尾礦庫防滲措施的相關分析

王小閣，王宜將

（中藍長化工程科技有限公司，湖南 長沙 410000）

我國是一個礦業大國，隨著礦業的大規模發展，尾礦產出量一直維持較高水平。我國尾礦處理中，除少部分用于膏體與綜合利用，多數采用尾礦庫堆存的方法。隨著相關環保法律法規與尾礦設施設計等規范的出臺，對尾礦庫防滲提出了明確要求，嚴格控制滲漏、污染風險，本文圍繞尾礦庫防滲措施展開詳細分析。

1 尾礦庫防滲要求

尾礦庫是礦業發展中的重要組成部分，根據廣州綠網環境保護服務中心2018年發布的《全國尾礦庫數據分析報告》統計顯示，全國尾礦庫數量達到了14217個，主要分布在北方，涉及64個礦種。隨著國家與地方各級主管部門對安全、環保問題的重視，不斷開展尾礦庫綜合整治與閉銷庫工作，尾礦庫數量逐年減少。2020年印發的《防范化解尾礦庫安全風險工作方案》中，明確要求在保證緊缺和戰略性礦產礦山正常建設開發前提下，全國尾礦庫數量原則上只減不增。

對于自然環境而言，尾礦庫的威脅主要在于存儲的礦物廢料存在不同的危險，如：腐蝕性、毒性、易燃易爆性、放射性等。針對不同尾礦需針對性的開展尾礦庫建設工作，尾礦首先按國家規范鑒別是否屬于危險廢物，若屬于危險廢物，需按專門危險廢物管理和處置規范處理，本文不再贅述?，F針對一般工業固體廢物的尾礦進行分析，根據《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》（GB18599-2001）可將其進一步分為第I類、第Ⅱ類一般工業固體廢物。結合《尾礦庫設施設計規范》（GB 50863-2013）（以下簡稱《規范》）要求，Ⅰ類尾礦庫存儲的尾礦對環境不產生污染，因此規范中未提出防滲要求；針對Ⅱ類尾礦庫提出了具體的環保防滲要求，以免對地下水、地表水以及土壤產生污染，同時也防止地下水進入尾礦庫。同時，《關于印發深入開展尾礦庫綜合治理行動方案的通知》中，也明確提出新建尾礦庫庫底需硬化并防滲。

根據《規范》要求，Ⅱ類庫的庫底與周邊必須具備一層可靠防滲系統，防滲性能相當于一層飽和滲透系數≤1.0×10-7cm/s、厚度≥1.5m的黏土層防滲性能。尾礦庫防滲系統應符合以下要求：①尾礦及尾礦水與周邊的地下水、土壤完全隔開；②具有一定物理力學性能、抗化學腐蝕、抗老化以及抗環境變化的能力；③覆蓋尾礦庫場底與周圍邊坡形成完整防滲隔離屏障；④設置地下水導排系統；⑤設置固定防滲材料錨固平臺、錨固溝；⑥尾礦庫場底基礎與邊坡平整，且不會因尾礦堆載出現不均勻沉降并引發防滲膜損壞。

2 尾礦庫防滲主要措施

根據尾礦庫滲漏情況分析，可將其分為三種滲漏類型，分別是臨谷滲漏、壩基滲漏、繞壩滲漏等。其中，臨谷滲漏可通過科學選址避免，尾礦庫庫區兩岸山體與溝底形成的整體可作為阻水通道，避免尾礦水向臨谷與深層地基入滲；針對壩基滲漏與繞壩滲漏問題，必須合理選擇垂直或水平防滲措施，或是兩者結合的防滲體系，下文主要針對相關防滲措施展開分析。

2.1 垂直防滲措施

尾礦庫垂直防滲系統的設置目的在于阻斷水平流向的地下水流、污染物朝著四周擴散。當尾礦庫工程地質、水文地質條件相對較好時，即：場地底部分布有不透水層、或厚實的弱透水層，需將垂直防滲系統嵌入相對不透水地層至少2.0m，以達到環保防滲要求，如下圖1所示為壩下垂直截滲示意圖。因此，在尾礦庫建設中，垂直防滲措施的運用可較好的應對壩基滲漏、繞壩滲漏問題，但是不適用于存在臨谷滲漏風險的尾礦庫。

圖1 壩下垂直截滲示意圖

結合尾礦庫實際情況，可對以下幾種防滲措施進行選擇，如：壩下帷幕灌漿防滲措施；壩下塑性混凝土防滲墻防滲措施；壩下“上墻下幕”防滲措施（截滲壩＋上部混凝土防滲墻＋下部帷幕灌漿）。為保證壩肩防滲效果，可在壩肩部位設置灌漿平硐，壩肩、壩基帷幕形成整體，有效防止繞壩滲漏問題的產生。

2.2 水平防滲措施

尾礦庫水平防滲系統的設置目標為全庫防滲，確保全庫區尾礦水不外滲，可用于存在臨谷滲漏風險的尾礦庫。在尾礦庫水平防滲工作中，可根據實際情況選擇不同的材料，包括：黏土等天然材料；土工膜、復合土工膜、鈉基膨潤土毯等土工材料。近些年，防滲土工材料憑借著防滲性能好、施工方便、經濟性好等優勢，得到了大規模的推廣應用。

此外，垂直防滲與水平防滲系統的結合應用，可全面保證尾礦庫運行安全性、環保性，具體防滲系統布置如下圖2所示。

圖2 壩下垂直+水平防滲示意圖

3 實例探析尾礦庫防滲方案的應用

3.1 工程概況

本項目為某尾礦庫，南、北、西三側分布有山脊與周圍水系隔離，尾礦庫的匯水面積共計5km2，地表水進入溝谷后的朝著下游河流排泄。溝谷整體呈NW-SE走向，直至溝口地段轉為，溝谷開闊，溝長6km左右，擬建尾礦庫初期壩位選擇在溝谷中部地段，與下游溝口河流相距3.2km。經由工程地質勘察顯示，尾礦庫壩位屬穩定場地，適宜建庫。

3.2 尾礦庫防滲方案

結合尾礦庫工程地質情況，制定了如下防滲方案：

3.2.1庫區平整、硬化

（1）庫底：尾礦庫庫底第四系覆蓋層較厚、無軟土層，不會引發變形、損壞防滲層。對此，將庫底表層植被清理干凈后，平整場地并碾壓后，達到硬化目的。

（2）邊坡：尾礦庫邊坡第四系覆蓋層較薄，局部存在巖層出露的情況。對此，將第四系覆蓋層清除，并根據防滲層敷設實際要求開挖削坡；局部無法直接敷設防滲層的位置，噴射混凝土防護、平整后，敷設防滲層；邊坡每隔10m高程開挖防滲材料錨固平臺，錨固平臺寬度為3m、4m（間隔布置），開挖坡度不陡于1∶1.5。

3.2.2水平防滲措施

本尾礦庫全庫區擬選用鈉基膨潤土防水毯設置水平防滲系統，防滲系數＜1×10-9cm/s，具體防滲措施如下：

（1）庫底地下水導排系統：本項目庫底清基后，部分區域分布第四系角礫層，透水性較好，鋪設厚度300mm的碎石層，以此形成地下水導排層；庫底順坡設導排盲溝，共計3條，分別位于庫內左、中、右位置，導排盲溝內鋪設DN500開孔管。

（2）邊坡地下水導排系統：本項目在地下水集中滲出地段鋪設復合土工排水網，庫區支溝內設導排盲溝、支管，并與庫底主管相連，鋪設DN500開孔管。

（3）防滲材料鋪設：本項目采用的是鈉基膨潤土防水毯，庫底碎石層上鋪設厚度300mm的細粒土，形成膜下保護層；邊坡復合土工排水網可直接作為膜下保護層，其他區域鋪設500g/m2土工布。

3.3 尾礦庫防滲工程量與投資

本項目防滲面積共計44萬m2，主要工序包括庫區開挖整平、庫區硬化、地下水導排、防滲層鋪設等，據估算（表1）防滲投資共計達到3 762萬元。

表1 防滲工程量與投資計算結果

4 結語

綜上所述，尾礦是礦山工業固體廢物的一種，為避免一些災難性安全、環保事故的產生，尾礦庫必須制定完善的防滲方案。在尾礦庫防滲體系構建時，需根據的庫區情況、可能存在的滲漏類型等，合理選擇防滲措施與防滲材料，發揮環保防滲、降低滲透破壞風險、減小壩基滲流等作用，保證區域尾礦庫可靠運行，避免對周邊環境產生污染。