尾矿坝设计与修筑的安全标准和环保要求提高

第二节　尾矿坝

尾矿坝的坝型可分为两大类:一类是初期坝用土、石材料筑成，后期坝（也称为子坝）用尾矿筑成。初期坝可做成透水坝（近年来采用较多），也可做成不透水坝（国内早期采用较多）。后期坝一般采用上游法筑坝，在地震较多的国家（如日本、智利等）常采用下游法或中间加高法筑坝。另一类是整个坝体全用土、石材料筑成，即类似于修建水库，将尾矿全部装于库内，为延缓投资，也可分期筑坝。此类坝型只用于尾矿颗粒极细不能用来筑坝或采场废石量较大可用来筑坝的情况。

一、尾矿坝的特点

尾矿坝不仅对下游城镇、铁路交通、农田、水利、安全环保等方面有重要影响，而且与矿山采选生产也密切相关。尾矿库的库容大小与采矿选矿生产规模有关，采选的总图布置也与尾矿库址选择相关。尾矿库建设应有较长远的规划方案，要考虑生产、技术经济条件及对下游安全、周围环境的影响等。因此，尾矿坝建设不仅是重要的特殊工程，而且又是政策性很强的管理科学，有很强的经济效益、社会效益和环境效益。

尾矿坝不同于水库坝，有其自身的特点。

（1）为了少占农田，尾矿库往往选择地形条件差、山谷狭窄坡陡的地段，其库容小，汇水面积大，调洪库容小，致使尾矿筑坝高、库水位高，因此对尾矿库排洪设施有特别要求。

（2）尾矿坝筑坝材料是选矿厂排出的尾矿浆，粗细尾砂有不同的筑坝物理特性，而且尾矿坝又是选矿厂边生产边筑坝，不仅要满足选矿厂排尾筑坝要求，还要满足尾矿澄清回水利用的需要。通常尾矿冲填坝的坝体浸润线较高，对尾矿坝的坝坡稳定、渗流、管涌及饱和尾砂的地震液化等都应予以高度重视。因此，尾矿坝有边缘学科的特点，涉及到水文气象、土工、工程水文地质、采矿、选矿工艺及环保等专业。

（3）冶金矿山生产的发展使选矿厂排放的尾矿及废水量不断增加，大多数有色金属矿山的尾矿和废水中均含有有害物质。如果不加以妥善处理，会造成污染日趋严重。因此，尾矿坝的设计与修筑不仅堆筑高度趋于加大，而且安全标准和环保要求也要提高。

二、尾矿筑坝的主要方法

尾矿筑坝是由尾矿堆积而成的坝，它是尾矿库中最主要的构筑物。目前，尾矿的湿法堆积形式有上游法、中线法、下游法、高浓度尾矿堆积法和水库式尾矿堆积法（尾矿库挡水坝）五种。

（一）上游法尾矿筑坝

该方法筑坝工艺比较简单，一般在沉积干滩面上取库区内粗粒尾砂堆筑高度为1～3m的子坝，将放矿支管分散放置在子坝上进行分散放矿，待库内充填尾砂与子坝坝面平齐时，再在新形成的尾矿干滩面上，按设计堆坝外坡向内移一定的距离再堆筑子坝。同时，又将放矿管移至新的子坝上继续放矿，如此循环，一层一层往上堆坝，如图7-3所示。

图7-3　上游法尾矿筑坝

上游法尾矿筑坝的稳定性取决于沉积干滩面的颗粒组成及其固结程度。干滩面坡度由矿浆流量、浓度、尾矿粒度、库内水位等诸多因素决定。坡度与距离的关系一般呈指数分布规律。矿浆流量大、浓度低、尾矿砂粒度粗、库内水位低（干滩面长），则干滩面坡度就陡，反之则缓。上游法尾矿筑坝的优点在于筑坝工艺简单，适合粗、细尾矿充填筑坝，可形成较长的筑坝滩面，坝坡比较容易维护管理。上游法尾矿筑坝的缺点是容易形成复杂的、混合的坝体结构，致使坝体内的浸润线抬高或从坝面逸出，从而引起坝体产生渗透破坏或滑坡、滑塌。尤其是在地震时容易引起液化，降低坝体的稳定性。

（二）下游法尾矿筑坝

尾矿堆积坝在初期坝下游方向移动和升高，而不是坐落在松软细粒的尾砂沉积物上，基础较好，后矿排放堆积易于控制。采用水力旋流器分出浓度高的粗粒尾矿堆坝，粗颗粒（d＞0.074mm）含量不小于70%，否则应进行筑坝试验。坝体可以分层碾压，根据需要设置排渗，渗流控制比较容易，把饱和尾矿区限制在一定的范围。坝体稳定性较好，容易满足抗震和其他要求。下游法尾矿筑坝如图7-4所示。

图7-4　下游法尾矿筑坝

下游法尾矿筑坝的优点为:

（1）尾矿堆积坝不必建在充填密度较低的上游尾矿冲击滩上。

（2）下游面粗粒尾砂充填可按作业规定分层压实筑坝。

（3）下游面底部排水系统可控制降低坝内浸润线位置。

下游法尾矿筑坝主要缺点为:

（1）需要大量的粗粒层矿，特别是在使用初期，存在粗粒尾矿量不足的问题，会增加筑坝的建造费用。

（2）需要一套旋流器分级设施及推土机等机械配合。

（3）存在产生粉尘的问题，不便于维护管理。

（三）中线法尾矿筑坝

中线法尾矿筑坝实质上是介于上游法和下游法之间的一种坝型，其特点是在筑坝过程中坝顶沿轴线垂直升高，堆坝尾矿仍采用水力旋流器分级，和下游法尾矿筑坝基本相似，但与下游法尾矿筑坝相比，其坝体上升速度更快，筑坝所需材料少，坝体的稳定性基本上具有下游法尾矿筑坝的优点，而其筑坝费用比下游法尾矿筑坝低。中线法尾矿筑坝如图7-5所示。

中线法尾矿筑坝的优点是:坝顶升高到任意高度时所要求的尾砂量都较少，因此，初期分层加高时，要求超越层矿池面高度的困难少些。缺点是:升高到尾矿坝的上游面时要十分谨慎，如上游充填上升速度快、坡陡，会出现剪切破坏，水位高时也可能漫顶。

图7-5　中线法尾矿筑坝

（四）高浓度尾矿堆积法（圆锥法）

近年来，国外兴起了一种浓缩尾矿的堆积方法，将尾矿浓缩到40%～70%的浓度，由砂泵输送到尾矿堆积场的某一部位排放，由于高浓度尾矿成浆状或膏状，分级作用比较差，在排放口可以形成锥形堆积体，堆积体坡度由矿浆的性质决定，如图7-6所示。这种堆存方式适合在较大面积的平地或丘陵地区，但是高浓度尾矿堆积法在我国尚处于研究阶段。

高浓度尾矿堆积法的优点为:

（1）尾矿库基建投资和运营费用大大减小。

（2）周边坝等高的情况下，库容量增大。

（3）尾矿堆积稳定无坍塌。(https://www.chuimin.cn)

（4）由地震作用力引起液化的敏感性降低。

（5）无须溢流排水系统。

（6）渗流引起环境污染的可能性减小。

（7）废弃和复用过程简单。

高浓度尾矿堆积法的缺点是:技术含量高，操作复杂，管道的磨损大。

图7-6　高浓度尾矿堆积法

（五）水库式尾矿堆积法（尾矿库挡水坝）

该法不用尾矿堆坝，而是用其他材料像修水库那样修建水坝。此类坝称为尾矿库挡水坝，设计时应按水库坝的要求进行。

三、尾矿库的安全

尾矿库作为一种特殊的工业构筑物，具有保护环境、保护有用矿物资源、节约水资源的功能。但是，由于尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源，存在溃坝危险。特别是多数尾矿库下游存在居民区、城镇、工厂、公路、铁路等重要设施。由于尾矿库溃坝时尾矿碴往往立即液化，溃坝的缺口被扩大，高势能的人造泥石流沿山谷往下游倾泄，其危害程度远比水库大坝溃坝严重，而且还会造成严重的环境污染。因此，尾矿库安全运行是矿山企业安全生产中非常重要的问题。

在国外直接造成百人以上死亡的尾矿库事故并不鲜见。如:智利2025年因发生7.25级地震，使12座尾矿坝不同程度地遭到破坏，造成270人死亡，是世界尾矿史上最严重的灾难性事故；2025年南非Merriespruit尾矿坝溃坝，导致17人死亡；2025年圭亚那阿迈金矿尾矿坝遭受破坏后，900名圭亚那人因饮用氰化物污染水而死亡；2025年加利福利亚州地震引起的TaoCannyon尾矿坝溃坝，带来了巨大的经济损失和环境污染；2025年SodaButte河因一座尾矿坝溃坝使该区域受到严重污染。

在国内，2025年8月25日湖南柿竹园有色矿牛角垄尾矿库溃坝，死亡49人，直接经济损失达1 300万元；2025年10月18日上午，广西南丹县大厂镇酸水湾的鸿图选矿厂的尾砂库突然塌坝。当坍塌发生时，随着“轰隆”一声巨响，1.5万m³的尾砂流冲破坝首，沿着20m宽的山沟狂泄奔腾，瞬间浊流滚滚，尾砂流所到之处鸡飞狗跳，房屋倒塌。这起事故共造成28人死亡，56人受伤，70间房屋遭到不同程度的毁坏；2025年4月30日，陕西镇安县发生黄金尾矿溃坝事故，当时，镇安县黄金矿业有限责任公司正在对其尾矿库实施加坝增容施工，但部分主体坝突然发生垮塌，奔涌而出的尾矿浆将坝下40间房屋吞噬，造成5人受伤、17人死亡；2025年11月25日，辽宁海城尾矿库发生溃堤事故，致使坝下两个村的近百户村民受灾，共有16名村民死亡；2025年4月22日，山东蓬莱市大柳行镇金鑫实业总公司一金矿尾矿库因采空区塌陷引起尾矿库泄漏，导致8名矿工下落不明；2025年9月8日，山西省临汾市襄汾县新塔矿业有限公司尾矿库发生特别重大溃坝事故，死亡人数达271人。

尾矿库的事故不但造成人员伤亡，经济上也造成巨大的损失，在社会上造成极坏的影响，每次事故都再次敲响了警钟。尾矿库安全问题逐步引起了全世界的高度重视。2025年国际大坝委员会组建了国际大坝委员会矿山和工业尾矿坝分会，主要是制定一系列安全方面的方针，交流各国对尾矿库安全工作的法规资料和技术经验，促进世界尾矿库安全技术的不断发展创新。美国、加拿大等国都把对尾矿库的安全列为该国劳动部门安全监察的重要内容。我国鉴于尾矿库安全状况复杂的特点，先后制定了一系列尾矿库安全管理法规、标准，并将尾矿库安全管理作为政府部门安全监察的重要内容，对尾矿库的安全工作给予了高度重视。

通过对尾矿库发生事故进行统计分析认为，按照造成尾矿库事故的原因大体可分为五种类型。

（1）因洪水漫顶而溃坝。例如，2025年7月23日，我国湖南东坡铅矿尾矿坝因遇暴雨，洪水量超过了溢洪道的过水能力，洪水漫顶而溃堤，淹没了大片农田，毁坏了下游的居民区，造成了47人死亡。又如山西塔尔山铁矿尾矿库，为回收尾矿澄清水而提高库内水位，导致水位上升过高，造成漫顶而溃坝。

（2）因坝坡稳定性差而溃坝。例如:日本尾去泽矿中泽尾矿坝，于2025年11月因尾矿堆积坝坡陡，坝体抗剪强度低，产生滑坡而溃坝。我国云南锡业公司火谷都尾矿库因坝坡陡，于2025年3月和9月坝体两次出现裂缝，2025年9月26日出现溃坝，受灾人口13 970人，死亡171人，伤9人。

（3）因坝体震动液化而溃坝。例如智利2025年12月15日地震，使63m高的巴拉哈拿坝坝体液化而滑动，流失尾矿400万m³，54人死亡。又如2025年3月28日智利中部发生7～7.25级（里氏级）地震，使该地区11个尾矿坝中的10个遭到严重破坏。

（4）因渗流造成管涌，流土破坏。例如:苏联诺戈尔斯克选厂尾矿坝，2025年因严重管涌而发生局部破坏。我国江西某矿一号坝，于2025年堆积至51m高时，浸润线在坝面出露，于6月29日突然在外坡出现大面积沉陷和直径为0.2m的管涌，导致局部滑塌；30min内坝顶出现8m宽的缺口，坝体迅猛滑塌下去，大量尾矿外泄。幸好在下游还有二号坝，未造成严重灾难。又如南芬老尾矿坝在生产中曾发生坝端集中渗漏造成缺口，库内尾矿浆和尾矿水流出达4万m³，严重污染了庙儿沟河道。

（5）因坝基过度沉陷而出险。例如:我国江西省西华山钨矿尾矿坝，因施工时未挖出坝基下部的淤泥层，导致筑坝后下沉1.8m，边坡局部滑动，下部隆起，幸好坝体下游坡脚有一台地阻挡，才未造成大祸。

在以上尾矿库事故类型中，因坝坡稳定性差而引起溃坝事故的情况比较突出。由此可见，研究尾矿坝稳定性的意义不言而喻。

四、尾矿坝的稳定性

（一）尾矿坝坝坡破坏的一般形态

尾矿坝坝坡抗滑稳定性达不到要求时，坝坡就会发生滑动破坏，有时还会带动坝基土体一起滑动，如图7-7所示。

根据对坝的大量破坏实例所进行的分析研究发现，坝坡滑动面的形状对于均质土坝多呈圆弧形；对于非黏性砂石料坝多呈折线形；当坝内含有大面积的厚层细泥夹层，或滑弧通过坚硬岩层时，滑动面的形状就比较复杂，为圆弧和折线的组合面。对于既为砂性又含有多层细泥夹层的尾矿坝来说，滑动面多可用圆弧面近似代替。

图7-7　坝坡滑动破坏

（二）尾矿坝坝坡稳定的安全系数

尾矿坝坝坡稳定的安全系数是滑动土体总抗滑力与总滑动力的比值K。

　　　　　　K＝总抗滑力/总滑动力

一般来说当比值为1时，坝体处于临界稳定状态，但其安全性并不合乎要求，如受到振动或遇到小地震等，坝坡就会破坏。故设计规范规定尾矿坝的安全系数要大于1，且对于不同级别的尾矿坝要求不同，如表7-2所示。

表7-2　尾矿坝坝坡抗滑稳定最小安全系数表

（三）尾矿坝安全稳定性分析

尾矿坝的稳定性分析是从总体上定量评价和预测坝体的工作状态，定量分析规划中的或正在运行中的尾矿库是否安全、安全程度如何、有多大的富余、未来尾矿坝还能堆积多高、是否需要处理等，也是对原始设计资料进行验证，在尾矿库的设计和日常生产管理中占有非常重要的地位。

尾矿堆积形成的“人工土”与自然土既有相同之处，同时又有区别，由于尾矿坝技术起步较晚，尾矿坝安全稳定性分析至今未形成自身的独立分析体系。目前，尾矿坝稳定性分析计算还是将其当作边坡来处理，一般还是沿用传统的土力学理论进行分析。尾矿坝的稳定性分析方法主要有三大类，即极限平衡法，如瑞典法、毕肖普法、剩余推力法、Sarma法等；数值分析法，如有限元法、拉格朗日（FLAC法）法、边界元法等；概率分析法，如蒙特卡洛法、统计矩阵法、人工神经网络法等。不同的方法具有各自的优点和不足。