广东选矿厂尾矿库工程地质勘察报告

'目　　　　　录文字1、概述11.1勘察任务、目的和要求11.2已建尾矿库地理位置、工程概况及地形地貌特征21.3勘察方法、孔位布置、勘探深度及完成的工作项目、工作量和主要成果21.4工程勘察依据52、区域地质52.1区域地层结构52.2区域地质构造62.3地震烈度63、尾矿库工程地质条件63.1库岸稳定63.2尾矿库渗漏63.3尾矿库堆积形态及方式73.4尾矿库区土岩层分布、工程地质特征和物理力学性质74、库区水文地质条件84.1库区水文地质特征84.2地下水及地表水水质及土质分析与评价95、土岩层的工程地质条件分析106、尾矿库土层的渗漏分析与稳定性评价106.1尾矿坝现状分析106.2尾矿坝渗漏分析116.3尾矿坝稳定性评价117、结论及建议12附图1、xxx尾矿库坝区勘探钻孔位置平面图…………………………………………..1张2、地质钻孔柱状图…………………………………………………………….……3张3、工程地质剖面图…………………………………………………………………..1张4、xxx尾矿库区域地质图………………………………………………….…1张5、图例…………………………………………………………………….…………1张附表1、钻探点一览表……………………………………………………………………..1张2、土、岩层物理力学性质指标及承载力统计表……………………………….….1张3、分层标准贯入试验统计表……………………………………………………….2张4、尾矿库坝基坝身钻孔注水试验成果汇总表………………………….…………1张5、土工测试结果表……………………………..…………………...………………1张6、水质、土质分析成果报告表………………..…………………...………………3张照片1、彩色照片…………………………………………………………………………..2张 1、概述1.1勘察任务、目的和要求xxx矿业选矿厂委托，xxx公司对xx县xx镇阳坪选矿厂尾矿库进行工程地质勘察。1.1.1勘察任务根据规范要求，结合阳坪尾矿库已建坝基坝身情况，垂直于坝轴线布置勘探线1条，勘探点3个。1.1.2目的和要求本次工程地质勘察主要目的是根据钻探技术要求，有针对性地进行尾矿库坝基坝身工程地质勘察工作：（1）查明尾矿库大坝勘探范围内的地层、岩性、厚度、成因类型、埋藏条件及物理力学性质，水文地质条件，土岩层渗漏及常规物理力学指标、颗分、渗透系数及抗剪强度指标（C、Φ值）；（2）查明目前标高下尾矿库地下水位（浸润线）及渗漏情况；（3）提供尾矿库所在区域的地震烈度及地震动参数；（4）分析评价已运行坝体的工程地质条件，分析其稳定性和适宜性。（5）对尾矿库使用提出合理的工程措施或建议。其技术要求按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）、《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005）及钻探施工设计有关要求执行：钻孔注水试验：在大坝钻孔ZK1、ZK2、ZK3岩土中按有关规程规范进行注水试验。取土样试验：在大坝钻孔（ZK1、ZK2、ZK3）每层土层中取原状土试验样，试验项目：颗分、比重、天然含水率、天然容重、液塑限、塑性指数、液性指数、压缩性、抗剪强度、渗透试验。1.2已建尾矿库地理位置、工程概况及地形地貌特征xxxx选矿厂尾矿库位于xxx县xx镇152°方位，直距约7KM，距xxx公路约2KM，13 有简易公路相通，交通较方便。根据现场踏勘及业主提供资料知，该尾矿坝初期坝为均质土坝，初期坝坝高8.60米，初期坝底部最小标高210.07米，堆积坝顶最大标高227.40米，坝高17.33米，堆积坝坝顶最大宽度9.50米，滩面最大长度164.5米，滩面表面积10226.6平方米，堆积坝坝顶长度133.2米。该尾矿库排洪系统采用排洪涵洞，排洪涵洞建设在西侧。按《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005）第4.1条划分，现尾矿库为五等库，尾矿库构筑物级别为5级。xxx尾矿坝库区地貌以低山丘陵地形为主。其地形最高标高在250m以上，大坝坝基标高为210.07m。笼状山脊，地表分水岭呈近似三角形分布，“V字形沟谷极发育，大坝的西北面，地形平坦，为农田种植地，在地表水作用下，形成山前冲洪积扇，为河流一级阶地。本尾矿坝属山谷型尾矿库，两岸山体雄厚，高程都在250m以上，邻近较薄的山坳厚度均有几十米以上。1.3勘察方法、孔位布置、勘探深度及完成的工作项目、工作量和主要成果1.3.1工程勘察及注水方法本次工程地质勘察钻探施工采用XY—100型液压钻机，原位测试进行了标准贯入试验，用标准贯入器，自由落锤法，打入土中15cm后，开始记录每打入10cm的锤击数，累计打入30cm的锤击数为标准贯入试验锤击数N值，结合采取土样室内试验，评价土的物理状态，土的强度，地基承载力。钻孔土层采用合金钻头用重锤冲入或钻进，岩层采用合金钻头回转钻进取芯，采用孔口套管与正循环泥浆护壁施工，全孔取芯，岩土芯采取率基本满足规范要求，岩土芯采用数码照相机拍摄并提供彩色照片。注水试验由量水箱（一立方米）及水表、注水管、水位仪和隔水套管组成。采用固定水头法，将钻孔中的水位抬高至一定高度，保持水头不变连续注水，达到注入钻孔中流量和水位稳定，计算其注水孔段的吸水量和渗透数值，钻孔分段注水时，在注水分段上部下入φ108mm隔水套管。13 工程地质勘察主要设备列表如下：表1序号设备名称产地规格数量用途1工程钻机及配套设备北京XY-1001地质钻探2标准贯入器北京63.5kg1原位测试3注水水箱及水表本单位1.0×1.0×1.01测量水量4潜水泵广州10m3/时1钻探注水用5万能表及符件佛山1kΩ1测量孔内水位6数码照相机日本A401拍摄岩土芯照片7计算机北京联想1资料处理1.3.2孔位布置本次水坝工程地质勘察的钻孔布置，根据xxx矿业选矿厂尾矿库1:1000现状图，按设计要求，共布置钻孔3个。各钻孔孔口高程按地形图珠基高程测得孔口高程（详见阳坪选矿厂尾矿库钻孔位置平面图）。1.3.3勘探深度本次工程地质勘察钻孔深度，按《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程》（YBJ11-86）表3.1.5要求执行。本次勘探场地地层厚度及层顶埋深、层顶标高统计如下：场地地层厚度统计表表2层号厚度（米）层底标高（米）埋深（米）数据个数最小值最大值平均值最小值最大值平均值最小值最大值平均值111.8017.3514.95210.05215.36212.3411.8017.3514.95327.609.708.38202.20205.66203.9621.5025.2023.33335.457.756.80196.75197.91197.1629.2530.6530.133场地地层层顶埋深、层顶标高统计表层号层顶标高（米）层顶埋深（米）数据个数最小值最大值平均值最小值最大值平均值1227.16227.40227.2932210.05215.36212.3411.8017.3514.95313 3202.20205.66203.9621.5025.2023.3331.3.4完成的工作项目、工作量和主要成果本次工程地质钻探工作，根据设计室布置的坝区钻孔点位置施工，钻探工作于2008年11月18日进场钻探施工，至2008年11月23日竣工钻孔共3个，钻探总进尺为90.4m，完成工作项目及工作量统计如下表3：序号工作项目工作量单位说明1施工钻探孔3孔2累计孔深90.4米3标准贯入试验22次N63.54土工试验样13件5钻孔注水试验3孔试验5段6终孔水位观测3孔7坝区渗漏调查坝区库区8水库工程概况调查库区9彩色照片3孔1.4工程勘察依据本次xxx尾矿库坝区工程勘察主要依据设计室技术要求，并执行以下规范、标准：《上游法尾矿堆积坝工程地质勘察规程》（YBJ11-86）《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005）《岩土工程地质勘察规范》GB50021—2001《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）《选矿厂尾矿设施设计规范》（ZBJ1-90）《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）本次坝基坝身工程地质勘察土层定名按《岩土工程勘察规范》GB50021—2001进行。13 2、区域地质2.1区域地层结构该区域为xx期花岗岩侵入区。第三期黑云母花岗岩（γ52(3)）大规模侵入，分布于库区南面。库区北面及东面还出露一些地层：主要有石炭系下统大塘阶测水段灰色砂岩及泥质页岩夹砾岩、粉砂岩及煤层（C1dc），石炭系中上统壶天群灰白、浅灰及粉红色白云岩及石灰岩（C2+3ht），石炭系下统大塘阶石磴子段灰黑色、浅灰色石灰岩、含燧石结核灰岩（C1ds），石炭系下统大塘阶梓门桥段灰黑色石灰岩及白云岩（C1dz），二迭系下统灰色、灰黑色含隧石结核之石灰岩(P1)，二迭系上统灰色泥质页岩、硅质页岩夹砂页、粉砂岩及煤层(P2)，三迭系下统大冶群下亚群灰色薄层状灰岩、泥质灰岩夹泥质页岩（T1dja）以及第四系冲积层，残积土层。本工程区下伏岩层为燕山岩浆旋回第三期花岗岩（γ52(3)）。根据钻孔揭露的地质资料，库区分布的地层有坝体填土层，残坡积土层，燕山三期粗粒花岗岩。2.2区域地质构造本区域位于xx山区，峰峦迭嶂，山系纵横。在构造上位于粤北山字型西翼构造带。据1∶20万地质构造图，在场地内及附近没有区域性断裂通过。在钻孔所揭露的深度范围内未发现大的地质构造痕迹。工程区内岩层相对单一，地层稳定，地质构造不甚发育，工程区内基底岩层稳定性较好。2.3地震烈度本区域无深大断裂和活动性断裂通过，区域地质构造稳定。该区在历史地震或是近代地震，根据资料记载以来，都十分微弱，强度都比较低。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本区地震地震动峰值加速度小于0.05g，反应谱特征周期为0.35秒，相当于地震基本烈度小于VI度。建筑物抗震设防烈度可采用VI度。13 3、尾矿库工程地质条件3.1库岸稳定库区两岸和坝址出露地层主要为燕山岩浆旋回第三期花岗岩(γ52(3))地表出露为坡积、残积土及全风化花岗岩。残坡积土层较薄,厚度2~5m。山坡比较平缓30°~45°，局部>50°，山体植被茂密，未发现大的崩塌体或滑坡体等不良地质现象，库岸岸坡稳定。尾矿库修建多年，未出现塌方等岸坡不稳定的问题。3.2尾矿库渗漏本工程尾矿库属山谷型尾矿库，两岸山体雄厚，高程在220米以上，沿库岸两侧所出露的岩层为透水性较微弱的全风化花岗岩，属非溶性岩类的岩石，为相对隔水层，根据区域地质图及本次钻探揭露，库区无大的断层破碎带，未发现向库外延伸的导水断裂。库区两岸山体地下水位高程均高于水库蓄水后的正常蓄水位。库区内不存在坝体以外的永久性的渗漏问题。3.3尾矿库堆积形态及方式xxx选矿厂初期坝为土坝，浆砌石护坡，后期坝为均质土坝。沟谷横断面呈“V”字型。堆积坝呈北东—南西走向，长约133m，坝顶标高为227.4m。库内干滩面呈北东高西南低，干滩面标高约224.70m～232.72m。矿石经破碎选矿后，尾矿和水的混合物通过排水沟向库内淤积，尾矿经过沉淀后自然沉积在库内，形成干滩及澄清区，水经集水井和排水隧洞排出，经水泵房抽至尾矿厂蓄水池，重复利用。3.4尾矿库区土岩层分布、工程地质特征和物理力学性质坝区钻孔深度揭露范围内的地层为：人工素填土；花岗岩残积土（砂质粘性土）；全风化花岗岩。13 各岩土层的特性、厚度、埋藏分布特征及其物理力学性质自上而下分述如下：第1层素填土（Qml）：褐黄色、灰白色，由砂质粘性土组成，含花岗岩碎石块，松散，局部稍密，自重固结较差，层厚11.80~17.35m，平均厚度14.95m；层顶标高227.16~227.40m，平均227.29m。尾矿库土坝各钻孔均有分布，为人工填筑土，该层取原状土试样7件，土工定名为砂质粘性土，局部为粉质粘土，其土工试验平均值：重度γ=18.40KN/m3，天然含水量W=28.70%，天然孔隙比e=0.824，饱和快剪内聚力C=24kpa，内摩擦角Φ=15.7°。土粒比重GS=2.67，压缩系数a1-2=0.49MPa-1，渗透系数K20=1.95×10-6~1.50×10-3cm/s，平均2.75×10-4cm/s。标准贯入（N）试验13次，实测锤击数10.0~15.0击/30cm，修正锤击数9.30~12.30击/30cm，平均11.1击/30cm，标准值10.5击/30cm，建议承载力标准值为180kpa，主要物理力学性质指标见统计表。第2层砂质粘性土（残积土）（Qel）：褐黄色，灰白色，成份除石英外，其它矿物都已风化呈土状，湿，可塑，层厚为7.60~9.70m，平均厚度8.38m；层顶标高210.05~215.36m，平均为212.34m，各钻孔均有分布。该层取土试样2件，土工定名为砂质粘性土，其土工试验平均值：重度γ=18.6KN/m3，天然含水量W=27.3%，天然孔隙比e=0.795，饱和快剪内聚力C=27Kpa，内摩擦角Φ=16.8°，土粒比重GS=2.67，压缩系数a1-2=0.38Mpa-1，渗透系数K20=1.70×10-5~1.78×10-5cm/s，平均1.75×10-5cm/s。标准贯入（N）试验6次，实测锤击数15~36击/30cm，修正锤击数10.1~24.8击/30cm，平均值15.6击/30cm，标准值11.2击/30cm，建议承载力标准值为250kpa，主要物理力学性质指标见统计表。第3层全风化花岗岩(γ52(3))：褐黄色、灰白色，成份除石英外已蚀变成次生矿物，原岩结构尚可辨认，岩芯呈土状，遇水易软化崩解，层厚为5.45~7.75m，平均6.80m；层顶标高为202.20~205.66m，平均203.96m。尾矿库土坝各钻孔均有分布，该层取原状土试样4件，土工定名为砂质粘性土，其土工试验平均值：重度γ=18.30KN/m3，天然含水量W=28.0%，天然孔隙比e=0.826，饱和快剪内聚力C=22Kpa，内摩擦角Φ=15.70°，土粒比重GS=2.67，压缩系数a1-2=0.46Mpa-1，渗透系数K20=1.2×10-5~2.05×10-5cm/s，平均1.54×10-5cm/s。标准贯入（N）试验5次，实测锤击数30~45击/30cm，修正锤击13 数19.2~27.9击/30cm，平均为22.5击/30cm，建议承载力标准值为500kpa，主要物理力学性质指标见统计表。4、库区水文地质条件4.1库区水文地质特征坝址地下水为孔隙型潜水，赋存于地表人工填土层和风化土层颗粒中。库区地下水的来源主要为生产排放尾矿水及大气降水和地表水，排出沟谷和河流。根据钻孔注水试验，各土层渗透系数测得数据统计如下：阳坪尾矿库各土层渗透系数K值统计表（单位：cm/s）表4类别土层注水试验土工试验渗透性等级最小最大平均值最小最大平均值①素填土1.04×10-5﹥1.5×10-33.33×10-41.95×10-61.50×10-32.75×10-4中等（强）透水②砂质粘性土（残积土）1.04×10-52.07×10-51.76×10-51.70×10-51.78×10-51.74×10-5弱透水③全风化花岗岩1.04×10-52.07×10-51.39×10-51.20×10-52.05×10-51.54×10-5弱透水注：并见钻孔注水试验成果汇总表及土工试验报告表4.2地下水及地表水水质及土质分析与评价在尾矿库及ZK3钻孔取水样作水质简分析，取尾矿土进行土质分析，其类型及其腐蚀性见下表：水质分析成果及腐蚀性主要指标判定表表5地表水︵尾矿水建筑材料环境类腐蚀介质含量腐蚀性判定水质类型13 ︶腐蚀程度各项指标混凝土ⅢSO42-(mg/L）56.50无腐蚀<1500HCO3、SO4—Ca、Mg型水Mg2+（mg/L）19.388无腐蚀<3000BPH值8.9无腐蚀>5.0侵蚀性CO2（mg/L）0.00无腐蚀〈30.0钢筋混凝土中钢筋东长期浸水水中C1-含量（mg/L）9.95无腐蚀<5000钢结构PH值(Cl-+SO42-)(mg/L）8.966.45弱腐蚀PH3~11(Cl-+SO42-)<500地下水︵ZK3︶混凝土ⅢSO42-(mg/L）78.82无腐蚀<1500HCO3、SO4—Ca、Mg型水Mg2+（mg/L）23.68无腐蚀<3000BPH值8.3无腐蚀>5.0侵蚀性CO2（mg/L）2.93无腐蚀<30钢筋混凝土中钢筋东长期浸水水中C1-含量（mg/L）9.95无腐蚀<5000钢结构PH值(Cl-+SO42-)（mg/L）8.388.77弱腐蚀PH3~11(Cl-+SO42-)<500土质分析成果及腐蚀性主要指标判定表表6尾矿泥建筑材料环境类腐蚀介质含量腐蚀性判定腐蚀程度各项指标混凝土ⅢSO24—（mg/kg）981.20无腐蚀<1500Mg2+（mg/kg）150.46无腐蚀<3000BPH值7.70无腐蚀>5.0钢筋混凝土中钢筋长期浸水水中C1-含量（mg/kg）81.71无腐蚀<25013 钢结构PH值7.7无腐蚀PH>5.55、土岩层的工程地质条件分析xxx尾矿库坝基坝身勘察钻孔揭露深度范围内岩土层由上至下工程地质条件分述如下：第1层素填土：该层主要分布于尾矿库坝身，土质主要为砂质粘性土，为山坡搬运全风化花岗岩及残积砂质粘性土，含40%~60%石英砂，局部夹花岗岩碎石块，松散，欠压实，为中等透水层，局部为强透水层，易受地表水冲刷，塌坡、崩解。第2层残积土和第3层全风化花岗岩地层：该层为坝基主要土层，经搬运呈松散状时，遇水容易造成湿陷、崩解、透水，经人工密实处理，可满足隔水效果。6、尾矿库土层的渗漏分析与稳定性评价6.1尾矿坝现状分析从现场实际调查可见：1）由于该尾矿库坝体为均质土坝，未设拦洪坝，在暴雨情况下有大量洪水进入坝内。排渗设施为集水井及排水涵，排水量较小，尾矿坝经常处于饱和状态。2）该尾矿坝矿渣采取坝后任意排放，坝体未作尾矿水渗漏导排措施，不利于库内浸润线的降低和沉积尾矿的排水固结。3）坝体坡面未出现冲沟、裂缝、渗漏等现象。综合上述因素，按《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005）规定，该尾矿库无排渗系统，继续使用时必须增加必要的工程措施。6.2尾矿坝渗漏分析根据现场钻孔ZK1、ZK2、ZK3孔内注水和取芯室内测试及钻孔简易水文地质观测，13 该水坝按渗漏地层分为二段叙述：一为土坝人工填土层；二为残积土和全风化花岗岩。（1）第一层土坝人工填土层为人工填土筑坝，为自重密实法，其密实均匀性较差，按钻探现场标准锤击数11.1击/30cm，一般均为松散状，局部稍密，钻孔简易水文观测部份孔段有冲洗液消耗水量局部漏失严重，ZK2孔0.0～6.80m及ZK3孔12.30~14.60m处冲洗液全部漏失，孔内不返水，钻孔在该层注水及土工测试渗透系数K值一般为3.33×10-4~2.75×10-4cm/s，局部﹥1.50×10-3cm/s渗透性分级为中等透水，局部为强透水。因填土密实度差异较大，影响该坝体的安全性。（2）坝基地土层（第2层残积土和第3层全风化花岗岩）钻孔在该层注水及土工测试渗透系数K值为1.39×10-5~1.76×10-5cm/s，渗透性分级为弱透水。（详见注水成果汇总表）。6.3尾矿坝稳定性评价在充分考虑野外原位测试、室内常规试验、直剪试验等各种试验条件的基础上，按有关规范综合确定计算剖面上各层岩土的天然重度γ、饱和重度γsat、粘聚力c和内摩擦角φ列于表稳定性计算参数建议值表7地层编号地层名称天然重度（kN/m3）饱和重度（kN/m3）抗剪强度指标粘聚力（kPa）内摩擦角（°）①素填土18.418.42415.7②砂质粘性土（残积土）18.618.62716.8③全风化花岗岩18.318.32215.7备注：因勘察期间尾矿库地层趋于饱和，故计算时采用饱和抗剪强度指标。13 稳定性评价按《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005）5.3.15规定，地震烈度区域划分为6度区的5级尾矿坝，可不做稳定性计算。采用瑞典圆弧法计算条件时按坝坡抗滑稳定最小安全系数进行。综合分析，浸润线对坝体稳定性的影响很大，当浸润线位置较高，坝体趋于饱和状态时，坝体稳定性降低很多。因现状稳定水位在223.71～225.56m，局部地表於水堆积，浸润线较高是造成尾矿坝不稳定的主要原因。为提高尾矿坝稳定性，建议采用如下措施：1、对坝身填土层及风化残积土层进行注浆压密或劈裂灌浆，灌浆深度宜伸入③全风化花岗岩层下2～3m，从而提高坝身防渗能力和坝体的稳定性。2、对尾矿库尾矿渣及尾矿泥作清除处理，降低滩面标高，从而降低浸润线以提高坝体的稳定性。3、加高尾矿坝，应采用上游筑坝法，且需加强对库区排放和排水的管理，采用坝前排放方式，并经常变换排放口位置，使粗颗粒在坝前堆积。为满足堆积坝的最小安全系数要求，建议在堆积坝设置排渗措施，以降低浸润线，从而提高尾矿坝的稳定性。7、结论及建议1、xxx尾矿库的地质构造简单，地层岩性单一，区域地质稳定。无活动性断裂通过。地震动峰值加速度为﹤0.05g，相当设防烈度为﹤Ⅵ度。2、坝址两岸山体雄厚，山体稳定性良好。不存在坝肩以外的渗漏问题，也不存在崩塌、泥石流等不良地质现象。3、按《GB50021-2001》规范附录G，场地环境类别属Ⅲ类。场地地下水及地表水对混凝土结构无腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性；对钢结构具弱腐蚀性。根据土样腐蚀性检测成果报告，按上述规范判定，尾矿泥对混凝土结构无腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性；对钢结构无腐蚀性。3对坝身之疏松填土层及风化土层进行注浆压密处理或劈裂灌浆，灌浆深度宜进入③全风化花岗岩下2～3m，提高防渗能力和加强坝体的稳定性。4、对尾矿库尾矿渣清淤处理，降低库内滩面标高，从而降低浸润线，以提高坝体13 稳定性。5、在该坝左右两岸为风化残积坡积物，松散，其防渗能力及稳定性较差，建议将坝肩伸入稳定地层并作防渗处理。6、大坝坝身单薄，坝坡变化较大，初期坝外坡坡比不满足1:2.0～1:2.5，远远达不到规范要求，建议加宽坝底，对坝体做浆砌石护坡，改善尾矿坝在初期坝附近的稳定性。7、建议对坝体沉降、水平位移及浸润变化情况进行长期的观测，以便及时预报预测可能出现的险情。8、为减少绕坝体渗漏，建议施工时，尽量不要破坏坝轴线上游的土层和植被。13'