尾礦庫尾砂滲漏的原因分析及處理

尾礦庫尾砂滲漏的原因分析及處理

尾礦庫是選擇合適的地形修建水庫，收集谷口并周邊地區(qū)形成一定體積的特殊場所，用于儲存和澄清廢物和尾礦水。目前在尾礦壩設(shè)計時,初期壩多采用透水壩壩型,并在初期壩上游坡設(shè)置反濾層。若上游反濾層處理的不好,尾砂就有可能透過初期壩滲漏到下游。也可能是壩底的排水管因為被尾砂壓裂,在停止使用后沒有采取合理的封堵措施,也會導(dǎo)致尾砂沿著排水管發(fā)生滲漏。尾砂滲漏一般均會造成一定的環(huán)境污染,有些尾礦庫甚至因為尾砂滲漏嚴重而在尾礦庫下游形成尾砂覆蓋區(qū),嚴重影響當?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活。對于尾礦庫出現(xiàn)尾砂滲漏的處理,一般尾礦庫管理者均采取在初期壩下游修建混凝土護坡或在排水管內(nèi)采取混凝土封堵的措施,但往往達不到預(yù)期的效果。在幾次尾砂滲漏事故處理中采用反濾封堵代替以前的混凝土封堵之后,取得了較好的效果。1反濾封鎖原理根據(jù)被保護材料性質(zhì)的不同,反濾處理有2種不同的處理方式。1.1反濾材料的設(shè)計無黏性土一般指粉砂、砂、砂礫、卵礫石、碎石等,也包括塑性指數(shù)小于7、黏粒質(zhì)量分數(shù)小于7%-10%的砂土。被保護土和第1層反濾的特征粒徑d15、d85及D15應(yīng)滿足式(1)、式(2)要求,同時要求兩者不均勻系數(shù)η1=d60/d10及η2=D60/D10不大于5-8,級配曲線形狀最好相似。D15d15≥5D15d15≥5(1)D15d85≤4?5D15d85≤4-5(2)式中,D15為反濾料的粒徑,小于該粒徑的土占總土重的15%;d15、d85為被保護土的粒徑,小于該粒徑的土分別占總土重的15%、85%。式(1)是為了保護被保護土不會向反濾層流失,式(2)是為了保證反濾料的透水性。對于其他情況的無黏性土,按照如下原則處理:(1)對不均勻系數(shù)η大于5-8的無黏性土,可以取其粒徑小于2-5mm的細顆粒部分的級配曲線作為被保護土的級配曲線,求其d15及d85,用上述方法設(shè)計反濾料。(2)對于級配不連續(xù)的無黏性土,取平段(粒徑一般1-5mm)以下的細料級配曲線的d15、d85作為被保護土的計算粒徑,再用上式設(shè)計反濾料。(3)對于采用不均勻系數(shù)η2大于5-8的天然砂礫料作為第1層反濾,可采用小于5mm的細粒部分的級配曲線上的D15作為計算粒徑,用上述方法設(shè)計。此時還要求天然砂礫料大于5mm的粗料質(zhì)量分數(shù)應(yīng)小于60%。1.2抗粘涂層設(shè)計黏性土有黏聚力,抗管涌能力一般比無黏性土強,通常不用式(1)、式(2)設(shè)計反濾層,而用以下方法設(shè)計。1.2.1保護土不含有采用0.私家車5.0.71mm顆粒的抗壓反濾層的設(shè)計根據(jù)被保護土的小于0.075mm的顆粒的百分數(shù)不同,而采用不同方法。當被保護土含有大于5mm的顆粒時,則取其小于5mm的級配確定小于0.075mm的顆粒的百分數(shù)及計算粒徑d85。如果被保護土不含有大于5mm顆粒時,則按全料確定小于0.075mm的顆粒的百分數(shù)及d85。對于小于0.075mm的顆粒百分數(shù)大于85%的黏性土,按下式設(shè)計反濾層:D15≤9d85當9d85<0.2mm時,取D15等于0.2mm。對于小于0.075mm的顆粒百分數(shù)為40%-85%的黏性土,按下式設(shè)計反濾層:D15≤0.7mm對于小于0.075mm的顆粒百分數(shù)為15%-39%的黏性土,按下式設(shè)計反濾層:D15≤0.7mm+0.04×(40-A)(4d85-0.7mm)式中,A為小于0.075mm的顆粒百分數(shù),%。若式中4d85<0.7mm,應(yīng)取0.7mm。1.2.2滿足排水要求排水要求:D15>4d15。式中,d15為被保護黏性土全料的d15,若4d15<0.1mm時取D15不小于0.1mm。2尾砂的反濾層設(shè)計湖南汝城某鐵礦公司采取對原礦兩道球磨后再磁選的選礦工藝,尾礦粒徑<75μm占76.0%,尾砂平均粒徑為0.068mm。與選廠配套使用的尾礦庫于2005年建成投產(chǎn),尾礦庫初期壩采用砂石、土料混合填筑形成,壩頂寬4.0m,壩高21.0m,上游坡比為1∶2.25,下游坡比為1∶1.6,并在上游坡面設(shè)置黏土斜墻防滲層。在庫區(qū)排水系統(tǒng)尚未建成之前,為了排出庫區(qū)內(nèi)尾礦水,礦方在初期壩底部預(yù)埋了?500的預(yù)制混凝土排水管。隨著庫區(qū)尾砂的堆高及壓力增大,該排水管被尾砂壓裂發(fā)生漏砂現(xiàn)象。為解決該險情,礦方新建了排洪系統(tǒng)并對原有?500排水管進行了封堵處理。封堵方式為在排水管下游出口處內(nèi)接一長約10m的?300鐵管,并在鐵管部位設(shè)置閥門進行擋水擋砂。但是封堵之后,庫區(qū)尾砂仍然沿著鐵管外漏,導(dǎo)致初期壩下游坡腳位置出現(xiàn)比較嚴重的漏砂現(xiàn)象。為徹底解決壩基漏砂跑渾現(xiàn)象,在初期壩下游坡腳部位采取反濾封堵處理。為了弄清庫區(qū)尾砂的顆粒級配情況,在選廠排礦口采集尾礦漿試樣進行尾礦全顆分綜合曲線的繪制,見圖1。根據(jù)全顆分曲線,經(jīng)計算分析,得出如下結(jié)論。(1)本庫區(qū)尾砂粒徑大于0.074mm的顆粒約占全重的24%,塑性指數(shù)Ip=7.0<10.0,按照《選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范》(ZBJ1-90)附表一(原尾礦定名表),全尾砂應(yīng)屬于尾粉土。(2)本庫區(qū)全尾礦黏粒(<0.005mm)質(zhì)量分數(shù)約為25%,根據(jù)反濾層的設(shè)計準則,應(yīng)按黏性土的反濾層進行設(shè)計。反濾層粒徑計算如下:(1)滿足被保護黏性土的細顆粒不會流失。因為被保護土不含有大于5mm的顆粒,因此需按全料確定小于0.075mm的顆粒百分數(shù),而且本庫區(qū)尾砂粒徑<0.074mm的顆粒約占全重的76%。根據(jù)設(shè)計準則,反濾層的D15≤0.7mm。(2)滿足排水要求。反濾層的D15≥4d15=4×0.0027=0.0108mm,根據(jù)設(shè)計準則,取D15>0.1mm。根據(jù)以上計算,可知對反濾層的要求是:0.7mm≥D15>0.1mm,并與全尾砂顆分曲線相似,Cu=14-23。設(shè)計取D15=0.5mm,反濾層的全顆分級配曲線設(shè)計如下:(反濾層全顆分曲線如圖1所示)。按照該級配曲線,確定反濾層粒徑范圍為0.1-10mm。得到反濾層粒徑之后,即可進行反濾層設(shè)計。反濾層設(shè)計如下:(1)清基:將初期壩下游平臺基礎(chǔ)上的浮土層清理干凈,清基深度為初期壩下部老土層以下0.5m,并將初期壩下游坡下部高約3m的范圍也清理干凈。(2)反濾平臺施工:在初期壩下游堆筑反濾層(d=0.1-10mm),高約3m,頂寬2.0m,外坡比為1∶1.8,人工填筑碾壓密實。然后在反濾層下游坡腳位置開挖齒槽,在反濾層表面平鋪1層350g/m2無紡?fù)凉げ?并將土工布埋入齒槽內(nèi)。土工布上面再鋪設(shè)1層反濾層,厚度為60cm。接下來在反濾層下游再鋪設(shè)厚約60cm的礫石層(d=5-30mm),最后在反濾平臺表層砌筑塊石壓坡,厚約100cm。(3)施工排水溝:在反濾平臺全部施工完成之后,在反濾平臺坡腳修建排水溝,排水溝采用磚砌,凈斷面為矩形,尺寸b×h=0.4m×0.5m即可。按照以上施工完畢之后,經(jīng)長達2年的運行觀察,反濾平臺坡腳滲水水質(zhì)清澈且流量穩(wěn)定,在反濾平臺下游再未發(fā)現(xiàn)有漏砂現(xiàn)象,說明反濾措施是正確可行的。按照以上設(shè)計原則,對湖南郴州黃沙坪老尾礦庫壩底排水管漏砂跑渾進行治理,也取得了很好的效果。3反濾措施的應(yīng)用(1)尾礦庫出現(xiàn)漏砂跑渾之后,采取用澆筑混凝土或