石棉矿治理项目申请报告

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1、目 录第一章概况1-11.1 尾矿库基本情况1-21.2 尾矿库工程建设、论证过程1-31.3 尾矿库工程的勘探过程1-41.4 工程现存的主要问题1-51.5 尾矿库工程整改措施1-6第二章工程治理的依据和紧迫性2-1第三章工程地质及水文地质3-13.1工程区位置、地形及地貌3-13.2 区域地质概况3-13.3尾矿边坡的物质组成3-23.4水文气象3-43.5不良地质作用3-4第四章设计依据4-14.1设计依据的相关规范4-14.2地形资料4-24.3水文资料4-24.4地震烈度4-24.5设计依据的其他资料4-2第五章尾矿库主坝整改设计5-15.1 尾矿库主坝现状分析5-15.2 尾矿坝

2、坝坡的整改措施5-45.3 尾矿坝的观测设施5-55.4 尾矿坝的预警设施5-55.5 尾矿坝的通讯设施及上坝道路5-6第六章尾矿库的排洪系统6-16.1 洪水分析6-16.2 原排洪设施泄流能力计算6-46.3 排洪设施的改造措施6-7第七章柴区湾拦渣库7-17.1 柴区湾拦渣坝现状7-17.2 拦渣坝的整改措施7-37.3 排洪涵管的整改措施7-4第八章库区废渣堆积坡的处理8-18.1 尾矿堆积边坡的稳定性8-18.2 .尾矿边坡稳定性对尾矿库的影响8-48.3 尾矿边坡整治措施8-5第九章尾矿库下游居住户的搬迁9-19.1 尾矿库下游居住现状9-19.2 征地、搬迁方案9-2第十章整改工

3、程投资估算10-110.1 编制原则10-110.2 项目投资估算10-310.3 项目投资总额及资金来源10-5第十一章尾矿库的管理11-111.1 管理职责11-111.2尾矿库安全机构设置及人员配备培训11-211.3日常管理11-311.4 尾矿库管理11-311.5 应急救援预案11-4第十二章劳动安全与工程危害识别12-112.1设计依据及采用的主要标准12-112.2工程的主要危害因素12-312.3职业安全卫生对策措施及建议12-13第十三章环境保护与水土保持13-113.1设计依据及采用的主要标准13-113.2主要污染治理措施13-213.3环境监测13-3第十四章项目实施

4、的环境和社会影响14-1第十五章结论和建议15-1附图:1、平面布置图 Y-0806-W-K-012、堆积坝体剖面图 Y-0806-W-K-023、隧洞及拦洪坝详图 Y-0806-W-K-03 4、边坡削坡处理图 Y-0806-W-K-04第一章 概 况陕南石棉矿位于陕西省宁强县境内,距宁强火车站23.0km。该矿于1951年4月由国家出资创建,先后隶属于国家建筑材料工业部,陕西省建委,陕西省建材局,汉中市经委;1993年加入中国非金属矿企业集团。企业通过50多年的建设和发展,目前总占地面积16.64万m2,已经拥有固定资产3600多万元,建筑面积3.5万m2, 现有员工799人(含离退休人员

5、); 各类专业和工程技术人员近百名。 该企业是生产纤维水镁石和温石棉的采选中型国有矿山企业,企业的采矿方式为露天台阶式采矿,与采矿相配套的机械化选场两座,产有目前世界上唯一的特大型纤维水镁石矿床,已探明的纤维水镁石储量达780.0万t,伴生的优质蛇纹石储量2.3亿t,是目前世界上唯一生产纤维水镁石的矿山企业。企业年处理矿石40.0万t ,年产5级(正产品)以上纤维水镁石及温石棉4500.0t,5级以下副产品1.5万t、优质蛇纹石25.0万t,产品形成三大系列、五个等级近30种规格,主要用于石棉水泥、建筑保温、橡胶密封等制品领域。1994年以来,由于国家产业政策和市场等原因,企业连年亏损,累计亏

6、损已达2500多万元,2001年5月,因尾矿库存在重大安全隐患,陕西省安监局下发了停产令,要求停产治理。2004年,由国家出资1289.0万元,完成了尾矿库闭库工程,尾矿库的重大安全隐患得到初步治理。2006年9月,企业由国家批准政策性破产,现企业处于破产清算中。1.1 尾矿库基本情况陕南石棉矿尾矿库工程是根据原陕西省建材局1979年签发的陕革建材计发(79)310号文的精神和陕革建材基发(79)364号文的批准开始建设的。陕南石棉矿尾矿库位于秦岭南麓汉中市宁强县境内,是以防止尾矿渣下泄为主,兼起调洪作用的工程。坝址控制汇水面积5.5km2,总库容135.0*104m3,最终坝高52.5m。根

7、据防洪标准(GB 50201-94)第条表4.0.5“尾矿坝或尾矿库的等级和防洪标准”的规定,尾矿坝最终坝高在30-60米的为四等工程,按库容及其最终坝高,陕南石棉矿尾矿库工程应定位四等工程。但是,考虑到该尾矿库的重要性及其周边环境情况,且原设计中按照三等库工程进行设计。因此,这次整改加固设计仍然按照三等工程进行加固处理设计。该尾矿库工程由尾矿坝,排洪斜槽和柴区湾冲沟治理工程等建(构)筑物组成。陕南石棉矿尾矿库初期坝为土石混合坝,坝顶高程为1052.50m,坝顶宽度设计为5.0m,实际施工为8.0m,最大坝高34.5m。背水坡即下游坡坡比原设计为1:2.25、 1:2.50、 1:3.0,实际

8、竣工的坡比分别为1:2.23 、1:2.17 、1:3.2;堆筑体的容重为1.85t/m3。尾矿坝的闭库工程包括尾矿坝的加高工程、排洪斜槽的延伸工程和柴区湾冲沟治理工程。其中尾矿坝的加高工程是在原尾矿坝上再修筑高度为18.0m的土石坝。加高以后的坝顶高程为1070.00m,坝顶宽度4.0m,坝顶长度255.0m;上游边坡1:2.0,下游边坡1:2.25;上、下游坡面均采用干砌石护坡;在上游坡1055.00m高程处设有4.0m宽的马道一条,下游坡在1052.5m高程即原尾矿坝坝顶留有一定宽度作为马道,原尾矿坝的下游坡分别在1040.00m和1023.00m高程处各设有马道一条。尾矿库的排洪设施由

9、排洪涵洞,排洪隧洞和尾水渠组成。其中坝的上游为斜槽,位于坝下的是涵洞,八十年代竣工的尾矿库排洪系统为排洪隧洞和尾水渠;排洪斜槽沿右岸山坡布置,基础座落在基岩上。整个排洪系统在平面上和立面上均有转折。斜槽断面为双跨矩形半圆顶拱型式,单跨净宽1.3m,净高2.6m,其中直墙高2.0m,拱高0.6m。采用钢筋混凝土浇筑而成。排洪斜槽的底坡随地形变化。排洪隧洞断面为圆拱直墙型;隧洞净宽3.0m,净高3.5m,其中直墙高2.0m,顶拱高1.5m;钢筋混凝土衬砌,衬砌厚度为0.25m。隧洞纵比降为2.5%。1.2 尾矿库工程建设、论证过程陕南石棉矿尾矿库位于陕南石棉矿矿区的寺基坝河河道。该库是以防止尾矿渣

10、下排为主,兼有调洪等综合利用的工程设施。陕南石棉矿尾矿坝于1980年7月由原陕西省冶金设计院设计,陕西省综合勘察院进行了工程地质勘察;1980年3月开工,1983年12月基本竣工;初期坝坝体的堆筑由陕西省何家岩磷矿和冶金部第九冶金建筑公司承包;反滤层及护坡由原庙坝公社工农大队施工;排洪隧洞和斜槽由原宁强县烈金坝工程队承担。工程竣工后编写了竣工报告,并于1984年1月15曰以陕棉基发(1984)14号文(关于报送尾矿坝工程竣工报告)的形式向上级报送。工程的闭库设计由西安有色冶金设计研究院于2001年8月完成。2003年10月15日由汉中市龙华工程咨询公司代理进行公开招标,西安市长安水利建筑工程总

11、公司中标承建, 2003年11月28日签定了施工承包合同,2004年1月8日正式破土动工,于2004年11月30日如期完工。该工程由陕西大安工程建设监理有限责任公司进行监理。工程建设基本完工以后,于2005-2006年由原北京达飞安全科技开发完成了陕南石棉矿尾矿库工程验收安全评价;评价过程中指出了一些工程尚存在的不容忽视的安全问题。在此期间,针对尾矿堆积坡的稳定问题,中国有色金属工业西安勘察设计研究院于2006年5月又完成了“陕西省陕南石棉矿尾矿库闭库工程尾矿堆积边坡稳定性评价岩土工程勘察”工作。2008年1月,陕西省安全生产科学技术中心又对该尾矿库进行了现状安全评价,评价认为该尾矿库工程存在

12、某些安全隐患,必须进行整改处理。尾矿库位于石棉矿办公和职工住宅区的上游,连同三个自然村和本矿的职工家属有八千余人口生活在尾矿库的下游。另外,有上百幢办公和住宅建筑也位于尾矿库的下游。1.3 尾矿库工程的勘探过程该工程于1980年夏由陕西省综合勘察院进行了工程地质勘察。主要查明了坝址、排洪渠、隧洞等地段的地层岩性、地貌特征、岩层产状和构造,强风化、破碎胶结状况,地表水流的浸蚀以及其他不良的物理地质现象等。勘察工作通过测绘、勘探、室内试验等手段为工程提供了坝基复盖层的抗剪指标;坝基、坝肩岩石的抗压、抗剪强度指标及软化系数等基本参数;查明了隧洞进、出口及沿渠(洞)线的不良地质现象,提供了岩石的各项地

13、质质量指标。2006年5月,由陕南石棉矿委托,中国有色金属工业西安勘察设计研究院又对尾矿库左岸的尾矿渣堆积坡进行了勘察,并提交了陕西省陕南石棉矿尾矿库闭库工程尾矿堆积边坡稳定性评价岩土工程勘察报告。1.4 工程现存的主要问题2008年1月,陕西省安全生产科学技术中心对陕南石棉矿尾矿库进行了现状评价,认为其在安全上尚存在一定的隐患,定为病库。陕南石棉矿尾矿库作为三等尾矿库工程,属重大危险源;一旦出现问题,将危及下游石棉矿职工和当地村民的生命和财产安全;经现场勘察和研究,最终认为工程存在的主要问题如下:1)、尾矿库下游居住有大量的石棉矿职工和当地的村民,形成了工、农杂居的矿区人居环境,情况非常复杂

14、,由于尾矿库属病库,当遇到特大洪水或者地震时,坝体的稳定性很难得以保证;一旦事故发生,将会对周边大面积范围产生极大的影响,矿区人民群众的生命财产将受到严重的威胁。2)、浸润线的高低是影响坝坡稳定的重要因素;经实地观测,石棉矿尾矿库主坝下游坡渗水出逸点较高,随着库水位的不断升高,坝体中的浸润线会随之升高,对下游坝坡的稳定极为不利。 3)、尾矿库排洪系统进流能力不足,当遇到200年一遇洪水时可能造成库水位抬高,甚至造成洪水超过尾矿坝坝顶高程,进而造成漫顶溃坝的恶性事故。排洪系统由隧洞和涵洞组成,隧洞内有多处断裂缝,应予加固处理。各部分的断面尺寸、纵向比降各不相同,其过流能力需要进一步复核。4)、柴

15、区湾冲沟拦渣库位于尾矿坝坝坡的左岸,柴区湾拦渣库的坝坡稳定存在问题,上游边坡过陡,不符合规范规定的安全要求;柴区湾拦渣库排洪涵管布置不合适,起不到安全泄洪的作用,发生设计洪水时保证不了大坝的安全。5)、尾矿库区的左岸堆积有大量的废矿渣,堆积坡度大致在40度上下,处于不稳定状态;堆积高度远远高于尾矿坝坝顶高程,如果堆积的尾矿渣突然滑进库内,将会威胁尾矿库的安全与稳定。1.5 尾矿库工程整改措施(1)、对尾矿库主坝下游坝坡实施贴坡处理,使坝体渗水不要直接从坝坡逸出,冲刷下游坝面;(2)、重新依据地方性水文手册,采用多种方法分析计算尾矿库的洪水流量和洪水总量;(3)、在库尾修建拦洪坝,右岸开挖排洪隧

16、洞;将流域的洪水分为两大部分。拦洪坝以上的洪水由排洪隧洞下泄,拦洪坝到主坝之间包括柴区湾拦渣库在内的洪水仍然由原排洪系统下泄。(4)、将柴区湾拦渣坝加高,放缓上游坝坡,达到坝坡稳定的状态。将排洪涵管进口降低,使其在压力流状态下达到安全排洪的要求。在拦渣坝坝脚修建截水沟,避免渗出和坝面降雨的水流冲刷主坝坝坡。(5)、对尾矿库左岸的尾矿渣堆积坡实施削坡处理,使其达到稳定状态。(6)、建立完善的观测系统,随时发现问题、及时处理问题。(7)、增设尾矿库的预警装置,一旦发生问题,及时疏散坝下群众,尽量减少损失。(8)、搬迁尾矿库下游的住户和办公机构。第二章工程治理的依据和紧迫性 陕南石棉矿尾矿库作为三等

17、工程,属于重大危险源。2008年1月陕西省安全生产科学技术中心进行了现状评价;发现尾矿库工程在安全上存在一定问题,并将该尾矿库定为病库工程,故需要进行加固处理,使其达到安全标准。陕南石棉矿建于1951年;几十年来,几代人在此扎根落户、生生不息,由于当时国家对尾矿库的建设、管理尚未有严格的规定,致使尾矿库下游的人文环境相对复杂。目前,尾矿库下游人口稠密,有数千余人在此工作和生活,坝体与最近的房屋建筑仅一墙之隔,乡镇机关、社会团体及众多公共场所均集中分布在这一条狭长的山沟内,逃生比较困难。一旦发生特大洪水,出现漫坝或溃坝现象,将对下游数以千计人民群众的生命和财产安全造成难以估量的、灾难性的损失。“

18、和谐社会,以人为本”,人民生命财产的安全已成为我国经济建设中的重中之重,也是国家关注民计民生的集中体现。因此尾矿库的任何安全隐患都不容忽视。在过去的几年中,由于全国部分地区遭受百年难遇的特大洪水,许多地区的同胞顿时身处水深火热之中,自然界再一次给我们以凶猛地打击。2006年4月30日,镇安县黄金矿业有限责任公司尾矿坝溃坝,造成17名群众下落不明,尾矿浆奔涌而下,将坝下9户群众40间房屋瞬时吞噬;2007年6月28日,广西平乐县一尾矿库发生决口事件,大量的泥浆从百米高的山上滚滚而下,使山脚下约有400人的村庄的部分民房、上百亩农田遭受灾害;2007年11月25日,辽宁海城尾矿库溃堤,巨大的泥石流

19、瞬间淹没房屋,造成甘泉镇向阳村10户33间房屋被冲毁,10人死亡,17人受伤。一桩桩惨痛的事故给我们每一个人敲响了警钟,对安全隐患的处理已经刻不容缓了,对尾矿库已经发现的隐患进行处理更是迫在眉睫。当今国际社会对环境保护的呼声越来越高,环境保护已成为一个国家能否实现可持续发展的主要问题。尾矿库作为重大的危险源,同时也是一个巨大的污染源。尾矿库不同于水库,一旦失事,尾矿库对周围环境的影响更加严重、更加持久。鉴于尾矿库事故的危害性巨大及尾矿库存在安全隐患的现状,2007年11月,国家发改委函复(发改办能源20072743号)国家安监总局,指出“开展尾矿库隐患治理工程是必要的”。提出了“关于国家安排中

20、央政府投资支持尾矿库隐患治理工程的建议”。2007年12月,国家安监总局监督管理一司在北京组织召开了尾矿库隐患治理工程项目申报会,下发了“关于印发尾矿库隐患治理工程项目申报会会议纪要的函”,会议明确指出“做好尾矿库隐患治理工程项目的申报工作十分必要,这对于及时治理事故隐患,遏制尾矿库重、特大事故和环境污染,保障广大人民群众的根本利益,具有极其重要的意义。”这是迄今为止,由国家正式提出中央财政支持尾矿库隐患治理工程项目。这一重要举措,说明了国务院对尾矿库隐患治理的高度重视,也表明了国家下决心整治尾矿库安全隐患的决心。根据陕西省安全生产科学技术中心对尾矿库现状评价中所指出的问题:()、尾矿坝渗水逸

21、出点偏高,有可能导致尾矿坝的渗透破坏;()、尾矿库排洪设施进流能力不足,有可能造成洪水漫坝;()、柴区湾拦渣坝失稳将会直接影响尾矿库主坝坝坡的稳定与安全;()、库内左岸堆渣失稳,也会造成泥石流或者库内涌浪的产生。(5)、下游有大型居民区。由于存在上述的安全隐患,陕南石棉矿尾矿库仅从技术上和管理要求上已无法实施正常闭库。陕西省尾矿库安全监督管理办法第九条规定“在尾矿库溃坝可能造成危害的范围内,不得批准建设新的居民居住区。对尾矿库下游已有的居民居住区,当地政府应当组织有关部门以及生产经营单位进行现场勘察,必要时可组织专家进行论证,确定尾矿库对居民居住区是否构成危害;构成危害的,当地政府应当组织居民

22、进行搬迁”。尾矿库下游是陕南石棉矿职工和家属及当地村民的主要居住区,人口稠密,机关及公共场所众多,均集中分布在一条狭长(宽1030m)的山沟,逃生十分困难,一旦尾矿库区发生超标准的洪水,造成洪水漫坝、溃坝,库内储存的160104 m3的尾矿渣连同尾矿坝体一倾而下,将会形成巨大的泥石流,在瞬间将会使现在的河道抬高10m以上,且直接影响范围将达到2.0km以上,会对下游人民的生命及财产安全造成难以估量的损失。同时,由于事故会造成下游河道的水污染及农田污染,对环境破坏巨大,还会造成严重的植被破坏和水土流失等生态破坏问题。依据陕西省尾矿库安全监督管理规定,2007年,陕西省对全省尾矿库进行了安全大检查

23、,和谐社会,以人为本,按照高标准、严要求,为降低事故的危害性,尾矿库的隐患必须治理,下游的居住人员必须实施搬迁。然而,陕南石棉矿现处于破产清算阶段,一旦破产终结,尾矿库的管理主体和安全隐患治理将会长期悬而难决,大坝下游数千居民的生命之危和数以亿计的财产安全将长期难以解除。从尾矿库的闭库要求和社会功能上,尾矿库的隐患治理都应该在企业破产工作结束前完成。综上所述,陕南石棉矿尾矿库所存在隐患都将对尾矿坝的运行构成威胁,不能保证尾矿库闭库以后的安全。本着对当地人民群众生命财产负责的态度以及经济发展与自然环境相互协调的原则,陕南石棉矿尾矿库所存在的隐患进行根治势在必行,而且十分紧迫。第三章 工程地质及水

24、文地质3.1工程区位置、地形及地貌陕西省陕南石棉矿尾矿库位于陕西省宁强县庙坝乡黑木林村,陕南石棉矿办公及生活区的西北侧。南距宁强火车站(大安镇)约23.0Km,距宁强县城约50.0km。工程区地形属南秦岭中山地形,汉江支流寺基坝河流经库区。从现状看,尾矿库右岸即河谷右岸地势陡峭,坡度约为500-60,局部地段裸露的基岩几近直立状。库底呈西高东低状,西侧(库尾)标高为1155.00m左右,东侧(坝后)标高约1048.00m,高差约为107.00m,呈缓变状过渡。由于长期倾倒尾矿,尾矿库未段库底宽度约为5.0-20.0m,中段及坝后库底宽度约20.0-120.0m。尾矿库左岸由于长期大量尾矿堆积,

25、形成高度达20.0-70.0m的尾矿渣边坡,边坡总体坡度约320-39,最大坡度约为50左右。尾矿边坡顶部由于堆积体向库区推移,形成了多级宽窄不等的平台,平台上地势相对平缓,作为选矿场地及交通通道。总体库区坝后及中部呈不对称的“U”字形,库区未段呈“V”字形。场地地貌形态由河谷地貌、山地斜坡地貌、人工边坡地貌等组成。3.2 区域地质概况据“大安黑木林石棉矿最终地质勘察报告”资料,(1960年,陕西省地质局大安地质队)该矿区位于大巴山元古坳陷带之北,南秦岭古生褶皱带南缘,属勉略元古隆起。据1973年1/50万地质图,本地区的地层是古生界浅变质的各类片岩伴受地质构造而形成了勉县略阳。 勉县阳平关大

26、断裂,区内广泛褶皱隆起并经轻微变质而成广泛分布的片岩和局部大理岩。3.3尾矿边坡的物质组成由于尾矿堆积的时间较短,结构疏松,勘探工作的难度极大,因此,对尾矿渣堆积坡的勘察仅根据生产后期在尾矿边坡上倾倒的尾矿特征,了解尾矿的总体特征。各断面尾矿野外特征见表2-1。各断面尾矿特征 表2-.1断面编号断面坡度尾矿野外特征其他特征1-139角砾:灰绿色,主要成份为绿泥绢云斜长片岩和绿泥石化蛇纹岩碎屑,一般粒径2.010.0mm,最大粒径100.0mm,松散2-234角砾:灰色,主要成份为绿泥绢云斜长片岩,一般粒径2.0100.0mm,最大粒径250.0mm,松散3-336角砾:灰绿色,主要成份为绿泥石

27、化蛇纹岩碎屑,一般粒径2.080.0mm,最大粒径约150.0mm,松散该断面边坡坡顶18.0m范围以内有3条裂缝,缝宽约5mm,间隔依次为12.5m、3.0m、2.5m,边坡边缘处已失稳,垂直滑动距离约1.10m,滑面整齐,近直立状4-438角砾:灰色,主要成份为绿泥绢云斜长片岩,粒径一般为2.050.0mm,最大约为200.0mm,松散该断面边坡坡顶10.0m范围内可见滑塌裂缝,滑坡距离约为20.0cm5-534角砾:灰色,主要成份为绿泥绢云斜长片岩,粒径一般为2.0100.0mm,最大约为300.0mm,松散该断面边坡坡顶10.0m范围内可见滑塌裂缝及陡坎,滑塌陡坎高度约为300.050

28、0.0mm6-637角砾:灰色,主要成份为绿泥绢云斜长岩,粒径一般为2.0100.0mm,最大约为200.0mm,松散坡度较小,坡顶面平整7-739角砾:灰绿色,主要成份为绿泥石化蛇纹岩,一般粒径2.05.0mm,表层由于堆积时间较长,已出现泥质胶结,100.0mm以下堆积体松散由于边坡受降雨侵蚀,坡面上可见数道细小冲沟8-837角砾:灰色,主要成份为绿泥绢云斜长片岩,一般粒径2.050.0mm,最大粒径约150.0mm尚应指出,上述断面的尾矿野外特征仅代表最后堆积时的形态。根据调查了解,2001年之前尾矿边坡上堆积的尾矿成份、粒径与现坡面相当。该尾矿由采矿废碴和选矿后形成的尾矿渣组成。采矿废

29、碴粒径较大,一般5.0-100.0mm,大者可达300.0-500.0mm。尾矿渣粒径较小,一般粒径2.0-20.0mm,最大粒径100.0mm。采矿废碴和尾矿渣在倾倒过程中,由于未分开倾倒,因此,边坡上的尾矿是由粗颗粒的采矿废碴和颗粒相对较细的尾矿渣组成的混合料,颗粒级配好,分选性差。从1977年的地形图可见,本矿自1951年开采以来至1977年,虽经26年的开采,尾矿堆积量并不是很大。至1977年实测,尾矿库左岸仍有大面积的原始地形。从本次实测尾矿边坡堆积边界与1977年地形图对比可以看出,至2001年的24年间,尾矿边坡顶界面向库区推移约30.0-70.0m,平均推移50.0m左右。3.

30、4水文气象本场地对尾矿边坡稳定性产生影响的主要为地表水寺基坝河。该河流属汉江上游的支流,从库尾进入尾矿库,沿库底自西向东径流,流域面积约为5.5km2。据有关资料,寺基坝河在枯水季节流量很小;因此,由于库底尾矿渗漏,河水流至库区中部以后断流,河水全部进入库底尾矿中,通过尾矿坝(透水坝)在一期尾矿坝下游的坝底再次汇入河谷。主要降雨期在每年的58月份,占全年降雨量的6070%,雨后河水流量增大,多集水成洪。由于河岸两侧地势较陡,河谷纵向坡度较大,平均纵向坡度为6.5,降雨过程中或雨后河水流量猛增,多集水成洪。汛期水位幅度变化很大,流量急增急减,枯水季节流量为0.01525m3/s,洪水期间可增加几

31、十倍,水深从平时的0.10.2m可以突增高至1.01.5m,但经过几个小时后即可降落。勘察期间河流水深为0.10.30m,坝轴线位置处的河水位为1015.001015.11m。自建矿以来,该区域最大年降水量为(1956年)1059.9mm,最小年降水量为(1971年)439.2mm;最大洪水位发生在1957年,当时在坝段的水深1丈有余,3.04.0m大的石块可被洪水冲走,淹没了场地内右岸现存的一级阶地界面,相当于高为1017.70m左右的洪水水位;但洪水时间不长,仅23小时即恢复平常水位。3.5不良地质作用根据现场实地调查和已有资料,尾矿库区无影响尾矿边坡稳定的活动性断裂,但存在发生水石流的可

32、能性,除此以外,无其他不良地质作用。第四章 设计依据4.1设计依据的相关规范中华人民共和国矿山安全法(1992年11月7日)尾矿设施安全监督管理办法(试行)尾矿库安全技术规程(AQ 2006-2005)尾矿库安全监督管理规定(国家安全生产监督管理总局2006年6月1日)陕西省尾矿库安全监督管理办法(陕西省人民政府 2006年7月25日)选矿厂尾矿设施设计规范(ZBJ 1-90)冶金矿山尾矿设施管理规程(90冶矿字第185号)有色金属采矿设计规范(YSJ 01992)选矿安全规程(GB 18152-2000)一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准(GB 18599-2001)中国地震动参数区划

33、图(GB 183062001)碾压式土石坝设计规范(SL 2742001)碾压式土石坝施工技术规范(SDJ 21383)水利水电工程等级划分及洪水标准(SL 2522000)水工混凝土结构设计规范(SL/T 19196)污水综合排放标准(GB 89781996)尾矿设施施工及验收规程(YS 541895)建筑设计规范(GBJ 11-1989)室外排水设计规范(GBJ 14-87)给水排水工程构筑物结构设计规范(GB 50069-2002)防洪标准(GB 5020l一94)混凝土面板堆石坝设计规范(SL 228-98)砌石坝设计规范(SL 25-2006)4.2地形资料区域 1:10000地形图

34、库区 1:1000地形图4.3水文资料由于尾矿库所在的河流无水文站,没有实测数据,水文计算资料主要依据汉中地区实用水文手册获取。4.4地震烈度根据中国地震动参数区划图GB18306-2001的划分,陕南石棉矿尾矿库所处地区地震设防烈度为7度。4.5设计依据的其他资料(1)、陕南石棉矿尾矿库现状安全评价报告陕西省安全生产科学技术中心(2)、陕西省陕南石棉矿尾矿库闭库工程尾矿堆积边坡稳定性评价岩土工程勘察报告中国有色金属工业西安勘察设计研究院 2006.5.(3)、陕南石棉矿尾矿库工程安全验收评价报告北京达飞安全科技开发 2006.9(4)、陕南石棉矿提供的一期尾矿库竣工资料关于报送尾矿坝工程竣工

35、报告以及部分图纸:(5)、陕南石棉矿提供的由西安有色研究设计院于2001年8月完成的陕南石棉矿尾矿库工程设计说明书;(6)、陕南石棉矿提供的由西安市长安水利建筑工程总公司完成的陕南石棉矿尾矿库闭库工程竣工验收施工报告;(7)、陕南石棉矿提供的由陕西长安工程建设监理有限责任公司完成的陕南石棉矿尾矿库闭库工程竣工验收监理工作报告;(8)、陕南石棉矿提供的陕南石棉矿尾矿库闭库工程竣工验收建设管理工作报告、尾矿坝剖面图、尾矿库泄洪设施设计图、柴区湾拦渣坝断面图等设计图和竣工图。第五章 尾矿库主坝整改设计陕南石棉矿尾矿库工程设计工作于1980年夏季由原陕西省冶金设计院设计(即西安有色冶金设计研究院的前身

36、)。根据初步设计,工程建设分两期,第一期为初期坝,坝顶标高1052.50m,坝高34.5m,坝顶宽度设计为5.0m,坝顶长度为140.0m。背水坡的坡度自上而下分别为1:2.25 、1:2.5 、1:3.0 ,坝体为土石混合坝。工程闭库设计是在原尾矿坝上又将坝体进行了加高;加高以后的坝顶高程为1070.00m,坝顶宽度4.0m,坝顶长度255.0m,最大加高18.0m;加高以后的最大坝高为52.5m;加高部分上游坝坡1:2.0,下游坝坡1:2.25;下游坝坡的坡脚作用在第一期尾矿坝的坝顶上。上、下游坝坡均采用干砌块石护坡。最高拦洪水位1068.00m。5.1尾矿库主坝现状分析5.1.1 坝体沉

37、降量较大尾矿坝坝顶、上游坝坡、下游坝坡均采用了干砌块石护坡,坡面平整;在坝顶和上游坝坡1055.0m高程处马道上均设有坝体变形观测桩;从坝顶的平整程度来看,似乎坝体的沉降量不大;但是,根据施工报告的描述,从2004年4月1日到2004年7月3日,当坝体全断面填筑至1064.00m高程时,河床坝段出现了不同程度的沉降,最大沉降量0.97m。暂停施工至2004年7月29日,坝体累计沉降1.15m。1064.00m以上的坝体是在已填筑坝体及坝基的沉降已基本完成的情况下继续堆填的,因此,竣工后的坝顶反应出来沉降量不大。5.1.2 坝体渗透出逸点偏高陕南石棉矿尾矿坝坝基高程大致在1011.00-1015

38、.00m之间,2005年汛期,库水位大致在1055.0m上下,局部坝体的浸润线逸出位置在1040.001043.00m高程,比坝基高出25.0-28.0m左右,占到最大坝高的一半。如果该出逸点确实为浸润线的逸出高度,说明坝体的浸润线位置偏高,对大坝的稳定极为不利。目前矿方虽然已经采取了“上游防渗,下游排渗”的措施;但是其真正原因尚不清楚。鉴于石棉矿尾矿库所在位置的重要性,应当采取可靠的工程措施,降低浸润线的位置或者培厚下游坝坡,以确保尾矿坝的安全性。5.1.3 坝坡稳定性核算陕南石棉矿尾矿坝上游坡为临时坡,坡面高度(1070.5-1055.0=)15.0m,随着尾矿的堆填,坡面高度越来越低;其

39、坡比为1:2.0,边坡是稳定的。尾矿坝的下游坡坡高为(1070.5-1015.0=)54.0m;其平均坡度可以达到1:2.5,坝坡稳定应当不成问题;但是,由于坝体渗水的逸出点较高,其稳定性仍然需要进行核算。如果按照浸润线于1043.0m高程逸出对尾矿坝下游坝坡的稳定进行论证,并分别就最高洪水位工况和地震工况进行计算。计算采用的参数如表5-1所示。表5-1:尾矿坝坝坡稳定计算参数稳定计算的参数部位粘聚力C(kPa/m3)内摩擦角(度)天然重度kN/m3饱和重度kN/m3矿渣堆积坝3.02818.519.5(1)、工况一-最高洪水位情况最高洪水位情况为库内水位为200年一遇的设计洪水位1068.0

40、m高程,尾矿坝上游坡的稳定计算成果示于表52。 表52 坝坡稳定计算成果表滑弧中心角104527846滑弧半径107.33127.06102.15116.24滑弧长度194.82115.31139.0693.32条块宽度13.4215.8812.7714.53安全系数1.721.441.461.42由表52所示的计算结果说明,最高洪水位情况下坝坡最小抗滑稳定安全系数为1.42,大于规范规定的最小安全系数值1.15,故坝体是稳定的,最危险滑弧如下图所示。(2)、工况二-正常加地震情况因为该地区处于7度地震区,需考虑地震作用。按照抗震设计规范的规定,地震荷载应与正常情况组合;该尾矿库闭库以后不再向

41、库内投放矿浆,又不允许蓄水,因此地震情况计算中未考虑稳定的渗透水压力。仅就在地震作用下采用拟静力法的稳定计算如下:地震作用下的水平惯性力: 式中:水平向设计地震加速度代表值0.98;地震作用的效应折减系数取0.25;质点i的动态分布系数;g重力加速度。经计算,在最危险滑弧面的地震惯性力为F= 398.55( KN),地震工况下的安全系数按下式计算。计算结果为地震作用下的安全系数为K=1.26,大于规范规定的最小安全系数值1.15。因此可以说明该坝坡在地震情况下也处于稳定状态。5.2 尾矿坝坝坡的整改措施根据以上的核算,陕南石棉矿尾矿坝的坝坡基本上是稳定的,其抗滑稳定安全系数符合相关规范的要求。

42、但是,在尾矿坝闭库建设时,为了增加坝基的承载能力,在初期坝与加高坝体之间设置了纵、横交错的铅丝笼块石层,由于块石的透水性相对极强,导致在库水位很低的情况下坝坡出现了较高的渗水逸出点。如果库水达到最高洪水位1068.0m高程时,下游坝坡的出水量将会相当可观,水流沿坝坡下泄,有可能造成冲刷破坏。因此,对尾矿坝下游坡设计采用堆石贴坡的措施予以处理。从渗水逸出点高程1043.0m以上2.0m即1045.0m高程开始直到下游坝脚,按照1:3.0进行贴坡。顶部培厚2.0m,于1030.0m高程处设置2.0m宽的马道一层。从1045.0m到1040.0m之间,在原坝坡坡面与块石贴坡之间设置反滤层,以防止原坝

43、体产生渗透破坏。5.3 尾矿坝的观测设施陕南石棉矿尾矿坝已经设置有相应的观测设施,经过整改加固工程措施以后,部分观测设施被破坏的应当予以恢复。按照碾压式土石坝设计规范第对3级坝的规定,应当具有以下的观测设施:1)、坝面垂直位移;2)、坝面水平位移;3)、通过坝体、坝基的渗透流量;4)、坝体浸润线。5.4 尾矿坝的预警设施陕南石棉矿尾矿坝下游居住有陕南石棉矿的职工和当地的部分住户,为了更有效地保护当地群众生命财产的安全,在尾矿坝上按装警报系统,一旦发生问题,拉响警报,让群众能够及时转移。5.5 尾矿坝的通讯设施及上坝道路陕南石棉矿尾矿库总库容为116*104m3 ,已经构成重大危险源;而且在下游

44、还有相当数量的住户,为了能够使得尾矿库的管理与上级领导机关之间及时沟通,应在尾矿库配备固定和移动通讯设施。同时为了在汛期的抗洪,一旦发生安全问题时的抢险,应当加固修整上坝道路。第六章 尾矿库的排洪系统尾矿库的排洪系统由排洪涵洞,排洪隧洞和尾水渠组成。其中坝上游为斜槽,位于坝下的是涵洞,八十年代竣工的尾矿库排洪系统为排洪隧洞和尾水渠;排洪斜槽沿右岸山坡布置,基础座落在基岩上。整个排洪系统在平面上和立面上均有转折。斜槽断面为双跨矩形半圆顶拱型式,单跨净宽1.3m,净高2.6m,其中直墙高2.0m,拱高0.6m。采用钢筋混凝土浇筑而成。排洪斜槽的底坡随地形变化。 排洪隧洞断面为圆拱直墙型;隧洞净宽3

45、.0m,净高3.5m,其中直墙高2.0m,顶拱高1.5m;钢筋混凝土衬砌厚度0.25m。隧洞纵比降为2.5%。6.1 洪水分析陕南石棉矿尾矿库设计洪水分析采用汉中地区实用水文手册(以下简称手册)介绍的“汇水面积相关法”和“推理公式法”分别进行计算,经过比较后合理选用。该尾矿库所在的流域特征采用1/10000航测地形图进行量算,流域特征基本参数如下:汇水面积: F=5.5km2;沟道长度: L=4.2km;沟道比降: J=50.0。6.1.1汇水面积相关法:“汇水面积相关法”是建立洪峰流量与汇水面积的相关公式,对设计洪水进行估算,其基本形式为:Qp=KpFn6-1式中:F设计流域面积(km2);

46、Kp相应于设计频率P的经验系数;n经验指数;查手册选择相应参数并按上式计算,结果如表61所示。表 6-1参数选择及计算成果表 洪水频率KpnQm(m3/s)P=0.5%42.350.633124.66.1.2推理公式法“推理公式法”是由暴雨间接推求设计洪水的一种方法:由于设计流域面积很小(根据手册:当流域面积F300平方公里时,设计历时采用6或12小时);该流域仅有5.5km2,暴雨按6小时进行控制,不考虑点面折减系数和流域形状改变系数。查手册可得该地区径流深为171.51mm。根据本区域的地质水文特征,流域产流方式为蓄满产流,即在土壤蓄水量达到最大蓄水量以前,降雨全部为损失,达到最大蓄水量以

47、后,所有降雨量全部产生径流。根据手册规定,该流域土壤最大蓄水量Im=82.0mm,前期影响雨量Pa=2/3*Im=54.67mm,流域的潜流百分数为20%,从产流过程中扣除时段潜流量,则地面径流深为137.21mm。汇流计算采用手册规定的公式,6263m= 64式中: Qm洪峰流量(m3/s);HR单一洪峰的净雨量(mm);流域汇流时间(h);L流域的长度(km);J沿流程L的平均比降;m汇流参数;F流域面积(km2),根据以上公式,采用试算法进行推算,将已知参数代入式6-4中计算出m值,假定Qm值,代入公式6-3,再将结果代入6-2式反复试算后,直到假定的Qm和计算的Q值相等,结果见表6-2

48、;表6-2推理公式法计算结果表 洪水频率mQm(m3/s)P=0.5%0.6591.365153.86.1.3 原设计中采用的数值 陕南石棉矿尾矿库闭库设计于2001年8月由西安有色冶金设计研究院完成,闭库设计中分析计算的200年一遇洪峰流量为129.0 m3/s。6.1.4 设计洪峰流量的采用对比西安有色冶金设计研究院于2001年的计算结果和本次设计中采用“汇水面积法”和“推理公式法”的计算结果;推理公式法计算的结果最大,原闭库设计采用的按照陕西省雨量值计算的结果次之,汇水面积相关法较小;考虑到汉中地区经验公式比较接近实际,且从安全角度出发,选取较大的计算结果进行本次整改设计。即选取“推理公

49、式法”的计算结果153.8m3/s进行设计计算。6.2 原排洪设施泄流能力计算(1)排洪设施进口的进流能力陕南石棉矿尾矿库排洪设施的进口为两孔涵洞,每孔净宽1.3m,总的进流宽度为2.6m,进口底坎高程为1062.00m,进口直墙高2.0m,顶拱高0.6m;这样,包括顶拱在内进口总的孔口高度为2.6m。* 按照堰流形式计算,堰流公式为: Q = m B 2g1/2 H3/2式中: Q:-堰流流量(m3/s); m:-堰流流量系数;该进口为宽顶堰,流量系数取m=0.36。 B:-进口宽度(m);这里两孔一起计算,则B=2.6m。H:-堰上水头(m);依据设计,最高洪水位为1068.0m。按照堰流

50、的条件,堰前水头与堰孔高度的比值不应大于1.5,因此仅仅在库水位等于或低于1065.9m高程情况下可能呈现堰流的进流形势,在堰流情况下的最大进流能力仅为31.936 m3/s,与设计洪水流量差距太远;说明当遇到设计洪水时不可能呈现堰流流态,采用堰流公式计算不合适。应当按淹没式进口即孔口进流公式进行计算.* 按照孔口进流计算,其计算公式为: Q = 2gh1/2式中: Q:-堰没式进流流量(m3/s); :-孔流流量系数;这里取n=0.88;:-进口的过水断面面积(m2);w = 6.113 m2; g:-重力加速度;g = 9.81m/s2; h:-进流所需要的水头(m);h=1068-106

51、2-2.6=3.4m;经过计算,现状的涵洞进口,库内最高水位在1068.0m高程时的进流能力仅有43.942 m3/s。远远满足不了设计洪水进流的要求。(2)涵洞洞身的过流能力 按照原设计计算成果,排洪涵洞的过流能力为80m3/s。如果认为洞内已经形成了均匀流,按照最缓的比降11.27%,采用明渠均匀流计算公式进行核算:Q = c(ri)1/2式中:-过水断面面积(m2);这里按明流计算,洞内水深2.0m(即涵洞的直墙高),水面宽度(21.3=)2.6m计算; c-谢才系数;与涵洞的糙率和水力半径有关,该涵洞为混凝土结构,取糙率n=0.015; R-水力半径(m),R=/X=5.2/10.6=

52、0.491;x-过水断面的湿周(m);i-涵洞的纵向坡降,取坡率i=11.27%洞段进行核算;计算的结果是,当涵洞内呈现均匀流时,涵洞可以通过72.432 m3/s的洪水流量。(3)排洪隧洞的过流能力原设计排洪隧洞净宽3.0m,净高3.5m,其中直墙高2.0m,纵比降为2.5%。钢筋混凝土衬砌。取糙率n为0.015,采用均匀流计算公式进行计算。* 按水面高度不超过直墙顶计算 依据水工隧洞设计规范的有关规定,明流隧洞的水面不应超过起拱点,即洞内水深按2.0m进行计算。Q = c(ri)1/2 式中:-过水断面面积(m2);这里按明流计算,洞内水深2.0m(即隧洞的直墙高), = 6.0m2; c

53、-谢才系数;与涵洞的糙率和水力半径有关,该涵洞为混凝土结构,取糙率n=0.015; c=64.98;R- 水力半径(m),R=/X=6.0/7.0=0.857;x-过水断面的湿周(m);i-隧洞的纵向坡降,取坡率i=2.5%进行核算;当隧洞内呈现均匀流且充水高度达到2.0m,即顶拱预留1.5m高度时,隧洞只能通过57.068 m3/s的洪水流量。* 按水面高度为3.1m计算按照最不利情况考虑,依据水工隧洞设计规范的顶拱至少预留不少于40.0cm净空高度的规定,洞内水深3.1m,净空0.4m进行计算: Q = c(ri)1/2式中:-过水断面面积(m2);这里按明流计算,洞内水深3.1m(即隧洞

54、的直墙高), = 8.96m2; c-谢才系数;与涵洞的糙率和水力半径有关,该涵洞为混凝土结构,取糙率n=0.015; c=66.05;R- 水力半径(m),R=/X=8.96/9.47=0.946;x-过水断面的湿周(m);i-隧洞的纵向坡降,取坡率i=2.5%进行核算;这种情况的计算结果是,当隧洞内呈现均匀流且充水高度达到3.1m,即顶拱仅仅预留40.0cm时,隧洞只能通过91.015 m3/s的洪水流量。6.3 排洪设施的改造措施陕南石棉矿尾矿库一期排洪设施的涵隧洞在达到均匀流的情况下只能下泄72.432 m3/s的洪水流量。原闭库设计的排洪建筑物是在一期排洪设施的基础上延长而成的,受一

55、期排洪设施泄洪能力的限制,闭库以后的最大泄洪能力也不超过72.432 m3/s;然而该尾矿库在校核情况下产生的洪水流量可以达到153.8m3/s。必须具有足够的滞洪库容,方可确保泄洪安全。200年一遇洪水总量为90*104 m3,采用“高切林”调洪计算公式进行调洪计算,尾矿库必须具有47.6*104 m3 的调洪库容。根据尾矿库竣工的情况,在排洪设施的进口处又设有“L”型的溢流堰,堰顶高程1066.00m。且在堰顶高程以下没有可靠的可供腾空库容的泄洪设施,1066.00m高程以下的库容要靠渗漏和蒸发排到库外。如果两个洪峰间隔时间较短即双峰洪水过程,第一次洪水的水量来不及排出去,第二次洪水过程紧

56、跟着发生;那么,真正起到调洪作用的滞洪库容就只有14.0*104 m3(从1066.00m高程到1068.00m高程间的库容),远远不能满足调节洪水的要求。因此,目前的工程状态不能满足防洪安全的基本要求。1055.0m高程到1066.0m高程之间虽然尚有一定量的库容;但是库区左岸堆存有大量的废弃矿渣,要实施稳定边坡工程,需要将部分尾矿渣堆存进尾矿库内,如果不实施削坡处理,天气降雨、洪水泄流,均会将尾矿渣冲刷进尾矿库内。占去大量的库容,使得必须的滞洪库容难以保证。6.3.1 新建排洪隧洞方案鉴于陕南石棉矿尾矿库设计洪水流量为153.8m3/s,而原有的排洪设施只能通过72.432 m3/s的洪水

57、流量,来水与泄水能力差距较大,尾矿库内的滞洪库容又不足,因此整改设计拟在尾矿库的上游即库尾另行设置拦洪坝,在尾矿库的右岸单另开挖排洪隧洞的方案。在库尾另建拦洪坝以后,将整个流域的洪水分为两大部分;一部分为拦洪坝以上流域形成的洪水,通过新建的排洪隧洞下泄;另一部分则为拦洪坝以下、尾矿坝以上区间洪水包括柴区湾拦渣库的洪水在内,仍然通过原排洪系统下泄。1)、排洪隧洞设计陕南石棉矿尾矿库的总汇水面积为5.5km2,相应的洪峰流量为153.8m3/s。拦洪坝以上的汇水面积为3.11km2。按照面积比例法计算,拦洪坝以上的洪峰流量为86.97m3/s。拟定隧洞尺寸为(宽高)2.83.4m,隧洞纵比降为4.

58、0%;按照均匀流计算公式进行过流能力计算。依据水工隧洞设计规范对明流隧洞的设计规定:水面以上静高度最少不小于40.0cm。隧洞内的最大水深按照2.8m计算。式中: Q过流能力(m3/s); A过水断面面积(m2); C谢才系数,; n隧洞糙率系数,取0.017;R水力半径(m),R=A/x;X湿周(m);i涵洞比降,I = 0.04。经过计算,底宽2.8m、水深2.8m时的过流能力为88.09m3/s;大于200年一遇的洪峰流量86.97m3/s。说明该断面完全可以满足隧洞内处于明流流态。2)、拦洪坝设计A、拦洪坝处隧洞进流能力计算石棉矿尾矿库拦洪坝控制上游汇水面积为3.11km2。按照面积比

59、例法计算,拦洪坝上游的洪峰流量为86.97m3/s。新建排洪隧洞进口布置在拦洪坝上游的右岸;隧洞的进流能力按孔口进流进行核算。孔口进流计算公式:式中: Q需要宣泄的流量,Q=86.97m3/s;孔口进流的流量系数,取为0.85;孔口断面面积 8.85(2);重力加速度(m/s2)经过计算h=6.81m,即当遇到200年一遇洪水时,不计流速水头,不考虑拦洪库的调节作用,拦洪坝前的最高洪水位将比隧洞洞顶内缘高 6.81m。B、拦洪坝顶高程的确定拦洪坝坝顶高程可以按下式予以确定:V坝顶 = V洞底 + H + h + A 式中: V坝顶-拦洪坝顶高程;V洞底-隧洞进口底缘高程 H-隧洞进口孔口的净高

60、,3.4mA-安全加高,安全加高取0.7m;h-隧洞进口底缘以上的水头,(10.21m)计算的结果表明,拦洪坝坝顶高程不得低于隧洞进口底缘以上的10.91m高度。C、拦洪坝剖面的确定 石棉矿尾矿库拦洪坝采用剥离的尾矿堆筑;最大坝高17.0m,坝顶宽度5.0m;上游坝坡坡比为1:2.25,下游坝坡坡比为1:2.0;上游面采用土工膜防渗;并对上、下游坡面采用干砌块石护坡,护坡厚度30.0cm。3)、原排洪设施继续利用陕南石棉矿尾矿库在上游另设拦洪坝,右岸新建排洪隧洞以后,拦洪坝与尾矿库主坝之间的区间汇水面积还有2.39km2。按照面积比例法计算,库区的洪峰流量为66.83m3/s,洪水总量为32.

61、793*104m3。尾矿库原有排洪系统进口为“L”型适用堰,堰顶高程为1066.0m,设计最高洪水位1068.0m高程,两高程之间的库容为14.0*104 m3 ,可以作为滞洪库容考虑。采用高切林公式计算,需要下泄的洪水流量为37.59 m3/s,小于原排洪设施可以通过的洪水流量。利用原排洪系统就可以满足安全下泄设计洪水的要求。原排洪涵洞进口底板高程为1062.0m,进口形式为双口、城门洞型,每孔净宽1.3m,净高2.6m;泄洪时的库水位,按照孔口进流公式进行计算:式中: Q-堰没式进流流量,37.59(m3/s); -孔流流量系数;这里取n=0.88。-进口的过水断面面积(m2);= 6.113 m2。g-重力加速度;g = 9.81m/s2 h-进流所需要的水头(m); 经过计算,现状的涵洞进口需要2.49m的水头可以满足37.59m3/s流量的进流要求;即库内最高水位在(1062.0+2.6+2.49=)1067

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