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。。。。。，。。。。。。。。。。。。。。。。。。。一，－。一、－，－手一节 撅 经，一 一～ 一、我国尾矿库工程概况 尾矿是以浆体形态产生和处置的破碎、磨细的岩石颗粒，通常视为矿物加工的最终产 物，即选矿或有用矿物提取之后剩余的排弃物。把尾矿定义为排弃物，而不定义为固体废 料，意在承认它可能作为资源再利用的价值。 矿物原料的大规模采取，必然带来对环境的巨大扰动。全世界每年产出金属和非金属 矿石、煤、石材、轴土、砂砾约90亿吨，而相应排弃废石和尾矿300亿吨。我国现有尾 矿库1500余座，每年排弃尾矿近3亿吨，需占用土地面积约20km2。由于尾矿坝稳固、 废水处理、污染控制、土地恢复技术发展与矿物工业发展的不适应，已经开始显露出或预 示出潜在的环境问题，严重阻碍持续发展战略的实施。因此，尾矿库工程已成为各国政 府、矿山企业和学术界所关注的重大问题。 尾矿库工程是个大系统，包容了选厂内尾矿处理、尾矿浆浓密和输送、尾矿坝构筑。 尾矿排放、防渗与排渗、防洪与排洪、水循环、废水处理与污染控制、库区土地恢复与植 被、尾矿库监测与管理等子系统；容集了尾矿库系统内部（尾矿与尾矿废水）、尾矿库系 悄环境之间（渗漏水一基础土壤一地下水或地表水体）复杂的物理、化学、生物地球化 学反应和溶质迁移过程；涉及了尾矿库设计、基建和运营、闭库和土地恢复以及后期污染【治理等工程问题；反映出岩上工程问题与环境工程问题的相互交织、渗透、一体化和时空D 广大的工程特点。而孤立地解决坝体结构和安全问题，或者孤立地评价尾矿库区生态环境【破坏问题，都不可能从总体上认识尾矿库工程的内在关联和实现尾矿库工程的最优化。实】际上，闭库后若干年的生态环境控制应从矿石人选工艺的改进开始。基于系统工程的思】＠，把尾矿库的岩土工程结构、环境影响、尾矿管理融会一起，比较系统、完整地根据这；屿点及相关控制因素的相互作用，搞好尾矿库工程，是非常有意义的。由于人类环保意识的增强和安全、健康要求的提高，尾矿库工程管理的主要目标是以。剔。的代价，采用最实用技术，达到尾矿的物理稳定、化学稳定和生物地球化学稳定，使 ’尾矿在长期堆置过程中基本上不受风化作用的影响，使排放废水达到水质标准。而要实现 4这一目标，在我国，由于尾矿库设计与管理的特定历史背景，以及缺乏有效的知识创新体 Z 系；许多基础理论研究工作和新技术开发工作只能艰辛地向前推进。 】我国和南非是当今世界上两个近乎单一采用上游坝的国家，成功地构筑了许多大型高 9 坝。积累了丰富的设计经验，政府部门也很重视，相继颁发了上游坝尾矿堆积坝工程地 Z 硼察规程（YBJll一86）、选矿厂尾矿设施设计规范（Z闭190）、尾矿设施安全监 l 赠理办法（199）以及相关专业性设计、施工和管理规程，国家经贸委2000年颁布了 1 阻库安全管理规定，比较全面地记录和反映了我国目前尾矿库工程建设的技术与管理 Z 仲。然而，由于种种原因，尾矿库工程灾害频频发生，造成了惊人的人员伤亡和财产损 1’、为了保证尾矿库工程技术的不断进步，就必须严格执行有关规定，开展尾矿库工程的 曼系统研究，不断接纳当代最新科技成果，不断提高尾矿库工程质量。因为，只有最加。地增强尾矿库工程的高科技含量，才能最大限度地保证尾矿库工程的安全，只有实现 比范与技术进步的同步、设计过程与最新科技成果的结合、结构问题与环境问题时小化、工程管理与政府行为的协调，才能建设出反映时代技术特征的最优尾矿库工程。i 二、尾矿的分类－。g。－l，不仅各种矿石的尾矿有很大变化，就是同一种矿石也因矿体赋存性质和选矿方法不同’而有很大差异，很难系统归纳。现仅据尾矿的基本物理特性将其分作4类 门）软岩尾矿 主要由页岩型矿石产生的．包括细煤废渣、天然碱不溶物等。这些砖矿尽管包含一定数量的砂质颗粒，但尾矿泥的翻土性质显著地从总体上影响尾矿的物理汁质和状态。8 （2）硬岩尾矿 主要包括铅、锌、铜、金、银、铝、镍、钻、锡、钨、铬、钛等类④’矿石。尾矿以砂质颗粒为主，虽然尾矿泥占很大比例，但因源于破碎的母岩而非瓢土，④；在总体上不能对尾矿性态起到控制性的影响。8 （3）细尾矿 其含很少或不含砂质颗粒，包括磷酸盐轴士、铝土矿红泥、铁细硅矿、沥青砂尾矿中的矿泥。这些矿泥的特性对这些尾矿的性态起着支配作用，它们需要非常K’的时间沉淀和固结，极为软弱，可能需要很大的库容。8 N）粗尾矿 从总体上讲，这些尾矿的特性受相应粗砂颗粒所决定，就石膏尾矿而’论，则受无塑性粉砂所决定。这种类型尾矿包括沥青砂的粗粒尾矿、铀矿、石膏、粗铁尾矿和磷酸盐砂尾矿。 因为同一类别尾矿具有大体相近的物理特性，因此，也可能具有大体相近的排放N题。这样，在对所要处理的一种尾矿缺少实际资料的情况下，尾矿的类别也可能提供有益的参考。此外，对于特定的选厂，磨矿工艺的变化可能产生大量的细粒尾矿，从而改变尾矿的类属，并引起新的排放问题。然而，必须承认，上述分类只反映各种尾矿类型的总体物理特性和工程行为，而在某些场合，化学特性和环境因素可能远比物理特性重要。 三、层矿废水的分类 从综合工程意义上讲，尾矿库设计不是由固体物性质决定的，而是由废水性质决定的，因此，不能单独地考虑尾矿的物理性质，还需全面了解尾矿废水的化学性质，这样才能系统地阐明尾矿库工程的风险水平。 浮选和溶浸都可能使矿石化学变性。在浮选过程中添加各种有机化学药品，如脂肪酸、油和聚合物，因为它们一般浓度较低，毒性较低，污染意义不大。然而，浮选中PH调节可能对选矿废水和无机成分产生重大影响，如果实行酸性或碱性溶浸，则加重这种影响。矿石中现有的化学一矿物成分，是决定选矿废水化学性质的最重要因素，选矿中PH调节可能从母岩中解离出许多组分，因此，PH往往是选矿废水成分的有效指示器。现依据PH值将尾矿废水分作以下3类。 （）中性的 简单的洗选和重选作业可造成这种条件，其 PH没有显著变化，废水中的化学成分主要限于母岩中以中性PH可溶解的那些，而可能使硫酸盐、氯化物、钠和钙 的浓度略有提高。 （2）碱性的 废水PH提高也可能导致硫酸盐、氯化物、钠和钙的浓度提高。虽然存 在某些金属污染物，但常常不出现很高浓度的阳离子重金属的广泛活动。 （3）酸性的 降低PH提高了许多金属污染物的平衡水平，酸性溶浸的废水可能显示 出像铁、锰、锅、硒、铜、铅、锌和汞这样阳离子成分的高含量。酸性废水也显示出像硫 酸盐和（或）氯化物这些阴离子浓度的提高。 此外，还有专门性废水类型。酸性和碱性溶浸铀可能解离出放射性镭 上a－x6）和针 叮卜230）。如果废水要从尾矿库中排出，则必须强行采用石灰中和和（或）氯化钡共沉 淀方法使镭（Ra－226）浓度降低到较低水平。 如果溶浸金一银或浮选铅和钨，氰化物则是有毒成分。氰化物较不稳定，在有氧存在 的情况下，很快蜕变成低毒性氰化物形式。氰化物自然蜕变的机理有酸化作用、空气中 COZ吸收和挥发作用、光分解、氧化作用和生物分解作用，这些过程最终使尾矿库废水 中氰化物浓度降低，但可能需要相当长的时间，这取决于氰化物的浓度水平。 还有一种含砷毒性废水。在砷与矿石共生的场合，选矿过程使砷解离在废水中。对于 含金的砷黄铁矿，一定要先通过焙烧除砷，以便有效的浸出，然后排放到适当地点，最好 不排进尾矿库。 四、尾矿设施B 门）尾矿水力输送系统 包括尾矿浓缩池、尾矿输送管槽、砂泵站和尾矿分散管槽等，用以将选矿厂排出的尾矿浆送往尾矿库堆存；1（2）尾矿回水系统 包括回水泵站、回水管道和回水池等，用以回收尾矿库或浓缩池1 的澄清水，送回选矿厂供选矿生产重复利用；1（3）尾矿堆存系统 一般常简称为尾矿库，包括库区、尾矿坝、排洪构筑物和坝的观0＠殿备等，用以贮存选矿厂排出的尾矿；】（4）尾矿水处理系统 包括水处理站和截渗、回收设施等，用以处理不符合重复利用回 或排放标准要求的尾矿水，使之达到标准。I 实际上，在尾矿处理工艺过程的选择、设计和优化过程中，必须充分考虑到尾矿库工Dg的经济、能源和环境等因素，重点解决矿石特性、选矿前景、可能的浸出剂、预计溶浸琶 中的杂质、要回收的金属种类、可能的提纯工艺，可能的副产品，环境约束，能源需求 远 量，侵蚀和总费用等问题。 D 尾矿排放方式主要包括地表排放、地下排放和深水排放等三种方式。另外，目前部分 影响昆矿桃抑钡划的不何早罩矿的自她汁质和场地的工程性质，还百这直排放方注M 巨〕上十又 山人一卜曰〔N曰 p六六巨寻彼I自油田的诽价十w 爪亡目矿樱硼山上右亩曲讹忙 袱而＆巨远佯。地汞排皿足日刚取首牺仪川们排肌刀沽，们上凡④召注丫口们里文地仪aid＼州，出 二不促忱上仕 枯十二牧知答硼堤促的卡屏．从暇严比申笨m们、申石侧歉J阵附徘w下一 吕 1．地汞排拥D 按一般概念，尾矿的地表排放是采用某种类型堤坝形成拦挡、容纳尾矿和选矿废棚吕尾矿库，使尾矿从悬浮状态沉淀下来形成稳定的沉积层，便废水澄渭冉返回选）便用。因 吕匡矿桃协价庶乃片夕相仰抑刑的差民．胁羌徘故方戎可有挡水坝、卜升坝、环形坝和干 巨 门）档水坝 尾矿排放用的挡水坝是在开始向尾矿库排放之前一次性地救全局构筑的 巨抑＿俯翔材料涌常取用各种天滩十。挡水坝包括不透水心墙、排水带、渗滤层和上刷 吕石。可依据普通土坝技术进行渗滤层、内部渗流控制和坡度设计，但因尾矿坝上游边邮经受陡然的水位下降，故可采用陡于普通蓄水坝上游坡度。 挡水坝适宜于蓄水要求高的尾矿库，例如暴雨径流流人量大的尾矿库，或者因选矿工艺的制约限制尾矿废水再循环的场合，或者尾矿沉淀需要大的贮水容积和蒸发面积的场合，或者为控制尾矿废水污染当地水系的场合。。 挡水坝因建库地势不同可分山谷坝和环形坝。山谷坝是在山谷排泄区起始段、跨过山3谷筑坝，通常坝内设不透水心墙，库底铺不透水垫层。环形坝结构与山谷坝类似，外周坝g设不透水心墙，库底铺不透水垫层。环形坝建在平坦地段，因此在地形上不像山谷坝那样Z严格约束，比较灵活，适于靠近采场和选厂选址，以便于利用废石筑坝和降低尾矿运送成g本。但因坝长，需要大量筑坝材料，同时也增大了风蚀的可能性和坝体破坏的风险。g 从工程角度看，挡水坝适用于任意类型和级配的尾矿，适用于任意排放方法，抗震性g能较好，坝体一次筑就，无升高速度的限制，防渗性能要求较高，因此，筑坝成本较高、’ （2）上升坝 地表尾矿库使用最普遍的是上升坝，它与挡水坝不同，是在尾矿库整个。服务期间分期构筑的坝。首先构筑初期坝，初期坝坝高设计一般考虑尾矿库使用头2～3i年的尾矿产量以及适当的洪水流人量。继后按照预定的尾矿上升高程、库中允许洪水蓄积g量齐步并升。上升坝采用来源广的建筑材料，包括天然土、露天和地下开采的废石、水力；沉积或旋流尾矿砂。 上升坝的优点很明显①由于在尾矿库整个服务期间分配建设费用，初期工程费用低，只是初期坝构筑所必要的成本。在较长时间内间隔支出将使贴现的总成本降低并取得较大的现金流量受益。②由于不必在筑坝初期一次性备齐筑坝材料，在筑坝材料的选择上可有很大的灵活性。如果在采选期间，坝体上升与其生产率同步，则采矿废石或尾矿砂可以提供理想的筑坝材料。在不能取得适合的天然土的某些场合，则可能必须利用矿山废石筑坝，更何况，即便有适合的天然土可用，废石也要处置，在运输距离不过长的情况下，除了发生一定数额的压密费用外，材料是“免费” 提供的。 上升坝，依据坝体上升过程中坝顶线相对于初期坝位置的移动方向，可分为上游坝、下游坝和中心线坝三类。我国和南非主要采用上游坝。 臼）环形坝 尾矿坝设计不同于普通水坝，核心在于它们贮存介质和功能的不同。仅 尾矿坝而言，又侧重于在尾矿浆体浓度、状态和排放方式上区别尾矿库功能和确定坝型。 包括高浓度中央排放和半于性喷洒排放。 （4）干处置 尾矿以固体形式干处理就是在尾矿沉淀之前，通过带式过滤机把水从中 排出，形成于尾矿，从而减少尾矿废水的渗漏。 带式过滤在法国和南非已广泛应用，后成为欧洲某些铀矿选矿流程的组成部分。带式 过滤工作原理简单，随着尾矿在合成橡胶支托的过滤编织带上移动，采用真空装置从尾矿 中汲取液体，使尾矿含水量从约50％降低到20％～30％，处理成“干饼5’状堆放。 对尾矿带式过滤的经济效果、可行性存在很大争议。磨矿工艺和石膏含量等因素都影 响过滤效果，高轴土含量的矿石根本不能采用这种方法。带式过滤的基建费和作业费都很 高，只有作为选矿作业的一部分，而不是附加的脱水流程才是合理的。 由于尾矿基本上呈固体形式处置，所以土地恢复可与尾矿处置同时进行，有很大优 点。但固体尾矿20％～30％含水量可近乎使原位孔隙率下尾矿饱和，与普通浆体排放的 尾矿库相比，渗漏量的减少在很大程度上决定于基础材料的渗透性，在没有垫层或低渗透 的基础材料情况下，饱和尾矿的渗漏仍会很大。IZ．地下排放【虽然地表尾矿库是最广泛应用的尾矿排放方法，但长期以来，地下采矿已采用尾矿砂I 充填空区以支护岩层，客观上也起到第二作用，即减少尾矿的地表处理量。近些年来，由I 于地表排放的成本和环境管理规程压力的增大，日趋把地下排放视作正规的排放方案。特1 别是所排放尾矿属惰性、无潜在危险的场合，地下排放更有突出优点。因此而产生单纯以1 处置尾矿为目的的地下排放，包括地下矿山充填、露天矿坑排放和专门掘坑排放。13．深水排放】世界上大部分矿尾矿沉积在陆地上，尾矿库废弃后再进行土地恢复，但人们总是关注8 尾矿库污染物向环境、地下水和水源地渗流的长期效果。另一种方法是把尾矿泵人深湖或g 近海，但因环境生态问题的争议而一直未普及应用。深湖和近海排放的主要特点是尾矿上 z 面的水位形成一个理想的输氧障，从而抑制硫化物的生成酸反应；减少了细菌出现，有助 于防止氧化；节省了昂贵的尾矿库建设费用；如果这种排放在环境上允许，深湖或近海排 Zjt少占土地，具有美化环境的优点。 Z 尾矿库址选择是影响尾矿库设计的最重要因素。每个可能的备选库址都有一定的优点 8 和缺点，必须与采选作业一起考虑，加以选择。选矿工艺类型直接决定尾矿库区的类型， 】因而影响尾矿库址选择。尾矿库系统设计目标是采用当前最先进的科学技术封贮尾矿，以 D 舶来的污染物释放率最小，最好在勿需监察和维护条件下满足长期贮积尾矿的需要。但 Q 在尾矿库选择和设计中，最麻烦、最困难的是尾矿中特殊矿物和化学特性可能造成的潜在 】环境问题。例如，硫化物或贱金属可能在50年时间内造成环境问题，而铀尾矿、放射性 D 瞧可能在数百年内渗人环境造成污染问题。 【尾矿库址选择最常用的方法是筛选，即把若干个约束因素加到数个适当的可能的库址 D 地逐渐剔除，最终确定出最佳的尾矿库址。这些约束因素主要有－。，－。 1．相对选厂的距离和高程＿玉 相对选厂的距离和高程是极重要的因素，它直接关系到尾矿浆和循环水输送系统晌”期建设费、作业费和能源消耗。应当尽可能地靠近选厂选取尾矿库，除了需要极大贮①＠容或者需要极良好地质条件的特殊情况外，一般最初选取范围约距选厂skin之内为官 圣即使需要极大贮积库容，可能在选厂附近建设几个小型尾矿库也比在远距离建一个大型尾”矿库更优越。尾矿库最好选在选厂的下坡，使尾矿浆重力流动，降低泵送成本，通常．以 二百分之几的平均坡度最为适宜，较陡的坡度可能需要在尾矿输送管路上加设缓流箱，同时 巨也将增大循环水返回选厂的泵送成本。巨 2．地形 回 经过距离和高程因素筛选之后，天然地形即成为决定性因素。通常，在适当比例地形 吕图上寻找适宜的天然谷地或凹陷区，凭借经验对每个可能的场地反复进行坝一库的试布置 吕和比较，以求以最少量的筑坝材料最大限度的达到所要求贮积容量。有时，当地貌特征可 回能预示未来尾矿库有很高的坝体和很大的库区面积，然而，从稳定性、危险性和经济因素 回考虑，坝高和库区面积都有一些实际限制。一般地，坝高在30～60m较为适宜，而高坝 回（高度超过120～150m）常常带来一系列设计和施工问题，应尽可能避免。另一方面。深 回度很浅、面积很大的尾矿库可能造成过量的渗漏、土地扰动和相应的土地征用费。但是 回在特定的地貌条件下，为达到必需的贮积容量，并不排除使用高坝或大而浅的库区。回 3．7卜立 回 与地形因素密切相关的是地表水文因素，目标是选择正常条件和洪水条件下地表径流 回流人量或流出水量最小的尾矿库址。地表水流人库内的水量与汇水面积成正比，为使流人 回量最小，避免水处理量过大，应尽可能地把尾矿库布设在流域上部靠近分水岭区，一般D地，总汇水面积以尾矿库面积的1／5～1／10倍为宜。水文因素影响主要来自三个方面，其 I一是大气降雨，其二是地表径流，其三是河流。暴雨径流和河流控制可能是初期投人极大D的长期项目。在确定坝址和坝结构时，应考虑适当的设计流量；为把地表水引出库区，可】采用河流引水渠、周边排水沟、盲沟；为加速径流，设计适当地面坡度，或采用不透水材】料覆盖地表；同时，应在建库之前，测定河流的原始水质数据。1 4．地质 地质因素影响坝基条件和潜在的渗流速率。软弱基础可能危及坝总体稳定性，可能因不适当的孔隙压力消散而限制坝体升高的允许速度，其影响方式如同尾矿泥限制坝升高一样。此外，尾矿库的渗漏通常受下部天然土壤或岩层的渗透性控制。尾矿库区设置在低渗透性基础上，可能降低尾矿废水向地下水渗漏，在戮土或其他垫层下面含水层中，地下水流动使污染物得以稀释。在尾矿库区内和周围最好含有钙质矿物，地下水中含碳酸盐，便可以从尾矿孔隙水中沉淀出重金属。 对于岩石基础，岩性类型和分布形态、地质结构和构造是最基本的背景资料。应避开大型构造破碎带和活动断层，了解岩层和优势不连续面产状，因为它们关系坝稳定性和地下水渗流状态，尽可能选择抗风化、抗化学侵蚀性能强的岩基。从广义上讲，还应考虑以往的和未来的采矿作业对基岩的破坏，例如破碎、塌陷等，它们也影响尾矿库的性能。 应当指出，决定尾矿库性能的往往不是一般地质条件，而是关键性地质因素。然而，在选址阶段，不可能投人充分时间和资金普遍进行详细地质勘察，因此也不可能在详细地 质资料的基础上对各备选场地进行可靠的对比，甚至引人误区。例如，从一般概念讲，可 能认为页岩地层上比较适合建库，因为页岩渗透性低，可以降低渗漏量。但如果页岩表面 风化和破碎强烈，甚至延至很深，则可能产生高渗透条件。这些条件的周密评价需要综合 全面的勘察程序。 几乎所有有关尾矿库岩土工程的论述都突出强调地质因素的重要性，然而，常常由于 上述距离、高程、地形和水文因素的约束，不得不把尾矿库址限定在地质条件不尽理想的 场地上。地质条件的正确识别只有在详细地质勘察之后才能得到。在备选库址筛选到I、 2个或准备最后确定时，应进行针对性的、全面详细的地质勘察。如果发现与地质因素有 关的“致命缺陷”，便可以提早识别和放弃。 尾矿库选址的筛选过程实际上是一个折衷过程，难得同时满足几个因素，但必须同时 兼顾几个因素。例如，如果考虑选矿废水的污染性质需要投人巨资铺设库底不透水垫层， 那么就不如选择低渗透性的天然地层建库，即使在距离卜超出限定范围，而不设垫层的经 济节省可能足以补偿远距离输送管路的初期费和泵送作业费。 5．地下水 地下水的当前状态在尾矿库选址中也起重要作用。天然地下水水位高及土壤饱和必将 限制初期筑坝所取用于材料的数量，同时亦必将使选矿废水迅速渗人地下水系，如果尾矿 库底与地下水位之间的非饱和带很长，可以减少这种渗漏影响，地下水渗流方向和梯度将 决定未来污染物迁移的速度和对地下水用户的可能不利影响，地下水源水质将决定废水渗 漏对其水质的影响。 如果尾矿库选在以往采矿作业影响区内，那里可能构成局部的地下集水凹地，酸性矿。山排水和相关问题可能在此有限范围产生强烈影响，而对附近其余地区影响可能很小，比；较适合。如果把尾矿库选在大型露天采场的上坡，矿山排水自然使尾矿库渗漏废水直接渗。人采场，从而限制污染物在地下水中广泛迁移，可使受污染的水得以适当处理或返回尾回 矿库。’＠。＿。＿。。；DM6．岩土材料互 土的特性和可利用性也是尾矿库选址的重要因素，必须提供足够数量的天然土构筑初刁 期坝，还须包含各种材料类型，例如充填心墙和垫层的轴土，内部排水带的砾石和渗滤层D 的砂等排水材料。对于岩土材料，需考察其成因，例如冲积、残积、塌积等；需考察土壤D 毗作用，土壤特性随时间的变化；需考虑土壤阳离子交换和溶滤作用。】7．尾矿性质 D 不同类型和性质的尾矿对尾矿库有不同的要求。应当考虑尾矿的物理性质、化学性 互 质。放射性和毒性及其可能的变化；尾矿状态（浆状、于或半于）及其输送和排放方法； 】＠a物数量及分贮与否。 羹 应当指出，在不同设计阶段，这些因素在确定库址中的作用可能不同。在开始阶段， D 舱于选厂的距离、地形和水文因素似为最重要因素，而在后期阶段，地质和地下水因素 1 可能起决定性作用。经详细地质和水文地质研究之后，若发现不利的地质条件或地下水条 琶 件；则可能必须重新评价选址问题，甚至否定前面的选址决定。尾矿库选址还必须结合尾 0 账瞅规划中的其他许多因素，如当地岩土材料的适用性；尾矿的特殊性质等综合考虑。 】盯库址与坝类型、布置方案密切相关，须通过合理调整，实现整体优化。 三、尾矿库的布置形式 尾矿库的布置是尾矿库选址过程的组成部分。因为，任一特定尾矿库场地的适毗③必须在充分论证它对特定布置方案的适应性情况下才能确认下来。从某种程度上讲尾矿布置方案有无限多种，但它必须与各种地形背景相适应，而且与所用坝类型无关，适幻特定尾矿、废水性质及库区特定条件的任意坝类型和升高方法。 1．环型 在没有天然凹地的平坦地区，最适合采用环型尾矿库。这种布置方案，相对于其眺量而言，其所用筑坝材料数量较大。由于尾矿库全封闭，所以消除了来自外部的地表陇矛量，汇水仅是尾矿库表面直接降雨量。环型尾矿库一般按规则几何图形布置，因此便H用任意类型垫层。 这种尾矿库可以分块并依序构筑和排放，因为渗流量与发生渗流面积成正比，故可以显著地降低渗流量，可以同时进行土地恢复，延迟建设费用，缺点是需要大量筑坝材料，大约比单一尾矿库所需量多50％。 2．跨谷型 跨谷尾矿库是由尾矿坝跨过谷地两侧拦截成尾矿库，布置型式近乎同于普通蓄水坝；可分单一尾矿库和多级尾矿库，因适用性广泛而为世界所普遍接受。跨谷型尾矿库尽可能靠近流域上游布置，以少洪水流人量。在采用多级型尾矿库时，最上级尾矿库因容积而负 巴担洪水压力大，需要精心控制地表水。通常采用山坡引水沟汇集正常条件下径流量，但＠”谷地坡度较陡可以环库布设大型截洪沟，最好采用蓄积、溢洪或在库上游用控水坝分卿法处理水径流。b 3．山坡型 回 山坡型尾矿库布置，库区三面采用尾矿坝封隔，因此，所需筑坝材料量一般比跨谷型布置多。在适于跨谷型布置但不切割排泄水系的场合，例如山前冲积平原上，或者在切割排泄水系会使汇水面积过大的场合，可以采用山坡型尾矿库。最适宜的山坡坡度是小于10％，坡度较陡时，筑坝材料量相对于贮积尾矿量增加过大，并且如果采用多级坝；上级坝体积占下级库容的比例很大。 4．谷底型 谷底型尾矿库兼顾跨谷型布置与山坡型布置的特点，非常适用于用跨谷型布置汇水面积太大，而用山坡型布置坡度太陡的场合。因为是两面筑坝，所需筑坝材料量亦介于跨谷型和山坡型布置之间。谷底型尾矿库往往采用多级型式，随着谷底升高，一个压一个地“叠堆”尾矿库，最终达到较大的总库容。 因为谷底型尾矿库多位于较窄的山谷地，往往需要越过原河槽布置，因此，必须绕库设置引水渠道，以输导最高洪峰流量。如果没有足够的空间布置渠道，则需以很高的代价在山谷坡面岩石中开挖较大宽度的渠道。当然，开挖的石料可用作初期坝材料。此外，为防止在预计洪水条件下外坝面发生高速渗流，需要在坝体逐渐升高过程中连续地抛石维护坝下游面，这样，谷底型布置可能不适用于中心线或下游升高方法。 四、尾矿库水的控制 地表尾矿库设计中一个非常关键问题就是要使所需处理的水量与坝型相适应。为此， 在规划的早期阶段，必须预计排人尾矿库的尾矿固料量、选矿废水、降水量和径流流人 量，并考虑适当的水控制方法。 地表水控制措施的正确设计对坝体抗洪安全性是十分重要的。经验表明，有些尾矿坝 可能经受住边坡破坏；渗流引起的破坏，甚至局部液化，但几乎没有能幸兔于防洪措施不 当所引起的漫坝破坏。库水漫过坝顶之后，尾矿坝遭受快速下切侵蚀，很短时间即可完全 溃坝。 尾矿坝的水文分析方法和水力结构物设计方法基本上与普通蓄水结构物相同，尾矿坝 的洪水设计准则和水处理方法略有别于普通水坝。 （一）正常流人量处理 在地表水处理中，首先要考虑正常流入尾矿库水的处理，即正常气候条件下正常选矿 作业排人尾矿库的废水、大气降水和地表径流水。正常流人水量处理的关键是流人水量与 流出水量之间的水平衡，在整个工作期间，库内水量保持相对稳定，实现平衡。 流人尾矿库的水源主要有选厂排放的水，沉积滩和沉淀池上直接降雨、尾矿库区汇水 面积内的地表径流和矿山排水。不可能控制降雨量，但可以根据当地年平均降雨量作出粗 略估计，如果地处山区，因高程和地势影响，实际降雨量可能变化很大。尾矿库的尾矿浆 体水含量因不同作业而变化很大，按重量比，一般SO％～85％。如果已知选厂的尾矿的 产出率和排放浓度，可以很容易地计算出排水量。通过提高浆体浓度（例如高浓度排放） 可以在有限范围内控制尾矿废水量。通过尾矿库区选择可使地表径流量减小，但年平均径 流量估计比较复杂，除受降雨因素影响外，还受土壤类型、植被和坡度的影响。特定尾矿｛【的降雨和径流数据最好取自当地气象站和水文站。j 为了设计有效的水控制系统，还需考察尾矿库的流出水。流出水包括选厂循环再利用s 水、蒸发、渗流、尾矿孔隙保有水和直接排水。这里，尾矿孔隙中保有的水可以看作是从OS矿排放过程中“消耗掉” 的水，可以根据单位孔隙比的概念估计出其量。回 可以根据区域性年平均蒸发量等值线图估计蒸发量。通常假定蒸发作用只发生在沉淀互 滁面，因沉积滩上蒸发估计很难，往往忽略不计。显然，蒸发量的控制因素是沉淀池的互 规模。琶 返回选厂的再利用水量，各地区因选矿性质不同，差异较大，一般在尾矿库规划的初D＄阶段，很少有充分的资料进行复杂的渗流分析。为水平衡估计，一般采用类比法，即根D 辙删规模的相当类型尾矿，相近渗透性的尾矿库经验估计渗漏量。影响渗流的因素有尾至 矿的物理和化学性质、尾矿库基础地质条件、尾矿坝和渗滤设施的特性。渗流水控制方法 l 搜包括坝体分带和排水；布设降压井、防渗墙和截流沟；不透水铺盖；改变沉淀池位 l 能。 D 直接排泄是尾矿库排出水的主要方式之一，控制方法包括溢水系统（溢水塔、输水平 】嗣等）和导水工程，或通过溢洪道排出。尾矿库水管理中，应尽可能避免直接排放至环境 中，为防止水污染，应经水处理后再排放。而巨，应尽可能在选厂进行水处理，因婉选，厂内消除污染可能比在尾矿库区内处理水经济得多。Z 水平衡方法只能供尾矿库中预计蓄积水量的粗略估计。实际上，水流人量和流出钥，是变量，并且对许多因素都非常敏感，在尾矿库缺少实际作业经验的情况下，这些影响p素又很难确定。例如气候因素经常发生偏离“平均”条件的季节性和年度变化。最好们。进行水平衡计算，估计水蓄积的季节性波动变化，按年度采用假定的“于”和“湿j’状O划分潜在的水蓄积或排空的上限和下限。g 应当承认，在尾矿库的整个服务期间，随着尾矿表面的升高和覆盖面积的扩大，8＆，库表面积、沉淀池水量和支流汇水量也在变化，因此，要全面掌握长期水平衡变化必须对。尾矿库整个服务期间的不同时期进行分析。类似地，渗流流出量在尾矿库的整个服务期间也是变化的，而巨在任一时期都比较难以估计。Z 尽管水平衡方法存在这些局限性。但却可以预测过剩水足否在尾矿床内长期蓄积gU别是否需要采取导水渠道或其他措施以减少流入水量。如果在于燥气候条件下，选厂排＄＿水处理比较简单，只需构筑较高尾矿坝，扩大沉淀池表面积以增强蒸发。在这种场合，j．了预测达到稳态条件的高程（这里，净流人量与蒸发损失平衡入从而预测池水稳定的高g程，需要进行分期水平衡分析。如果水平衡分析表明有长期水蓄积，则可以限制采用剿。不适合贮水的升高坝型。水平衡分析也可用来快速诊断降水量远远超过流出量的某些危卜场合，以便采取有效措施，防止灾害发生。 （二）洪水处理 洪水处理的规划和理化估计主要考虑降雨、融雪或两者共同作用引起的极端事件。as水可以两种方式危及尾矿库通过提供过大的人库水量，漫坝而引起坝破坏；或者通过坝。址侵蚀，引起坝面损坏或最终破坏。。 1．设计准则f 尾矿设计洪水的选择包含一定的风险，这是由洪水可能引起的坝破坏后果、库的议模、下游经济发展程度和土地利用情况所决定的。通用的洪水设计准则有不确定性准则（即采用概率统计方法求得重现期洪水）和确定性准则（即按照气象和气候条件确定极端洪水）。2 （卫）不确定性方法 可以根据河流观测记录、降水记录及尾矿库流域的水文特性从统计上求得重现期洪水。指定水平洪水的年出现概率等于其重现期的倒数。目前，还没有尾矿库可接受破坏风险水平的准则，但从工程实用出发，一般地，设计破坏概率不应超过百分之几．风险水平的确定主要取决于破坏对下游居民和土地用户的危害，对采矿和选矿w业本身所造成的后果，长期影响的环境后果，以及清除废渣的经济后果。 （2）确定性方法 是在不考虑洪水出现概率情况下估计可能最大洪水，即根据区域内气象和水文条件的可能最不利联合所预计的可能最大降水推断的洪水。最大可能降水往往约为100年再现期降水的5倍。 设计洪水的量值决定于尾矿库的规模、坝高、破坏的环境、经济和伤亡后果等因素。一般，除小型尾矿库（坝），大多数尾矿库要以可能最大洪水进行设计。对于风险水平低至中等尾矿库，如果随着尾矿坝升高和库容扩大能提供附加的洪水处理能力，在尾矿排放 的初期，适当水平的重现期洪水亦是可以接受的。 估计可能最大洪水产生的总水量适当扣除时，可以在尾矿库排水区域上渗人量累加可 能最大降水求得。所以，选择适当的可能最大降水值需要掌握有关尾矿库设计的极限使用 值和所设计尾矿库类型的知识。所要考虑的暴雨有普通暴雨和雷暴雨两种，前者可能产生 最大的总流人量，是确定封闭型尾矿库蓄洪量的重要因素；后者可能产生较高的峰值流 速，是控制溢洪道和引水渠道设计的重要因素。可能最大降水资料是由当地气象部门提供 的，因为降水最容易受到库区地理因素如高程、风向、地形障碍的影响。 应当再一次强调说明，洪水估计和控制是尾矿库成功设计和运作的关键，务必注意。 2．控制方法 正如前面所指出的，洪水的主要威胁是漫坝的危险，最好是通过合理选择尾矿库址实 现人库水量控制。处理洪水方法主要包括以下几种 门）主要方法是在库内蓄积洪水，就是说，尾矿库无论何时都以充足的容积接受设计 洪水流人量，而卜升坝仍保持适当的超高。如果以某种保守程度确定设计洪水量，在尾矿 库整个服务期限内未必能经受到如此大的洪水，即使出现设计洪水，如果处在干燥气候地 区，所蓄积的径流量最终被蒸发掉。在其他地区，如果洪水受尾矿废水污染，则需要以适 当速度加以处理和释放，但这种处理费用往往很高，有时甚至很难处理。 （2）最常用的排水方法是根据库基地形、尾矿坝升高和排洪能力需求，在库内预设一 系列排水井，各排水井通过库底基础的排水涵洞排出洪水。排水井的结构尺寸和排水方式 橱口式、框架式、叠圈式、石坝块式）可根据排水能力选择和设计。 （3）有些地区，地形制约实际坝高和尾矿库容积，并兼有高降雨量和高负荷选矿废水 ＃敝量，使得尾矿库不能蓄积洪水量。在这样情况下，惟一选择是在选矿废水排人尾矿库 掀进行水处理，以防混人洪水后造成污染危险。这时，洪水可以经由溢洪道排泄。有些 地区，雷暴雨的可能最大降雨量决定溢洪道设计，峰值流速（而不是总流人量）是最重要 的。但是，升高坝使用溢洪道很不方便，每次坝升高必须在新的坝顶标高构造新的溢洪 道，这明显增加施工的成本和困难，在极端情况下，可能要改作一次建成的挡水坝。 1（4）在多数场合，引水渠道适于疏导正常径流量，但也可以用作尾矿库周围排洪。不 过，如果设计洪水量较大，相应需要较大的渠道（一般地，可能最大洪水的引水渠道宽超 ；们om），且为防止过高水流速度的冲蚀又需抛石护堤，这样，若设计引水渠过长，则施 。工可能很不现实，除非引水渠开挖材料可作为升高坝的初期坝的构筑材料。 。（5）露天矿山，通过废石场与采场的合理规划也能为尾矿库提供有利的水控制条件。 ；l［以把选厂和尾矿库布置在采场和废石场的下游区。如果采场位于尾矿库的排水区域内， 3of坑本身的容积可能贮积的最大洪水。如果运输距离合理，可以把废石场跨过尾矿库排水 i 胸横向布置，即在基本上不发生额外支出情况下通过废石散体实现极端洪水的导流。但 卜场安全防洪问题和废石场可能的泥石流危险需另作评价。 g 陀）与引水渠相关的一种方法是导流堤，就是在尾矿库上游、尽可能靠近尾矿库、横 g 服矿库排水区构筑导流堤。如果尾矿库处在较浅的基岩上，岩石中开挖引水渠费用太 g 氏阳E常适用这种方法。靠近导流堤的水流速可能很高，如果导流堤是采用天然土构筑 2 小可能需要片石护堤，当然，最好采用露天开采的大块、耐侵蚀废石构筑。 d（7）在非常特殊的场合，例如尾矿库处在一个狭小、缩窄的谷地，上游排水区域又很 薯大，而陡峭的谷坡不可能在尾矿库周围采用引水渠或导流堤排洪，这时，需在尾矿库介游构筑单独的洪水控制坝。洪水控制坝应能完全蓄积其上游排水区域的预计洪水径佩，并穿经坝下布置涵洞，以逐渐排空坝内所蓄积的水。应尽可能避免使用这种方法，因｝水控制坝需要大量的、甚至超过尾矿坝本身的筑坝材料，而且又不能分阶段构筑，－定窒巨在尾矿库作业之前完成，以实现预期的防洪作用。另外，掩埋式涵洞的维修也成问题，80洞的有限寿命可能使之必须在尾矿库废弃和土地恢复开垦之后再提供永久性水控制设施。0 五、尾矿库的渗漏控制
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