某山區(qū)尾礦庫選址勘察中的滲漏性分析評價

覃龍華，于 浩

（中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

尾礦庫是用來儲存礦石采選后尾礦和澄清尾礦水的專用場所，是礦山建設(shè)的重要組成部分[1]。尾礦庫在運行過程中，壩基、壩肩及庫區(qū)都會存在一定的滲漏風(fēng)險，由于大部分尾礦水存在重金屬離子超標(biāo)等問題，滲漏將對下游的水源、農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境造成影響，且污染的范圍廣、影響大，因此對壩基、壩肩以及庫區(qū)在設(shè)計、施工過程中必須采取有效的永久防滲、堵漏措施確保環(huán)境安全。本文主要介紹了對某尾礦庫采用一系列勘察手段測試了各巖土層滲透系數(shù)等參數(shù)，對庫區(qū)可能的滲漏途徑進行了分析，提出了防滲處理建議，為尾礦庫的防滲設(shè)計、施工提供了依據(jù)。

1 工程概況

某尾礦庫位于低山侵蝕溶蝕地貌地區(qū)，初期壩采用透水的碾壓堆石壩，初期壩高40m，尾礦堆高40.0m，堆積總庫容1050.9×104m3，有效庫容1019.4×104m3。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《尾礦堆積壩巖土工程技術(shù)規(guī)范》（GB50547-2010），本尾礦庫等級為Ⅲ等，勘察等級為甲級。

1.1 地形地貌

尾礦庫區(qū)域海拔標(biāo)高在388m～716m之間，切割深度為100m～300m，地形切割較深，沖溝發(fā)育，密度大，樹枝狀水系發(fā)育，具“U”或“V”字型溝谷，錐狀、脊?fàn)钌降氐孛?。尾礦庫區(qū)為“V”字型沖溝，沖溝三面環(huán)山，呈南北向展布，庫區(qū)北高南低，沖溝開口方向向南。底部為梯級水田，沖溝長約1.0km，高差80m。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

場地附近主要斷裂為花垣斷層，為區(qū)域大斷層，走向NE55°、傾向北西，傾角60°，上盤地層老，下盤地層新，為逆斷層性質(zhì)，沿斷層常有巖溶大泉出露，流量達50L/s，斷層在北東向有繼承現(xiàn)象，長約320km，最大寬度為2km～4km，活動于加里東期、燕山期、喜馬拉雅期。

擬建尾礦庫位于斷層下盤庫西北角距斷層距離最近處為100m左右，初期壩壩址距斷層距離為800m左右。

1.3 地層巖性

庫區(qū)內(nèi)主要存在第四系坡洪積的粉質(zhì)粘土、第四系殘坡積的粘土及粉質(zhì)粘土夾碎石、志留系下統(tǒng)粉砂質(zhì)泥、頁巖、奧陶系上統(tǒng)五峰組砂質(zhì)頁巖、奧陶系上統(tǒng)臨湘組泥灰?guī)r、奧陶系中統(tǒng)寶塔組灰?guī)r等地層。

1.4 水文地質(zhì)條件

庫區(qū)內(nèi)地下水類型主要為孔隙水和基巖裂隙水兩種類型。基巖裂隙水分為碎屑巖裂隙水和碳酸鹽巖裂隙水（巖溶水）?？紫端饕ㄙx存于爛草灣溝底的第四系全新統(tǒng)坡洪積層的潛水以及賦存于溝兩側(cè)山坡上的第四系殘坡積層中的孔隙水。通常大氣降水和地表水滲入是其主要的補給來源?？傮w上由地勢較高的北部向南部徑流和排泄。碎屑巖裂隙水主要賦存于志留系下統(tǒng)、五峰組、臨湘組粉砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖和泥灰?guī)r中。碎屑巖基巖淺部由于風(fēng)化作用，節(jié)理裂隙發(fā)育，含水性較好；深部節(jié)理裂隙一般發(fā)育且多為閉合性裂隙，不具導(dǎo)水性，含水性差。碳酸鹽巖裂隙水（巖溶水）主要賦存于寶塔組地層中的灰?guī)r中。大氣降水和庫區(qū)外巖溶水為主要補給來源。綜上所述，本區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)條件簡單，各含水層的補給、徑流、排泄條件清楚。

2 庫區(qū)滲漏分析

2.1 各巖土層滲透性及分級

根據(jù)土工試驗、現(xiàn)場鉆孔壓水試驗和注水試驗，綜合地區(qū)經(jīng)驗，取得庫區(qū)主要巖土層滲透系數(shù)，并根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-2008）附錄J進行滲透性分級如下表。

表1 各巖土層滲透性等級

第四系殘坡積粘土 可塑 1.2×10-7 極微透水粉質(zhì)粘土夾碎石 可塑 8.6×10-3 微～弱透水志留系下統(tǒng)粉砂質(zhì)泥巖強風(fēng)化 3.6×10-2 弱～中等透水中-微風(fēng)化3.5～11.6 弱～中等透水粉砂質(zhì)頁巖強風(fēng)化 3×10-3 弱～中等透水中-微風(fēng)化 3～12 弱～中等透水奧陶系上統(tǒng)五峰組 砂質(zhì)頁巖強風(fēng)化 5×10-2 弱～中等透水中-微風(fēng)化 1～10 弱透水奧陶系上統(tǒng)臨湘組泥灰?guī)r中-微風(fēng)化15.3弱～中等透水奧陶系中統(tǒng)寶塔組灰?guī)r中-微風(fēng)化23.4～103.3 極強透水

2.2 庫區(qū)滲漏途徑

通過綜合分析，尾礦庫建成后庫中水在壩基、壩肩及庫區(qū)可能有以下幾種滲漏途徑。

（1）尾礦庫中水通過庫四周根據(jù)地形情況匯入原地形沖溝，然后順著溝底流向初期壩前落水洞，轉(zhuǎn)化為地表水，具有典型的地表水徑流排泄特征。該滲漏途徑主要為原地形沖溝兩側(cè)山體分布殘坡積土及透水性弱的基巖地段。

（2）尾礦庫中水順寶塔組灰?guī)r巖溶通道向下滲透后，轉(zhuǎn)化為地表水。該滲漏通道主要位于爛草溝兩側(cè)灰?guī)r分布地段及灰?guī)r上部覆蓋層較薄地段。該途徑滲漏量較大，滲漏較嚴(yán)重，在尾礦堆積在任何高度時均存在，是庫區(qū)滲漏的主要途徑。

（3）尾礦庫中水順臨湘組泥灰?guī)r節(jié)理裂隙向下滲透至寶塔組灰?guī)r巖溶向下滲透后，轉(zhuǎn)化為地表水。該滲漏通道主要位于原地形沖溝東側(cè)。該途徑滲漏量隨著尾礦堆積高度增加滲漏面積增加而增大，滲漏較嚴(yán)重是庫區(qū)滲漏的次主要途徑。

（4）尾礦庫中水通過五峰組砂質(zhì)頁巖、頁巖和志留系粉砂質(zhì)泥巖、頁巖的節(jié)理裂隙向庫區(qū)西側(cè)及北側(cè)滲漏，流出地表，轉(zhuǎn)化為地表水。該途徑滲漏量較小，在尾礦堆積在任何高度時均存在。

3 結(jié)論

（1）本尾礦庫庫區(qū)存在滲漏，對壩基、壩肩以及庫區(qū)必須采取有效的永久防滲堵漏措施確保環(huán)境安全。擬建尾礦庫按環(huán)保要求為Ⅱ類庫，必須選擇有效的防滲層和防滲結(jié)構(gòu)進行防滲。

（2）當(dāng)采用單層復(fù)合土工膜防滲處理時，考慮庫區(qū)滲漏地質(zhì)條件和防滲材料抗老化能力建議采用復(fù)合襯里（復(fù)合土工膜襯里+粘土襯里）防滲結(jié)構(gòu)。膜下粘土防滲保護層厚度應(yīng)大于100cm，滲透系數(shù)不應(yīng)大于1×10-7cm/s，對于滲透性較大的地段應(yīng)重點處理，粘土墊層厚度應(yīng)適當(dāng)加大。

（3）滲漏問題是動態(tài)變化的，要根據(jù)尾礦堆積的過程作好庫區(qū)防滲監(jiān)測和應(yīng)急預(yù)案措施。