C 初期坝的构造
(1)初期坝的坝顶宽度,一般应满足交通要求和坝顶放矿的操作要求。
对采用废石堆坝的尾矿场,坝顶宽度还应满足排废石的特殊要求。
(2)初期坝的坝基处理。初期坝是一种水工构筑物,作为尾矿场基础的初期坝坝基,必须严格按水工构筑物有关规范、规程的要求,进行认真的处理,将初期坝置于稳定可靠的基础上。
1)软土地基,应按软弱坝基进行处理。
2)以砂砾(卵)石组成的地基。首先应研究有无集中漏水通道和地基本身的渗流稳定性,如可能产生集中漏水,应以截水墙截断其通道;对可能产生渗流破坏的地基,应采取防止渗流破坏的措施,如铺设反滤层或挖除。
3)初期坝的反滤层,应嵌入强度稳定和渗流稳定可靠的地层中。
4)初期坝与岸坡接触地段,可适当开挖成齿槽,反滤层及斜墙应嵌入齿槽内。
(3)初期坝的坝坡。坝坡坡比与坝身结构、筑坝材料的性质、坝基地质条件、施工方法、坝高、地区地震烈度有关,一般应通过稳定计算最终确定。
初期坝的静力稳定计算,土坝一般采用圆弧滑动法或改良圆弧法进行;堆石坝按折线法计算。其动力稳定计算,一般采用拟静力法计算,其参数的选取,应考虑动荷载的影响。
初期坝的下游边坡,每隔10~15米高差设置宽度为1~2米的戗道。土坝的下游坝坡应当根据需要设置坝坡排水,并在坡面种植草皮做为护坡。
初期坝中的反滤层,是坝体的重要部分,拟在排渗设施中一起讨论。
(二)尾矿场的堆积坝
堆积坝是指用尾矿本身堆积而成的尾矿堆积体,又称后期堆积坝。
A 堆积坝的型式及堆坝方法
堆积坝的型式与堆坝方法相联系,可概括如下:
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一次筑坝的(包括废石筑坝)尾矿场不用尾矿堆坝,故没有堆积坝,是尾矿场的特殊情况。
上游法堆坝的堆积坝,自初期坝坝顶开始以某种边坡比向上游逐渐推进加高,初期坝相当于堆积坝的排水棱体。这种堆积坝堆坝工艺简单,操作方便,基建投资少,经营费低,是我国目前广泛应用的堆积坝坝型。但其支承棱体底部由细尾矿堆积而成,力学性能差,对稳定不利,且这种堆积坝浸润线高,有待改进。
中游法堆坝的堆积坝,如图5所示,是以初期坝轴线为堆积坝坝顶的轴线始终不变,以旋流器的底流沉砂加高并将堆积边坡不断向下游推移,待堆至最终堆积标高时形成最终堆积边坡。旋流器的溢流排入堆积坝顶线的上游。这种堆积坝改善了尾矿场支承棱体的基础条件,支承棱体基本上由旋流器底流的粗尾矿堆积而成,浸润线也有所降低,对堆积坝的稳定有利,因此生产上希望采用这种堆积坝,但用旋流器筑坝又给生产带来很多麻烦,如旋流器的移动和管理,临时边坡的稳定及扬尘等问题,使其应用受到限制,加之其基建投资高,目前实际应用还不多。
下游法堆坝的堆积坝,如图6所示,自初期坝坝顶开始,用旋流器底流沉砂(溢流排入坝内)以某种坡比向下游逐渐加高推移,先逐渐形成上游边坡,直至堆到最终堆积标高时才形成最终下游边坡。这种堆积坝采用大量旋流器底流沉砂筑成堆积坝,彻底改善了支承棱体的基础条件,降低了浸润线,稳定性和抗震性能均好。但旋流器堆坝工作量大,应考虑旋流器底流沉砂量与堆坝工程量的平衡。也存在中游法堆坝所存在的问题,因此目前应用较少。
湖北省王集磷矿尾矿场和山西峨口铁矿第二尾矿场采用下游法堆坝,均已投产,将为我国下游法堆坝积累经验。
B 堆积坝的边坡
堆积坝的边坡,应根据尾矿的物理力学指标、参考类似工程初步拟定,其一般值在3.0~1:5.0之间,然后进行稳定计算,采用能满足边坡稳定最小安全系数要求的边坡作为设计边坡值。在拟定边坡及稳定计算中,对地震区的尾矿场还应考虑地区的地震烈度。
为了便于检修,坝坡上每隔一定高差留一戗道,其宽度根据管理和交通条件确定。
坝坡应设护坡,以防雨水冲刷和尘土飞扬,一般可用山皮土护坡,并可以在山皮土上种花草或小灌木林,禁止种乔木林,并设坝坡排水及坝肩排水沟。
C 堆积坝的稳定及其计算
堆积坝的稳定包括静力稳定、动力稳定和渗流稳定,均应进行相应的计算。
静力稳定计算的目的是验证拟定坝坡的稳定安全程度,一般采用圆弧滑动法或静力有限元法进行计算,要求堆积边坡的最小安全系数。
动力稳定分析是为验证坝坡在动力(一般是地震)条件下的稳定性及产生振动液化的可能性、液化的范围及液化深度。一般采用有限元分析法,同时采用现场试验进行判别,以资互相验证。对一般小型工程,可采用拟静力法进行计算。
渗流稳定计算的目的是验算堆积坝在渗流条件下的稳定性,是否会产生渗流破坏,并应控制渗流出逸坡降小于尾矿的允许坡降。
稳定分析一般按下述步骤进行:
(1)通过工程地质勘察或工程类比的方法取得稳定计算所需资料及参数。并拟定计算断面。
(2)进行渗流分析,确定堆积坝的浸润线,并进行渗流稳定分析,求得满足渗流稳定要求的断面。
(3)对不进行动力稳定分析的堆积坝,应进行边坡稳定计算,求得边坡稳定最小安全系数,判断边坡稳定与否,若不稳定或安全系数不满足要求,应修改断面或采取有利于稳定的工程措施,重做渗流分析和稳定计算,直至满足边坡稳定最小安全系数要求。
(4)需进行动力稳定分析的尾矿场,先进行静力分析确定静力工作状态,在此基础上进行动力分析,求得动应力及应力水平,判断液化与否及液化区的范围。必要时再采用圆弧滑动法进行边坡滑动计算,从而确定所拟定的边坡是否稳定;如不稳定,应修改边坡或增设有利于动力稳定的工程措施重新计算,直至满足稳定要求。[next]
(三)排洪构筑物
排洪构筑物是排泄尾矿场内洪水的工程措施,是保证尾矿场洪水安全的重要设施,一般由溢水构筑物和排水管(洞或渠)及其出口消能设施组成。
A 尾矿场洪水设计标准
B 排水构筑物的型式及其选择
尾矿场排洪构筑物有以下几种型式:
(1)溢洪道排洪(图7),一般布置在坝肩或尾矿场周围的垭口地形上,以浆砌片石或混凝土砌筑成的溢流堰、排水陡槽和消力池组成,适用于各种大小的泄流量。但对堆积标高不断上升的尾矿场,只能用于尾矿场终了以后的排洪或某种特定条件下的临时排洪。一般在一次筑坝的尾矿场中应用。[next]
(2)斜槽式排洪(图8),由斜槽、结合井(消力井)、排水管(或隧洞)及出口消力池组成,适用于小流量的尾矿场。
(3)溢水塔式排洪(图9)由溢水塔和排水管(或隧洞)及其出口消能设施组成,适用于各种流量的排洪。溢水塔有窗口式和框架式两种,前者用于小流量,后者用于大流量。
以上各种排洪构筑物,可根据最大下泄流量选择,拟定其尺寸,进行水力计算,必要时,选取不同型式,通过经济技术比较确定。