CN112252273B - 尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，包括：采集尾矿库初期坝内坡或尾矿渗漏处上游的数据信息；在尾矿库初期坝内坡或尾矿渗漏处上游设置反滤墙；联合检测反滤墙的密实度；监测尾矿库出水口下游渗透水体的数据信息以及反滤墙所在坝体的空洞信息，及时调整反滤墙的设置信息。本发明尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，根据尾矿库坝体的数据信息，因地制宜、合理设置反滤墙等硬件设施，提高坝体的反滤能力，并揭示其设置参数；同时，提供一种动态监测方法，及时调整针对尾矿库渗漏等危机的应对手段和时机；最终形成尾矿库坝体中防止尾矿砂渗漏的防治系统。

Description

尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法

技术领域

本发明属于治理尾矿砂渗漏的技术领域，涉及尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法。

背景技术

尾矿库作为矿山选矿厂排出的固体废弃物的储存场所，是矿山企业灾害事故发生的重点区域。尾矿库分为初期坝、堆积坝、沉积滩等组成部分，用以拦截、贮存尾矿等工业废渣。尾矿库是复杂多变的动态系统，有多种因素可以引起尾矿库发生次生灾害等事故。近年来，尾矿库发生的尾矿砂泄露和溃坝等次生灾害时有发生，极大地危害生态环境，对人民的生命健康和生存环境造成了重大威胁。因此，必须重视尾矿库的尾矿砂泄露问题和溃坝问题。

针对上述问题，目前常采取反滤压坡加固坡体法、浆砌石加固坝体法等坝体加固方法防治尾矿砂泄露和溃坝等问题。但是上述坝体加固方法虽然在一定程度上对坝体进行了加固，防止了因溃坝造成尾矿砂大面积泄露的问题，但是坝体在正常应用的过程中由于坝体的透水性差，会形成坝体积水，导致尾矿库的浸润线上升，且坝体不能有效过滤尾矿砂，造成尾矿砂经坝体缓慢流失，坝体的内部形成不确定位置和大小的空洞，缓慢蚕食坝体，对坝体造成严重的安全隐患。除此之外，上述坝体加固方法还存在坝体承载力不足以支撑加固结构的问题，限制了其应用场景。

因此，针对目前尾矿库不能有效解决坝体尾矿砂泄露的问题以及因此带来的坝体不稳固的安全隐患，亟待一种新型的解决坝体尾矿砂泄露问题的防治方法，在有效解决尾矿砂泄露问题的同时，可以兼具增强坝体的稳固性，实现矿山企业的安全运营，保障生态安全和周围群众的生命安全。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，有效解决了尾矿砂泄露问题，还兼具增强了坝体的稳固性，解决了现有技术中存在的坝体尾矿砂泄露的问题以及因此带来的坝体不稳固的安全隐患问题。

本发明所采用的技术方案是，尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，包括以下步骤：

步骤100：采集尾矿库初期坝内坡或尾矿渗漏处上游的数据信息；

步骤200：基于采集的数据信息，在尾矿库初期坝内坡或尾矿渗漏处上游设置反滤墙；

步骤300：通过重型动力触探试验和面波测试技术联合检测反滤墙的密实度；

步骤400：监测尾矿库出水口下游渗透水体的数据信息以及反滤墙所在坝体的空洞信息；并根据监测得到的尾矿库出水口下游渗透水体的数据信息和反滤墙所在坝体的空洞信息，及时调整反滤墙的设置信息，形成尾矿库坝体中防止尾矿砂渗漏的防治系统。

进一步地，步骤100中，数据信息包括：坝体的地形地貌、地层结构、水位埋藏深度以及坝体高度。

进一步地，步骤200中，反滤墙的设置方法，包括以下步骤：

步骤210：通过常水头渗透试验获得级配良好的砂石，砂石的粒径分布同时满足：0.1mm≤D₁₅≤1.4mm～1.75mm；D₁₀＜0.5mm；D₉₀＝20mm；所述级配良好满足下述条件：C_u≥5，C_c＝1～3；其中，C_u为不均匀系数，C_c为曲率系数；

步骤220：基于步骤100采集的数据信息，建立反滤墙的设置信息，包括：反滤墙的选址、处理长度、处理深度、处理宽度，以及各砂石桩之间的桩距和砂石桩内砂石的压实度；

步骤230：基于步骤220的反滤墙的设置信息，在尾矿库初期坝内坡或尾矿渗漏处上游，采用砂石桩施工工艺形成连续反滤墙，反滤墙垂直设置于尾矿库内原始地面，砂石桩的级配良好的砂石均匀分布。

更进一步地，步骤220中，反滤墙的处理深度为25.0m～39.0m，处理宽度为1.0m。

更进一步地，步骤220中，压实度≥0.9。

更进一步地，步骤230中，砂石桩施工工艺，采用振动成桩法施工，具体包括以下步骤：

步骤231：施工前，进行成桩挤密试验；

步骤232：根据成桩挤密试验结果，绘制砂石桩布桩图，标注桩位编号及施工数据，进行现场桩位放样，做好标志桩；

步骤233：按照跳打形式的施工顺序，从外缘到中心进行；施工时，采用振动沉桩机将与砂石桩同直径的桩管沉下，往桩管内灌级配良好的砂石，边以30KN～70KN的振动力振动，边以1.0m/min～1.5m/min的速度拔出桩管；或以30KN～70KN的振动力振动拔管过程中，每拔0.5m高而停拔进行振动20s～30s，振幅A大于等于N/12.5+3，N为标贯值。

进一步地，步骤300中，重型动力触探试验具体为：采用自动落锤装置，锤击速率每分钟为15击～30击，记录贯入10cm的读数N_63.5，每贯入1m，将探杆转动一圈半。

进一步地，步骤300中，面波测试技术具体为：敲击反滤墙激发振动脉冲，同时布置检波器进行面波信号采集，通过面波与密度的拟合关系，计算得到检测区域的干密度值。

进一步地，步骤400中，尾矿库出水口下游渗透水体的数据信息包括：含砂量、表面位移、深部位移、浸润线。

进一步地，步骤400中，反滤墙所在坝体的空洞信息的监测方法，具体为：

步骤410：用微动勘探手段测得反滤墙所在坝体各测点的频散能量图，确定地层的面波速度V_R；

步骤420：由V_S＝V_R/η_S反演得到地层剪切波速度V_S，其中，面波和剪切波速度换算系数

μ_d为泊松比；

步骤430：将频散能量图转换为速度深度域频散曲线，绘制面波彩色剖面图，根据面波彩色剖面图分析坝体内有无空洞。

本发明的有益效果是：本发明结合试验以及实际工程实例，提出了一种尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，其根据尾矿库坝体的数据信息，因地制宜、合理设置反滤墙等硬件设施，提高坝体的反滤能力，并揭示其设置参数，一方面有效提高坝体的透水能力，另一方面通过反滤功能，将尾矿砂截留在坝体中，有效提高了坝体的尾矿砂泄露问题，又不至于因透水性差而造成坝体浸润线过高的问题；同时，提供一种动态监测方法，用于动态监控尾矿库坝体的数据信息，及时调整针对尾矿库渗漏等危机的应对手段和时机；最终形成尾矿库坝体中防止尾矿砂渗漏的防治系统；并且本发明的防治方法还具有施工简单、安全环保等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明在坝体设置的反滤墙的正视图。

图2是本发明在坝体设置的反滤墙的俯视图。

图3是本发明在坝体各测点的频散能量图(即频率速度谱)。

图4是本发明检测坝体时获得的一种面波彩色剖面图。

图5是本发明治理尾矿渗漏的具体实施方法示意图。

图中，1-管嘴、2-桩管、3-检波点、4-激振点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，包括以下步骤：

步骤100：采集尾矿库初期坝内坡或尾矿渗漏处上游的数据信息，包括但不限于：坝体的地形地貌、地层结构、水位埋藏深度和坝体高度；

步骤200：基于步骤100采集的数据信息，在尾矿库初期坝内坡或尾矿渗漏处上游设置反滤墙，用于提高尾矿库坝体的透水率、对尾矿砂的反滤能力，以及提高坝体的稳固性；

其中，反滤墙的设置方法，包括以下步骤：

步骤210：通过常水头渗透试验获得级配良好的砂石，砂石的粒径分布同时满足：0.1mm≤D₁₅≤1.4mm～1.75mm；D₁₀＜0.5mm；D₉₀＝20mm。

其中D₁₅表示颗粒累计分布为15％的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的15％。

0.1mm≤D₁₅≤1.4mm～1.75mm，表示全部砂石体积含量15％的砂石粒径在0.1mm～1.4mm～1.75mm的范围内。

其中D₁₀的意思是颗粒累计分布为10％的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的10％。

D₁₀＜0.5mm，表示全部砂石体积含量10％的砂石粒径＜0.5mm。

D₉₀表示颗粒累积分布为90％的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的90％。

D₉₀＝20mm，表示全部砂石体积含量90％的砂石粒径＜20mm。

根据《水利水电工程土工试验规程》(DL/T5355-2006)，砂(粗砂、中砂、细砂)的粒径0.25mm～2mm，砾(粗砾、中砾、细砾)的粒径为2mm～60mm，石(漂石、卵石)的粒径为60mm以上；

级配良好：C_u≥5，C_c＝1～3；C_u为不均匀系数，C_c为曲率系数。

步骤220：基于步骤100采集的数据信息，建立反滤墙的设置信息，包括：反滤墙的选址、处理长度、处理深度、处理宽度，以及各砂石桩之间的桩距和砂石桩内砂石的压实度(压实度≥0.9)；

其中，反滤墙的选址为：沉陷区边界外扩长度不小于10米；处理总长度不小于72m；处理深度为25.0m～39.0m，处理宽度为1.0m，坝顶以下10米深度范围内可不处理。

步骤230：基于步骤220的反滤墙的设置信息，在尾矿库初期坝内坡或尾矿渗漏处上游，采用砂石桩施工工艺形成连续反滤墙，反滤墙垂直设置于尾矿库内原始地面，砂石桩的级配良好的砂石均匀分布，这样设置的反滤墙既可以实现透水，又可以实现反滤尾矿砂，避免尾矿砂的泄露，如图1和图2所示；

其中，砂石桩施工工艺采用振动成桩法施工，具体为：

步骤231：施工前，进行成桩挤密试验，试验桩数优选7根～9根。根据沉管和挤密情况，确定砂石桩的砂石量、提升高度和速度、挤压次数和时间、电机工作电流等，作为控制质量的标准，保证挤密均匀和桩身的连续性。

步骤232：根据步骤231确定的砂石桩的砂石量、提升高度和速度、挤压次数和时间、电机工作电流等，绘制砂石桩布桩图，标注桩位编号及施工数据，进行现场桩位放样，做好标志桩。

步骤233：按照跳打形式的施工顺序，从外缘到中心进行。采用振动沉桩机将带活瓣桩尖的管嘴1的与砂石桩同直径的桩管2沉下，往桩管2内灌级配良好的砂石，边以振动力为30KN～70KN的条件下振动边以1.0m/min～1.5m/min的拔管速度拔出桩管2；或在以振动力为30KN～70KN的条件下振动拔管过程中，每拔0.5m高而停拔进行振动20s～30s，振幅A大于等于N/12.5+3，N为标贯值。振动力以30KN～70KN为宜，不应太大，以防过分扰动坝体。

步骤300：通过重型动力触探试验和面波测试技术联合检测反滤墙的密实度(密实度需≥0.9)，用于确定反滤墙的强度达到合格标准；

重型动力触探试验：主要设备有触探头、触探杆和穿心锤，采用自动落锤装置，对反滤墙贯入前，触探架应安装平稳，保持触探孔垂直，穿心锤应自由下落并应尽量连续贯入，锤击速率每分钟宜为15击～30击，记录贯入10cm的读数N_63.5，根据规范要求，每贯入1m，宜将探杆转动一圈半。

面波测试技术：人工敲击反滤墙激发振动脉冲，同时在距离激振点4一定距离的位置布置检波器进行面波信号采集，偏移距4m，检波点3按2m等距排列，检波点3具体数量依据所测反滤墙长度而定。面波在传过不同密度的反滤墙时，会产生不同的频散特征，经转化可获得测点处的波速值，再通过面波与密度的拟合关系，直接计算出检测区域的干密度值，干密度值的合格取值范围根据现场击实试验确定的最大干密度和设计要求的密实度确定，击穿的临界干密度是干密度值合格取值的最小值。

步骤400：监测：监测尾矿库出水口下游渗透水体的含砂量、表面位移(采用GNSS法)、深部位移(采用测斜管)、浸润线(采用在线监测)深度，同时用物探手段(微动勘探)监测反滤墙所在坝体空洞，根据现场测得的天然源面波记录，利用SPAC法(空间自相关)计算可得各测点的频散能量图(即频率速度谱)，如图3所示，根据面波频散曲线的特征确定面波速度，由式(1)反演得到剪切波速度，并转换为速度深度域频散曲线，绘制面波彩色剖面图，如图4所示，利用彩色剖面绘制等速度剖面图，保证所有的检测和监测数据满足规范的要求，达到反滤墙反滤防渗的要求。

V_S＝V_R/η_S (1)；

式中：V_S为地层的剪切波速度(m/s)；V_R为地层的面波速度(m/s)；

式中：η_s为面波和剪切波速度换算系数；μ_d为泊松比。

从图4的面波彩色剖面图即可分析出坝体内有无空洞。微动勘探具有施工简单、成本低、费时段、对环境无影响的优点。由于场地条件限制，微动按台阵采用直线型。

根据监测得到的尾矿库出水口下游渗透水体的数据信息和反滤墙所在坝体的空洞信息，及时调整反滤墙的设置信息，形成尾矿库坝体中防止尾矿砂渗漏的防治系统。

工程实例：以某尾矿库为例。

如图5所示，通过采集尾矿库初期坝内坡的数据信息，查明尾矿渗漏区主要位于初期坝内坡一定范围内，渗漏的主要原因为初期坝内坡反滤料级配不良或失效所致，因此，基于采集的数据信息，在某尾矿库第三道子坝设置一道垂直连续反滤墙，反滤墙的长度在第三道子坝东西方向沉陷区边界外扩长度不应小于10.0m，即处理总长度不小于72m；处理深度25.0m～39.0m(深度指的是自坝顶至尾矿库底的距离)，宽度1.0m，坝顶以下10.0m深度范围内不处理；墙体充填材料为级配良好砂石，反滤墙施工可采用砂石桩施工工艺形成连续墙体；垂直连续反滤墙的处理范围示意图见图5。通过重型动力触探试验和面波测试技术联合检测反滤墙的密实度为0.95，确定反滤墙的强度达到了合格标准。监测尾矿库出水口下游渗透水体的数据信息以及反滤墙所在坝体的空洞信息；并根据监测得到的尾矿库出水口下游渗透水体的数据信息和反滤墙所在坝体的空洞信息，及时调整反滤墙的设置信息，形成尾矿库坝体中防止尾矿砂渗漏的防治系统。

需要说明的是，在本申请中，诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤100：采集尾矿库初期坝内坡或尾矿渗漏处上游的数据信息，所述数据信息包括：坝体的地形地貌、地层结构、水位埋藏深度以及坝体高度；

步骤200：基于采集的数据信息，在尾矿库初期坝内坡或尾矿渗漏处上游设置反滤墙，所述反滤墙的设置方法，包括以下步骤：

步骤210：通过常水头渗透试验获得级配良好的砂石，砂石的粒径分布同时满足：0.1mm≤D₁₅≤1.4mm～1.75mm；D₁₀＜0.5mm；D₉₀＝20mm；所述级配良好满足下述条件：C_u≥5，C_c＝1～3；其中，C_u为不均匀系数，C_c为曲率系数；

步骤220：基于步骤100采集的数据信息，建立反滤墙的设置信息，包括：反滤墙的选址、处理长度、处理深度、处理宽度，以及各砂石桩之间的桩距和砂石桩内砂石的压实度；

步骤230：基于步骤220的反滤墙的设置信息，在尾矿库初期坝内坡或尾矿渗漏处上游，采用砂石桩施工工艺形成连续反滤墙，反滤墙垂直设置于尾矿库内原始地面，砂石桩的级配良好的砂石均匀分布；

步骤300：通过重型动力触探试验和面波测试技术联合检测反滤墙的密实度；

步骤400：监测尾矿库出水口下游渗透水体的数据信息以及反滤墙所在坝体的空洞信息；并根据监测得到的尾矿库出水口下游渗透水体的数据信息和反滤墙所在坝体的空洞信息，及时调整反滤墙的设置信息，形成尾矿库坝体中防止尾矿砂渗漏的防治系统。

2.根据权利要求1所述的尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，其特征在于，步骤220中，所述反滤墙的处理深度为25.0m～39.0m，处理宽度为1.0m。

3.根据权利要求1所述的尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，其特征在于，步骤220中，所述压实度≥0.9。

4.根据权利要求1所述的尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，其特征在于，步骤230中，所述砂石桩施工工艺，采用振动成桩法施工，具体包括以下步骤：

步骤231：施工前，进行成桩挤密试验；

步骤232：根据成桩挤密试验结果，绘制砂石桩布桩图，标注桩位编号及施工数据，进行现场桩位放样，做好标志桩；

步骤233：按照跳打形式的施工顺序，从外缘到中心进行；施工时，采用振动沉桩机将与砂石桩同直径的桩管沉下，往桩管内灌级配良好的砂石，边以30KN～70KN的振动力振动，边以1.0m/min～1.5m/min的速度拔出钢管；或以30KN～70KN的振动力振动拔管过程中，每拔0.5m高而停拔进行振动20s～30s，振幅A大于等于N/12.5+3，N为标贯值。

5.根据权利要求1所述的尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，其特征在于，步骤300中，所述重型动力触探试验具体为：采用自动落锤装置，锤击速率每分钟为15击～30击，记录贯入10cm的读数N_63.5，每贯入1m，将探杆转动一圈半。

6.根据权利要求1所述的尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，其特征在于，步骤300中，所述面波测试技术具体为：敲击反滤墙激发振动脉冲，同时布置检波器进行面波信号采集，通过面波与密度的拟合关系，计算得到检测区域的干密度值。

7.根据权利要求1所述的尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，其特征在于，步骤400中，所述尾矿库出水口下游渗透水体的数据信息包括：含砂量、表面位移、深部位移、浸润线。

8.根据权利要求1所述的尾矿库坝体中尾矿砂渗漏的防治方法，其特征在于，步骤400中，所述反滤墙所在坝体的空洞信息的监测方法，具体为：

步骤410：用微动勘探手段测得反滤墙所在坝体各测点的频散能量图，确定地层的面波速度V_R；

步骤420：由V_S＝V_R/η_S反演得到地层剪切波速度V_S，其中，面波和剪切波速度换算系数

μ_d为泊松比；

步骤430：将频散能量图转换为速度深度域频散曲线，绘制面波彩色剖面图，根据面波彩色剖面图分析坝体内有无空洞。

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