尾礦庫(kù)防滲措施的相關(guān)分析

王小閣，王宜將

（中藍(lán)長(zhǎng)化工程科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

我國(guó)是一個(gè)礦業(yè)大國(guó)，隨著礦業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，尾礦產(chǎn)出量一直維持較高水平。我國(guó)尾礦處理中，除少部分用于膏體與綜合利用，多數(shù)采用尾礦庫(kù)堆存的方法。隨著相關(guān)環(huán)保法律法規(guī)與尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)等規(guī)范的出臺(tái)，對(duì)尾礦庫(kù)防滲提出了明確要求，嚴(yán)格控制滲漏、污染風(fēng)險(xiǎn)，本文圍繞尾礦庫(kù)防滲措施展開(kāi)詳細(xì)分析。

1 尾礦庫(kù)防滲要求

尾礦庫(kù)是礦業(yè)發(fā)展中的重要組成部分，根據(jù)廣州綠網(wǎng)環(huán)境保護(hù)服務(wù)中心2018年發(fā)布的《全國(guó)尾礦庫(kù)數(shù)據(jù)分析報(bào)告》統(tǒng)計(jì)顯示，全國(guó)尾礦庫(kù)數(shù)量達(dá)到了14217個(gè)，主要分布在北方，涉及64個(gè)礦種。隨著國(guó)家與地方各級(jí)主管部門(mén)對(duì)安全、環(huán)保問(wèn)題的重視，不斷開(kāi)展尾礦庫(kù)綜合整治與閉銷(xiāo)庫(kù)工作，尾礦庫(kù)數(shù)量逐年減少。2020年印發(fā)的《防范化解尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)工作方案》中，明確要求在保證緊缺和戰(zhàn)略性礦產(chǎn)礦山正常建設(shè)開(kāi)發(fā)前提下，全國(guó)尾礦庫(kù)數(shù)量原則上只減不增。

對(duì)于自然環(huán)境而言，尾礦庫(kù)的威脅主要在于存儲(chǔ)的礦物廢料存在不同的危險(xiǎn)，如：腐蝕性、毒性、易燃易爆性、放射性等。針對(duì)不同尾礦需針對(duì)性的開(kāi)展尾礦庫(kù)建設(shè)工作，尾礦首先按國(guó)家規(guī)范鑒別是否屬于危險(xiǎn)廢物，若屬于危險(xiǎn)廢物，需按專門(mén)危險(xiǎn)廢物管理和處置規(guī)范處理，本文不再贅述?，F(xiàn)針對(duì)一般工業(yè)固體廢物的尾礦進(jìn)行分析，根據(jù)《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18599-2001）可將其進(jìn)一步分為第I類(lèi)、第Ⅱ類(lèi)一般工業(yè)固體廢物。結(jié)合《尾礦庫(kù)設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50863-2013）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）要求，Ⅰ類(lèi)尾礦庫(kù)存儲(chǔ)的尾礦對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染，因此規(guī)范中未提出防滲要求；針對(duì)Ⅱ類(lèi)尾礦庫(kù)提出了具體的環(huán)保防滲要求，以免對(duì)地下水、地表水以及土壤產(chǎn)生污染，同時(shí)也防止地下水進(jìn)入尾礦庫(kù)。同時(shí)，《關(guān)于印發(fā)深入開(kāi)展尾礦庫(kù)綜合治理行動(dòng)方案的通知》中，也明確提出新建尾礦庫(kù)庫(kù)底需硬化并防滲。

根據(jù)《規(guī)范》要求，Ⅱ類(lèi)庫(kù)的庫(kù)底與周邊必須具備一層可靠防滲系統(tǒng)，防滲性能相當(dāng)于一層飽和滲透系數(shù)≤1.0×10-7cm/s、厚度≥1.5m的黏土層防滲性能。尾礦庫(kù)防滲系統(tǒng)應(yīng)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(kāi)；②具有一定物理力學(xué)性能、抗化學(xué)腐蝕、抗老化以及抗環(huán)境變化的能力；③覆蓋尾礦庫(kù)場(chǎng)底與周?chē)吰滦纬赏暾罎B隔離屏障；④設(shè)置地下水導(dǎo)排系統(tǒng)；⑤設(shè)置固定防滲材料錨固平臺(tái)、錨固溝；⑥尾礦庫(kù)場(chǎng)底基礎(chǔ)與邊坡平整，且不會(huì)因尾礦堆載出現(xiàn)不均勻沉降并引發(fā)防滲膜損壞。

2 尾礦庫(kù)防滲主要措施

根據(jù)尾礦庫(kù)滲漏情況分析，可將其分為三種滲漏類(lèi)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(guò)科學(xué)選址避免，尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)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(duì)壩基滲漏與繞壩滲漏問(wèn)題，必須合理選擇垂直或水平防滲措施，或是兩者結(jié)合的防滲體系，下文主要針對(duì)相關(guān)防滲措施展開(kāi)分析。

2.1 垂直防滲措施

尾礦庫(kù)垂直防滲系統(tǒng)的設(shè)置目的在于阻斷水平流向的地下水流、污染物朝著四周擴(kuò)散。當(dāng)尾礦庫(kù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件相對(duì)較好時(shí)，即：場(chǎng)地底部分布有不透水層、或厚實(shí)的弱透水層，需將垂直防滲系統(tǒng)嵌入相對(duì)不透水地層至少2.0m，以達(dá)到環(huán)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(kù)建設(shè)中，垂直防滲措施的運(yùn)用可較好的應(yīng)對(duì)壩基滲漏、繞壩滲漏問(wèn)題，但是不適用于存在臨谷滲漏風(fēng)險(xiǎn)的尾礦庫(kù)。

圖1 壩下垂直截滲示意圖

結(jié)合尾礦庫(kù)實(shí)際情況，可對(duì)以下幾種防滲措施進(jìn)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(shè)置灌漿平硐，壩肩、壩基帷幕形成整體，有效防止繞壩滲漏問(wèn)題的產(chǎn)生。

2.2 水平防滲措施

尾礦庫(kù)水平防滲系統(tǒng)的設(shè)置目標(biāo)為全庫(kù)防滲，確保全庫(kù)區(qū)尾礦水不外滲，可用于存在臨谷滲漏風(fēng)險(xiǎn)的尾礦庫(kù)。在尾礦庫(kù)水平防滲工作中，可根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的材料，包括：黏土等天然材料；土工膜、復(fù)合土工膜、鈉基膨潤(rùn)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(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢(shì)，得到了大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

此外，垂直防滲與水平防滲系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用，可全面保證尾礦庫(kù)運(yùn)行安全性、環(huán)保性，具體防滲系統(tǒng)布置如下圖2所示。

圖2 壩下垂直+水平防滲示意圖

3 實(shí)例探析尾礦庫(kù)防滲方案的應(yīng)用

3.1 工程概況

本項(xiàng)目為某尾礦庫(kù)，南、北、西三側(cè)分布有山脊與周?chē)蹈綦x，尾礦庫(kù)的匯水面積共計(jì)5km2，地表水進(jìn)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(zhuǎn)為，溝谷開(kāi)闊，溝長(zhǎng)6km左右，擬建尾礦庫(kù)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(jīng)由工程地質(zhì)勘察顯示，尾礦庫(kù)壩位屬穩(wěn)定場(chǎng)地，適宜建庫(kù)。

3.2 尾礦庫(kù)防滲方案

結(jié)合尾礦庫(kù)工程地質(zhì)情況，制定了如下防滲方案：

3.2.1庫(kù)區(qū)平整、硬化

（1）庫(kù)底：尾礦庫(kù)庫(kù)底第四系覆蓋層較厚、無(wú)軟土層，不會(huì)引發(fā)變形、損壞防滲層。對(duì)此，將庫(kù)底表層植被清理干凈后，平整場(chǎng)地并碾壓后，達(dá)到硬化目的。

（2）邊坡：尾礦庫(kù)邊坡第四系覆蓋層較薄，局部存在巖層出露的情況。對(duì)此，將第四系覆蓋層清除，并根據(jù)防滲層敷設(shè)實(shí)際要求開(kāi)挖削坡；局部無(wú)法直接敷設(shè)防滲層的位置，噴射混凝土防護(hù)、平整后，敷設(shè)防滲層；邊坡每隔10m高程開(kāi)挖防滲材料錨固平臺(tái)，錨固平臺(tái)寬度為3m、4m（間隔布置），開(kāi)挖坡度不陡于1∶1.5。

3.2.2水平防滲措施

本尾礦庫(kù)全庫(kù)區(qū)擬選用鈉基膨潤(rùn)土防水毯設(shè)置水平防滲系統(tǒng)，防滲系數(shù)＜1×10-9cm/s，具體防滲措施如下：

（1）庫(kù)底地下水導(dǎo)排系統(tǒng)：本項(xiàng)目庫(kù)底清基后，部分區(qū)域分布第四系角礫層，透水性較好，鋪設(shè)厚度300mm的碎石層，以此形成地下水導(dǎo)排層；庫(kù)底順坡設(shè)導(dǎo)排盲溝，共計(jì)3條，分別位于庫(kù)內(nèi)左、中、右位置，導(dǎo)排盲溝內(nèi)鋪設(shè)DN500開(kāi)孔管。

（2）邊坡地下水導(dǎo)排系統(tǒng)：本項(xiàng)目在地下水集中滲出地段鋪設(shè)復(fù)合土工排水網(wǎng)，庫(kù)區(qū)支溝內(nèi)設(shè)導(dǎo)排盲溝、支管，并與庫(kù)底主管相連，鋪設(shè)DN500開(kāi)孔管。

（3）防滲材料鋪設(shè)：本項(xiàng)目采用的是鈉基膨潤(rùn)土防水毯，庫(kù)底碎石層上鋪設(shè)厚度300mm的細(xì)粒土，形成膜下保護(hù)層；邊坡復(fù)合土工排水網(wǎng)可直接作為膜下保護(hù)層，其他區(qū)域鋪設(shè)500g/m2土工布。

3.3 尾礦庫(kù)防滲工程量與投資

本項(xiàng)目防滲面積共計(jì)44萬(wàn)m2，主要工序包括庫(kù)區(qū)開(kāi)挖整平、庫(kù)區(qū)硬化、地下水導(dǎo)排、防滲層鋪設(shè)等，據(jù)估算（表1）防滲投資共計(jì)達(dá)到3 762萬(wàn)元。

表1 防滲工程量與投資計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，尾礦是礦山工業(yè)固體廢物的一種，為避免一些災(zāi)難性安全、環(huán)保事故的產(chǎn)生，尾礦庫(kù)必須制定完善的防滲方案。在尾礦庫(kù)防滲體系構(gòu)建時(shí)，需根據(jù)的庫(kù)區(qū)情況、可能存在的滲漏類(lèi)型等，合理選擇防滲措施與防滲材料，發(fā)揮環(huán)保防滲、降低滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)、減小壩基滲流等作用，保證區(qū)域尾礦庫(kù)可靠運(yùn)行，避免對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生污染。