尾礦土工織物復合體在某尾礦庫治理中的應用

秦 柯 付兆茜

(1.中鋼集團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實驗室；3.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司；4.建研凱勃建設工程咨詢有限公司)

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尾礦土工織物復合體在某尾礦庫治理中的應用

秦 柯1,2,3付兆茜4

(1.中鋼集團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實驗室；3.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司；4.建研凱勃建設工程咨詢有限公司)

土工織物復合體干式堆存技術在我國已經研究多年，但實際工程應用的非常少。以某礦山尾礦庫為例，通過方案及試驗分析，說明了土工織物復合體干式堆存在尾礦庫治理中的優勢，表明尾礦土工織物復合體筑壩強度高于尾砂筑壩強度。

土工織物復合體筑壩 干式堆存 強度

目前，國內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、環境污染嚴重、安全隱患大，后期運營維護費用高[2]；尾礦干堆法將尾礦濃縮后，使用機械壓濾干排工藝裸露或覆土堆存[3]，在雨季容易產生尾礦流失和泥石流等災害[4]，不適合在多雨、干燥大風地區使用；井下充填法必須具備廢棄采空區；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]。土工織物復合體干堆為一種新型尾礦處置技術，目前我國應用較少。

1 尾礦庫現狀調查

某礦山是上世紀70年代建成投產的一座中型礦山。該礦山設計服務年限35 a，選廠設計處理礦石量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。尾礦庫設計總庫容475萬m3，有效庫容410萬m3，截止目前現已堆存尾砂約430萬m3，已超設計貯量排放。目前壩頂標高132.00 m，壩前沉積灘灘頂標高為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，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，安全隱患較大，急需治理。

根據調查發現，目前尚無運輸道路通往尾礦庫壩頂，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，當地村民在上坡上自行開墾土地種植農作物；尾礦庫現有排洪系統較為完整，原設計尾礦庫排洪系統強度存在一定富余。

為解決尾礦庫暴雨季節庫區積水的安全外排，決定在尾礦庫中部新建一座攔水壩，將匯水攔截于尾礦庫庫尾，通過原有排洪系統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內尾砂筑壩。若采用黏土筑壩，可在尾礦庫周邊礦區開挖土石料，在庫內利用小型機械或人工轉運至筑壩區進行筑壩，但尾礦庫缺乏運輸道路，新筑道路運輸成本及征地成本將遠高于筑壩本身；石料筑壩時，可從尾礦庫兩側山體直接爆破石料，采用小型機械或人工轉運至筑壩區進行筑壩，但由于尾礦庫征地標高僅為133.0 m，若爆破取石料必然需要新征土地，尾礦庫兩側山體牽扯到村組較多，征地周期長且征地費用高。綜合考慮，利用尾礦和土工織物組成土工織物復合體進行筑壩為該尾礦庫建設攔擋壩的最優方案。

2 土工織物復合體筑攔擋壩

2.1 攔擋壩設計

攔水壩構筑前首先進行灘面平整，從初期壩頂灘面標高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筑，400 g/m2無紡土工布制袋規格(寬×高)為9 m×0.3 m，6 m×0.3 m，4m×0.3 m，布袋長30 m，錯位搭接不得出現通縫。內坡面平整后鋪設兩層800 g/m2的土工膜后，采用100 mm六面體混凝土預制塊壓坡(圖1)。

圖1 土工織物復合體筑壩斷面

2.2 攔擋壩穩定性調查

攔擋壩建設過程中及建成后，沿著壩軸線在尾礦壩上下游分別選取A、B、D、F4處觀測點，其中A、B點位于壩體中部上游面，A、B點間距大于50 m；D、F點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 的試驗觀測，分別得出尾砂不同固結時間與密度、內聚力、內摩擦角的關系曲線，見圖2。

圖2 尾砂固結時間與密度、內聚力、內摩擦角關系

通過以上分析可知，隨著固結時間的增長，尾砂干密度逐漸增大，且初期增長速度較快；內聚力增長與固結時間近似線性關系，部分點中后期內聚力增長速度較快，這可能與后期筑壩結束，尾砂內孔隙水逐步消失有關；內摩擦角在固結初期增長速度較快，隨著時間增長有逐漸穩定趨勢。

為進一步了解尾砂復合體的特性，分別選取A、B、D、F4處不同土工織物材料組成的尾砂復合體，通過30，60，90，150，210，300，360和420 d的試驗觀測，分別得出尾砂土工復合體與內聚力及內摩擦角的關系曲線，見圖3。

圖3 尾砂復合體時間與內聚力、內摩擦角關系

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

3 結 論

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

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

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

[3] 曾憲坤.關于在我國南方多雨地區實施尾礦干堆技術的探討[J].中國礦業，2011(5):18-21.

[4] 王 寧.尾礦干堆工藝發展現狀及應用[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 安徽省馬鞍山市經濟技術開發區西塘路666號。