CN105332392B - 一种露天矿山坑底防渗结构及防渗处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种露天矿山坑底防渗结构及防渗处理的方法，属于采矿技术领域。本发明的一种露天矿山坑底防渗结构，在露天坑底往上，依次铺下垫层、土工膜、上垫层和保护层。防渗处理的方法，步骤包括露天坑底的处理→下垫层的处理→土工膜的处理→上垫层的处理→保护层的处理。本发明实现了低成本解决露天矿山坑底渗露问题，而且防渗效果好，有效避免了露天开采闭坑后对露天坑底的下部矿体开采时，地表水会沿着浅部破碎裂隙进入地下岩石，随原有构造的小裂隙涌入井下，加大井下涌水量，增加井下的排水费用，严重时还有可能产生的淹井事故的问题。
Description
技术领域
本发明属于采矿技术领域，具体涉及一种露天矿山坑底防渗结构及防渗处理的方法。
背景技术
1998年12月22日，建设部发布了《土工合成材料应用技术规范》(GB50290-98)，为推动土工合成材料在工程建设的应用，统一设计、施工、验收等方面的技术要求，确保工程质量，做到技术先进、经济合理、安全适用，制了此规范。规范适用于水利、铁路、公路、水运、建筑等工程中应用土工合成材料的设计、施工及验收。并对防渗的一般规定、防渗结构、工程防渗设计与施工，做了相应的规定。规范规定，防渗结构宜包括防渗材料的上、下垫层、上垫层上部的防护层、下垫层下部的支持层和排水、排气设施。防渗结构应根据工程性质、类别、重要性和使用条件等确定。规范对防护层、上垫层、下垫层等的材料，各推荐了4-6种材料。
由于露天采矿有其特殊性，开采结束后的坑底状态与规范的适用范围差别较大，特别是在露天坑底下部进行地下采矿时，对防渗结构的选取与普通防渗结构会有所区别。
目前国内在露天坑下部进行采矿的情况不多，已有的矿山一般都对露天坑进行了防渗处理，主要有：
1、程家沟铁矿露天转地下后露天坑底防渗措施【程家沟铁矿露天转地下后露天坑排尾可行性研究河北理工大学学报(自然科学版)2008年8月】
由于程家沟铁矿露天坑排弃物为含水20％左右的尾矿砂，而露天坑底及边帮由于生产爆破等原因，会有许多随机分布的孔隙和裂缝，在尾矿排放的状态下，这些孔隙和裂缝中必然有水存在。水的作用不仅使岩体的力学性质进一步恶化，而且尾矿水的渗人将对裂隙壁施加法向渗透压力和切向拖曳力，由此形成的渗流场会影响采场的稳定性。因此，为保证矿山的生产安全，程家沟铁矿在加速南采区矿体回采的同时，还必须做好防渗措施。
露天开采结束后，露天坑底必然存在一些废石，而且露天坑底地势也是高低不平的。因此，设计防渗措施时，首先要在露天坑底铺设一层30cm厚的黏土，并铺平、辗压，尽可能做到使黏土层比较平坦，经验收合格后，再在黏土层上铺放土工膜。选用的土工膜质量应比较好，其膜顶破强度、膜抗拉强度和膜延伸度要尽可能高，这样土工膜才能在施工过程中不至于破裂。
2、大岭矿露天采坑改建尾矿库的防渗加固【大岭矿露天采坑改建尾矿库的工程实践黄金2009年第4期】
根据大岭矿转入地下开采后，其规模为500t/d，斜井开拓，阶段高度为50m，现正进行机械化下向分层胶结充填采矿法回采。采场顶部标高220m至156m之间厚64m的矿段回采结束，采空区大部分已经充填，但效果不理想，上盘F1、F2断层已经发生大面积沉陷。
要实现井下2个中段正常采矿，同时地表露天采坑排放尾矿的要求，就必须对露天采坑进行必要的防渗及加固处理，即在尾矿库底部标高232m至标高270m之间(高38m)进行防渗加固处理。
防渗加固处理方案分两部分工程：一是在库底标高232m左右，先浇注厚300mm的C15混凝土加固，面积约3200m2，上面铺1层土工膜防渗，再浇注厚100mm的C10混凝土保护层；二是在库底边坡处标高232m至标高270m之间，将浮石及尖角石清理干净，然后铺设土工膜1层，并与库底土工膜连接成封闭防渗体(土工膜成阶梯铺设，以适应变形)，土工膜上浇注厚300mm Cl5混凝土加固保护层。总共约需铺设土工膜2.0万m2，浇注混凝土0.6万m3。断层处理应先清除断层中的断层泥石，局部形成凹槽，凹槽内浇注C10混凝土塞实，使其与岩石形成整体。
程家沟铁矿露天转地下后露天坑底防渗措施，由于露天坑用作排放尾矿砂，采用的防渗结构为下垫层+复合土工膜，即下垫层为夯实的300mm厚黏土，不采用上垫层、保护层等。该方案防渗材料位于尾矿砂下，可不设防护层即上垫层，铺设成本低。若不排尾砂，露天坑底直接暴露在外，此种防渗结构将导致复合土工膜快速老化，降低防渗效果。
大岭矿露天采坑改建尾矿库的防渗加固，坑底采用的防渗结构为下垫层+复合土工膜+防护层，即下垫层采用300mm厚的C15混凝土、防护层为100mm厚的C10混凝土。该方案的特殊性是露天坑断层已经发生大面积沉陷，除了防渗功能外，增加了加固功能，因此造价高。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中露天坑底防渗结构成本高、防渗效果差的问题，本发明提供了一种露天矿山坑底防渗结构及防渗处理的方法。它可以实现当开采闭坑后露天坑底的下部矿体时，对露天坑底防渗处理处理后防渗效果好、成本低的目的。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明技术方案按以下方式进行：
一种露天矿山坑底防渗结构，在露天坑底往上，依次铺下垫层、土工膜、上垫层和保护层。
优选地，所述下垫层、土工膜、上垫层和保护层分别为压实黏土、布－膜复合土工膜、压平尾砂和胶结尾砂。
优选地，所述压实黏土厚度为300mm，压平尾砂和胶结尾砂均为100mm。
优选地，所述胶结尾砂用C10混凝土预制板代替；所述压平尾砂用细砂代替。
优选地，胶结尾砂的灰砂比为1：4；所述布－膜复合土工膜的膜厚度不小于0.5mm，布为土工织物。
优选地，述露天坑底为岩石结构，对破碎岩石事先进行平整与清扫，对大裂隙进行注浆充填。
一种露天矿山坑底防渗处理的方法，其步骤包括：
A、露天坑底的处理：露天坑底为岩石结构，对破碎岩石进行平整与清扫，对大裂隙进行注浆充填；
B、下垫层的处理：采用300mm厚的黏土将露天坑底压实，压实过程中黏土对小裂隙进行充填；
C、土工膜的处理：采用复合土工膜，土工膜厚度不小于0.5mm，在土工膜的一侧或二侧加土工织物预以保护；
D、上垫层的处理：采用100mm厚度的压平尾砂或普通细砂铺在复合土工膜上方；
E、保护层的处理：采用100mm厚的灰砂比1：4的胶结尾砂或C10混凝土预制板铺在上垫层的上方。
优选地，步骤D中压平尾砂和步骤E中胶结尾砂均为露天矿矿山产生的废弃物尾砂。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种露天矿山坑底防渗结构，发明人结合露天矿山坑底的特殊基础状况和充分利用矿山产生的废弃物，创新性的提出三层一膜的防渗结构，实现了低成本解决露天矿山坑底渗露问题，而且防渗效果好，有效避免了露天开采闭坑后对露天坑底的下部矿体开采时，地表水会沿着浅部破碎裂隙进入地下岩石，随原有构造的小裂隙涌入井下，加大井下涌水量，增加井下的排水费用，严重时还有可能产生的淹井事故的问题；
(2)本发明的一种露天矿山坑底防渗结构，压实黏土、二布一膜复合土工膜、压平尾砂和胶结尾砂均能够就地取材，制作成本低；
(3)本发明的一种露天矿山坑底防渗结构，压实黏土厚度与压平尾砂、胶结尾砂的厚度比均为3：1，压实黏土厚度为300mm，是发明人结合露天矿山坑底结构和黏土以及尾砂的属性，经过有针对性的模拟试验、数据采集分析以及制作成本得到的比例关系及厚度要求，在有效解决技术问题的基础上，合理控制了制作成本；
(4)本发明的一种露天矿山坑底防渗结构，胶结尾砂用C10混凝土预制板代替、压平尾砂用细砂代替，成本虽有所提高，但提高了防渗效果；
(5)本发明的一种露天矿山坑底防渗结构，根据不同工程条件，在土工膜的一侧或两侧增加垫层加以保护，土工织物乃是最佳的保护材料，此时，土工织物则起排水(气)、缓冲受力和垫层的作用，早期，单一土工膜和土工织物按其要求依次铺设，没有内在联系，而复合土工膜可以改善这种防渗结构体系、简化施工程序、提高单一土工膜的抗拉、抗撕裂、抗顶破和抗穿刺等力学特性，考虑到露天坑底在暴雨季节可能存在一定高度(一般小于30m)的水体，对防渗结构产生一定的压力，故复合土工膜按重要工程选用膜厚度不小于0.5mm；
(6)本发明的一种露天矿山坑底防渗结构，充分利用了矿山产生的废弃物-尾砂，干尾砂作上垫层，胶结尾砂作保护层，作为下垫层的黏土价格不高。整体上本发明成本不高，每平方米造价约20元，大部分材料可就近取材，节省原材料及运输费用，是一种适合于处理露天矿山坑底的防渗结构。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，对本发明作详细描述。
实施例1
为进一步描述本发明，下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
本实例的一种露天矿山坑底防渗结构，露天坑底1为岩石结构；在露天坑底1往上，如图1所示，依次铺下垫层2、土工膜3、上垫层4和保护层5；下垫层2、土工膜3、上垫层4和保护层5分别为压实黏土、二布一膜复合土工膜、压平尾砂和胶结尾砂；压实黏土厚度为300mm，压平尾砂和胶结尾砂均为100mm；胶结尾砂的灰砂比为1：4；二布一膜复合土工膜的膜厚度不小于0.5mm，布为土工织物；
本实例的露天矿山坑底防渗处理的方法，其步骤包括：
A、露天坑底的处理：露天坑底1为岩石结构，对破碎岩石进行平整与清扫，对大裂隙进行注浆充填；
B、下垫层的处理：采用300mm厚的黏土将露天坑底1压实，压实过程中黏土对小裂隙进行充填；
C、土工膜的处理：采用复合土工膜，土工膜厚度不小于0.5mm，在土工膜的一侧加土工织物形成一布一膜复合土工膜预以保护，；
D、上垫层的处理：采用100mm厚度的压平尾砂铺在复合土工膜上方；尾砂用露天矿矿山产生的废弃物尾砂；
E、保护层的处理：采用100mm厚的灰砂比1：4的胶结尾砂铺在上垫层4的上方，尾砂用露天矿矿山产生的废弃物尾砂。
本实例的一种露天矿山坑底防渗结构及其防渗处理的方法，发明人结合露天矿山坑底的特殊基础状况和充分利用矿山产生的废弃物，创新性的提出三层一膜的防渗结构，实现了低成本解决露天矿山坑底渗露问题，而且防渗效果好，有效避免了露天开采闭坑后对露天坑底的下部矿体开采时，地表水会沿着浅部破碎裂隙进入地下岩石，随原有构造的小裂隙涌入井下，加大井下涌水量，增加井下的排水费用，严重时还有可能产生的淹井事故的问题。
实施例2
本实例的一种露天矿山坑底防渗结构，基本结构同实施例1，改进之处在于：胶结尾砂用C10混凝土预制板代替；压平尾砂用普通细砂代替；布－膜复合土工膜为两布一膜复合土工膜，提高了防渗效果。
本实例的一种露天矿山坑底防渗结构及其防渗处理的方法，步骤同实施例1。
以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。
Claims (2)
1.一种露天矿山坑底防渗处理的方法，其步骤包括：
A、露天坑底(1)的处理：露天坑底(1)为岩石结构，对破碎岩石进行平整与清扫，对大裂隙进行注浆充填；
B、下垫层(2)的处理：采用300mm厚的黏土将露天坑底(1)压实，压实过程中黏土对小裂隙进行充填；
C、土工膜(3)的处理：采用复合土工膜，土工膜厚度不小于0.5mm，在土工膜的一侧或二侧加土工织物预以保护；
D、上垫层(4)的处理：采用100mm厚度的压平尾砂铺在复合土工膜上方；
E、保护层(5)的处理：采用100mm厚的灰砂比1：4的胶结尾砂铺在上垫层(4)的上方。
2.根据权利要求1所述的露天矿山坑底防渗处理的方法，其特征在于：步骤D中压平尾砂和步骤E中胶结尾砂均为露天矿矿山产生的废弃物尾砂。
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