高堆尾礦壩尾礦特性研究

張亞先,賀金剛,郭振世

(1.金堆城鉬業(yè)集團(tuán)有限公司,陜西 華縣 714102)

(2.金堆城鉬業(yè)股份有限公司,陜西 西安 710077)

高堆尾礦壩尾礦特性研究

張亞先1,賀金剛2,郭振世1

(1.金堆城鉬業(yè)集團(tuán)有限公司,陜西 華縣 714102)

(2.金堆城鉬業(yè)股份有限公司,陜西 西安 710077)

從栗西尾礦堆積壩的巖土工程勘察、試驗(yàn)的大量數(shù)據(jù)出發(fā),深入分析了堆積壩體尾礦砂土性狀、堆積特性及其變化規(guī)律,研究了栗西尾礦砂土分布規(guī)律、物理力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間的變化規(guī)律,初步揭示了高堆尾礦壩深部抗剪指標(biāo)要顯著高于淺部;堆積壩體同一空間位置,同樣埋深下干容重指標(biāo)具有隨時(shí)間明顯增長(zhǎng)、滲透系數(shù)明顯降低的規(guī)律。

高堆尾礦壩;堆積特性;尾礦特性

Abstract:Based on mass data of geotechnical investigation and soil test in Lixi tailings fill dam,this thesismakes a thorough analysis of tailings properties and its law of change,further investigates the law of distribution and change of physics-mechanics character of the variation with time in Lixi tailings fill dam.This thesis preliminarily reveals that high tailings dam’s deep part shear strength index is greater than shallow part,under the circumstance of the same spatial location of piling dam body,the gravity index grows significantly as the time went by,the permeability coefficient becomes lower obviously.

Key words:high tailings dam;accumulation characteristics;tailings characteristics

0 引 言

高堆尾礦庫(kù)相對(duì)小型尾礦庫(kù),具有安全系數(shù)大、單位容積占地小投資少、調(diào)洪庫(kù)容大、防洪標(biāo)準(zhǔn)高、污染易于控制、便于集中管理等優(yōu)點(diǎn),是尾礦庫(kù)的發(fā)展方向。其堆積壩體較高,運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng),少則數(shù)十年,多則數(shù)百年。因此,不同沉積時(shí)間、沉積部位的尾礦物理力學(xué)特性相差較大,需根據(jù)尾礦砂的不同沉積部位、沉積時(shí)間等進(jìn)行分區(qū),以便能反映尾礦壩的沉積特性。

1 工程概況

栗西尾礦庫(kù)位于陜西省華縣金堆城鎮(zhèn)大栗西村上游的栗西溝內(nèi),距百花選礦廠約7.50 km,屬山谷型尾礦庫(kù)。設(shè)計(jì)總庫(kù)容1.65億m3,基礎(chǔ)壩壩高40 m,總壩高164.5 m,屬于二等尾礦庫(kù),上游法尾礦堆壩?，F(xiàn)總壩高150.5 m,壩頂軸線東西向長(zhǎng)1 300 m,壩外坡坡比1∶5,沉積灘面坡比1%。

2 尾礦分布特征

2.1 干灘沉積規(guī)律

栗西尾礦壩沉積規(guī)律受尾礦漿濃度、粒度級(jí)配和排放工藝所控制,普遍存在粗細(xì)的夾層、互層、交錯(cuò)層、千層餅結(jié)構(gòu)等現(xiàn)象。

從放礦口至庫(kù)內(nèi)d50粒徑有由大變小的整體規(guī)律,局部有大、小值交替出現(xiàn)的情況,在250 m距離內(nèi)以尾中砂為主,向?yàn)﹥?nèi)顆粒逐漸變細(xì)。由于采用自西向東分段分散排放,還存在西粗東細(xì)的特點(diǎn)。見(jiàn)圖1。

2.2 尾礦壩垂直向沉積規(guī)律

尾礦壩宏觀上具有上粗下細(xì)、壩前粗庫(kù)尾細(xì)的特點(diǎn)。標(biāo)貫入試驗(yàn)(SDT)顯示:標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)壩外坡比庫(kù)內(nèi)灘面大;標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)隨尾礦的埋深增大而增大,從上到下尾礦有稍密～密實(shí)的變化。靜力觸探試驗(yàn)(CPT)顯示:干灘區(qū)和壩體區(qū)尾中砂、尾細(xì)砂、尾粉砂、尾粉土的qc值都隨深度增加而增大。因此,尾礦參數(shù)可按沉積深度及沉積時(shí)間分區(qū)統(tǒng)計(jì)選取。

圖1 沉積灘表面不同深度d50粒徑變化圖

3 尾礦物理力學(xué)指標(biāo)與沉積時(shí)間的關(guān)系

3.1 堆積尾礦的顆粒分布

按照沉積時(shí)間、沉積部位,將尾礦壩分為上下2個(gè)分區(qū),上稱尾中砂(上部)、尾粉砂(上部),其下稱尾中砂(下部)、尾粉砂(下部)。顆粒統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 尾礦顆粒(平均值)分析統(tǒng)計(jì)表

從表1可以看出:

(1)尾中砂、尾粉砂、尾粉土和尾粉粘的Cu都在5～10之間,Cc大于1,說(shuō)明顆粒級(jí)配良好,連續(xù)級(jí)配分布均勻,其抗震液化性能較好。尾粉粘小于0.005 mm的占8.26%,說(shuō)明細(xì)顆粒較少。

(2)從尾中砂到尾粉粘,砂粒含量的平均值漸少,粘粒含量的平均值漸增,有效粒徑和中值粒徑的平均值漸少。

(3)尾中砂、尾粉砂不均勻系數(shù)、粘粒組成等上下部有區(qū)別;根據(jù)相對(duì)密度上部以松散～稍密為主,下部以中密為主,局部呈密實(shí)狀態(tài)。

3.2 堆積尾礦的物理性質(zhì)

對(duì)尾礦物理性質(zhì)按不同剖面及主要層位進(jìn)行了分層統(tǒng)計(jì),見(jiàn)表2。

表2 全區(qū)物理性質(zhì)(平均值)統(tǒng)計(jì)表

從表2可以看出:

(1)比重:從東部及西部、上部和下部其比重差異不大,其天然重度及干重度同一種土下部比上部大。

(2)尾中砂孔隙比比較大,對(duì)于同一種尾礦孔隙比亦隨深度增加也逐漸減小。

(3)尾中砂中位于地下水位以上,處于非飽和狀態(tài),飽和度平均值較低,尾粉土、尾粉質(zhì)粘土位于地下水位以下,處于飽和狀態(tài),飽和度接近100%。

3.3 堆積尾礦的滲透性

各土層鉆孔滲透試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 鉆孔樣滲透試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

(1)尾粉土與尾粉粘互層多,尾粉土的滲透系數(shù)相差比較大,量級(jí)從10-4～10-7。

(2)受尾礦沉積時(shí)間及深度的影響,尾礦上層與下層滲透系數(shù)相差4～5倍。

(3)滲透系數(shù)出現(xiàn)一些異常值,主要受薄夾層的影響,水平滲透系數(shù)稍大于垂直滲透系數(shù),隨壓力增大,孔隙比減小,其滲透系數(shù)逐漸減小。

3.4 堆積尾礦的固結(jié)特性

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和野外測(cè)試成果將尾礦堆積壩按照使用前期、使用中期、近期,對(duì)尾礦物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。見(jiàn)表4。

表4 不同區(qū)域尾礦物理力學(xué)特性統(tǒng)計(jì)表

從表4可以看出,隨著沉積時(shí)間的增加,尾礦密度呈增加的趨勢(shì),孔隙比則呈下降趨勢(shì),滲透系數(shù)則減小。

3.5 尾礦物理指標(biāo)隨時(shí)間的變化

在1989年、2005年1～12子壩相同鉆孔位置進(jìn)行鉆孔、取原狀樣,研究尾礦物理力學(xué)指標(biāo)隨時(shí)間的變化規(guī)律。見(jiàn)圖2、圖3。

從圖中看出,2005年比1989年干容重增加約10%左右;對(duì)滲透系數(shù)的影響,淺層(埋深0～9 m)滲透系數(shù)降低約6倍,而深層(12～21 m)降低幅度更大,約12倍。

圖2 尾礦干容重隨時(shí)間變化曲線圖

圖3 尾礦滲透系數(shù)隨時(shí)間變化曲線圖

4 堆積尾礦的力學(xué)特性

4.1 尾砂的抗剪特性

尾砂剪切試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 尾礦剪切試驗(yàn)成果表

從表5可以看出:中壓(右)固快的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)均大于低壓(左)固快的抗剪強(qiáng)度。說(shuō)明同一種尾礦上部抗剪強(qiáng)度低于下部的指標(biāo)。

4.2 尾礦的變形特征

各級(jí)壓力下的孔隙比統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表6,不同區(qū)段剖面壓縮試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表7,各類尾礦各級(jí)壓力下的壓縮曲線圖見(jiàn)圖4?？梢钥闯?

表6 壓縮試驗(yàn)孔隙比資料統(tǒng)計(jì)表

表7 不同區(qū)段剖面壓縮試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

圖4 各類尾礦壓縮曲線

(1)尾中砂、尾細(xì)砂、尾粉砂,尾粉土和尾粉粘的壓縮系數(shù)αv1-2,由小到大,壓縮模量Es1-2由大到小,5種尾砂土都屬于中壓縮性土。

(2)從圖4可以看出,排除尾中砂后隨著顆粒由粗變細(xì),壓縮變形量在逐漸增加,孔隙比在逐漸減少。

(3)各類尾礦砂壓縮系數(shù)除了淺部探槽樣稍高外,其余平均值均偏小。尾粉土、尾粉質(zhì)粘土壓縮性都偏小,均屬中等壓縮性。各類尾礦土壓縮指數(shù)有隨深度增加而減小的規(guī)律。淺層壓縮指數(shù)較大,尾砂土中有壓縮指數(shù)隨顆粒變細(xì)而增大的特點(diǎn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)尾礦壩在垂直方向上上部以松散～稍密為主,下部密實(shí)狀態(tài)為中密及密實(shí);尾礦孔隙比e整體上由上至下變小趨勢(shì)比較明,說(shuō)明固結(jié)及沉積時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)尾礦孔隙比、密實(shí)度有一定的影響。

(2)尾礦的比重在同一平面上及垂直深度上差異不大,其天然重度及干重度同一種土下部比上部大;孔隙比尾中砂較大,對(duì)于同一種尾礦孔隙比亦隨深度增加漸小;尾礦水平滲透系數(shù)大于垂直滲透系數(shù)。

(3)尾砂隨著顆粒變細(xì)C值增大而φ值減小,同一種尾礦土隨密度加大抗剪強(qiáng)度增大;各類尾礦砂壓縮系數(shù)除了淺部探槽樣稍高外,其余平均值均偏小,均屬中等壓縮性。尾粉砂、尾粉土、尾粉質(zhì)粘土固結(jié)系數(shù)均較小,相差不大。各類尾礦土壓縮指數(shù)有隨深度增加而減小的規(guī)律。淺層壓縮指數(shù)較大,尾砂土中有壓縮指數(shù)隨顆粒的變細(xì)而增大的特點(diǎn)。

(4)堆積壩體同一空間位置,同樣埋深下干容重指標(biāo)具有隨時(shí)間明顯增長(zhǎng)、滲透系數(shù)明顯降低的規(guī)律。壩體深部抗剪指標(biāo)要顯著高于淺部尾礦壩。因此,按照不同沉積時(shí)間、沉積部位對(duì)指導(dǎo)尾礦的物理力學(xué)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì),用于滲流、靜動(dòng)力穩(wěn)定計(jì)算分析,能更反映尾礦壩實(shí)際。

[1] 郭振世,仵彥卿,賀金剛,等.高堆尾礦壩穩(wěn)定性控制及環(huán)境保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐[R].金堆城鉬業(yè)集團(tuán)有限公司,2009,5.

[2] 郭振世,速寶玉,仵彥卿,等.栗西尾礦壩三維滲流預(yù)測(cè)與控制研究[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,25(2):160-163.

[3] 郭振世,仵彥卿,詹美禮,等.高堆尾礦壩堆積特性及三維滲流數(shù)值分析研究[J].水土保持通報(bào),2009(3):190-194.

[4] 王業(yè)田,曹凈,吳萬(wàn)紅,等.攀鋼馬家田尾礦特性研究[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,28(3):261-264.

[5] 歐孝奪,易念平,陸增建,等.尾礦砂土滲透系數(shù)與其埋深之間的關(guān)系分析[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,26(3):219-221.

STUDY ON TAILINGS ACCUM ULATI ON CHARACTERISTICS OF HIGH TAILINGS DAM

ZHANG Ya-xian1,HE Jin-gang2,GUO Zhen-shi1

(1.Jinduicheng Molybdenum Group Co.,Ltd.,Huaxian 714102,Shaanxi,China)
(2.Jinduicheng Molybdenum Co.,Ltd.,Xi’an 710077,Shaanxi,China)

TD926.4

A

1006-2602(2010)05-0008-05

2010-04-15

張亞先(1972-),女,工程師。