尾矿坝第七次堆坝鉴定报告.docx
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尾矿坝第七次堆坝鉴定报告
选矿厂尾矿坝第七次堆坝
鉴定报告
前言
依据中华人民共和国国家标准《选矿厂尾矿设施设计规范》(ZBJ1-90)、《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)和《构筑物抗震设计规范》(GB501911-93),按照委托内容和要求,我院组织相关专业技术人员对选矿厂尾矿坝坝体、尾矿输送系统和回水收集排放系统进行了详细的调查,并做出鉴定分析,提出此鉴定报告,供业主决策时参考,可做为大修维护的技术依据之一。
目录
1、工程概况1
2、鉴定目的、范围和内容1
2.1鉴定目的1
2.2鉴定范围2
2.3鉴定内容2
3、鉴定依据2
4、初步调查2
5、鉴定检查、分析4
5.1鉴定检查4
5.1.1现场检查4
5.1.2地形地貌4
5.1.3地形测量4
5.1.4工程地质5
5.1.5尾矿工程性质6
5.1.6尾矿库设计等级7
5.1.7抗震设防7
5.1.8尾矿输送系统7
5.1.9尾矿回水收集排放系统8
5.2鉴定分析9
5.2.1坝体稳定分析11
5.2.2地基稳定分析13
5.2.3尾矿输送系统加压输送能力分析13
5.2.4尾矿回水收集排放系统排水能力分析14
6、结论与建议14
6.1结论14
6.2建议14
附件:
1.鉴定委托书
2.尾矿坝现场照片
1、工程概况
XXX第二尾矿坝位于XXX约8.7公里处,占地面积2平方公里,平面呈矩形,分南北两坝,坝体总长2000m,总宽1000m。
尾矿坝初期坝由XXX设计研究总院于1984年12月设计,设计尾矿最终堆积高度为30m,坝体内边坡坡度1:
1.5,外边坡坡度1:
1.75,坝顶宽4m,由当地戈壁砂砾土堆筑,于1991年投入生产使用。
后期坝由XXX,采用上游法加坝,前坝共堆坝四次,后坝、中坝、侧坝共堆坝六次,每次加高约4m,坝体内、外边游坡坡度均为1:
1.5,坝顶宽5m。
尾矿坝第六次堆坝工程于2007年12月已施工完毕,目前正在放矿。
按照选矿厂年处理尾矿量,尾矿坝剩余库容仅能满足2008年前八个月的生产要求。
由于选矿厂计划新建尾矿坝尚未开工,2009年9月以后的尾矿将无处排放,为增加有效库容,解决尾矿堆存问题,必须对尾矿坝进行加高扩建。
尾矿坝第七次堆坝加高坝体4m,是尾矿坝达到设计最终堆积高度以后的继续使用,因此需对尾矿坝坝体、尾矿输送系统和回水收集排放系统进行鉴定分析。
2、鉴定目的、范围和内容
2.1鉴定目的
1、验证尾矿坝继续加高使用的可行性。
2、为第七次堆坝设计提供技术依据。
2.2鉴定范围
选矿厂尾矿坝坝体、尾矿输送系统和回水收集排放系统。
2.3鉴定内容
1、调查尾矿坝的设计图纸、施工资料和使用情况。
2、调查尾矿坝实际堆坝状况,测量尾矿坝的地形现状。
3、尾矿坝坝坡抗滑稳定计算和地基稳定验算。
4、调查分析尾矿输送系统加压输送能力。
5、调查分析回水收集排放系统的排水能力。
6、给出相关结论和建议。
3、鉴定依据
(1).选矿厂鉴定委托书
(2).《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)
(3).《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
(4).《构筑物抗震设计规范》(GB501911-93)
(5).《选矿厂尾矿设施设计规范》(ZBJ1-90)
(6).《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)
(7).《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)
(8).《防洪标准》(GB50201-94)
(9).尾矿坝原设计图纸、施工资料
4、初步调查
初步调查查阅了尾矿坝场地工程地质勘察报告、初期坝设计图纸、后期堆坝设计图纸、施工资料和竣工验收文件,现场调查了尾矿坝的周边环境和实际使用情况,初步调查结果见表1。
初步调查表表1
工程概况
项目
名称
XXX第二
尾矿坝
设计单位
XXX
地点
XXX8.7km
施工单位
XXX
用途
尾矿堆存
使用单位
选矿厂
场地类别
Ⅱ类
抗震烈度
7度
尾矿库
布置形式
矩形
最终堆积高度
30m
初期坝
结构类型
碾压式土石坝
坝高
4m
坝体
长×宽
2000m×1000m
顶宽
4m
内边坡
坡度
1:
1.50
外边坡
坡度
1:
1.75
后期各次堆坝
坝高
约4m
顶宽
5m
内、外边坡坡度
1:
1.5
排水井
编号
结构类型
高度
井径
1
钢筋砼筒形结构
33m
2.0m
2
钢筋砼筒形结构
4m
2.0m
排水管
材料
钢筋砼圆管
内径
500mm
总长
575m
图纸资料
结构图
有
地质勘察
有
水道图
有
施工记录
有
历史
用途变更
无
用途符合
符合
加固资料
排水井加固资料齐全
灾害
无
主要问题
委托方
意见
尾矿坝加高扩建是否可行
鉴定者
意见
同上
鉴定合同
目的
为尾矿坝加高扩建的可行性提供依据
项目
尾矿坝坝体、尾矿输送系统、回水收集排放系统
要求
验算尾矿坝加高后坝体的稳定性、尾矿输送系统的加压输送能力和回水收集排放系统的排水能力能否满足要求
5、鉴定检查、分析
5.1鉴定检查
根据初步调查结果,依据国家现行有关规范、规程和选矿厂鉴定委托书的要求,对尾矿坝场地工程地质条件、地形地貌、尾矿坝坝体、尾矿输送系统和回水收集排放系统进行了详细调查,实测了尾矿坝现状地形图。
5.1.1现场检查
现场查看了尾矿坝坝基、坝体和尾矿排水固结情况(详见后附照片),检查结果如下:
1、尾矿坝坝基未出现地基滑动、地面隆起现象,坝体未出现局部沉陷、裂缝、管涌和漫坝现象,整体工作情况良好。
2、南坝第六次堆坝施工结束,正在放矿,尾矿还未排水固结;
北坝第六次堆坝正在施工,尾矿大部分已经排水固结,形成了大面积的沉积滩。
5.1.2地形地貌
1、根据尾矿坝初期坝地形图,场地内地势比较平坦,西南高,东北低,前坝坝基高程1495m,后坝坝基高程1485m,地面高差10m,
中坝、侧坝坝基高程1490m。
2、尾矿坝位于金川河以东的平坦地区,四周全封闭,无外部地表径流量,汇水面积仅为尾矿库表面直受降雨量,约为1.7平方公里。
5.1.3地形测量
根据本次鉴定的内容和要求,金川镍钴研究设计院矿山分院在2007年11月25日至12月7日期间对尾矿坝现状地形进行了实测,测量内容包括各次堆坝坝顶高程、坝坡宽度、斜坡道高程和坝内尾矿堆积高程,尾矿坝现状地形图见后附图。
根据测量结果,尾矿坝坝高、坝坡实际施工情况基本符合图纸设计要求,具体数据如下:
1、坝顶高程1514m,前坝坝体高度19m,后坝坝体高度29m,中坝、侧坝坝体高度24m。
2、前坝各次堆坝外边坡坡度平均为1:
1.52,后坝各次堆坝外边坡坡度平均为1:
1.56,侧坝各次堆坝外边坡坡度平均为1:
1.55。
3、南坝内尾矿堆积标高1510.3m,堆积高度25.3m,北坝内尾矿堆积标高1509.5m,堆积高度24.5m。
5.1.4工程地质
根据XXXX1985年10月所做的《XXXXX二期工程尾矿设施场地工程地质勘察报告》(详勘),尾矿坝场地工程地质条件如下:
1、场地内地质结构单一,为圆砾及卵石土层,主要由砂岩、辉录岩等碎块组成,呈亚圆形,一般粒径15~40mm,最大为450mm,其间充填砂约20%,密实,表面覆盖约0.4m厚的植物层。
2、场地内地下水埋藏较深,不考虑地下水影响。
3、场地内无不良工程地质现象。
4、圆砾及卵石土层的物理力学性质见表2。
岩土工程物理力学性质表2
项目
范围值
密度ρ
1.62~1.65g/cm3
天然含水量ω%
14~24
孔隙比e
0.22~0.30
不均匀系数Cu
16.5~128
重型动力触探锤击数N63.5
>20
变形模量E
44.5~153.7MPa
内摩擦角φ'
42°
黏聚力c'
10kPa
地基承载力特征值fak
600kPa
5.1.5尾矿工程性质
尾矿坝后期坝采用上游法加坝,由尾矿形成的沉积滩做为后一期坝体的基础,因此尾矿坝的工作状态与坝内沉积的尾矿工程特性有关,尾矿物理力学性质见表3。
尾矿工程物理力学性质表3
项目
内容
密度ρ
1.8g/cm3
孔隙比e
0.8
不均匀系数Cu
3
内摩擦角φ'
30°
黏聚力c'
7.84kPa
压缩系数α1-2
1.7×10-4kPa-1
渗透系数k
1.5×10-3cm/s
5.1.6尾矿库设计等级
尾矿坝第七次堆坝加高坝体4m后,尾矿库库容约为31×106m3,坝体最大高度为33m。
根据《选矿厂尾矿设施设计规范》(ZBJ1-90)中第2.0.4条和《防洪标准》(GB50201-94)中第4.0.5条的规定,尾矿库库容10×106m3<V≈31×106m3<100×106m3,确定尾矿坝的设计等级为三级,工程规模为中型,防洪标准(洪水重现期)为50年。
根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)中第1.0.3条的规定,坝高30m<H=33m<70m,确定尾矿坝为中坝。
5.1.7抗震设防
尾矿坝第七次堆坝加高后,尾矿库计划在2009年9月底将堆存库满,使用年限已不足5年,依据《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)和《构筑物抗震设计规范》(GB501911-93)的相关规定,尾矿坝抗震设防的有关参数如下:
1、结构安全等级:
二级。
2、抗震设防烈度:
7度,设计基本地震加速度值:
0.10g,设计地震分组为第二组。
3、尾矿坝抗震等级:
三级。
4、场地类别:
Ⅱ类。
5.1.8尾矿输送系统
尾矿输送系统与尾矿坝同期建设并投入使用,伴随尾矿坝各次堆坝加高,尾矿输送系统也随期进行更换和维修,使用至今整体系统运行状况良好,安全可靠。
尾矿输送系统包括尾矿加压输送泵房、尾矿输送管线和坝上放矿管系统。
1、尾矿加压输送泵房设计输送能力流量2005m3/h,输送压力0.55MPa,使用设备为两台250ZJ-1-96A(流量1185m3/h,扬程55.5m)渣浆泵和两台250ZJ-1-75A渣浆泵(流量820m3/h,扬程51m),各为一用一备。
2、尾矿输送管线为两条DN350无缝钢管,新增一条DN500无缝钢管,原设计输送能力每条DN350无缝钢管流量504m3/h,沿程阻力(流速1.4m/s,输送长度按10km计)0.80MPa,新增DN500无缝钢管流量1022m3/h,沿程阻力(流速1.4m/s,输送长度按10km计)0.50MPa。
3、坝上放矿管系统为DN350无缝钢管,敷设随坝体呈闭合环状,长度960m,每隔15m设DN150放矿支管,深入矿池15m。
4、尾矿加压泵房地面标高1541m,尾矿坝坝顶标高1514m,泵房比坝顶高27m,输送管线长10km。
5.1.9尾矿回水收集排放系统
尾矿库尾矿回水收集排放系统为井管式排水系统,利用排水井回水收集,再通过排水管排放至坝外,排水管为DN500的钢筋砼圆管。
1、尾矿坝中心的钢筋混凝土筒形排水井内径2m,高度33m,井顶标高1519.30m,有效收集标高为1518.30m。
2、南坝排水井在使用过程中,于1998年出现井身倾斜现象,XXX对井身进行了加固设计,由XXXX施工,从排水井基础顶面起,在井身原筒壁外围新加200厚C30钢筋混凝土筒壁,加固井身高度7.2m,1998年9月施工完毕。
3、目前,南坝排水井井身出现倾斜现象,选矿厂已委托我院对该排水井进行可靠性鉴定,鉴定结果为该排水井倾斜严重,影响后期的安全使用,必须采取相应加固措施。
4、北坝排水井使用至今,未出现倾斜、裂缝现象,工作情况良好。
5.2鉴定分析
根据测量结果,后坝坝体高度最大,现为29m。
按照实测的初期坝和后期六次堆坝的坝顶高程、坝顶宽度和外边坡坡度,后坝现状横剖面图见图1。
5.2.1坝体稳定分析
1、坝体抗滑稳定性仅取后坝坝体计算分析,第七次堆坝加高4m后,坝体高度达到33m,坝体安全超高0.7m,尾矿堆积高度32.3m,坝顶宽度5.5m,内、外边坡坡度1:
1.5,坝顶标高1518m。
2、依据《选矿厂尾矿设施设计规范》(ZBJ1-90)、《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)和《构筑物抗震设计规范》(GB501911-93),坝坡抗滑稳定计算考虑尾矿坝正常运行时的稳定渗流期和地震两种工况下的荷载组合:
组合1:
自重作用效应、正常蓄水位的渗透压力、孔隙水压力。
组合2:
自重作用效应、正常蓄水位的渗透压力、孔隙水压力、
地震荷载。
3、坝坡抗滑稳定计算采用瑞典圆弧滑面法,计算公式如下:
式中:
Mr、Ms—分别为抗滑力矩和滑动力矩;
W—土条重量;
Q、V—分别为水平和垂直地震惯性力(向上为负,向下为正);
u—作用于土条底面的孔隙压力;
α—条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角;
b—土条宽度;
c'、φ'—土条底面的有效应力抗剪强度指标;
Mc—水平地震惯性力对圆心的力矩;
R—圆弧半径;
K—坝坡抗滑稳定安全系数。
由于尾矿的渗透系数k=1.5×10-3cm/s>1.0×10-4cm/s,可不计孔隙水压力,取u=0。
不同工况荷载组合下的坝坡抗滑稳定最小安全系数见表4。
坝坡抗滑稳定最小安全系数表4
项目
组合1
组合2
K值
1.20
1.05
4、根据瑞典圆弧滑面法的计算原理,共试算了9个滑弧圆心,滑弧半径依次为74.3m、75.8m、77.9m、81.8m、83m、84.8m、86m、87.6m、89.1m,计算其相应的抗滑稳定系数K值。
通过比较,最危险滑弧半径为84.8m,计算结果见表5。
最危险滑弧(R=84.8m)计算表表5
土条参数
组合一
组合二(V取正)
组合二(V取负)
土条号
条宽b(m)
条高H(m)
αi
(°)
滑动力矩Ms
抗滑力矩Mr
滑动力矩Mr
抗滑力矩Ms
滑动力矩Mr
抗滑力矩Ms
1
8.48
7.45
3
5.95
72.22
9.49
72.86
9.37
71.52
2
8.48
10.26
9
24.50
96.04
29.87
96.87
29.32
94.89
3
8.48
12.19
14
45.01
111.09
51.84
112.00
50.79
109.57
4
8.48
13.18
20
68.81
116.22
76.60
117.05
74.95
114.44
5
8.48
13.14
27
91.06
110.64
99.20
111.24
97.03
108.78
6
8.48
11.89
33
98.85
95.81
106.17
96.16
103.88
94.13
7
8.48
9.17
41
91.83
69.80
97.33
69.88
95.35
68.57
8
8.36
4.51
49
51.22
35.70
53.65
35.66
52.69
35.18
-1
8.48
3.79
-3
-3.03
40.01
-1.44
40.33
-1.39
39.72
-2
2.98
0.83
-7
-0.54
4.91
-0.43
4.93
-0.42
4.89
∑Ms和∑Ms
——
473.65
752.42
522.26
756.99
511.57
741.69
安全系数K
——
1.59
1.45
1.45
5.2.2地基稳定分析
根据初步调查结果,尾矿坝场地内为圆砾及卵石土层,地基承载力特征值为600kPa。
尾矿坝第七次堆坝库满后,尾矿堆积高度为32.3m,尾矿底面压力为:
Pk=18kN/m3×32.3m=581.4kPa<fak=600kPa,地基稳定性满足要求。
5.2.3尾矿输送系统加压输送能力分析
1、尾矿坝第七次堆坝加高后,2008年放矿量(干矿)884t/h,2009年994t/h,按输送浓度35%、尾矿干比重2.8t/m3计,尾矿输送量为1014m3/h,根据此输送量,尾矿加压输送泵房流量2005m3/h能满足要求。
2、尾矿加压泵房地面与尾矿坝坝顶地形高差23m(1541.00-1518.00=23.0m),尾矿输送泵实际出口压力80m,沿程损失和局部损失为96m,坝体加高后坝顶余压剩7m(23+80-96=7.0m),若坝上坡度增至3‰,勉强能满足放矿要求。
3、两条DN350无缝钢管尾矿输送管线,输送能力1008m3/h,远期放矿量1014m3/h,尾矿输送能力基本能满足要求。
此时,流速1.4m/s,比阻7.99‰。
4、坝上放矿管系统为DN350无缝钢管,每隔15m设DN150放矿支管,深入矿池15m。
由于余压仅剩7m,已不满足放矿要求,若将沿放矿坡度设为3‰,反放矿坡度设为0.2‰(原坡度为1‰),则勉强能满足放矿要求,但容易造成尾矿淤积现象。
若把放矿管更换为阻力较小的金属陶瓷内衬复合管(比阻3.21‰),坡度仍为原设计坡度1‰,则能满足放矿要求。
5.2.4尾矿回水收集排放系统排水能力分析
尾矿坝中心内的排水井井顶标高1519.3m,有效回水收集标高1518.3m,坝体加高后坝顶标高1518.0m,实际放矿低于坝顶0.7m(堆满状况),尾矿坝内有自然表面坡度坡向排水井,计算高差为1.80m,则有效收集高度为2.30m。
只要均匀放矿,使尾矿表面有自然表面坡度坡向排水井,即能保证回水的正常收集,使排水顺畅。
6、结论与建议
6.1结论
根据尾矿坝第七次堆坝加高后的分析结果,鉴定结论如下:
1、坝坡抗滑稳定最小安全系数K值在两种荷载组合下均满足规范要求。
2、尾矿底面压力小于地基承载力,地基稳定性满足要求。
3、尾矿输送系统的加压输送能力基本满足尾矿输送、放矿要求,但已达到极限。
4、尾矿回水收集排放系统的排水能力满足要求,可继续使用。
综上,尾矿坝第七次堆坝加高扩建后,继续使用可行。
6.2建议
为确保尾矿坝第七次堆坝施工安全及正常使用,应注意以下问题:
1、第七次堆坝施工前,应制定合理的施工方案和进度计划,避免尾矿在含水状态下筑坝和冬季施工,保证坝体施工质量。
2、第七次堆坝施工前,应尽量提前排水,应留有充足时间使尾矿排水固结,待沉积滩干滩长度大于70m后再筑坝。
3、尾矿加压输送泵房出口压力应达到0.8MPa以上,以保证尾矿正常输送。
4、坝上放矿管可更换为阻力较小的金属陶瓷内衬复合管,以减小阻力。
5、应尽快选定新的尾矿库址并付诸实施,以免影响后续尾矿的排放和正常生产。
新尾矿库址宜与现有尾矿库比邻,以充分利用已有坝体和尾矿输送设施,大大降低新坝工程造价。
必要时可利用砂石厂砂石采坑临时过渡,宜有机结合采取砂石——弃土筑坝——尾矿排放——综合利用,寻求新的良性循环机制。
6、尾矿坝第七次堆坝库满后,应及时考虑尾矿的综合利用,采取可靠措施,兴利除害,保护环境。
建议在尾矿堆表面覆盖一定厚度的土层,植树造林。
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