CN112593528B - 钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法及其建筑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法及建筑结构，利用矿山山体与侧面山体形成的峡谷，将钼矿尾矿砂沿着峡谷斜坡堆放，峡谷的下游建有尾矿坝，将所述尾矿砂划分为粉体表层和粉体基层两部分，使用螺旋钻探机在粉体表层进行钻挖，钻挖深度至粉体基层内，螺旋钻探机的螺旋输送机构一边将挖出的尾矿粉料输出，一边填充固化剂浆料，钻挖轨迹呈网格状结构，固化剂浆料凝固后即形成网格状矿粉固化墙；然后，在网格状矿粉固化墙的每一个单元网格顶部铺设矿粉固化房顶，且相邻的矿粉固化房顶之间设有5‑10cm的间隙。本发明可以大幅度降低尾矿坝溃坝的风险，有效确保尾矿坝体安全，显著降低尾矿浸泡过的积液对尾矿坝下游的水体及土壤的重金属污染物。

Description

钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法及其建筑结构
技术领域
本发明涉及尾矿的加固和防渗漏技术领域，具体涉及一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法及其建筑结构。
背景技术
我国是钼资源大国，储量居世界第二位，每年产生大量的废渣。钼矿在浮选过程中产生的尾矿，为尾矿砂。其主要组分与产地和选矿工艺有关，化学成分复杂，无法确切确定。但其大都含有钼矿物、铁矿石等金属矿物及钠长石、钾长石、石英及云母等非金属矿物。在当前资源日益匮乏的今天，钼矿砂“废弃物”是潜在的二次资源，同时也是一种重要的战略资源，受到国家的重视和保护。这是因为目前我国对钼矿资源的利用率和选矿回收率都远低于发达国家，因此对尾矿砂进行二次利用有很大的空间。未来，随着选矿技术的提升和资源的日益枯竭，使得没有完全被分选的尾矿砂具备再次分选的可能，从而形成一种新的矿产资源。目前钼尾矿的资源化利用受到限制。这是因为根据国家环保法的规定，含有重金属污染物的材料是不能作为建筑和筑路的砂石料来使用的。而钼矿尾矿砂里含有丰富的铜、铅、铼、镍、镉、锰、钨等重金属元素和稀有贵金属元素。尾矿砂在经过水的浸泡后，由于尾矿砂为颗粒或粉体状，比表面积大，重金属与水接触的面积大，这些重金属元素溶解于水中会形成高浓度的重金属离子，严重污染水源和周边的土壤，造成重金属污染。而与之相对比的钼矿，由于自然形成的钼矿为块体状，比表面积远远小于尾矿砂，因此几乎不形成重金属污染。为此，对于钼矿尾矿砂的处理，目前最普遍采用的措施是就地封存。具体的方法是，在利用两座山体所形成的峡谷地带存放尾矿，尾矿沿着峡谷斜坡堆放，在峡谷的下游建起拦阻尾矿的尾矿坝，将尾矿整个封存起来。尾矿坝的作用是保护下游的农田和民居不会因尾矿滑坡而被破坏。
现在，尾矿坝存在的问题是：1.因为钼矿都处于山顶的位置，尾矿是沿山体的斜坡堆放，而人和农田都在山脚下面的下游区域，坝体的承载能力是最关键的问题。也就是说最令人担心的问题是溃坝问题。由于夏季是雨水充足的季节，雨水会渗入到干粉状的尾矿粉体中，使尾矿由静止状态变成具有流动性。原先没有雨水的时候，尾矿层和山体体表之间存在着摩擦力，粉体所受的平行于斜坡的重力分力与尾矿层与山体之间的摩擦力大部分抵消掉，这样尾矿层处对大坝的压力就小了。但是如果雨水渗入以后，会出现三个问题：(1)尾矿层与山体之间的摩擦力减小，使得山体对遏制尾矿层下滑的摩擦阻力减小；(2)尾矿变成流体，流动性增加；(3)由于尾矿中吸纳了大量的水，水本身的自重就非常大。这三点都造成尾矿坝所承载的压力大大度提升，大幅增加了溃坝的风险。尾矿坝一旦溃坝，将会对下游的人民的生命财产安全造成巨大的损失。2.为了降低水对尾矿坝的压力，在尾矿坝的底部开设有排水孔，以降低水体对大坝的压力。但是由于水是浸泡过尾矿的，由于尾矿是粉体状的，比表面大，因此重金属离子的浓度非常高，严重污染下游的水体和农田。为什么尾矿水的污染更严重呢？通过对比我们可以知道：矿藏层被掩盖的地层的深处(也就是山体的深处)，根据地质演化规律可知，地层是一层一层缓慢剥离的，是一种缓蚀的过程，重金属离子的释放速度慢的多。即使雨水冲刷了裸露的矿层，雨水与矿的接触面积仅仅是表层，水中所溶解的重金属离子的含量较低。而一旦形成粉末状的尾矿，雨水与粉体状的尾矿接触的面积呈几何级数增加，形成高浓度的重金属溶液，造成地下水、地表水和农田的重度重金属污染。3.如果遇到降雨量大的时候，排水孔来不及排出雨水。这样水就越积越高，最后漫过坝体，流入下游的河流和农田中，造成严重重金属污染。综上所述，目前已建成的尾矿坝存在的问题有两个：一是溃坝的风险高；二无法杜绝或降低重金属污染风险。尤其是第一条，这也是目前现有的技术。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题及不足，提供一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法及其建筑结构。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法，利用矿山山体与侧面山体形成的峡谷，将钼矿尾矿砂沿着峡谷斜坡堆放，峡谷的下游建有用于拦阻尾矿砂的尾矿坝，使整个尾矿围封，尾矿坝上开设有排水孔；将所述尾矿砂划分为粉体表层和粉体基层两部分，使用螺旋钻探机在粉体表层进行钻挖，钻挖深度至粉体基层内，螺旋钻探机的螺旋输送机构一边将挖出的尾矿粉料输出，一边通过螺旋输送机构后端的固化剂浆料输送管向经过钻挖的空隙填充固化剂浆料，钻挖轨迹呈网格状结构，固化剂浆料凝固后即形成网格状矿粉固化墙；然后，在网格状矿粉固化墙的每一个单元网格顶部铺设矿粉固化房顶，且相邻的矿粉固化房顶之间设有5-10cm的间隙。
作为本发明一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法的进一步优化，所述矿粉固化房顶的铺设方法为：
a.将现场施工用房顶成型模具架设在网格状矿粉固化墙的顶端；
b.在成型模具内铺入尾矿砂，表面铺平或翻松整平；
c.分次喷洒固化剂溶液，并进行湿拌；
d.对湿拌过的矿粉进行整形，碾压；
e.喷洒固化剂溶液进行封层；
f.拆除成型模具；
养护；即完成矿粉固化房顶的铺设。
作为本发明一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法的进一步优化，所述的固化剂浆料由尾矿砂粉料、固化剂溶液和水泥按照100：11:3混合制成，且含水量为10-15％。
作为本发明一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法的进一步优化，所述的固化剂浆料的含水量为12.5％。
作为本发明一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法的进一步优化，所述的固化剂溶液按照以下重量份数的原料混合制成：水50-60份、无水乙醇8-12份、水玻璃12-18份、羟甲基纤维素5-6份、氟硅酸钠4-6份、磺化油5-8份、聚丙烯酰胺20-25份以及硫酸5-8份。
作为本发明一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法的进一步优化，所述螺旋钻探机的钻挖深度为5-10m。
作为本发明一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法的进一步优化，所述网格状矿粉固化墙的单元网格边长分别为5-10m，墙体厚度为20-30cm。
作为本发明一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法的进一步优化，所述的矿粉固化房顶的厚度为15-25cm。
作为本发明一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法的进一步优化，所述尾矿坝上分别开设有用于排出矿粉固化房顶积水的上排水孔和用于排出渗入尾矿砂粉体基层内积水的下排水孔。
一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏建筑结构，包括矿山山体与侧面山体形成的峡谷，钼矿尾矿砂沿着峡谷斜坡堆放，峡谷的下游建有用于拦阻尾矿砂的尾矿坝，以使整个尾矿围封，尾矿坝上开设有排水孔，将所述尾矿砂划分为粉体表层和粉体基层两部分，所述的粉体表层设有网格状矿粉固化墙，每个单元网格的墙体均具有四个侧壁，形成立方体，且网格状矿粉固化墙的底部嵌入粉体基层内部，所述网格状矿粉固化墙的每一个单元网格顶部均铺设有矿粉固化房顶，且相邻的矿粉固化房顶之间设有5-10cm的间隙；所述尾矿坝上分别开设有用于排出矿粉固化房顶积水的上排水孔和用于排出渗入尾矿砂粉体基层内积水的下排水孔。
本发明具有以下有益效果：
一、本发明的加固及防渗漏技术可以大幅度降低尾矿坝溃坝的风险，有效确保尾矿坝体安全，显著降低尾矿浸泡过的积液对尾矿坝下游的水体及土壤的重金属污染物。
二、本发明的矿粉固化房顶以网格状矿粉固化墙为支撑，通过固化剂固化使整个矿粉固化房顶与网格状矿粉固化墙连接成一个整体板块，这不仅能提高房顶的稳定性和抗压强度，且强大的粘接力使房顶渗透系数降低，有效防止水对房顶的破坏和渗透；此外矿粉固化房顶和矿粉固化房顶之间设置有5-10cm间隙，防止由于热胀冷缩引起的开裂。
三、本发明采用废弃矿粉加固化剂作为建筑材料，就地取材，具有成本低廉，施工简单等特点，也可以减少石灰、水泥的用量，不仅节省资源和能源，更能够节约费用10％～30％。本发明的墙体及房顶的材料主要还是尾矿砂粉，可以重新提炼利用，起到了保护资源的作用。
四、本发明将网格状矿粉固化墙做成网格状，一方面可以降低尾矿坝溃堤的风险，网格结构将表层深深地嵌入到基层中，增加了尾矿表层和基层的摩擦阻力，表层的运动受到限制，尾矿坝顶层的受力点至少下降5m，使得弯矩大幅度降低，降低了溃坝的风险；另一方面网格状的墙壁给房顶强有力的支撑，可以有效防止房顶由于受力不均造成的变形开裂。另外，网格状结构使维护方便、安全，即使单个的房顶出现裂缝，只需要对这一小块区域进行修补，裂纹不会扩展到其它房顶。由于网状的墙体结构构成了一个整体，使得表层结构稳固，承载强度大，因此很容易安放施工机械，不会出现下陷，垮塌等风险。
附图说明
图1为本发明建筑的结构示意图；
图2为本发明建筑的结构示意图沿A-A方向的剖视图；
附图标记：1、矿山山体，2、尾矿砂，2-1、粉体表层，2-2、粉体基层，3、尾矿坝，3-1、下排水孔，3-2、上排水孔，4、网格状矿粉固化墙，5、侧面山体，6、矿粉固化房顶。
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。
实施例1
一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法，利用矿山山体与侧面山体形成的峡谷，将钼矿尾矿砂沿着峡谷斜坡进行堆放，峡谷的下游建有用于拦阻尾矿砂的尾矿坝，使整个尾矿围封，尾矿坝上开设有排水孔，将所述尾矿砂划分为粉体表层和粉体基层两部分，使用螺旋钻探机在粉体表层进行钻挖，钻挖深度至粉体基层内，螺旋钻探机的螺旋输送机构一边将挖出的尾矿粉料输出，一边通过螺旋输送机构后端的固化剂浆料输送管向经过钻挖的空隙填充固化剂浆料，钻挖轨迹呈网格状结构，固化剂浆料凝固后即形成网格状矿粉固化墙；然后，在网格状矿粉固化墙的每一个单元网格顶部铺设矿粉固化房顶，且相邻的矿粉固化房顶之间设有5-10cm的间隙。
所述矿粉固化房顶的铺设方法为：
a.将现场施工用房顶成型模具架设在网格状矿粉固化墙的顶端；
b.在成型模具内铺入尾矿砂，表面铺平或翻松整平；
c.分次喷洒固化剂溶液，并进行湿拌；
d.对湿拌过的矿粉进行整形，碾压；
e.喷洒固化剂溶液进行封层；
f.拆除成型模具；
养护；即完成矿粉固化房顶的铺设。
所述的固化剂浆料由尾矿砂粉料、固化剂溶液和水泥按照100：11:3混合制成，含水量为10-15％，且最佳含水量为12.5％。
所述的固化剂溶液按照以下重量份数的原料混合制成：水50-60份、无水乙醇8-12份、水玻璃12-18份、羟甲基纤维素5-6份、氟硅酸钠4-6份、磺化油5-8份、聚丙烯酰胺20-25份以及硫酸5-8份。
为了具有更好的实施效果，所述螺旋钻探机的钻挖深度为5-10m，所述网格状矿粉固化墙的单元网格边长分别为5-10m，墙体厚度为20-30cm。所述的矿粉固化房顶的厚度为15-25cm。
所述尾矿坝上分别开设有用于排出矿粉固化房顶积水的上排水孔和用于排出渗入尾矿砂粉体基层内积水的下排水孔；当遇到雨雪天气，矿粉固化房顶的积水可通过上排水孔排出；当遇到矿粉固化房顶开裂引起了局部渗水，可通过下排水孔排出，下排水孔主要用于预防因渗水无法排出导致的尾矿砂重力过大而容易引起溃坝的风险。
一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏建筑结构，包括矿山山体1与侧面山体5形成的峡谷，钼矿尾矿砂2沿着峡谷斜坡堆放，峡谷的下游建有用于拦阻尾矿砂2的尾矿坝3，以使整个尾矿围封，尾矿坝3上开设有排水孔，将所述尾矿砂2划分为粉体表层2-1和粉体基层2-2两部分，所述的粉体表层2-1设有网格状矿粉固化墙4，每个单元网格的墙体均具有四个侧壁，形成立方体，且网格状矿粉固化墙4的底部嵌入粉体基层2-2内部，所述网格状矿粉固化墙4的每一个单元网格顶部均铺设有矿粉固化房顶6，且相邻的矿粉固化房顶6之间设有5-10cm的间隙；所述尾矿坝3上分别开设有用于排出矿粉固化房顶6积水的上排水孔3-2和用于排出渗入尾矿砂粉体基层2-2内积水的下排水孔3-1。
本发明钼矿尾矿砂的加固及防渗漏的性能：
1)防水性好
使用固化剂后，使整个矿粉固化房顶与网格状矿粉固化墙连接成一个整体板块，这不仅能提高房顶的稳定性和抗压强度，且强大的粘接力使房顶降低渗透系数，有效防止水对房顶的破坏和渗透。
2)经济性好
采用废弃矿粉+固化剂制成的新型建筑材料，就地取材，具有成本低廉、施工简单等特点。采用这种新型建筑材料可以减少石灰、水泥用量，节省资源和能源。使用尾矿砂矿粉与固化剂拌和的材料，能够节约费用10％～30％。
3)资源的重复利用性
本发明中的网格状矿粉固化墙及矿粉固化房顶，它们的材料主要还是矿粉，外加一些固化剂，因此待冶炼技术更先进，这些尾矿粉可以进一步提炼时，这些墙体及房顶都可以重新利用，起到了保护资源的作用。
4)网格状矿粉固化墙的技术优势
网格状矿粉固化墙做成网格的优势如下：
a)降低尾矿坝溃堤的风险
将尾矿进行分成表层和基层，尾矿沿着山体倾斜堆放，在重力的作用下，表层会和底层产生相对位置的改变，即表层沿着斜坡向山脚下滑移。下方的尾矿坝要承载尾矿表层所施加的力，由于表层位置较高，造成尾矿坝承受的弯矩是最大的，使得溃堤的风险很高。
本发明采用网格结构，网格结构将表层深深地嵌入到基层中。网格的作用增加了尾矿表层和基层的摩擦阻力，要把表层移动，必须把整个网格都移动，这样的阻力就巨大。表层向下滑移受到基层的巨大的阻力，因此表层无法向下运动。也就是说表层原本应该施加给尾矿坝顶层部分的力被内耗掉了。表层的运动受到限制，表层下面的基层有可能出现滑移，由于基层距离表层的距离大概有5-10m深，也就是说尾矿坝顶层的受力点至少下降5m，使得弯矩大幅度降低，相当于坝体的承压高度降低了，坝体的安全性就提高了，有效降低了溃坝的风险。
b)有效防止房顶开裂
网格状的墙壁给房顶强有力的支撑，可有效防止房顶由于受力不均造成的变形开裂；此外房顶和房顶之间设置有5-10cm间隙，防止由于热胀冷缩引起的开裂。
c)维护方便、安全
即使单个的房顶出现裂缝，只需要对这一小块区域进行修补，裂纹不会扩展到其它房顶。由于网状的墙体结构构成了一个整体，使得表层结构稳固，承载强度大，因此很容易安放施工机械，不会出现下陷，垮塌等风险。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法，利用矿山山体与侧面山体形成的峡谷，将钼矿尾矿砂沿着峡谷斜坡堆放，峡谷的下游建有用于拦阻尾矿砂的尾矿坝，使整个尾矿围封，尾矿坝上开设有排水孔，其特征在于：将所述尾矿砂划分为粉体表层和粉体基层两部分，使用螺旋钻探机在粉体表层进行钻挖，钻挖深度至粉体基层内，螺旋钻探机的螺旋输送机构一边将挖出的尾矿粉料输出，一边通过螺旋输送机构后端的固化剂浆料输送管向经过钻挖的空隙填充固化剂浆料，钻挖轨迹呈网格状结构，固化剂浆料凝固后即形成网格状矿粉固化墙；然后，在网格状矿粉固化墙的每一个单元网格顶部铺设矿粉固化房顶，且相邻的矿粉固化房顶之间设有5-10cm的间隙；所述螺旋钻探机的钻挖深度为5-10m；所述网格状矿粉固化墙的单元网格边长分别为5-10m，墙体厚度为20-30cm。
2.如权利要求1所述的一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法，其特征在于：所述矿粉固化房顶的铺设方法为：
a.将现场施工用房顶成型模具架设在网格状矿粉固化墙的顶端；
b.在成型模具内铺入尾矿砂，表面铺平或翻松整平；
c.分次喷洒固化剂溶液，并进行湿拌；
d.对湿拌过的矿粉进行整形，碾压；
e.喷洒固化剂溶液进行封层；
f.拆除成型模具；
g.养护；即完成矿粉固化房顶的铺设。
3.如权利要求1所述的一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法，其特征在于：所述的固化剂浆料由尾矿砂粉料、固化剂溶液和水泥按照100：11:3混合制成，且含水量为10-15％。
4.如权利要求3所述的一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法，其特征在于：所述的固化剂浆料的含水量为12.5％。
5.如权利要求2-4任一权利要求所述的一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法，其特征在于：所述的固化剂溶液按照以下重量份数的原料混合制成：水50-60份、无水乙醇8-12份、水玻璃12-18份、羟甲基纤维素5-6份、氟硅酸钠4-6份、磺化油5-8份、聚丙烯酰胺20-25份以及硫酸5-8份。
6.如权利要求1或2所述的一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法，其特征在于：所述的矿粉固化房顶的厚度为15-25cm。
7.如权利要求1所述的一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏方法，其特征在于：所述尾矿坝上分别开设有用于排出矿粉固化房顶积水的上排水孔和用于排出渗入尾矿砂粉体基层内积水的下排水孔。
8.一种钼矿尾矿砂的加固和防渗漏建筑结构，包括矿山山体(1)与侧面山体(5)形成的峡谷，钼矿尾矿砂(2)沿着峡谷斜坡堆放，峡谷的下游建有用于拦阻尾矿砂(2)的尾矿坝(3)，以使整个尾矿围封，尾矿坝(3)上开设有排水孔，其特征在于：将所述尾矿砂(2)划分为粉体表层(2-1)和粉体基层(2-2)两部分，所述的粉体表层(2-1)设有网格状矿粉固化墙(4)，每个单元网格的墙体均具有四个侧壁，形成立方体，且网格状矿粉固化墙(4)的底部嵌入粉体基层(2-2)内部，所述网格状矿粉固化墙(4)的每一个单元网格顶部均铺设有矿粉固化房顶(6)，且相邻的矿粉固化房顶(6)之间设有5-10cm的间隙；所述尾矿坝(3)上分别开设有用于排出矿粉固化房顶(6)积水的上排水孔(3-2)和用于排出渗入尾矿砂粉体基层(2-2)内积水的下排水孔(3-1)。
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