1、尾矿库基础知识一、尾矿堆存方式金属矿山、非金属矿山开采出的矿石，经选矿厂选出有价值的精矿后剩余的“废渣”，称作尾矿，通常以矿浆状态排出。尾矿处理一般分为湿式、干式和膏体的方法，大多数尾矿处理采用湿式方法。将尾矿以利用或堆存等方式进行处理统称尾矿处置。我国每年会排放大量的尾矿，如果处置不当，将造成重大的安全事故和严重的环境危害。尾矿堆存是一种将尾矿妥善、安全地堆存在地表场地内的处置方式，是目前尾矿处置的主要方式。常用的尾矿堆存方式包括低浓度堆存、高浓度堆存、膏体堆存和干式堆存。低浓度堆存和高浓度堆存属于湿式处理，统称为湿排法。与膏体堆存和干式堆存相比，湿排法工艺简单、管理方便、运营成本低，在我国
2、的矿山工程中采用较多。膏体堆存主要适用于蒸发量大、降雨量小、干旱缺水、地域面积大、地势较为平缓的丘陵地区。干式堆存主要用于因尾矿粒度细而无法堆坝，或尾矿含有氰化物、重金属等有害物质的矿山，矿山规模一般较小，例如黄金矿山。（一）低浓度堆存低浓度堆存是指将选矿厂排出的低浓度尾矿浆直接输送到尾矿库堆存。这种堆存方式的尾矿浆浓度（即质量浓度，下同）一般低于35%，尾矿能够自然分级，分级效果一般较好。低浓度堆存是新中国成立以来采用得最多的尾矿堆存工艺，适用于尾矿水力充填法堆坝。（二）高浓度堆存高浓度堆存是指将选矿厂排出的尾矿浆经浓密机浓缩后再送到尾矿库堆存。这种堆存方式的尾矿浆浓度范围一般为35%55%
3、，尾矿能够自然分级，但分级效果一般。高浓度堆存方式能够节约水资源，降低能耗，在我国的矿山工程中应用也比较多。（三）膏体堆存膏体堆存是指将选矿厂排出的尾矿浆经深锥浓密机浓缩成膏体后再输送到尾矿库堆存。膏体堆存的浓度范围一般为65% -75%，尾矿不会自然分级，堆积密度较大。膏体堆存方式主要适用于干旱缺水的地区，在国外矿山工程中应用较多，在我国只在少数几个矿山中得到应用。（四）干式堆存干式堆存是指将选矿厂排出的尾矿浆经浓缩、压滤或过滤后用汽车、输送带等设备送到尾矿库堆存。干式堆存的尾矿含水率一般不大于20%。该工艺的尾矿处置费用较高，在我国黄金矿山工程中应用较多。二、尾矿库的选择尾矿库是用以贮存金
4、属、非金属矿山矿石选别后排出尾矿的场所。选矿厂必须有尾矿设施，严禁任意排放尾矿。（一）尾矿库类型根据矿山所在地不同的地形条件，可以修建不同类型的尾矿库。尾矿库通常有以下几种类型。1.山谷型尾矿库山谷型尾矿库是在山谷谷口处筑坝形成的尾矿库，如图4-1所示。我国现有的大中型尾矿库大多属于这种类型。山谷型尾矿库的特点是初期坝坝高相对较低，坝长较短，坝体工程量较小，基建投资较低后期尾矿堆积坝较易管理维护，库区纵深较长，干滩长度和澄清距离易满足工艺与安全要求。2.傍山型尾矿库傍山型尾矿库是在山坡脚下依山筑坝围成的尾矿库，如图4-2所示。丘陵地区中小型矿山常选用这种类型的尾矿库。傍山型尾矿库的特点是初期坝
5、较长，初期坝和后期尾矿堆积坝工程量都较大，汇水面积较小，但调洪能力较低，库区纵深较短，干滩长度和澄清距离通常会受到限制，堆积坝高度较低，库容一般较小。3.平地型尾矿库平地型尾矿库是在平缓地形上采取周边筑坝围成的尾矿库，如图4-3所示。平原和沙漠戈壁地区常采用这类尾矿库，例如金川、包钢和山东省一些金矿的尾矿库。平地型尾矿库的特点是初期坝和后期尾矿堆积坝工程量大，堆坝高度一般较低，汇水面积小，排洪构筑物相对较小。4.截河型尾矿库截河型尾矿库是截取一段河床，在其上、下游两端分别筑坝形成的尾矿库，如图4-4 所示。截河型尾矿库的特点是库区汇水面积不大，但尾矿库上游的汇水面积通常很大，库内和库上游都要设
6、置排洪系统，配置较复杂，尾矿库上游排洪压力大，因此国内采用不多。（二）尾矿库选址原则尾矿库库址的选择在很大程度上决定尾矿设施基建费、运营费及运行管理复杂程度。尾矿库选址应在满足法律法规要求和符合下列原则的前提下，经多方案技术经济比较综合确定。1.禁止修建尾矿库的地区风景名胜区、自然保护区、饮用水源保护区和国家法律禁止的矿产开采区等区域内禁止修建尾矿库。2.一般原则（1）不宜位于大型工矿企业、大型水源地、重要铁路和公路、水产基地和大型居民区上游。（2）不宜位于居民集中区主导风向的上风侧。（3）应不占或少占农田，并应不迁或少迁居民。（4）不宜位于有开采价值的矿床上面。（5）汇水面积应小，并应有足够
7、的库容。（6）上游式湿排尾矿库应有足够的初、终期库长。（7）筑坝工程量应小，生产管理应方便。（8）应避开地质构造复杂、不良地质现象严重区域。（9）尾矿输送距离应短，宜能自流或扬程小。（10）在同一沟谷内建设两座或两座以上尾矿库时，后建库设计时应充分论证各尾矿库之间的相互关系与影响，尤其需论证上游尾矿库排洪和溃坝对下游尾矿库的影响。（11）废弃的露天采坑及凹地储存尾矿时，应进行安全性专项论证露天采坑下部有采矿活动时，不宜储存尾矿。（三）尾矿库的重要性1.尾矿库是矿山维持正常生产的重要设施矿山生产每年排放大量的尾矿，尾矿库是堆存尾矿、维持矿山正常运行不可或缺的重要生产设施。2.尾矿库是重要的安全设
8、施由于尾矿库库容的数量级都较大，且尾矿极易被洪水和尾矿水冲走形成人造泥石流，所以尾矿库内的尾矿和尾矿水是重大的危险源。尾矿堆存量越大，堆积高度越高，潜在的危害性越大。在长达十多年甚至数十年的时间里，各种自然的和人为的不利因素都会直接威胁尾矿库的安全。尾矿库一旦失事，通常会使下游人民的生命财产遭受严重损失。尾矿库必须具有保障自身安全的设施，尾矿坝和排洪设施是保障尾矿库安全最重要的设施。3.尾矿库是重要的环保设施尾矿库堆存的含有选矿药剂、重金属等有害物质的尾矿和尾矿水都是重要的污染物，如果不能妥善处置，会对尾矿库周围环境造成严重的污染。尾矿库是保证尾矿和尾矿水不外排、不外泄的重要环保设施。4.尾矿
9、库是宝贵的资源库受选矿技术的限制，尾矿中仍赋存多种有用的矿产资源。随着技术进步和矿产资源逐渐减少，很多尾矿库具有回采的价值。目前，已开始对一些几十年前的尾矿库进行回采，重新回选矿厂选别有用的矿产资源。现在，很多研究机构致力于研究尾矿的重选和综合利用，并且在关键技术方面取得了可喜的成果。由此可见，尾矿库还是一个重要的资源库，应妥善管理，以备后用。三、尾矿库术语和定义（一）设施类1.尾矿设施尾矿设施是指用于尾矿堆存处置的全部工艺设施，通常包括尾矿浓缩脱水设施、尾矿分级设施、尾矿输送泵站及管线、尾矿坝、副坝、尾矿库防洪排洪设施、尾矿库防渗设施、尾矿坝排渗设施、尾矿库回水泵站及管线、截渗坝、渗水回收泵
10、站、安全监测设施、通行道路、通信设施和辅助设施等。尾矿设施平面布置如图4-5所示。2.尾矿库设施尾矿库设施是指尾矿库区内的尾矿堆存、安全防控及污染防控设施，一般包括初期坝、尾矿堆积坝、副坝、尾矿库防洪排洪设施、尾矿库防渗设施、尾矿坝排渗设施、截渗坝、渗水回收泵站、安全监测设施、通行道路、通信设施和辅助设施等。3.尾矿库安全设施尾矿库安全设施是指用于保证尾矿库安全运行的设施，主要包括尾矿坝、尾矿库防洪排洪设施、尾矿坝排渗设施、安全监测设施、通行道路和通信设施等。（二）库容类1.全库容全库容是指坝顶标高平面以下、库底面以上所围成的空间的容积（不含非尾矿构筑的坝体体积）。全库容包括有效库容V、和调蓄
11、库容两部分，调蓄库容又可分为空余库容VC、调洪库容V-和蓄水库容Vx，如图4-6所示。2.有效库容有效库容是指沉积滩面以下、库底以上用于贮存尾矿（含悬浮状尾矿浆体）的空间容积，即图4-6中的VY。3.调洪库容调洪库容是指正常水位以上、设计洪水位以下可蓄积洪水的容积，即图4-6中的。4.总库容总库容是指设计最终坝顶标高时的全库容。（三）尾矿坝类1.尾矿坝尾矿坝是指拦挡尾矿和水的尾矿库外围构筑物。通常指初期坝和尾矿堆积坝的总体。2.初期坝初期坝是指用土、石材料等筑成、作为尾矿堆积坝的排渗或支撑体的坝。3.尾矿堆积坝尾矿堆积坝是指生产过程中用尾矿堆积而成的坝。4.尾矿坝高上游式筑坝，尾矿坝高为堆积坝
12、坝顶与初期坝坝轴线处原地面的高差中线式、下游式筑坝，尾矿坝高为坝顶与坝轴线处原地面的高差。5.堆坝高度上游式尾矿坝，堆坝高度为尾矿堆积坝坝顶与初期坝坝顶的高差中线式和下游式尾矿坝，堆坝高度为尾矿堆积坝坝顶与坝顶轴线处原地面的高差。6.总坝高总坝高是指设计最终堆积标高时的坝高。7.沉积滩沉积滩是指水力冲积尾矿形成的沉积体表层，按库内集水区水面划分为水上和水下两部分。8.滩顶滩顶是指沉积滩面与子坝外坡面的交线。9.正常生产水位正常生产水位是指在用尾矿库内能满足生产回水和排放要求的水位，即图4-6中的LI。10.干滩长度干滩长度是指库内水边线至滩顶的水平距离，即图4-6中的Lr。11.调洪高度调洪高
13、度是指正常泄洪起始水位与设计洪水位的高差，即图4-6中的ht。12.安全超高尾矿堆积坝安全超高为滩顶标高与设计洪水位的高差；挡水坝和一次性筑坝尾矿坝安全超高为设计洪水位加最大波浪爬高和最大风壅水面高度之和与坝顶标高的高差，地震区还应加地震沉降和地震壅浪高度，即图4-6中的e。13.库长库长是指由滩顶（初期坝为坝轴线）起，沿垂直坝轴线方向至尾矿库最远水边线的距离。多面堆坝的尾矿库，库长则为各处堆坝坝顶至库内排水口的距离。14.浸润线在坝体横剖面上稳定渗流的顶面线称浸润线。15.临界浸润线临界浸润线是指坝体抗滑稳定安全系数能满足尾矿设施设计规范（GB50863）和构筑物抗震设计规范（GB50191
14、）要求时的坝体浸润线。安全系数规范规定值见表4-9。16.控制浸润线控制浸润线指既满足临界浸润线要求，又满足尾矿堆积坝下游坡最小埋深浸润线要求的坝体最高浸润线。17.一次建坝一次建坝是指全部用除尾矿以外的筑坝材料一次或分期建造的尾矿坝。四、尾矿坝（一）尾矿坝分类尾矿坝是用来挡尾矿库库内尾矿和水的构筑物，其坝型和建造方法较多，国内外还没有统一的分类标准。根据目前的实际情况，尾矿坝主要按3种方法进行分类。1.按筑坝材料分类按照筑坝材料不同，尾矿坝可分为堆石坝、土坝、尾矿堆积坝、浆砌石坝、混凝土坝等。2.按建设顺序分类按照尾矿坝坝体的建设顺序，尾矿坝分为初期坝和后期坝，初期坝是为满足初期生产在基建期
15、建设的尾矿坝，常用当地材料建成后期坝是以初期坝为基础进行加高，在生产运行期间堆筑而成的尾矿坝，以尾矿堆筑为主，以尾矿堆筑的后期坝称为尾矿堆积坝。尾矿坝指尾矿库初期坝和尾矿堆积坝的总体。3.按功能分类尾矿坝按功能可分为拦砂坝、挡水坝、透水坝等。（二）初期坝初期坝是指用土、石材料等筑成、作为尾矿堆积坝的排渗和支撑体的坝。初期坝可分为不透水初期坝和透水初期坝。不透水初期坝是指用透水性较小的材料筑成的初期坝，以均质土坝较为常见。因其渗透系数较小，不利于库内沉积尾矿的排水固结。当尾矿堆高后，浸润线往往从初期坝坝顶以上的尾矿堆积坝坝坡溢出，造成坝面沼泽化，不利于尾矿坝的稳定。这种坝型适用于挡水式尾矿坝或尾
16、矿堆积坝不高的尾矿坝。透水初期坝是指用透水性较好的材料筑成的初期坝。因其透水性大于库内沉积尾矿，有利于后期坝的排水固结，并可降低坝体浸润线，提高坝体的稳定性，所以透水坝是比较合理的初期坝坝型。初期坝坝高根据以下因素确定至少贮存选矿厂投产后6个月以上的尾矿量；当尾矿堆积坝沉积滩顶与初期坝顶齐平时，满足相应等别尾矿库防洪标准要求满足澄清距离投产初期利用尾矿库调蓄生产供水时，贮存所需的调蓄水量考虑后期堆积坝上升速度的要求在冰冻地区满足冬季放矿的要求新建上游式尾矿坝初期坝高与总坝高之比值宜采用1/81/4。初期坝坝顶最小宽度，当无行车要求时，应符合表4-1规定的数值当有行车要求时，坝顶宽度及路面构造应
17、符合道路设计规范的规定。初期坝下游坡坡比不低于表4-2规定的数值，并满足稳定要求。透水堆石坝堆石体上游坡坡比不陡于11.6土坝上游坡坡比可略陡于下游坡。初期坝下游坡面沿标高每隔1015m设一条马道，宽度不宜小于1.5m。当初期坝坝基遇到易产生尾矿渗漏的砂砾石地基，易液化土、软黏土、冰渍层和湿陷性黄土地基，岩溶发育地基，涌泉及矿山井洞时，进行专门处理，处理方法一般包括换土法、反压法和砂井法。（三）尾矿堆积坝堆积坝是生产过程中在初期坝坝顶以上用尾矿充填堆筑而成的坝。尾矿堆积坝的筑坝方式有上游式、中线式和下游式。1.上游式上游式是在初期坝上游方向充填堆积尾矿的筑坝方式。上游式筑坝的特点是子坝中心线位
18、置不断向初期坝上游方向移升，坝体由流动的尾矿浆水力充填沉积而成，如图4-7所示。该坝型受排矿方式的影响，往含细粒夹层较多，渗透性能较差，浸润线位置较高，故坝体稳定性较差。但它具有筑坝工艺简单、管理方便、运营费用较低等突出优点，所以国内外均普遍采用。上游式尾矿筑坝，中、粗尾矿可采用直接冲积筑坝法，尾矿颗粒较细时可采用分级冲积筑坝法。每期子坝宜采用尾矿堆筑，也可采用废石、砂石或其他当地材料堆筑。上游式尾矿坝的堆积外坡比不陡于13。尾矿堆积坝有行车要求时，下游坡面沿标高每隔1015m设一条马道，宽度不小于5m。上游式尾矿堆积坝沉积滩顶与设计洪水位的高差符合表4-3的最小安全超高值的规定，同时滩顶至设
19、计洪水位水边线的距离符合表4-3的最小干滩长度值的规定。尾矿坝下游坡与两岸山坡结合处的山坡上设置坝肩截水沟，并宜在初期坝设置踏步，踏步宽度不宜小于1.0m。上游式尾矿坝的堆积下游坡面上，结合排渗设施每隔5-10m 高差设置排水沟。尾矿堆积坝下游坡面保护常采用的措施有采用碎石、废石或山坡土覆盖坡面坡面植草或灌木类植物坡面修筑人字沟或网状排水沟沿坝轴线方向每隔500m设踏步一道。2.中线式中线式是在初期坝轴线处用旋流分级粗尾矿冲积尾矿的筑坝方式。中线式尾矿筑坝工艺用水力旋流器将尾矿分级，溢流部分（细粒尾矿）排向初期坝上游方向沉积，底部部分（粗粒尾矿）排向初期坝下游方向沉积。在堆积过程中保持坝轴线位
20、置始终不变，如图4-8所示。其优缺点介于上游式和下游式之间。中线式尾矿坝坝顶外缘至设计洪水位时水边线的距离宜符合表4-4的规定同时坝顶与设计洪水位的高差符合表4-3的最小安全超高值的规定。3.下游式下游式是在初期坝下游方向冲积用旋流分级出的粗尾矿的筑坝方式。下游式尾矿筑坝用水力旋流器将尾矿分级，溢流部分（细粒尾矿）排向初期坝上游方向沉积，底部部分（粗粒尾矿）排向初期坝下游方向沉积。其特点是坝轴线位置不断向初期坝下游方向移动，如图4-9所示。由于坝体尾矿颗粒粗、抗剪强度高、渗透性能好、浸润线位置较低，故坝体稳定性较好。但由于管理复杂，且只适用于颗度较粗的尾矿，又需要比较狭窄的坝址地形条件，故国内
21、较少使用下游式筑坝方式。下游式的最小干滩长度和最小安全超高与中线式规定相同，尾矿坝坝顶外缘至设计洪水位时水边线的距离宜符合表4-4的规定，同时坝顶与设计洪水位的高差符合表4-3的最小安全超高值的规定。中线式和下游式尾矿筑坝宜采用水力旋流器分级后的粗尾矿堆筑。尾矿分级设备的选型、工作压力和设备参数宜根据设计确定的沉砂粒度、产率和浓度要求由设备厂商提供，并应经试验复核。中线式和下游式尾矿坝均设置初期坝和滤水拦砂坝，滤水拦砂坝可设多座，在初期坝与拦砂坝之间的坝基范围设置排渗设施。中线式、下游式尾矿坝和滤水拦砂坝之间的洪水通过滤水拦砂坝渗出坝外，也可在滤水拦砂坝前设置排洪设施，排洪标准按照50年一遇洪
22、水设防。尾矿坝坝顶宽度应满足分级设备和管道安装及交通的需要，不宜小于20m。最终下游坝坡设置维护平台和排水设施，维护平台的宽度不小于3m。尾矿坝的下游坝坡应经稳定计算确定，但下游坝坡比不能陡于13。4.筑坝方式的选择地震设防烈度为7度及7度以下的地区宜采用上游式筑坝，地震设防烈度为89度的地区宜采用下游式或中线式筑坝，采用上游式筑坝应采取可靠的抗震措施。上游式尾矿筑坝，尾矿颗粒较粗时采用直接冲积法筑坝；尾矿颗粒较细时采用分级冲积法筑坝。下游式或中线式尾矿筑坝分级后用于筑坝的d0.074mm尾矿颗粒含量不少于75%，d0.02mm尾矿颗粒含量不大于10%。当分级后用于筑坝的尾矿颗粒不满足以上要求
23、时，应进行筑坝试验。筑坝上升速度应满足沉积滩面上升速度的要求。上游式堆坝的尾矿浆浓度超过35%时，不宜采用冲积法直接筑坝。如果采用冲积法直接筑坝时，应进行尾矿堆坝试验研究。对于湿式尾矿库，当全尾矿颗粒极细（d0.074mm含量大于85%或d0.005mm含量大于15%）时，宜采用一次建坝，并可分期建设，挡水坝按坝型采用相应的水库坝设计规范要求；当全尾矿颗粒极细且采用尾矿筑坝时，进行尾矿堆坝试验研究；9度地震区上游法尾矿堆积高度不高于30m。五、尾矿库的等别尾矿库的等别根据尾矿库的最终全库容和最终坝高按表4-5确定。尾矿库各使用期的设计等别根据该期的全库容和坝高分别按表4-6确定。当按尾矿库的全库容和坝高分别确定的尾矿库等别的等差为一等时，以高者为准当等差大于一等时，按高者降一等确定。露天废弃采坑及凹地储存尾矿，且周边未建尾矿坝时，可不定等别建尾矿坝时，根据坝高及其对应的库容确定尾矿库的等别。除一等库外，对于失事后将使下游重要城镇、工矿企业、铁路干线或高速公路等遭受严重灾害的尾矿库，经充分论证后，其设计等别可提高一等。尾矿库构筑物的级别根据尾矿库的等别及其重要性按表4-6确定。
