月26日施行）；
（5）《中华人民共和国环境影响评价法》（2003年9月1日施行）；
（6）《中华人民共和国水污染防治法》（2008年6月1日施行）；
（7）《中华人民共和国防洪法》（1998年1月1日施行）；
（8）《中华人民共和国水法》（2002年10月1日起施行）；
（9）《中华人民共和国水污染防治法实施细则》（2000年3月20日施行）；
（10）《中华人民共和国固体废物污染防治法》（1996年4月1日施行）；
（11）《中华人民共和国水土保持法》（2011年3月1日施行）；
（12）《国务院关于环境保护若干问题的决定》（国发[1996]31号）；
（13）《建设工程勘察设计管理条例》（2000年9月20日施行）；
（14）《矿山建设工程安全监督实施办法》（劳动部劳部发[1994]502号）；
（15）河北省实施《中华人民共和国矿山安全法》办法（1997年12月22日施行）；
（16）《非煤矿山企业安全生产许可证实施办法》（国家安全生产监督管理总局令第20号，2009年6月8日施行）；
（17）《非煤矿矿山建设项目安全设施设计审查与竣工验收办法》（国家安全生产监督管理总局令第18号，2005年2月1日施行）；
（18）《尾矿库安全监督管理规定》（国家安全生产监督管理总局令第38号，2011年7月1日施行）；
（19）《关于进一步加强尾矿库安全监管工作的通知》（承市安监督字[2012]13号，2012年1月12日）；
（20）《国家安全监管总局、国家发展改革委、工业和信息化部、国土资源部、环境保护部关于进一步加强尾矿库监督管理工作的指导意见》安监总管一〔2012〕32号，2012年3月22日；
（21）《关于印发《2012年尾矿库安全监管工作要点》和《2012年尾矿库安全专项整治方案》的通知》承市安监字[2012]76号，2012年3月5日。
1.2依据的主要技术规范、规程、标准
（1）《尾矿库安全技术规程》（AQ2006－2005）；
（2）《选矿厂尾矿设施设计规范》（ZBJ1－90）；
（3）《尾矿设施施工及验收规程》（YS5418-95）；
（4）《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）；
（5）《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）；
（6）《构筑物抗震设计规范》（GB50191－2012）；
（7）《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001）；
（8）《水工混凝土结构设计规范》（SL191－2008）；
（9）《尾矿堆积坝岩土工程技术规范》（GB50547-2010）；
（10）《一般工业固体废物储存、处置场污染控制标准》（GB18599－2001）；
（11）《防治尾矿污染环境管理规定》（1992国家环境保护局令第11号）；
（12）《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98）；
（13）《水土保持综合治理验收规范》（GBT15773-2008）；
（14）《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）；
（15）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）；
（16）《开发建设项目水土保持方案技术规范》（GB50433-2008）；
（17）《尾矿库安全监测技术规范》AQ2030-2010。
1.3设计基础资料
（1）尾矿库闭库设计委托书；
（2）《＊＊＊＊＊＊尾矿库现状实测图》＊＊燕山银业有限公司测绘分公司2013年4月；
（3）《＊＊＊＊＊＊尾矿库坝体稳定性分析报告》＊＊市建筑设计研究院有限公司，2013年4月；
（4）库区现场勘查资料；
（5）《＊＊水文图集》（1989年3月）；
（6）《尾矿设施设计参考资料》；
（7）《尾矿坝设计手册》；
（8）《水工设计手册》。
2概述
2.1企业概况
＊＊县＊＊矿业有限公司成立于2006年，企业法人＊＊，注册号：
＊＊＊＊＊＊＊，主要经营范围矿产品（国家政策限制品种除外）收购、加工、销售和铁矿石磁选。
该选厂年处理铁矿石60万t，年产铁精粉10万t，矿石经干选、甩选等工艺，尾矿量为20万t/年。
2.2位置与交通
＊＊县＊＊矿业有限公司位于＊＊县＊＊镇＊＊村。
该尾矿库位于＊＊县＊＊镇＊＊村放牛沟的分叉内，沟口距G112国道约1.5km，交通方便。
交通位置见图2-1。
图2-1交通位置图
3库区周边环境
＊＊县＊＊镇＊＊矿业有限公司尾矿库为山谷型尾矿库，尾矿库下游220m为该企业选厂，初期坝下游为沉淀池。
该尾矿库不位于大型水源地、水产基地的上游；避开了地质构造复杂、不良地质现象严重区域；库区内无居民、铁路、公路、国家地方公共设施、国家级输电线路、通讯线路，该地不属于国家自然保护区、重点风景区、重点历史文物和名胜古迹保护区。
4尾矿库自然地理与库区地质概述
4.1地形地貌
＊＊县＊＊＊＊矿业有限公司尾矿库于＊＊县＊＊镇陶来营村斜对面放牛沟内，与112线相邻，交通较便利。
库区属侵蚀构造中低山区及山间沟谷地貌，沟谷纵深走向东南-西北。
库区位于荒山沟谷中，沟谷纵横沟谷横断面呈V型。
山谷和冲沟两岸的山坡上有少量第四系覆盖层。
两侧山体倾角约30-40°，两岸基本对称。
4.2自然气象
本区年平均气温6.1℃，一月平均气温-11.9℃，四月平均气温8.7℃，七月平均气温22.1℃，十月平均气温7.1℃。
极端最低气温-28.6℃，极端最高气温37.8℃，≧10°积温2921℃；年日照2850小时。
年平均降水量503mm，雨季集中在六月至八月，变率较大，九月中下旬至五月上中旬为霜冻期，无霜期约125天。
夏季多雷雨、冰雹，对农作物生长有一定的影响，冻土深度约1.50m，基本雪压0.3KPa。
4.3库区地质概述
大地构造：
本区地处中朝准地台（Ⅰ2）、内蒙古地轴（Ⅱ21）、围场拱段束（Ⅲ25）、上黄旗岩浆岩亚带（Ⅳ25）。
尾矿库库区为凝灰岩，层位稳定，灰褐色，巨厚，致密坚硬。
根据本次勘察资料及以前资料分析，该库区无大的褶皱构造和大的断层通过，也未见崩塌、滑坡、泥石流等不良地质现象。
库区两侧山体十分稳定。
地下水补给主要靠大气降水补给，地下水类型为基岩裂隙水，但含水层渗透性极弱，根据区域水文地质资料属弱透水层。
4.3.1水文地质
整个库区汇流面积为0.12平方千米，库区水可视为一个相对独立的水位地质单元，其地表水和地下水的补给来源，主要是是季节性大气降水。
4.3.2地震地质条件
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），＊＊县＊＊＊＊矿业有限公司尾矿库场区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计特征周期0.45s，设计地震分组第三组。
5尾矿库原设计及现状概述
5.1设计、建设、运行及管理概况
5.1.1尾矿库设计概述
2006年6月30日，＊＊市环境环保工程有限公司设计室对该尾矿库进行了方案设计。
主要内容简述如下：
（1）初期坝
初期坝设在放牛沟支沟沟口处，为堆石透水坝，坝底标高712m，坝顶标高732m，坝高20m，坝顶长80m，宽3m，上游坡比为1：
1.6，下游坡坡比为1：
1.75。
（2）堆积坝
尾矿库堆积最终标高768m，尾矿坝总高度56m，共堆积9阶子坝，每期子坝顶宽3m，外坡坡比为1：
2，内坡为1：
2.5，堆积坝外坡平均比1：
2.75，堆积高度为36m。
（3）排洪系统
尾矿库主沟内斜槽断面为500mm×800mm，支沟内斜槽断面为500mm×600mm。
在尾矿库左侧山坡设有一条截洪沟，宽1.2m，深1.0m。
5.1.2尾矿库建设、运行及管理概述
该尾矿库于2007年建成，企业投产期为2007年4月—2010年1月。
该库运行过程中未发生过事故。
5.2尾矿库现状概述
（1）初期坝：
为透水堆石坝，外坝脚标高701.4m，顶标高715m，坝高13.6m，标高709.3m~715m段外坡采用干砌石砌护。
标高709.3m~715m段坡比为1:
0.54，较陡。
（2）堆积坝：
坝顶标高737.9m，尾矿库总坝高35.6m，在标高715m、722.9m、734.8m留有7m~11.8m宽马道平台，堆积坝平均外坡比1:
2.62。
堆积外坡面较平整。
现状总库容约18.8万m3，为四等库。
（3）尾矿库滩面平整，平均沉积滩坡度约为1.1%，滩长约175m，库内干枯无水。
（4）排洪设施：
尾矿库西侧设有溢洪道，该溢洪道靠近尾砂一侧为浆砌石结构，断面尺寸为2.0m×1.0m，壁厚0.8m。
库内有一条回水铁管，内径400mm，无坝肩截水沟、无坡面排水沟。
（5）观测设施：
现状坝坡面无观测设施。
（6）现状照片
图5-1初期坝
图5-2堆积坝外坡
图5-3滩面
图5-4回水铁管
图5-5浆砌石截洪沟
尾矿坝坝体稳定性分析报告
坝体稳定性分析报告名称、勘察单位、时间
2013年4月＊＊市建筑设计研究院有限公司出具了《＊＊＊＊＊＊尾矿库坝体稳定性分析报告》。
坝体稳定性分析结论
（1）岩土物理力学参数
＊＊市建筑设计研究院有限公司对该尾矿库进行了工程地质勘察。
表61岩土物理力学参数表
分层
类别
密实程度
天然密度（g/cm3）
饱和密度（g/cm3）
粘聚力
（kPa）
内摩擦角
（
）
①
碎石
松散~稍密
2.02
2.05
4
37
②
尾中砂
松散~稍密
1.78
1.80
7.8
30
③
尾粉土
稍密
1.95
1.98
9
25
（2）坝体稳定性分析结论
通过计算该尾矿库坝体下游坝坡在各种运用工况下的最小安全系数均满足规范要求，坝坡抗滑稳定。
表62尾矿坝坝坡稳定计算成果表
剖面编号
计算条件
稳定系数
规范规定值
稳定状态
瑞典瑞典圆弧法
5-5＇
正常运行
1.33094
1.15
稳定
5-5＇
洪水运行
1.31592
1.05
稳定
＊＊县＊＊＊＊矿业有限公司尾矿库现状稳定。
5.3现状安全度评述
根据《尾矿库安全技术规程》第八条规定，尾矿库防洪能力和尾矿坝坝体稳定性确定尾矿库的安全度，分为危库、险库、病库、正常库四级。
尾矿库排洪系统不能排洪、无坝肩截水沟、无坡面排水沟、初期坝外坡较陡、坝坡无观测设施。
按尾矿库安全度评估标准，该尾矿库属于危库。
6闭库整治工程设计
6.1闭库整治内容
根据尾矿库现状存在的问题进行以下整改：
（1）初期坝加固；
（2）新建溢洪道；
（3）完善坝肩截水沟、坡面排水沟；
（4）原回水铁管注满填实；
（5）新建观测设施。
6.2闭库主要工程
6.2.1初期坝加固
自现有初期坝坝脚外13.9m处以1：
2.0的坡比自下而上采用碎石加固至715m标高，坝顶宽7m。
在705m标高留2m宽平台。
石料粒径为15mm至100mm之间，小于20mm的颗粒含量＜5%。
碎石由下至上堆筑并进行分层碾压，每层厚度0.6~0.8m。
6.2.2排水设施整治
（1）新建溢洪道
该尾矿库西侧已有浆砌石截洪沟，沿该截洪沟线路新建一条溢洪道（G1~G9段），总长158.1m，溢洪道坐落在强风化上。
溢洪道出水口（G1）设置浆砌石护坦。
溢洪道采用M7.5浆砌石结构，M10水泥砂浆抹面，过水断面尺寸为1.2m×1.0m，壁厚0.5m，库区内溢洪道底面铺设最小坡度1%。
（2）坝肩截水沟
沿坝坡堆积边线东侧修建浆砌石截水沟，截水沟过水断面1.0m×1.0m，壁厚500mm，过水断面采用M10水泥砂浆抹面。
截水沟总长度约为122m。
（3）坡面排水沟
在715m、722.9m标高坡面平台新建横向坡面排水沟，过水断面为0.8m×0.6m，壁厚0.5m。
自715m标高平台向722.9m标高平台修筑纵向坡面排水沟，过水断面为0.8m×1.0m，壁厚0.5m。
排水沟采用浆砌石结构，横向排水沟按0.5%的坡度与东侧坝肩截水沟相连，通过坝肩截水沟将洪水引入下游自然河道，排水沟总长度约为142m。
6.3原回水铁管注满填实
新建排洪设施修建完成后，对原回水铁管出露地表段进行拆除，埋设的194m长的回水铁管使用混凝土罐车和注浆泵压力灌注M10水泥砂浆进行全管注满填实。
注满填实设计方案
1）自回水铁管出口端向内铺设一根长度为150m、内径100mm注浆管。
外通过注浆短管接混凝土泵。
2）采用压力灌注方式泵送M10水泥砂浆，待库内一端排水拱涵出口处砂浆冒出后关闭进口端阀门，确保排水管全线填满注实。
3）注满填实共用水泥砂浆28.7m³。
安全措施
（1）施工过程中，滩面应安排安全员，对滩面和沉淀区进行监测，发现异常情况应及时通知。
（2）排洪系统注满填实工程应有资质的施工单位承担，有监理资质的单位承担监理，确保工程质量。
（3）排洪系统注满填实工程施工及验收要满足《尾矿设施施工及验收规范》（YS5418-95）和其他有关规程的要求。
（4）施工单位必须按照已经批准的尾矿库设计和施工方案施工，如需局部修改设计须经设计单位认可，重大方案修改必须报经安全生产监督管理部门批准。
（5）排洪系统注满填实工程施工应建立技术档案，做好施工原始记录、各种试验记录、隐蔽工程记录、影像资料和质量检查记录等。
6.4新建观测设施
为掌握尾矿坝坝体的位移情况，应设置坝体位移观测设施。
通过定期的、系统的观测记录资料来掌握坝体的稳定情况，如有异常情况应及时复测，并根据复测结果提出处理意见。
在堆积坝715m、734.8m标高的平台上各设置1个位移观测标点桩，共设置2个位移观测标点桩，在两侧山体稳定基岩上布设4处位移基点桩。
位移观测标点桩埋设于坝体表层，用以观测坝体的变形状况。
6.5滩面平整及绿化
滩面按附图修整成外高里低，由坝顶向库内按1.1%的坡度平整沉积滩滩面，并在距坝顶50m处修建一道1.0m高防护坡，防洪坎顶标高735.2m，底标高734.2m，坡比1:
2，防洪坎北侧滩面平整至1%反向坡度，使汇水流向防护坡处的溢洪道进水口，以便于排洪。
库区闭库工程完成后，对堆积坝外坡及滩面进行植树绿化。
种植沙棘，株距为1.5m。
绿化面积1.7万m2，种植沙棘约0.76万株。
6.6标示牌设立及主要内容
1）闭库尾矿库应设立避灾线路标示牌和尾矿库概况安全标示牌。
2）标示牌的安全色及其安全含义应符合GB2893的规定。
各种材料的色度坐标和亮度因数应符合《矿山安全标志》（GB14161-2008）表A.1的规定，逆向反射材料的反射系数应符合A.2的规定。
1.8.2矿山安全标志牌必须经国家技术监督部门认可的安全产品质量检验单位检验合格后方可使用。
3）标示牌的位置应设在与安全有关的明显的地方，并保证人们有足够的时间注意它所表示的内容。
4）标示牌应定期清洗，每季至少检查一次。
如有变形、损坏、变色、图形符号脱落、亮度老化等现象应及时修理或更换。
（1）避灾线路标示牌
避灾线路标示牌应在尾矿库下游沟口明显可视地段设立，标示牌颜色为蓝底、白图形符号，标示牌应包括以下内容：
1）避灾线路示意图；
2）求救协议单位电话号码。
（2）尾矿库概况安全标示牌
尾矿库概况安全标示牌应在坝脚安全、稳固地段安装，标示牌应包括以下内容：
1）尾矿库名称；
2）尾矿库建设、闭库日期；
3）尾矿库安全设施主要参数：
尾矿库等别、尾矿坝总高、坝底标高、坝顶标高、外坡坡比等；
4）标明相关危害因素；
5）市、县、乡安全举报电话；
6）应急救援队伍及联系电话等。
（3）安全警示语标示牌
在尾矿库边界设四个安全警示语牌，标识牌颜色为白底、黑字。
安全警示语标示牌主要警示语为：
“非工作人员禁止入内”、“库内严禁放牧”、“库内禁止非法挖砂”等。
6.7主要工程项目、工程量
主要工程项目见表7-1。
表7-1闭库设计整治工程一览表
分类
项目名称
工程项目内容与要求
工程量
类别
序号
一
排洪设施
1
初期坝加固
碎石
3650m3
2
溢洪道
浆砌石结构，1.2m×1.0m
332.1m3
3
坝肩截水沟
浆砌石结构，1.0m×1.0m
244m3
4
坡面排水沟
横向
浆砌石结构，0.8m×0.6m
168m3
纵向
浆砌石结构，0.8m×1.0m
57m3
5
回水管注满填实
M10水泥砂浆
28.7m3
二
环境整治
1
警示标志
在库区周边和易发生危险位置
设警示标志
不少于4处
三
观测设施
1
位移观测
位移观测标点桩和位移观测基点桩
6个
四
坡面整治
1
坡面绿化
滩面绿化面积1.7万m2
0.76万株
7洪水计算及调洪演算
7.1洪水计算
7.1.1防洪标准及汇水面积确定
根据《选矿厂尾矿设施设计规范》（ZBJ1－90）第4.1.2条规定，该尾矿库闭库标高737.9m，总坝高36.5m，总库容约18.8万m³。
属四等库。
防洪标准按200年一遇洪水设防。
该库现状汇水面积0.124km2。
7.1.2洪水计算
查用《＊＊水文图集》（1989年3月），洪水计算参数为Cv/Cs=3.5，Cv=0.422，H24=62mm，n2=0.636，汇流参数分区Ⅲ区，H=1.412，B=0.52，X=0.0036，Y=1.88，产流分区Ⅵ区，洪水过程线分区Ⅱ区，洪水历时系数8。
河道平均坡度199.1‰，径流长度0.504km。
洪峰流量换算系数1.15。
（1）暴雨强度计算
采用公式：
式中：
——暴雨强度（mm/h）；
——雨力（mm/h）；
——汇流时间（h）；
n——暴雨递减系数。
（2）洪峰流量的计算
采用公式：
式中：
——设计频率下的洪峰流量（m3/s）；
——暴雨强度（mm/h）；
u——平均入渗滤mm/h）；
——流域面积（km2）。
（3）汇流历时计算
采用公式：
式中：
——汇流时间（h）；
、
——汇流系数；
——河道坡降（‰）。
（4）洪水总量计算
采用公式：
式中：
——设计频率下的洪水总量（万m3）；
——流域面积（km2）；
0.1——单位换算系数；
——设计频率面雨量产生的径流深（mm）。
（5）洪水历时计算
采用公式：
式中：
——洪水历时过程系数；
——洪水历时（h）。
通过上述计算公式，绘制洪水计算成果见表7-1、7-2。
表71洪水计算数据
计算高程
频率%
Cs/Cv
Cv
Kp
H24
F
n2
a
标高737.9m
0.5
3.5
0.422
2.642
62
0.124
0.636
8.0
表72洪水计算成果
计算高程
H24p
Q（m3/s）
W24p（万m3）
T（h）
标高737.9m
163.8
7.36
1.429
4.31
图7-1洪水计算成果
7.2泄流能力计算
该尾矿库排洪系统采用溢洪道，其排洪能力取决于进流能力与过流能力，计算公式如下。
7.2.1进流能力
堰流公式
式中：
m——流量系数；
b——为堰顶宽度；
H——水头。
7.2.2过流能力
库内溢洪道过流能力按明渠均匀流进行计算。
式中：
q——过流能力（m3/s）
W——过水面积（m2）
C——谢才系数（m1/2/s）
R——水力半经（m）
I——最小坡度（0.01）
通过计算可知：
溢洪道过水断面尺寸为1.2m×1.0m，坡度按1%，水位高度为0.8m时，过流能力为3.14m3/s，大于最大泄流流量3.10m3/s。
7.3调洪验算
按洪水入库、出库，采用水量平衡公式进行调洪计算
式中：
V1——时段起点库水位的蓄水量（m3）；
V2——时段终点库水位的蓄水量（m3）；
q1——时段起点库水位的泄流量（m3/s）；
q2——时段终点库水位的泄流量（m3/s）；
Q1——时段起点库的来水量（m3/s）；
Q2——时段终点库的来水量（m3/s）；
——计算时段（h）。
调洪演算成果见表5-4。
表5-4调洪演算成果表
序号
坝顶标高（m）
737.9
1
滩顶标高（m）
735.8
2
坝高（m）
35.6
3
等别
四
4
设计洪水标准
200年一遇
5
24小时降雨量（mm）
163.8
6
一次洪峰流量（m3/s）
7.36
7
一次洪水总量（万m3）
1.429
8
一次洪水历时（h）
4.31
9
沉积滩坡度（%）
1.1
10
正常水位（m）
734
11
计算洪水位（m）
734.75
12
计算洪水干滩长度（m）
50
13
计算洪水安全超高（m）
1.05
14
计算最大泄流量（m3/s）
3.1
15
调洪库容（万m3）
0.654
16
一次洪水上升高度（m）
0.75
17
排空洪水时间（h）
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