尾礦土工織物復(fù)合體在某尾礦庫治理中的應(yīng)用

秦 柯 付兆茜

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司 ；2.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；4.建研凱勃建設(shè)工程咨詢有限公司)

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尾礦土工織物復(fù)合體在某尾礦庫治理中的應(yīng)用

秦 柯1,2,3付兆茜4

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司 ；2.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；4.建研凱勃建設(shè)工程咨詢有限公司)

土工織物復(fù)合體干式堆存技術(shù)在我國已經(jīng)研究多年，但實(shí)際工程應(yīng)用的非常少。以某礦山尾礦庫為例，通過方案及試驗(yàn)分析，說明了土工織物復(fù)合體干式堆存在尾礦庫治理中的優(yōu)勢，表明尾礦土工織物復(fù)合體筑壩強(qiáng)度高于尾砂筑壩強(qiáng)度。

土工織物復(fù)合體筑壩 干式堆存 強(qiáng)度

目前，國內(nèi)外尾礦處理處置方法主要有濕式堆存法、尾礦濃縮干堆、井下充填法和尾礦綜合利用等[1]。其中濕式堆存諸法將低濃度尾礦直排堆存，需修筑尾礦庫，占用土地量大、環(huán)境污染嚴(yán)重、安全隱患大，后期運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用高[2]；尾礦干堆法將尾礦濃縮后，使用機(jī)械壓濾干排工藝裸露或覆土堆存[3]，在雨季容易產(chǎn)生尾礦流失和泥石流等災(zāi)害[4]，不適合在多雨、干燥大風(fēng)地區(qū)使用；井下充填法必須具備廢棄采空區(qū)；尾礦制建材受到尾礦種類、所在地域和市場容量的限制，皆有其局限性[5]。土工織物復(fù)合體干堆為一種新型尾礦處置技術(shù)，目前我國應(yīng)用較少。

1 尾礦庫現(xiàn)狀調(diào)查

某礦山是上世紀(jì)70年代建成投產(chǎn)的一座中型礦山。該礦山設(shè)計服務(wù)年限35 a，選廠設(shè)計處理礦石量2 000 t/d，全尾礦中粒徑0.037 mm以上尾礦回收充填，0.037 mm粒徑以下尾礦送往尾礦庫貯存。尾礦庫設(shè)計總庫容475萬m3，有效庫容410萬m3，截止目前現(xiàn)已堆存尾砂約430萬m3，已超設(shè)計貯量排放。目前壩頂標(biāo)高132.00 m，壩前沉積灘灘頂標(biāo)高為130.50 m，干灘長度645 m，干灘平均坡度0.3%，局部存在倒坡，尾礦庫匯水面積3.0 km2。由于尾礦庫平均干灘坡度較小，且局部存在倒坡，在暴雨季節(jié)，山體匯水集中于壩前，并翻過壩頂沿壩外坡流向壩腳，壩體下游為礦區(qū)，安全隱患較大，急需治理。

根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前尚無運(yùn)輸?shù)缆吠ㄍ驳V庫壩頂，壩體下游至尾礦庫壩頂僅有1.2 m 寬的人行臺階，臺階總高度43 m；尾礦庫征地標(biāo)高133.0 m，133.0 m以上分別屬于尾礦庫下游7個不同的村組，當(dāng)?shù)卮迕裨谏掀律献孕虚_墾土地種植農(nóng)作物；尾礦庫現(xiàn)有排洪系統(tǒng)較為完整，原設(shè)計尾礦庫排洪系統(tǒng)強(qiáng)度存在一定富余。

為解決尾礦庫暴雨季節(jié)庫區(qū)積水的安全外排，決定在尾礦庫中部新建一座攔水壩，將匯水?dāng)r截于尾礦庫庫尾，通過原有排洪系統(tǒng)安全排至尾礦庫下游。筑壩材料分別考慮為黏土筑壩，堆石+防滲材料筑壩及庫區(qū)內(nèi)尾砂筑壩。若采用黏土筑壩，可在尾礦庫周邊礦區(qū)開挖土石料，在庫內(nèi)利用小型機(jī)械或人工轉(zhuǎn)運(yùn)至筑壩區(qū)進(jìn)行筑壩，但尾礦庫缺乏運(yùn)輸?shù)缆?，新筑道路運(yùn)輸成本及征地成本將遠(yuǎn)高于筑壩本身；石料筑壩時，可從尾礦庫兩側(cè)山體直接爆破石料，采用小型機(jī)械或人工轉(zhuǎn)運(yùn)至筑壩區(qū)進(jìn)行筑壩，但由于尾礦庫征地標(biāo)高僅為133.0 m，若爆破取石料必然需要新征土地，尾礦庫兩側(cè)山體牽扯到村組較多，征地周期長且征地費(fèi)用高。綜合考慮，利用尾礦和土工織物組成土工織物復(fù)合體進(jìn)行筑壩為該尾礦庫建設(shè)攔擋壩的最優(yōu)方案。

2 土工織物復(fù)合體筑攔擋壩

2.1 攔擋壩設(shè)計

攔水壩構(gòu)筑前首先進(jìn)行灘面平整，從初期壩頂灘面標(biāo)高130.0 m開始，按1∶2.5放坡至137.0 m，壩高7.0 m，壩頂寬4.0 m；內(nèi)坡同樣采用1∶2.5坡比。攔水壩一次性堆筑成不透水壩，采用土工布袋裝尾砂構(gòu)筑，400 g/m2無紡?fù)凉げ贾拼?guī)格(寬×高)為9 m×0.3 m，6 m×0.3 m，4m×0.3 m，布袋長30 m，錯位搭接不得出現(xiàn)通縫。內(nèi)坡面平整后鋪設(shè)兩層800 g/m2的土工膜后，采用100 mm六面體混凝土預(yù)制塊壓坡(圖1)。

圖1 土工織物復(fù)合體筑壩斷面

2.2 攔擋壩穩(wěn)定性調(diào)查

攔擋壩建設(shè)過程中及建成后，沿著壩軸線在尾礦壩上下游分別選取A、B、D、F4處觀測點(diǎn)，其中A、B點(diǎn)位于壩體中部上游面，A、B點(diǎn)間距大于50 m；D、F點(diǎn)位于壩體中部下游面，間距大于50 m。通過30，60，90，150，210，300，360和420 d 的試驗(yàn)觀測，分別得出尾砂不同固結(jié)時間與密度、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角的關(guān)系曲線，見圖2。

圖2 尾砂固結(jié)時間與密度、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角關(guān)系

通過以上分析可知，隨著固結(jié)時間的增長，尾砂干密度逐漸增大，且初期增長速度較快；內(nèi)聚力增長與固結(jié)時間近似線性關(guān)系，部分點(diǎn)中后期內(nèi)聚力增長速度較快，這可能與后期筑壩結(jié)束，尾砂內(nèi)孔隙水逐步消失有關(guān)；內(nèi)摩擦角在固結(jié)初期增長速度較快，隨著時間增長有逐漸穩(wěn)定趨勢。

為進(jìn)一步了解尾砂復(fù)合體的特性，分別選取A、B、D、F4處不同土工織物材料組成的尾砂復(fù)合體，通過30，60，90，150，210，300，360和420 d的試驗(yàn)觀測，分別得出尾砂土工復(fù)合體與內(nèi)聚力及內(nèi)摩擦角的關(guān)系曲線，見圖3。

圖3 尾砂復(fù)合體時間與內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角關(guān)系

從圖3(a)可已看出，不同土工織物形成的土工復(fù)合體，其內(nèi)聚力受到材料特性影響很大，而對土工織物復(fù)合體內(nèi)摩擦角影響較小。

3 結(jié) 論

①由于充填壓力、上部荷載和土工織物的過濾作用，在相同固結(jié)時間，復(fù)合體固結(jié)速度比純尾礦固結(jié)速度快；②根據(jù)密度上升時間推測，相同的尾礦在相同固結(jié)時間，復(fù)合體抗剪強(qiáng)度比純尾礦堆積體抗剪強(qiáng)度大的多；③隨著時間的推移，尾礦逐漸固結(jié)，密度逐漸增大，復(fù)合體抗剪強(qiáng)度逐漸增大，并且初始階段增長速率快，后期逐漸變慢，直至穩(wěn)定。

[1] 吳 鵬，胡建軍，郭利杰，等.尾礦干式堆存技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與方向[J].中國礦業(yè)，2014(S1):25-26.

[2] 宋雪娟.尾礦貯存方式的一種趨勢—干堆技術(shù)[J].新疆有色金屬 ，2007(S2):31-33.

[3] 曾憲坤.關(guān)于在我國南方多雨地區(qū)實(shí)施尾礦干堆技術(shù)的探討[J].中國礦業(yè)，2011(5):18-21.

[4] 王 寧.尾礦干堆工藝發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].硅谷，2012，12(8):37-38.

[5] 田贊生.對黃金礦山尾礦壓濾干式堆存的認(rèn)識[J].甘肅冶金，2007(2):25-26.

2016-06-16)

秦 柯(1984—)，男，工程師，碩士，243000 安徽省馬鞍山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西塘路666號。