C 洪水计算的方法和内容
尾矿场洪水计算内容包括设计暴雨、设计洪峰流量、设计洪水过程线及洪水总量,并进行调洪计算,通过调洪计算确定排洪构筑物的最大下泄流量,据此确定排洪构筑物的型式和尺寸。
尾矿场都是没有实测径流资料的小汇水面积,只能利用暴雨资料推算设计洪水。洪水计算宜采用多种方法,并通过洪水调查进行比较,采用接近洪水调查的计算结果。各省、各地区水文部门编制的水文计算资料及水文图集是水文计算的重要参考资料。
(四)排渗构筑物
排渗构筑物是降低尾矿场浸润线的工程措施。其作用是降低堆积坝的浸润线,以免浸润线在堆积边坡逸出,尽量缩小堆积坝坡的饱和区,扩大疏干区,促进尾矿的排水固结,从而提高堆积坝的稳定性;堆积坝坡面下一定范围内的尾矿被疏干,能有效地防止尾矿砂产生振动液化,提高堆积边坡的动力稳定性。由此可见,排渗构筑物是尾矿场的重要工程设施,特别是大中型尾矿场和强地震区尾矿场不可缺少的设施。
排渗设施设计应以渗流稳定和动力稳定所要求的渗流控制条件为依据。
A 排渗构筑物的型式及其选择
尾矿场的排渗是近几十年才开始广泛采用,其结构型式仍在不断发展和完善,目前大致有两类:即水平排渗和垂直排渗。
水平排渗是采用接近水平的排渗盲沟或水平排渗层,将渗水截流汇集起来并集中排出坝外,以达到降低浸润线的目的。如图10所示,其结构型式有无砂混凝土管,带孔钢筋混凝土管(或铸铁管)外包反滤层,还有采用堆石外包反滤层的。实践证明,水平排渗盲沟在粗颗粒尾矿中效果良好,在细颗粒尾矿或水平细尾矿夹层较多的条件下,反滤层容易被堵塞,也难以降低水平细尾矿夹层以上的悬挂水层,一般效果欠佳。[next]
垂直排渗是以垂直渗水井汇集渗水集中排出坝外。渗水井的型式有无砂混凝土管井、拼装式带孔钢筋混凝土井圈外包反滤层,也有采用堆石外包反滤层的渗水井。在不能自流的条件下。有的采用潜水泵抽水,因要求泵的抽水能力与井的渗水量一致难以控制,目前应用较少。大石河尾矿场采用倒虹吸管抽水,效果良好。马钢凹山尾矿场采用轻型井点降水,也有良好效果。
无论水平排渗或垂直排渗,其集中起来的渗水需用排水管引出坝外,有时可能通过浸润线以上的疏千区,为防止水流再渗回尾矿内,因此应采用不渗水管引出。
B 排渗设施的平面布置
排渗设施的平面布置根据尾矿场的地形条件、尾矿的渗透特性和尾矿的堆积高度通过渗流计算或渗流电模拟试验来确定。一般先根据一般原则初拟布置方案,再进行计算或试验,直至满足渗流控制要求。排渗设施平面布置的一般原则为:
(1)排渗设施一般与透水初期坝共同起排渗作用,排渗设施距初期坝坝顶约1倍尾矿砂的影响半径处开始布置,对透水初期坝影响不到的堆积坝坝肩或不透水初期坝坝前的堆积坝,应距初期坝坝约0.5倍尾矿砂的影响半径处开始布置。
(2)堆积坝的浸润线一般在1/2~2/3的堆积高度范围逸出(不包括悬挂水的逸出点),故排渗设施只需在此范围内布置,尾矿粒度细者取大值,尾矿粒度粗者取小值。
(3)排渗构筑物的间距,与尾矿砂的影响半径、排渗构筑物尺寸及降水深度有关,一般可取略小于1倍影响半径的值。
(4)尾矿堆积体与地形相交处,由于原地面的透水性小,渗流在此条件下产生壅高,在排渗设施影响不到的地段,宜设坝肩排渗盲沟。
C 反滤层的设计和施工
反滤层的设计,一般应通过试验确定参数,再进行设计。在无试验资料的情况下,一般采用工程类比法进行设计。
a 反滤层必须满足的条件
(1)任意一层的反滤料不应穿过粒径较粗一层的孔隙;
(2)每一层内的颗粒不应发生移动;
(3)被保护土层的颗粒不应被渗水携带出反滤层,但特别微细的土粒是允许被水带走的;
(4)反滤层不应被淤塞,即特别微细的土粒能通过反滤层的孔隙。
b 反滤层设计控制方法
为满足上述条件,建议用下列方法控制:
式中 D15———反滤料的粒径,小于该粒径的土占总土重的15%;
d85———被保护土的粒径,小于该粒径的土占总土重的85%;
d15———被保护土的粒径,小于该粒径的土占总土重的15%.[next]
对于以下的情况,建议作某些简化后,仍用以上方法初步选择反滤料,然后通过试验确定。
(1)对于不均匀系数较大的被保护土,可取η≤5~8细粒部分的d85、d15作为计算粒径。
对于不连续级配的土,应取级配曲线平段以下(一般是1~5毫米以下)的粒组的d15、d85作为计算粒径。
(2)不均匀系数η>5~8的砂砾石作为反滤料第一层时
1)选用小于5毫米以下的细粒部分的D15作为计算粒径;
2)要求大于5毫米的砾石含量应≤60%.
(3)不能以上述方法确定的反滤料,均应由试验确定。
反滤层的施工是项较细致的工作,一则厚度小,不便于大机械施工;二则质量要求严格,必须精心施工才能达到要求。首先应按设计要求选择合适的料场,按要求的粒径、级配、不均匀系数、含泥量等进行精心备料;同时,按照有关规范和设计要求进行反滤层的基础处理,做好铺填反滤层的准备。接着铺填反滤层,铺填时必须严格控制厚度,一般宜每10米设一个样板,并经常检查。砂和砾料应适当洒水,相邻层面必须拍打平整,保证层次清楚,互不混杂。铺好反滤层后,应铺填保护层。在施工过程中,搬运反滤料时应保持湿润状态以免颗粒分离,防止杂物或不同规格物料混入。铺筑反滤层须自底部向上进行,不得从坡面上向下倾倒。分段铺筑时,必须做好接缝处各层之间的连接,要求接缝层次清楚,不得发生层间错位、折断、混杂。反滤层施工应按有关施工技术规范进行,每道工序经过验收合格后,方可进行下一道工序的施工。
化纤反滤布是反滤层的良好代用料,其施工方便,比较经济,现在尾矿场设计中已有大量应用,今后应进一步加强试验研究,使其更适合尾矿场反滤层的设计要求。目前反滤布的应用中要注意反滤布的透水性与尾矿的透水性相适应,特别是与在高压状态下的透水要相适应。
(五)尾矿场的回水构筑物
很多选矿厂利用尾矿场的回水代替水源供水,取得了良好的经济效益,节省了能源,避免了与农民争水,也减少了对下游的污染。
决定尾矿场是否回水,主要根据技术经济比较确定,有时也根据环境保护要求而决定回水。
尾矿场回水的回水量,应根据来水量、用水量及损失水量,通过水量平衡计算确定。
尾矿场回水往往与堆积坝的安全有矛盾。堆积坝的稳定要求沉积滩有一定长度,也就是对尾矿池的池水位与堆积坝坝顶之间的高差有一定要求,为了多回水,又希望这个高差要小,以便多蓄水。此时,堆积坝的稳定是主要的,回水应服从坝体稳定的要求。
随取水方式的不同,有不同的取水构筑物。
(六)排水沟
为了确保尾矿场的安全和便于尾矿场的管理,还应根据需要设置下述排水沟。
A 坝肩排水沟
为防止尾矿场两坝肩以上山坡的洪水冲刷坝坡,需在坝肩坚实地基上修建浆砌片石或混凝土排水沟,其断面尺寸一般应通过洪水计算及水力计算确定。
B 坝坡排水沟
为防止暴雨径流冲刷尾矿场的边坡,不仅要采取护坡措施,还应设置坝坡排水沟。一般每隔10~15米高设一条水平排水沟,向两坝肩流入坝肩排水沟;当堆积坝轴线较长时,宜设人字形排水沟。
(七)尾矿场的管理设施
A 观测设施
为了监测尾矿场的运行情况,需设置长期观测设施。观测设施的项目包括:位移观测、渗水量及水质观测、水位观测、浸润线观测和孔隙水压力观测等。大型尾矿场应设置较全面的观测设施;其他尾矿场也应视具体情况设置必要的观测设施。
B 管理设施
为方便尾矿场的维护与管理,应适当配备下述设施:
(1)值班房:包括值班室、工具室、器材室、会议室等。
(2)机具:主要是筑坝机具,如推土机、装载机具及水上交通工具等。必要时可设简易检修设施。
(3)其他附属设施:如道路、照明、通讯设施等。
对远离厂区的尾矿场,必要时应配备生活福利设施。