淄博华联矿业有限公司
4尾矿库安全设施设计
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山东省冶金设计院有限责任公司
济南
二OO八年九月
淄博华联矿业有限公司
4尾矿库安全设施设计
工程号[913-2000]
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济南
二OO八年九月
淄博华联矿业有限公司
4尾矿库安全设施设计
工程号[913-2000]
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院 长 姚朝胜 分管院长 衣忠德 总设计师 王 泉
山东省冶金设计院有限责任公司
济南
二OO八年九月
参 加 编 制 人 员
王 周 周玉邢仕张燕
泉 涛 祥 瑞 平
目 录
1．概述 .................................................. 1 2．设计依据 .............................................. 4 3．设计原则 .............................................. 4 4．基本工艺资料 .......................................... 5 5．拟建4#尾矿库主要设计方案 .............................. 6 6．环境保护 ............................................. 27 7．尾矿库安全设施设计 ................................... 28
附：《项目委托书》 附图（另装袋）
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1．概述
1.1 企业基本情况
淄博市华联矿业有限责任公司是“七五”期间建设发展起来的一座以采矿、选矿联合生产的地方中型铁矿山企业，经营产品为铁精矿粉，主要配套的生产设施为采矿设施、选矿设施以及尾矿设施三大部分。该企业于1987年建矿，截止至2000年，矿山生产规模已达到了采矿128万t/a、选矿128万t/a（铁矿石原矿中甩出废石37万t/a），日选铁矿石原矿3500t，年产出65%品位的铁精矿粉产量28万t左右。企业现有职工680多人，固定资产5891万元。从建矿到现在，矿山一直采用露天开采，采出的铁矿石采用汽车运输到选矿厂进行破碎、磨矿和选矿。根据设计，该矿山适合于露天生产的铁矿地质资源量可开采至+90m标高。经过多年的生产和改扩建，矿山现建有两个选矿厂，一个尾矿库（3#库），正在正常运行，剩余库容约121万m3。考虑到矿山的持续生产和发展，本次设计新建设4#尾矿库，以满足现在与将来矿山生产的尾矿排放需要。
矿山现有设施及布局见华联矿业有限公司总体布置图。 1.2 矿山地理位置与交通
华联矿业有限责任公司位于沂源县与沂水县交界处的沂水东岸，行政区划属沂源县东里镇，地理坐标为东经118°25′0″～118°
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26′15″，北纬35°58′03″～35°59′13″。企业西北距沂源县城及本企业铁矿石用户莱钢集团所在地分别为45km及75km，东南方向距沂水县城32km，韩（旺）莱（芜）公路经矿区西侧通过，交通条件便利。
1.3选矿生产能力及尾矿量排放分配
矿山现有1#、2#两个选矿厂，合计两个选矿厂的综合年处理矿石能力为：破碎能力128万t/a，其中甩出废石约37万t/a（甩废率23%左右）和磨磁选能力91万t/a，年产出铁精矿28万t/a左右，年产出尾矿量59万t/a，计31.9万m3/a。各选矿厂产出的尾矿由加压泵站经管道输送到指定的尾矿库，具体情况分述如下：
（1）第一选矿厂
年破碎矿石能力60万t，年甩出废石量16万t，年磨、选矿石能力44万t，年产出铁精矿11.4万t，年产出尾矿量26.3万t，尾矿比重1.85t/m3，计14.2万m3/a。该尾矿量排至现有3#尾矿库。
（2）第二选矿厂
年破碎矿石能力70万t，年甩出废石量21万t，年磨、选矿石能力47万t，年产出铁精矿16.6万t，年产出尾矿量32.7万t，尾矿比重1.85t/m3，计17.7万m3/a。该尾矿量也排至现有3#尾矿库。
目前，两个选矿厂的工艺流程相同，均采用二段闭路破碎、甩废，三段闭路磨矿，三段磁选的选矿工艺流程。选矿厂产出的尾矿不含药品剂，无毒、无有害物质，没有污染，尾矿浆经浓缩池浓缩后，用渣
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浆泵送至各指定的尾矿库。矿山现运行的各尾矿库，都分布在矿区露天采场的北及东北部，库址所处均为山谷地形。
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2．设计依据
2.1《中华人民共和国矿山安全法》(1992) 2.2《中华人民共和国矿山安全法实施条例》(1996) 2.3《尾矿库安全监督管理规定》(2006) 2.4《选矿厂尾矿设施设计规范》(ZBJ1-90) 2.5《选矿安全技术规程》(AQ2006-2005) 2.6《尾矿设施施工及验收规范》(YS5418-95) 2.7《碾压式土石坝设计规范》(SJ274-2001) 2.8《碾压式土石坝施工规范》(DL/T5129-2001) 2.9山东省安全生产监督管理局有关安全监督文件 2.10淄博市华联矿业有限责任公司提交的《项目委托书》
2.11淄博市华联矿业有限责任公司提供的尾矿库库区1/2000地形图及其它有关资料
3．设计原则
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3.1贯彻执行国家安全监督管理总局第6号令《尾矿库安全监督管理规定》，以确保尾矿库安全。
3.2 贯彻执行《中华人民共和国环境保护法》在生产工艺中消除污染，保护环境。
3.3 在满足矿山企业生产需要条件下，积极稳妥地采用可靠技术，库址选择以减少筑坝工程量，有利于扩大库容，降低投资，缩短工期，方便施工和生产管理，库址位置选择工程地质条件和水文地质条件简单地段，有利于尾矿坝安全稳定和减少汇水面积，易于防排洪。
4．基本工艺资料
4.1 选矿厂磨、选生产规模：3500t/d
4.2 选矿厂工作制度：330天/年、3班/天、8小时 4.3 尾矿产率：73% 4.4 尾矿密度：2.8t/m3 4.5 尾矿干容重：1.85t/m3 4.6 尾矿浓度：~20%
4.7 尾矿粒度：200目以上占51.22%
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4.8 年尾矿排放量：59万t/a，折计：31.9万m/a
4.9 尾矿平均粒径:0.102mm，尾矿粒级组成见表4-1
尾矿粒级组成表 表4-1
网目 +10目 10~32目 32~60目 60~100目 100~150目 150~200目 200~250目 -250目 合计 粒径（mm） 1.651 1.073 0.370 0.196 0.125 0.089 0.068 0.062 比例（%） 0.17 5.71 8.22 12.64 18.13 6.35 11.00 37.78 100 备 注 200目以上占51.22% 经加权计算，尾矿平均粒径为：0.102mm。
5．拟建4#尾矿库主要设计方案
5.1库址选择及其工程地质条件
5.1.1 库址选择
库址选择依据我国现行的卫生、环境保护、城乡规划及土地利用等法规、标准和拟建工业企业建设项目生产过程的卫生特征、有害因
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素危害状况，结合建设地点的规划与现状，水文、地质、气象等因素以及为保障和促进人群健康需要，进行综合分析而确定。
鉴于矿山现已建设了三个尾矿库及其已经占用的库址位置沿山谷东西轴线自西向东依次排列的实际情况，可选择利用的现有地形条件，经多方案技术经济比较，本次设计拟建的4#尾矿库选择位于现有3#尾矿库东邻的一处山谷地形位置。
该库址为低山丘陵沟谷地形，最高点海拔高度404m，初期坝坝体位置的最低点地形标高为▽235m。尾矿库范围为东、北、西三面高，南面低的三面环山封闭、一面沟口敞开的山谷地形。该地形条件是一比较理想的尾矿库选址，可一面筑坝，工程量较少，建设投资省，库容有效利用率高，库区汇水面积较小，有利于坝体的稳定和安全管理。本尾矿库周围是荒坡地，不占用农田。
5.1.2 工程地质条件
该尾矿库区未做工程地质勘查工作，本次参考原矿区《工程地质勘查报告》提供的地质条件进行设计。建议在施工前进行库区的工程地质勘察工作，必要时应对设计进行调整。
该区属低山丘陵区，第四系不发育。岩石主要为伟晶花岗岩、角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、角闪片岩及斜长角闪岩、含铁角闪石英片岩，平均普氏硬度系数分别为4.73-11.67；平均坚固性系数（f）3.3-7.65;平均软化系数0.69-0.87；平均天然抗压强度41.25-101.8MPa；平均饱和抗压强度33.0-76.49MPa，岩石为较硬-坚硬岩，岩石质量指标RQD值一般在50-80之间，岩体较完整，工
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程地质条件为简单类型。
根据矿山现已建成运行的前三个尾矿库所在库址的工程地质情况验证，本次设计4#尾矿库选址所处的地形条件和工程地质条件简单。设计所参考的矿区总体工程地质条件及其地层与岩性分述如下（设计确保4＃库区内地质条件如下述）：
地层：
（1）第四系（Q）
第四纪冲积、残坡积层在矿区范围内分布广泛，除南部沂河两岸堆积厚约6～15m的冲积层外，其它所有冲沟均有厚度不等的冲洪积物。此外在山坡及顶部还堆积了厚度不大的残坡积物。岩性主要由松散砾石层、砂层及含碎屑砂土层组成。
（2）伟晶花岗岩（P）
伟晶花岗岩在矿区中广泛分布，多呈岩枝和不规则状侵入于新太古代泰山岩群变质岩地层中，其走向多与片理方向一致。靠近F1断层时则平行断层走向延伸。主要岩性为钠长花岗岩，由半自形的钠长石、微斜长石、石英组成。花岗结构，微斜长石常与石英形成清晰的文象结构，矿物颗粒多为0.5cm的粗大晶体。长石、石英具动力压碎现象。在较大的不规则岩体中常包含片麻岩、片岩、矿体的捕虏体和碎块，而大岩体的分枝常沿片理侵入到片麻岩与矿体的层间，呈小夹层和规则长条状。此种不规则状的侵入体，有超覆于矿体之上的现象。即在花岗岩之下隐伏着铁矿体，且具有一定的规模。侵入体有时斜切矿体，破坏矿体的连续性。
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（3）角闪斜长片麻岩（Jm）
该岩石常作为矿层底板产出，在走向和货向上常与黑云斜长片麻岩呈渐变过渡关系。当角闪石类矿物含量增加，斜长石相对减少时，则渐变为斜长角闪岩。岩石呈浅灰色—暗灰绿色，风化后呈灰褐色，不等粒纤状花岗变晶结构，片麻状构造。主要矿物为角闪石、斜长石及石英，并含少量的微斜长石、黑云母、榍石、磷灰石及金属矿物。普通角闪石（部分绿泥石化）含量20～40%，斜长石含量约40～50%。
（4）黑云斜长片麻岩（Hm）
灰色，风化后成灰黄色，质疏松。片麻状构造，不等粒鳞片状变晶结构。矿物成分以石英、长石为主，含较多的黑云母。石英含量30～50%，斜长石为中硬长石，含量30～60%，有时含少量钾长石、白云母、石榴石、绢云母、绿帘石、磷灰石、磁铁矿等。岩石普遍遭受弱混合岩化。本类岩石常作为矿体夹石出现，呈狭长的条带状，平行矿体分布。
（5）角闪片岩及斜长角闪岩（Pi）
主要分布于矿带顶、底板，偶见作为夹层或呈透镜状残存于伟晶花岗岩中。角闪片岩和斜长角闪岩呈暗灰绿色，纤状变晶或鳞片纤状变晶结构，片状构造。岩石主要由普通角闪石或其它闪石类矿物组成，约占80～90%，一般含有少量的黑云母、长石、石英及微量的绿泥石、绿帘石、榍石、磷灰石、金属矿物等。角闪片岩中含长石较多，具有片麻状构造的，则逐渐过渡为斜长角闪岩或角闪斜长片麻岩。其原岩为基性火山凝灰岩。
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（6）含铁角闪石英片岩（Fp）
岩石呈灰黑色—墨绿色，风化后呈暗黄绿色。不等粒纤状变晶结构，条带状构造。由石英、角闪石、磁铁矿、铁闪石、阳起石、透闪石和少量黑云母、金属硫化物等组成。磁铁矿与石英、角闪石呈条带相间，条带宽窄不一，一般大于0.5cm。石英条带宽则含铁品位低，局部石英含量可达50%以上。角闪石类矿物含量一般在20～30%。岩石中常见到的金属硫化物为磁黄铁矿、贡铁矿、黄铜矿。磁黄铁矿包含在磁铁矿颗粒中，呈园粒状。黄铁矿、黄铜矿呈细脉状。星散状平行或斜截片理分布。该片岩常分布于矿带的下部，与矿体呈渐变过渡关系，为整个含矿层中可分割的一部分，大片分布于王峪矿段66～72线间。此外上河矿段43～46线间亦有出露。
构造：
区域及矿区构造以断裂为主，无强烈褶皱，泰山岩群变质岩和寒武系盖层均呈单斜产出，泰山岩群岩层产状一般210°－230°∠30°－70°，盖层产状一般倾向北东，倾角15°－30°。
断裂以韩旺—石桥断裂为最大规模，为一长期活动的弧形构造带，主断面产状与矿层一致，产状为210°－230°∠50°－70°，局部变陡。其它断裂如卧虎山断裂、23－28线之间的横向断层规模均不大。节理在变质岩系中较发育，主要为与岩层和矿层走向近乎正交和平行的韩旺—石桥断层和卧虎山断层两组。
（1）韩旺—石桥断层（F1）
从区域看，该断层是一条长期活动的弧形复杂断裂构造，呈北西
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—南东向斜贯整个扩大区。断层走向与矿层一致，倾向210°～230°，倾角50°～70°，局部有所变化。矿区内多为第四系覆盖区，原报告资料推测，破碎带宽一般2～10m，最大宽度超过50m，南西盘下降，北东盘抬升，断距达350m，为正断层。断裂带内岩石发生强烈的碎裂岩化和糜棱岩化，且被后期闪长玢岩充填。糜棱岩化碎裂岩大都具强烈的高岭土化、绿泥石化和碳酸盐化，有时亦见硅化、绿帘石和黄铁矿化。
（2）卧虎山断层（F2）
它由25线BH43、CK22孔，27线ZK29孔、33线A16等孔的钻探结果所证实，该断层走向近南北。北端在卧虎山与角闪闪长玢岩岩墙相接，往南经韩旺庄，横穿沂河与南部北厂子、桃树万附近的南北断层相连（已出矿区）。为一高角度的冲断层，断层产状在27线至33线间，倾向南西，倾角75°至80°；断层内往往充填闪长玢岩岩墙。25至26线断层附近的伟晶花岗岩，有构造变动的表征：断裂内围岩的石英颗粒具拉长之眼球状，拉长方向与断层方向一致，为165°至170°，而周围的微斜长石斑晶呈现鲜红色。33线A16孔内深110米到119米处，见有强烈的剂压破碎带，古老的变质岩系超覆于寒武系灰页岩之上，断距约在50米左右。
本次设计经分析，矿山多年生产已建成的三个尾矿库，在区内平面布置上基本上是沿东西轴向自西向东依次排列有1#、2#、3#尾矿库，这次设计拟建的4#尾矿库与3#尾矿库毗邻，位于3#尾矿库的东侧，也处在东西轴向上。多年的生产实际运行证明，各尾矿库及其坝体均
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处于安全状态，未显现发生不良的工程地质条件以及构造情况等因素的影响。
5.2 矿区气象及水文地质条件
根据尾矿库的建设属性和特点是属于地面设施工程，从安全运行的保障条件要求必须确保坝体稳定和防洪、抗洪能力，设计除应考虑工程地质条件影响外，同样应考虑区内气象、水文以及地震等条件的影响。应说明的是尾矿库是地面设施，水文地质条件主要应考虑大气降水及地表水体等条件，其它条件影响关系不大。
（1）地形地貌及气候
矿区地处鲁中低山丘陵区，沂河流经矿区西侧，地貌形态以低山丘陵为主。平坦的河漫滩和阶地次之。其以东为低山丘陵，以西为沂河河漫滩。现已建设的各尾矿库和本次拟建的4#尾矿库所处均为山谷地形，高差起伏较大，变化范围自最低标高▽200m至最高点标高▽404m。尾矿库区大部分为基岩裸露，土壤多为沙土，厚度0～1.5m，平均土层厚0.4m。基岩风化深度一般为1～2m。
本区属大陆性季风气候，冬春干燥多风，夏秋湿热多雨，春秋短暂，冬夏较长，据统计历年最高气温为41℃，最低气温-15℃，年平均气温13.3℃，平均年降雨量为735.1mm，日最大降水量168.8mm，七至九月为雨季，降雨占年降雨量的80%，年蒸发量为1300-1400mm，年平均风速3.3m/s，年主导风向为东南风，冬季多为西北风。
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（2）水文地质概况
区内补给地表为大气降水，深部为基岩裂隙水，沂河是区内最大的地表水系，对第四系层具有良好的补给作用，但对深部基岩由于岩层多以花岗岩类为主，裂隙不发育，其渗透补给作用不大。区内地表水体的水位标高远低于尾矿库所处标高，因此对尾矿库无不良影响，本尾矿库设计主要是考虑所处汇水面积内的大气降水因素。根据沂源县东里镇水文站观测有关大气降水资料，区内年降水量为800～900mm，平均24小时最大降雨量均值120mm，10年一遇24小时最大降雨量均值156.7mm，20年一遇24小时最大降雨量均值251mm，50年一遇24小时最大降雨量均值310mm，100年一遇24小时最大降雨量均值355mm。
（3）地震烈度
根据国家地震局编制的“中国地震烈度区划图”、本区域抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.1g。
（4）尾矿库周围自然环境
拟建4#尾矿库位于现3#尾矿库东侧的沟谷，该沟谷走向轴线呈南北向展布延长950m后，自沟底向西南伸延与韩旺村、韩莱公路和沂河汇交。根据地形情况，尾矿库利用库容范围以坝体为界，以北为尾矿库及尾矿库的上游区，以南为下游。尾矿库在北、西、东三个方向上三面环山封闭，最高山脊标高分别为北山脊▽404m，西山脊▽313m，东山脊▽293m。尾矿库下游500m处山沟东侧有小溪峪排土场，排土场所处标高为240-280m，尾矿初期坝所处沟底标高235m。
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综上所述，4#尾矿库坝体距下游韩莱公路、沂河以及韩旺村的轴向展开距离约2.2km，且有多年形成的排洪沟道，因此所产生的安全影响不大。同时说明，本项目所在下游（大）区域范围内无重点保护文物和文化名胜古迹。 5.3尾矿坝
5.3.1尾矿坝形式及结构
根据本尾矿库选址为西、北、东三面环山封闭，南面谷口敞开
的地形条件，设计采用沟谷形一面筑坝结构。尾矿库采用下游式筑坝法，坝体总高度59m，由初期坝和后期子坝组成，其中：初期坝所处沟底最低标高为▽234.5m、坝顶标高▽254m，初期坝高度为19.5m；后期坝所处沟底最低标高为▽231m、坝顶标高▽290m，后期坝高度为59m。后期子坝分层上筑至▽290m标高，每级子坝层高3m。尾矿库内设混凝土结构斜槽及排水管。坝体外坡底部设消力池与排水管连接。尾矿库内的澄清水经排水斜槽和排水管至消力池排出库外。尾矿坝外侧沿坡底地形等高线设截洪沟将大气降水集中排放于坝体下游自然沟。
5.3.2筑坝材料、方法及有关技术参数
初期坝为透水堆石坝，采用露天采场的废石逐层碾压，每层废石厚度≤0.6m，废石的软化系数不低于0.8~0.9，莫氏硬度不低于3，
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废石强度等级一般不低于MU30。初期坝内坡面采用400g/m2土工布滤层，防止尾砂漏出。土工布下应找平并垫以200mm厚砾石层，使之受力均匀，土工布上面设300mm厚块石防护层。初期坝坝顶标高▽254m，坝底标高▽234.5m，坝顶宽15m，内、外坡坡比均为1：1.5，坝顶轴线长度143m。
本库为下游式筑坝法，设下游滤水坝趾。下游滤水坝趾采用块石堆坝，顶标高▽225m，顶宽1.5m，内、外坡坡比均为1：1.5。
上游初期坝和下游滤水坝趾之间的坝基设置排渗褥垫，厚度1m，采用50~200mm级配块石分层铺设。褥垫层上面覆土工布做滤层，防止尾矿漏出。
后期子坝采用碾压土石混合坝，利用露天采场土石混合料上坝碾压，干重度达到r≥1.65t/m3，内边坡坡比为1：2，外边坡坡比均为1：2，每3m高筑一层子坝，坝顶宽度15m，每加高10~15m在外坡设置马道，马道宽度2.0m。后期坝堆筑时为防止尾矿冲刷坝体及尾矿流失，在坝内侧采用较细的废石作过渡层，过渡层厚1.5~2m。后期坝堆筑时子坝的轴线长度随着沟谷地形向上、向外侧逐渐扩大变化，最长约530m。后期坝可加高到标高▽290m。 5.4尾矿库容量计算及确定
初期坝和后期坝标高分别为▽254m
和▽290m标高，经计算，
设计总库容量为209.93×104m3，其中初期坝库容8.31×104m3。
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5.5尾矿库设计等别
根据《选矿厂尾矿设施设计规范》对尾矿库等别划分标准，本次
设计尾矿库容量为209.93×104m3，坝体总高度59m，按库容和坝体高度划分为四等库。尾矿库等别划标准分见表5-1。
尾矿库等别标准划分表 表5-1 等别 一 二 三 四 五 全库容量V（×104m3） 坝高H（m） 二等库具备提高等别条件者 V≥10000 1000≤V＜10000 100≤V＜1000 V＜100 H≥100 60≤H＜100 30≤H＜60 H＜30 5.6尾矿库调洪库容计算与确定
根据《选矿厂尾矿设施设计规范》（ZBJ1-90）的有关规
定，本设计总库容V＝209.93×104m3、坝体总高度H=59m，确定为四等尾矿库，初期防洪标准应按30~50年一遇洪水设防，中、后期防洪标准应按100~200年一遇设防。 5.6.1 50年一遇防洪标准验算
防洪标准按50年一遇洪水对初期坝进行验算，其有关参数如下：
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（1）以“山东省多年平均年最大24h降雨量等值图”查得该处多年平均最大24h降雨量h24＝120mm；
（2）从“山东省最大24h降雨量变差系数（Cv）等值线图”查得该处的Cv＝0.55；
（3）由皮尔逊III线曲线的模比系数Kp值表（Cs＝3.5Cv）查得当Cv＝0.55，P＝2%时，Kp＝2.58。
该地区50年一遇年最大24h降水量H24=Kp×h24=2.58×120=309.6mm。
因汇水面积F＜100 km2，故不作暴雨点面雨量换算。该尾矿库汇水面积按所处三面山脊分水岭圈定为0.192 km2，50年一遇最大24h洪水总量按下式计算：
W24,2％＝1000at×Htp×F＝1000×0.7×309.6×0.192＝41610m3
其中W－为历时24h、频率为2%（50年一遇）的洪水总量，m3/d；
at－与历时24h相对应的径流系数，取at＝0.7；
Htp－历时为24h，频率为2%的降雨量，mm，取Htp=H24=309.6mm；
F－汇水面积，km2，该尾矿库F＝0.192 km2；
据山东省水文图集及特小汇水面积洪水计算公式进行计算：该尾矿库的汇水面积为F＝0.192km2。在该区域内形成最大洪峰流量：Q2%＝4.8m3/s。
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采用概化多峰三角形洪水过程线方法，结合排水系统排洪能力，经调洪演算，最大调洪库容需1.4万 m3。
根据《规范》要求，按四等尾矿库下游式筑坝规定最小干滩长度为35m，坝顶最小安全超高为0.35m。本设计初期坝按尾矿坝安全超高1.7m（▽252.3～▽254m）考虑，留有1.35m的调洪高度，折合1.6万 m3调洪库容，大于所需最大调洪库容1.4万 m3的要求。
该尾矿库排水系统排洪能力为6.2m3/s，最大洪水量可在4~5小时内排放掉，符合“洪水排出时间不宜超过72小时”规定。
5.6.2 200年一遇防洪标准验算
防洪标准按200年一遇洪水对后期坝进行验算，其有关参数如下：
（1）以“山东省多年平均年最大24h降雨量等值图”查得该处多年平均最大24h降雨量h24＝120mm；
（2）从“山东省最大24h降雨量变差系数（Cv）等值线图”查得该处的Cv＝0.55；
（3）由皮尔逊III线曲线的模比系数Kp值表（Cs＝3.5Cv）查得当Cv＝0.55，P＝0.5%时，Kp＝3.34。
该地区200年一遇年最大24h降水量H24=Kp×h24=3.34×120=400.8mm。
200年一遇最大24h洪水总量：
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W24，0.5％＝1000at×Htp×F＝1000×0.75×400.8×0.192＝57715m3
在该区域内形成最大洪峰流量：Q0.2%＝7.2m3/s。
采用概化多峰三角形洪水过程线方法，结合排水系统排洪能力，经调洪演算，最大调洪库容需2.7万 m3。
该尾矿库排水系统排洪能力为6.2m3/s，最大洪水量可在7~8小时内排放掉，符合 “洪水排出时间不宜超过72小时” 规定。因此，该尾矿库可以安全渡汛。 5.7排水、回水系统
尾矿库采用斜槽－排水管排水系统，主要排水构筑物包括斜槽、排水管和消力池。排水斜槽断面尺寸为1.3×1.3m，壁厚0.4m，盖板厚0.4m，长度169.04m，采用钢筋砼结构。排水管为圆拱型断面，顶部半圆拱型断面尺寸为R=0.65m，底部半圆拱型断面尺寸为R=0.62m，顶部半圆拱型厚度0.4m，总长度448.05m，采用钢筋砼结构。排水管与斜槽均修筑在新鲜的基岩上，填方段应分层夯实，承载力与变形均应达到设计要求，并做素混凝土垫层。排水管末端出口与消力池相接。消力池为钢筋混凝土结构，矩形断面尺寸为B×L×H＝3×10×1 m。排水斜槽的泄水口随尾矿沉积滩面和水位的抬升用盖板逐段封堵，泄水口要与澄清水面高度保持一致，防止沉淀尾砂流入排水斜槽造成堵塞，而影响排洪安全。
该尾矿库排水系统排洪能力为6.2m3/s，最大洪水量可在7~8
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小时内排放掉，符合 “洪水排出时间不宜超过72小时” 规定，尾矿库可以安全渡汛。
正常生产期间，尾矿水经沉淀、澄清后用泵打回选矿厂循环使用。在洪水季，通过排水系统将洪水排出尾矿库。尾矿排放采用坝前均匀放矿，沉淀、澄清水在库后汇集，因此考虑在尾矿库库后山坡处设移动式回水泵站，泵站随水位的抬高逐步向上移动。回水系统由矿方自行解决。
为避免雨季降水冲刷尾矿库坝坡基底，设计在尾矿坝外坡基底与两岸接合处的山坡上设置截水沟，截水沟断面B×H＝1000×800～1000mm，采用浆砌块石砌筑。
尾矿坝外坡面排水考虑在马道位置设截水沟，并每隔50～60米设排水沟或排水管做纵向排水。 5.8尾矿输送及放矿
来自选矿厂的尾矿浆浓度约为20%，尾矿输送流量800 m3/h，矿浆容重为1.2t/m3。输送系统设计选用两台LSGB250×1.6型和四台LSGB280×2.5型水隔离矿浆泵，交替使用。尾矿输送管线两条分别为DN250和DN350复合管，沿地表敷设，输送管路长约2.2km。
尾矿库排放采用坝前均匀放矿方式，放矿管径为D114×8mm，每隔8－10m设一个放矿口及控制闸门。尾矿坝初期使用时，为防止放矿对坝体的冲刷破坏，应延长放矿支管长度或设施导流槽。 5.9尾矿库的观测设施
为及时掌握尾矿坝的稳定状态和浸润线情况，设计采取对尾矿坝
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体和排水设施设观测点，及时观测掌握其工作状态，以确保运行安全。 5.9.1 尾矿坝的变形观测点设置 5.9.1.1目的
为及时掌握尾矿坝的变形情况、研究规律及有无滑动、滑坡，可能破坏趋势，以确保尾矿坝运行的稳定和安全。 5.9.1.2观测设备
观测设备包括观测标点、工作基点和起测基点。 （1）观测标点
观测标点埋设于坝体表层，用以观测坝的变形量。 A、标点布置
标点布置应根据坝的重要性、结构尺寸和地质情况而定，并以能全面掌握构筑物的变形状态为原则。可选择有代表性且能控制主要变形情况的断面，如最大坝高断面，排水管通过的断面及工程地质变化较大地段，断面间距50～100米。本次选择了3个断面布置标点。 B、标点结构与埋设
观测标点由底板、立柱和标点头三部分组成。 （2）工作基点
工作基点为实施水平变形测量的基点。在坝端两侧每一纵排标点之延长线上各布置一点，要求不受坝体变形影响，又不被破坏而便于观测的地方，其标高接近观测标点的标高。 （3）起测基点
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起测基点为实施垂直变形测量的起点或终点。在每一排纵标点之两侧各设一点，其标高大致接近。为了引测和测起测基点的标高，尾矿坝附近应有不少于3个水准基点，并连结成观测网。 5.9.1.3 观测时间要求
尾矿坝投入运行初期每月观测一次。当坝体水平、垂直变形量已基本稳定后（变化有规律）可减为每季或半年观测一次。当遇有地震、暴雨或久雨、库内水位超过最高水位、渗透情况严重、变形量显著增大时应增加测次。
5.9.2 尾矿坝的浸润线观测设置
为了解坝体内浸润线的位置和变化情况，以判断坝体是否稳定，确保安全运行，需要对坝体浸润线进行观测。观测装置及方法如下： （1）观测设备
采用测压管观测，即采用ф80毫米钢管或塑料管，将下底端封闭。在封闭端管壁上钻孔，孔径ф8mm，孔纵距50mm，每周均布4孔梅花布孔，钻孔段长1000mm，外包土工布作滤层。测压管顶端安装管口保护盖。测压管的埋设，其管底标高应低于设计最低浸润线2m。测取管中水位标高与坝上游库水位连线即为浸润线。
观测管内水位的仪器有测深钟，电测水位计、压气U形管，示数水位器及遥测水位计等。电测水位计利用水的浮力将导电的浮子托起接通电路的原理制成，有测头、批示器和吊尺等。观测时将测头放入测管内，至批示器有反应后，测读测水管管口数值，再计算管内水位
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标高。
（2）观测位置的设置
浸润线的观测断面应设置于最大坝高断面、排水管断面处。每升高10～15m增加一个测点。 （3）观测时间要求
平均每月观测一次，遇有上游水位超过正常高水位或经常高水位及坝体异常时应增加测次。 5.9.3 尾矿库水位观测
按《规定》要求，在库内排水斜槽上刷涂清晰醒目的水位观测标尺，标明正常运行水位和整数水位。 5.9.4 值班室、供电及通讯
在尾矿库附近设置一个看守值班室。
尾矿库值班室及坝上照明等用电由选矿车间统一安排，可采用低压电缆。
尾矿库通讯设备由选矿厂管理，值班室内设置一部电话机。 5.10 基建工程量、建设投资及施工进度计划 5.10.1本设计尾矿库基建工程量见表
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基建工程量表 表5-2 序号 1 2 3 4 5 6 项 目 内 容 堆石坝 滤水坝趾坝体 排渗褥垫 排水管 排水斜槽 消力池 结构型式 废石堆筑 级配石料 级配石料 钢筋砼体 钢筋砼体 钢筋砼体 单位 m3 m3 m3 m m m3 数量 35000 360 375 448 169 19.61 备注 5.10.2 工程投资
本尾矿库工程建设总投资为3697445元。投资构成见表5-3。
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建设投资构成表 表5-3
序号 一 二 三 四 五 六 七 定额编号 项目或费用名称 初期堆石坝 滤水坝趾坝体 排渗褥垫 排水管 排水斜槽 消力池 清基 合计 单位 m3 m3 m3 m m m3 m3 数量 39000 360 375 448 169 19.61 2500 单价（元） 总价（元） 25 71 71 4547 3549 710 7.8 975000 25560 26625 备 注 2037056 599781 13923 19500 3697445 25
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5.10.3 施工进度计划
根据设计基建工程量，本尾矿库建设工期为10个月，详见表5-4。
施工进度计划表 表5-4序号项目内容1月1234567清基初期坝2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月备注滤水坝趾坝体排渗褥垫排水管排水斜槽消力池注：本表所注时间为相对时间，具体开工日期由业主根据具体情况确定。26
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6．环境保护
环境保护是我国的基本国策，环境的污染治理是环境保护的核心。
我国环境保护法指出“开发矿藏，必须实行综合勘探、综合评价、综合利用、严禁乱挖乱采，妥善处理尾矿矿渣，防止破坏资源和恶化自然环境。”
本次设计淄博市华联矿业有限公司4#尾矿库是该公司矿山生产中的一个重要设施组成部分，在环境保护方面是矿山生产中的敏感控制对象。设计和生产运行过程中，必须按国家有关环保法规要求，采取有效的防治措施，加强管理，消除环境影响因素，有效保护环境。 6.1环境保护设计依据、标准
《地表水环境质量标准》GB3838-2002 《地下水质量标准》GB/T14848-93 《污水综合排放标准》GB8978-1996 《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996
《一般工业固体废物贮存、处置场污染物控制标准》GB18599-2001
6.2主要污染源及其治理措施
本尾矿库的主要污染因素及污染源来自尾矿废水，尾矿库的尾
砂粉尘。其他方面对环境影响关系不大。
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6.2.1废水
本次设计4#尾矿库的尾矿水经自然沉淀澄清后回水循环再利用，设计尾矿库澄清水沉淀面积和距离均满足要求，能够保证自然沉淀澄清。本矿为单一磁铁矿，选矿过程中采用磁选不加任何药剂和化学物品，因此，尾矿及尾矿水中不含有毒、有害物质。尾矿水经自然沉淀满足回水二次生产利用要求，澄清后可达到排放标准，对周围环境影响不大。但设计提出：在生产运行过程中，汛期暴雨时可能因库内排放量增加，细粒级悬浮物导致尾矿水浑浊浓度提高，因此在雨季截洪时严格控制排水斜槽泄水口的位置保持在澄清水面，根据水位变化情况封堵泄水口，防止尾矿进入排水斜槽造成库外环境污染。 6.2.2 粉尘
尾矿对环境污染的另一种形式是受风吹产生的扬尘污染。本尾矿库为4等库，规范要求其干滩长度不得小于35m（下游式尾矿坝）。干滩遇到大风天气，极易产生扬砂污染，因此，遇到此类天气时，尾矿库管理人员应及时对干滩面进行洒水湿润，以避免扬砂。对于坝体外坡则进行覆土并种植草皮，防止坝体的扬砂污染。
矿山企业已设有环保机构、安环部门及化验室有关专职人员负责尾矿坝废水取样、监测等管理工作。发现问题要及时采取处理措施。
7．尾矿库安全设施设计
尾矿库是金属矿山一种危险性较大的生产设施，是矿山安全生产
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的重要组成部分，其安全状况不仅关系到企业的安全生产和经济效益，而且关系到库区下游村镇、农田及工业、交通等基础设施的安全，以及库区下游人民群众生命财产的安全，特别关系到社会稳定和经济健康发展。
华联矿业有限责任公司是一生产多年的铁矿山企业，在生产中坚持贯彻 “安全第一，预防为主”的方针原则。建立了以总经理为组长，副总经理为副组长的尾矿库安全管理领导小组和安全管理保证体系，安全科是矿山安全管理的职能部门，对尾矿库的设计施工和安全检查管理负责。企业制定了全面的安全管理制度，并规定公司所有职工均有权对一切损害尾矿库设施安全的行为进行监督、检举和制止，职工的总体安全意识在得到了普遍的提高。 7.1尾矿库主要危险、有害因素分析
根据尾矿库的建设属性、设施结构类型以及使用特点，涉及有关安全方面的主要危险、有害因素是：尾矿库区的工程地区条件和水文地质条件、坝体的稳定性、调洪库容能力、排洪能力及其排水设施的坚固性等。
7.1.1工程地质灾害分析 （1）产生的原因
产生工程地质灾害的条件主要是断裂构造的活动、岩溶、滑坡、泥石流、软弱土夹层以及尾矿库附近或尾矿库下部有地下开采活动引起工程地质条件变化。
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（2）破坏形式
工程地质灾害破坏力和破坏范围较大，可能造成的灾害主要是垮坝、折断或堵塞排水斜槽、排水管，造成尾矿库毁坏甚至报废。 （3）工程地质及水文条件分析
该尾矿库所处低山丘陵区，第四系不发育，土层较薄，大部分基岩裸露，表面风化深度1-2m。区内主要为花岗岩类的伟晶花岗岩、角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、角闪片岩及斜长角闪岩、含铁角闪石英片岩，平均普氏硬度系数分别为4.73-11.67；平均坚固性系数（f）3.3-7.65;平均软化系数0.69-0.87；平均天然抗压强度41.25-101.8MPa；平均饱和抗压强度33.0-76.49MPa，岩石为较硬-坚硬岩，岩石质量指标RQD值一般在50-80之间，岩体较完整，工程地质条件为简单类型。另外，尾矿库下部未发现具有开采价值的矿产，不存在因地下开采活动造成的地质灾害因素。
区内水文地质条件简单，地下水不丰富，地表主要是考虑大气降水，确定尾矿库的调洪和排洪能力。水文地质条件对尾矿库的安全影响不大。
根据矿山现已建成运行的前三个尾矿库所在库址的工程地质情况验证，未发现不良地质构造。本次设计4#尾矿库选址所处的地形条件和工程地质条件较好。尾矿坝建立在基岩上，能够保证坝体稳定的保障条件。 7.1.2坝体安全设计
根据本尾矿库选址地形及工程地质条件、尾矿坝的结构类型、筑
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坝材料、筑坝方法等，设计所采取的尾矿坝安全设置及有关技术参数、施工要求及安全措施等，具体如下：
（1）初期坝为堆石坝，后期为碾压式土石混合坝，采用露天采场的废石和土。堆坝方法可采用汽车运废石土上坝，并用推土机平整后采用机械或其他方法压实，每层废石、土料厚度≤0.6m，干容度达到r≤ 1.65t/m3。坝坡及坝顶采用人工整理。
（2）下游滤水坝趾采用块石堆坝，上游初期坝和下游滤水坝趾之间的坝基设置排渗褥垫，厚度1m，采用50~200mm级配块石分层铺设，上覆土工布。
（3）初期坝内坡面采用400g/m2土工布滤层，防止尾砂漏出。土工布下应找平并垫以200mm厚砾石层，使之受力均匀，土工布上面设300mm厚块石防护层。
（4）后期坝堆筑时为防止尾矿冲刷，在坝内侧采用较细的废石作过滤层，过滤层坡度同坝坡，过渡层层厚2m。放置时要分散，使坝前沉积成粒度均匀沉积滩，以防止尾矿渗漏。
（5）尾矿坝等有关构筑物施工时，必须进行清基，对坝基底清理至完整稳定基岩，若开挖后未见基岩，要继续下挖至基岩，超深部分须采用c15毛石混凝土垫至基础底。 7.1.3溃坝灾害 （1）产生的原因
尾矿坝材料大部分为废石和土，其力学性质取决于材料性质及筑坝的工艺条件。分析尾矿坝垮坝原因，机率从大到小依次为满水漫顶、
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坝体或坝基渗漏、泄洪、坝坡或坝肩滑动、不均匀变形产生贯穿性裂缝等原因。 （2）破坏形式
尾矿库垮坝首先影响尾矿库的正常运行而导致企业停产，而且由于尾矿浆与尾矿水形成泥石流，使殃及范围内的村庄、农田和建筑物等财产设施遭到严重破坏，甚至造成人员伤亡，造成严重污染且不易恢复。
（3）坝体安全性分析 坝体抗滑计算：
尾矿坝稳定性分析采用瑞典圆弧法计算，求出安全系数最小值，并满足设计规范相应规定。
《规范》规定坝坡抗滑稳定最小安全系数K值 坝等别 四
该尾矿库为沟谷式尾矿库，初期坝最大高出地面19m左右，通过以下公式计算边坡失稳的可能程度。
Kc?正常运行 1.15 洪水运行 1.05 特殊运行 1.00 ?(Wn?cos?n)?tg?n??Cn?Ln?Wn?sin?n
式中：n－土条编号数。
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Wn－n号土条重。
Wn＝(r1×hn′+r2×hn″+r2×hn″)×b其中hn′、hn″、hn″为n号土条浸润线以上，浸润线以下及坝基部分的平均高度。 Ln－n号土条底部弧长。
Ψn－n号土条底部圆弧中点和圆心0点的连线与通过0点的铅直线之间的夹角。
Cn－n号土条底部滑弧面上土的强度指标。通过假定一系列的滑动圆弧，计算得Kc分别为1.38，1.41，1.43，1.66，1.36，1.37，1.42。Kc最小为1.36大于1.15的坝坡抗滑稳定最小安全系数。 尾矿坝的安全稳定为企业生产、渡汛、堆存尾矿等奠定了可靠基础。
本次坝体设计根据工程地质条件采取了坝体下部清基、设置了下游滤水坝趾及排渗褥垫层、筑坝采用分层压实等必需的安全结构以及施工工艺要求。坝体为透水碾压堆石坝，外坡坡比为1：1.5，符合尾矿库设计规范。在建设和运行管理过程中只要严格按设计要求施工，该尾矿坝的设计能够保证坝体的稳定。
库区周围是荒坡，库坝体下游附近无村庄，因此即使发生溃坝事故，一般不会造成大的危害。 7.2排水设施安全设计 7.2.1排水设施
根据尾矿库地形，设计在库内设排水斜槽、排水管相互连接并穿
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过坝体底部引出库外，库外坝坡底部设消力池。排水斜槽、排水管及消力池均采用钢筋混凝土结构，具体设计要求和技术参数如下： （1）排水斜槽、排水管以及消力池均采用c30防水混凝土，垫层采用c15素混凝土。钢筋Ⅰ级(￠)Ⅱ级（￠）。钢筋锚固长度LaⅠ级钢为30d，Ⅱ级钢为40d，d为钢筋直径。钢筋搭接长度L=1.2La。 （2）排水管、排水斜槽每隔30m设一道温度缝，缝宽20mm，接缝处采用橡胶止水带，并用沥青麻丝堵塞，外用土木织物布封严，以防尾矿漏出。
（3）排水管及排水斜槽沿尾矿库地形铺设并要求进行清基，管路底部基础要平整，需要填方的部位采用碎石砂浆砌筑或混凝土进行基础处理。
（4）排水涵管及排水斜槽的几何断面均按排洪能力6.2m3/s确定，库内最大洪水量可在7~8小时内排掉。 7.2.2排水设施安全性分析 （1）产生的原因
尾矿库调洪能力不足，或排水系统能力不够，或库内调洪库容不够。排水设施安全稳定性不够，如：发生断裂、坍塌或堵塞而影响正常安全运行。 （2）破坏形式
满水漫顶、冲毁坝体，造成尾矿库垮坝影响尾矿库的正常运行而导致企业停产。
（3）排水设施安全性分析
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尾矿库排水设施（排水斜槽、排水管及消力池）均设置在牢固的基岩表面，各设施均采取钢筋混凝土结构，混凝土标号、配筋材质及规格均按抗拉及抗滑要求经计算选取确定，同时考虑了抗震需要，正常情况下能保证排水设施的安全稳定。
尾矿库采用斜槽－排水管排水系统，斜槽断面尺寸为1.3×1.3m，圆拱型排水管断面尺寸为R=0.65（0.62）m，均为钢筋砼结构。为防止不均匀沉陷，排水管与斜槽一般均修筑在新鲜的基岩上，填方段应分层夯实，承载力及变形均应达到设计要求，并做素混凝土垫层。排水管出口与消力池相接。
该尾矿库排水系统排洪能力为6.2m3/s，最大洪水量可在7~8小时内排放掉，符合 “洪水排出时间不宜超过72小时” 规定，尾矿库调洪库容及排水系统均可以保证安全渡汛。
另外，设计沿尾矿坝下游坡与两岸接合处的山坡上设置截水沟，防止雨水对坝体的冲刷。 7.3安全监测设置
为确保尾矿库的安全，设计对坝体的稳定状态、尾矿库浸润线的情况均设置了监测点，配备了必要的监测设备，提出了监测制度和要求，可及时掌握了解尾矿坝的稳定状态、尾矿库的水位及浸润线的变化情况，将有效防止尾矿坝的失稳。尾矿库安全监测设置详见5.9章节中的有关内容。
7.4施工、生产运行及管理要求
（1）由于库区未做工程地质勘察工作，本次参考原矿区的《工
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程地质勘察报告》所述工程地质情况进行设计，建议在坝体施工过程中，补充工程地质勘察工作，完善工程地质资料，若现场实地开挖揭露情况与参考地质资料有出入时，应及时通知设计单位进行处理。
（2）严格按设计施工，尾矿坝坝体施工时必须清基，确保坝基、坝体的施工质量。
（3）采取坝前分散放矿形式。为保护初期坝上游坡免受尾矿浆冲刷，应采用多管小流量的放矿方式，以利尽快形成滩面，并采用导流槽或软管将矿浆引至远离坝顶处排放。放矿要做到交替均匀，尾矿滩面不得有积水坑，每期子坝堆积完毕应进行质量检查。
（4）严格控制库内水位，在满足水质和水量的前提下，尽量降低库内水位，当回水与坝体安全要求的沉积滩滩长相矛盾时，应以确保坝体安全为主控水位。
（5）尾矿坝堆积至1/2~2/3最终设计坝高时，应对坝体进行一次全面的勘察。
（6）建立尾矿库定期巡查和各项管理制度，定期或不定期组织尾矿库安全大检查，其中包括尾矿库防洪安全检查（主要内容包括：设计防洪标准、尾矿沉积的干滩长度和尾矿库的安全超高等）、排水构筑物的检查（内容包括构筑物有无变形、位移、损毁、淤堵、排水能力是否满足要求等）、尾矿坝的安全检查（内容包括坝的轮廓尺寸、变形、裂缝、滑坡等），发现存在的隐患和问题及时整改，在库区周围严禁民采活动。
（7）对尾矿设施坚持日常的巡检和观测，发现不安全因素时，应立即采取应急措施并及时向上级报告。
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（8）对尾矿设施的安全检查和检测作出及时全面的记录。 （9）建立相应的应急预案，落实应急通讯保障和抢险救援的人员、资金、物资准备，并定期组织演练。
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