CN116856468A - 一种尾矿库渗滤液源头削减与渗漏阻断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及尾矿库污染防治领域，其公开了一种尾矿库渗滤液源头消减与渗漏阻断方法，其至少依次包括渗漏问题识别和阻断系统构建的步骤，所述渗漏问题识别包括以下步骤：S1：基础资料收集与现场踏勘；S2：多源数据融合的渗滤液渗漏与扩散通道获取；所述阻断系统构建包括以下步骤：S3：判断尾矿库是否正在运行，如是，则进入S4；如否，则进入S6；S4：尾矿库污染物释放机制与污染特征分析；S5：污染物源头削减方案设计与实施；S6：尾矿库渗漏阻断结构设计与施工。本发明构建了完整的从渗漏、污染识别、源头阻断到生态修复的尾矿生态环境治理方法体系，采用了覆盖尾矿污染释放的源头削减与扩散路径的源头阻断的综合防治方法，阻断污染源的扩散。

Description

一种尾矿库渗滤液源头削减与渗漏阻断方法

技术领域

本发明涉及尾矿库污染防治领域，尤其涉及一种尾矿库渗滤液源头削减与渗漏阻断方法。

背景技术

随着我国经济社会的快速发展，对矿产资源的需求量日益增加，但是随之而来的是数量庞大的尾矿堆积。目前，我国尾矿库的数量超过12000座，总堆存量达到了150亿吨。尾矿作为我国存量和产出最大的固体废弃物，堆存过程中不仅占用大量的土体资源，同时还易引发环境污染。金属尾矿中含有多种重金属元素和硫、砷等非金属元素，在雨水或地表水淋滤作用下易发生离子溶出。由于尾矿的粒度较小具有较大的比表面积，在水体作用下易溶出大量的重金属离子。而尾矿堆积以砂粒为主，良好的渗透是污染物的扩散更加容易。目前的尾矿根据其所处的地形的不同，可分为山谷型尾矿库、河谷型尾矿库、傍山型尾矿库、平地型尾矿库及谷地型尾矿库。通常情况下，地表水和大气降水以垂直入渗或侧向径流的方式通过尾矿渗入到尾矿库下部的岩土体和地下水中，并随着地下水流向外扩散，进一步污染尾矿库外的地下水和土壤。

目前防治尾矿库渗滤液重金属污染的主要采用物理屏蔽法、抽出处理法和原为修复法等。物理屏蔽法主要是采用混凝土、水泥、土工布等构建出物理屏障，防治污染物扩散，这种方法一般在新建尾矿库时使用，对于运行尾矿库的防渗适宜性较差。抽出处理法主要是将已经污染的地下水或渗滤液抽出后通过物理、化学和生物技术处理，该方法可以减少含重金属的污水向周围扩散，但是该方法需要建立井群系统，并且后期需长期运行，维护和处理成本较高，不适用于大范围地下水污染。可渗透反应墙作为原位处理技术之一主要是在污染水的下游放置渗透性的反应格栅，通过化学、物理、生物的方法除去污水中的污染物，但是该方法针对裂隙性渗漏、溶蚀通道渗漏等复杂地质环境的适宜性较差。

另外，现阶段尾矿渗滤液通常采用末端设立污水收集池和处理厂的方式对污水进行处理。但这种处理方法存在着污水、地下水、雨水混合的问题，污水处理量大，其在汛期水量大处理能力受限，同时该处理厂需要长期的运行维护，处理产生的污泥存在二次处理的难题。

因此，现有技术存在以下技术问题：

1.物理屏蔽法是不适用于运行尾矿库的防渗解决方案；

2.采用抽水处理和下游建设污水处理厂造成的资源浪费和长期运营维护成本高、二次废物处置的问题；

3.原位处理的防渗反应墙难以适应复杂地质环境和难以从源头控制污染物总量的问题。

4.未形成从源头到过程的系统性污染阻断方法。

同时，如何减少尾矿内污染物的溶出、阻止渗滤液的渗漏，以实现尾矿库污染物渗漏和扩散的原位阻断，是控制尾矿库污染的关键技术问题。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明目的是提供一种尾矿库渗滤液源头削减与渗漏阻断方法，通过抑制尾矿库重金属溶出和扩散实现污染物的源头削减，同时对渗滤液渗漏通道的封堵与隔离，实现对污染物渗漏源头和扩散通道的阻断，两者结合实现对尾矿库污染物扩散的阻断，达到长期、高效、低成本的解决尾矿库渗滤液渗漏污染地下水和土壤的问题。

其中源头削减，是尾矿排放口混拌抗氧化材料、渗流出口前设置吸附井、尾矿周边设置径流截排水沟；一种尾矿库渗滤液源头削减渗漏阻断方法及阻断系统三种阻断结构，分别是防渗墙吸附阻断、渗流通道封堵阻断、末端处置吸附阻断。

本发明提供了如下的技术方案：

一种尾矿库渗滤液源头消减与渗漏阻断方法，其至少依次包括渗漏问题识别和阻断系统构建的步骤，所述渗漏问题识别包括S1和S2步骤：

S1：基础资料收集与现场踏勘，进行尾矿库地质资料和基础资料收集，并进行现场踏勘；初步查明尾矿库边界条件、堆填条件、周围地表水分布和汇集特征、地表渗漏和污染特征，尾矿库运行情况收集与分析，进入S2；

S2：多源数据融合的渗滤液渗漏与扩散通道获取，识别污染扩散主要通道，获得场地内地表水与地下水的补、径、排，以及渗漏方式、位置与流量；

所述阻断系统构建包括以下步骤：

S3：判断尾矿库是否正在运行，如是，则进入S4；如否，则进入S6；

S4：尾矿库污染物释放机制与污染特征分析，通过尾矿渗滤试验，分析污染物的溶出特征和污染物种类；通过尾矿渗滤液扩散特征实验，对场地的水文地质勘查和土壤分析，解析尾矿渗滤液的扩散特征和场地的污染特征，进入S5；

S5：污染物源头削减方案设计与实施，选取混拌抗氧化材料与配比；渗流吸附井孔位、深度、井身结构及吸附材料设计；尾矿库周缘地表径流截排水沟长度、坡降、断面、消能沉降池结构设计，进入S6；

S6：尾矿库渗漏阻断结构设计与施工：根据覆盖层与岩体裂隙的渗漏情况、渗漏通道展布情况以及下游渗漏情况，对应选择进行单个或多个阻断结构的设计和施工。

根据一些实施方式，S3步骤中所述多源数据融合是选择使用物探、钻探和化探三种任意单个方法或组合方法获取的地质信息进行融合，并构建渗漏和扩散的三维地质模型，对所述三维地质模型综合分析与反演，获取渗漏通道位置与渗流路径。

在上述实施方式中，多源数据融合的渗滤液渗漏与扩散通道获取，是将物探、钻探、化探三种方法获取的结果进行融合，构建渗漏和扩散的三维地质模型，以往的技术仅仅是单一的方法的使用和分析，没有多源数据的融合方法和模型。

根据一些实施方式，S4步骤中所述尾矿渗滤试验是通过一维固结还原了尾矿样品所处环境，且淋溶一个动态连续的过程，还原了原始尾矿堆积状态的污染物释放环境；所述尾矿渗滤液扩散特征试验是通过二维扩散迁移试验装置模拟多地层条件、不同深度、渗透压力下的污染物迁移过程。

根据一些实施方式，S4步骤中所述尾矿渗滤试验包括以下步骤：

S4-11：利用固结控制一维渗流淋溶试验装置，将尾矿库岩芯每隔1.0m用环刀切削取样；

S4-12:放入渗透淋溶试验装置中饱和，饱和后进行连续渗滤试验，分析渗滤1h、5h、12h、24h、3d、5d、7d、14d、28d的渗滤液的污染物组成与含量变化，分析污染物的连续溶出机制。

根据一些实施方式，S4步骤中所述尾矿渗滤液扩散特征试验包括以下步骤：

S4-21：根据勘查获取的地层结构，在二维污染物扩散砂箱内重构地质模型；

S4-22：以渗滤液分析结果为基础配置扩散液，将扩散液至于模拟的扩散砂箱内，施加渗透压20～200kPa，提取并分析扩散1h、5h、12h、24h、3d、5d、7d、14d、28d不同距离与深度下水、土中污染物的浓度，分析扩散特征。

根据一些实施方式，S6步骤后还包括以下步骤：

S7：尾矿库非堆填区生态修复：利用尾矿砂与糯米浆生态修复材料、缓释肥构建植生层，选取乡土物种恢复植被多样性；

根据一些实施方式，S6步骤后还包括以下步骤：

S8：源头削减与阻断效果评价：于尾矿库坝体下游渗漏扩散通道处、侧向径流通道处的防渗帷幕外侧设置地下水监测井，监测地下水位变化和地下水中的重金属含量，以此评估源头阻断效果。

根据一些实施方式，在步骤S6中，所述单个或多个阻断结构的构筑方法选自以下单个或多个构筑方法：

第一阻断结构的构筑方法，为根据覆盖层与岩体裂隙的渗漏情况依次进行防渗墙的设计、泥浆排导槽构筑、防渗墙构筑；

第二阻断结构的构筑方法，为根据渗漏通道展布情况依次进行渗透通道封堵灌浆设计、灌浆孔及防渗灌浆施工；

第三阻断结构的构筑方法，为根据下游渗漏情况依次进行下游集液池末端吸附结构设计、吸附结构施工。

相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：

本发明提供的一种尾矿库渗滤液源头消减与渗漏阻断方法，可用于尾矿坝、垃圾填埋场的污染物地下渗漏处理。

其构建了完整的一套从渗漏、污染识别、源头阻断到生态修复的尾矿生态环境治理方法体系，采用了覆盖尾矿污染释放的源头削减与扩散路径的源头阻断的综合防治方法，在阻断污染源的同时，进行了尾矿库的生态修复和植被群落恢复；

本发明的源头削减方法可在从源头削减污染物排放量，并实现吸附材料的快速更换，解决了传统渗透反应墙难以更换的难题；在不影响尾矿库或垃圾填埋场正常运营的条件下，解决覆盖层和深部基岩裂隙中的渗漏问题，解决常规注浆法中浆液在覆盖层、土层扩散不均匀防渗结构不连续的问题；解决常规水泥浆液在地下水赋存条件下被冲蚀分散而导致的耗浆量大和帷幕结构不密实造成的防渗效果差的问题；同时利用浆液的特性实现对渗漏液体的过滤，使渗滤液达到水体排放标准。源头削减与阻断方法避免了上游抽取、下游收集方法的长期运移维护，解决了现有技术中抽水处理资源浪费和二次废物处理的问题，降低了长期运营成本，并且较大的减少下游收集过程或下游原位处理带来的渗漏风险，形成从源头到过程的系统性阻断方法。

附图说明

图1是本发明提供的尾矿库渗滤液源头消减与渗漏阻断方法的一实施例的流程图；

图2是本发明实施例1提供的尾矿库污染物的侧行渗漏封堵示意图；

图3是本发明实施例2提供的尾矿库污染物源头削减与渗漏阻断的尾矿库截面整体示意图；

图4是本发明实施例3提供的中空渗透吸附棒结构示意图；

图5是本发明实施例3提供的泵吸吸附板结构示意图。

附图中标注：

1、柔性防渗墙；2、阻断体；3、集液池吸附系统；4、吸附井；5、矿砂排出口；6、截排水系统；7、重构植生层；401、细孔隙凹凸棒土结构体；402、超细孔隙凹凸棒土结构体；403、渗透反应膜；404、膜体支撑体；405、中空提引管；301、泵吸吸附板壳体；302、细孔隙凹凸棒土板；303、渗透反应膜；304、膜体支撑板；305、泵吸管。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。

如图1，本发明提供了一种尾矿库渗滤液源头削减与渗漏阻断方法，其原理为通过抑制尾矿库重金属溶出和扩散实现污染物的源头削减，同时对渗滤液渗漏通道的封堵与隔离，实现对污染物扩散通道的阻断，两者结合实现对尾矿库污染物扩散的源头阻断，达到长效、高效、低成本的解决尾矿库渗滤液渗漏污染地下水和土壤的问题。

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

实施例1

在本实施例中，以一处已闭库尾矿库渗滤液污染防治为例，尾矿库上方采用粘土覆盖，在尾矿库覆盖层内设置有排水沟，尾矿坝为直立混凝土重力式挡墙，尾矿坝下游设有集水池，受地下水侧向补给，侧向与坝下基岩裂隙渗漏，该尾矿库渗滤液源头削减与渗漏阻断方法的基本步骤如下：

第一，污染问题识别；

第二，阻断与生态修复体系构建；

第三，效果评价。

更具体的，其中第一，污染问题识别的步骤具体如下：

步骤1：基础资料收集与现场踏勘

(1)已闭库尾矿库收集闭库的设计和施工资料，获取尾矿的堆填深度h、上覆填土层厚度d和尾矿库结构；

(2)现场踏勘：查明现有尾矿堆填与闭库封填边界和地表水径流情况。

步骤2：多源数据融合的渗滤液渗漏通道调查与获取

(1)综合物探渗漏通道获取：采用伪随机电流场发对尾矿坝的渗漏入水口位置进行确定，在尾矿库内坝前的10～15m范围内以散点方式布置，点间距为1～2m；采用自然电场法在尾矿坝坝顶、下游坝坡及左右两岸布置测点，测点间距为2～4m；并利用高密度电法在坝顶、下游坝坡及左右两岸布置测点布置测量坡面，测点间距为1～2m。

(2)勘查钻孔布置：在综合物探测得的基础上，在可能存在渗漏通道的位置，从上游向下游布置钻孔，钻孔的孔距和排距为3～5m，在孔内进行温度场和孔内流场法测试。

(3)将物探与钻探数据进行多源数据综合分析与反演，获取渗漏通道位置与渗流路径。

第二，渗漏阻断与生态修复体系构件的具体步骤如下：

步骤3：阻断方案设计

根据渗漏通道的发育特征及隔水层位置确定封堵层位与封堵方式，选择三种阻断中的渗流通道阻断方法。尾矿库渗漏液阻断应优先封堵坝基下部渗漏入口，以及坝基下部渗漏通道；对于沿尾矿库侧向径流区渗漏的可在渗漏区与隔水层间构建隔水层阻断渗漏。

步骤4：尾矿库渗透源头与侧向径流阻断防渗层构建

(1)源头渗漏阻断钻孔布置：沿着坝体上游前缘内按照梅花形布置2-3排防渗注浆孔，钻孔的孔距初步设定为2m；通过先导孔注浆试验，对孔距进行调整，选取1.7倍的扩散半径为孔距；当前缘不具备防渗帷幕时，可在初始坝坝顶中心线位置设置一排防渗注浆孔且坝基下游应再构筑2排防渗注浆孔；

(2)见图2，在尾矿库的内部设置了第二阻断结构，第二阻断结构为深部渗漏通道注浆封堵的阻断体2，阻断注浆分为地下水补给通道阻断注浆和渗滤液侧向渗漏通道阻断两部分；在尾矿库坡体上部位均设置了截排水系统6，用于截流坡体表面径流对尾矿库水体的补给；通过阻断体2和截排水系统6结构实现源头的削减。具体为，库内侧行径流阻断钻孔布置：根据渗漏通道识别特征，在尾矿库内侧行径流入渗位置按照三角形结构布置1-2排注浆孔，在侧行径流渗漏部位布置1-2排注浆孔，钻孔的孔距初步设定为2m；通过先导孔注浆试验，对孔距进行调整，选取1.7倍的扩散半径为孔距。

(3)钻孔结构：利用冲击回转钻机成孔，开孔直径110mm，穿过坝基后下入110mm套管并改用90mm钻头钻进，进入隔水层1.0m；

(4)注浆方式：采用膜袋纯压式注浆，注浆压力1.0～2.0MPa；

(5)注浆材料：浆液由水泥、水、粘度时变复合外加剂组成，水灰比为0.6～1.0，将1#、2#和3#外掺剂分别添加量分别为0.33％、1.8～2.4％、0.5～1.0％，所述浆液的可泵期在20～40min，初凝时间180～360min，吸水率＜0.5％。

步骤5：尾矿库填土层生态修复

(1)填土层植生层重构：在黄粘土层利用深翻混拌的方式，按照0.1～0.5:1的比例将腐殖质黑土和总土量1％～2％的缓释肥拌入土层中重构土壤结构；

(2)植被恢复：选取先锋植物中蒿草等草本植物进行种子播撒。

第三，效果评价的具体步骤如下：

步骤6：地下水监测

于尾矿库坝体下游渗漏扩散通道处、侧向径流通道处的防渗帷幕外侧设置地下水监测井，监测地下水位变化和地下水中的重金属含量，以此评估源头阻断效果。

实施例2

在此实施例中，对一运行的铅锌矿的尾矿库渗滤液源头削减与阻断，该尾矿库为上游式尾矿筑坝法，初期尾矿坝为一级浆砌块石重力坝，子坝为6级尾矿堆积体，主要为坝基岩体裂隙渗漏，阻断的具体步骤为：

第一，污染问题识别；

第二，源头削减与阻断、生态修复体系构建；

第三，效果评价。

更具体的，其中第一，污染问题识别的步骤具体如下：

步骤1：基础资料收集与现场踏勘

(1)收集初期坝体和子坝体的结构参数，包括坝体的高度H、坝顶宽度D₁和坝底宽度D₂；

(2)现场踏勘：查明现有尾矿库边界和地表水径流情况。

步骤2：多源数据融合的渗滤液渗漏通道调查与获取

(1)综合物探渗漏通道获取：在初期坝上和前两级子坝上采用伪随机电流场发对尾矿坝的渗漏入水口位置进行确定，以散点方式布置，点间距为1～2m；采用自然电场法在尾矿库初期坝坝顶、下游坝坡及左右两岸、下游布置测点，测点间距为2～4m；并利用高密度电法在坝顶、下游坝坡及左右两岸、下游布置测点布置测量坡面，测点间距为1～2m。

(2)勘查钻孔布置：在综合物探测得的基础上，在可能存在渗漏通道的位置，沿着前两级子坝向下游布置钻孔，钻孔的孔距和排距为3～5m，在孔内进行温度场和孔内流场法测试。

(3)将物探与钻探数据进行多源数据模型构建，对多源数据模型进行综合分析与反演，获取渗漏通道位置与渗流路径。

步骤3：尾矿库污染物释放机制与污染特征分析

通过分布于各级尾矿坝上的地下水监测井，进行重金属分析，解析地下水污染污染物含量，明确地下水的流量、浸润线高度。

通过钻孔获取原位尾矿试样(每隔1.5m～2m)，利用固结控制一维渗流淋溶试验装置，饱和后进行连续渗滤试验，分析渗滤1h、5h、12h、24h、3d、5d、7d、14d、28d的渗滤液的污染物组成与含量变化，分析污染物的连续溶出机制和溶出量。

第二，源头削减与渗漏阻断、生态修复体系构建，具体步骤如下；

步骤4：源头削减与渗漏阻断方案确定

依据大气降水与地表汇水径流特征，布置截断排水沟进行水量削减；根据渗漏通道的发育特征及隔水层位置确定封堵层位与封堵方式，根据地下水污染物含量与地下水流量设计污染物源头吸附结构与吸附材料，以铅锌矿为例，其特征污染物主要包括Pb、Zn、Cd、Cu，选取的吸附材料为改性粘土类吸附材料。

步骤5：源头水量削减截排水沟构建

如附图3中截排水系统6，具体为截排水沟，位于尾矿库设计封库高程上方，包含整个库区范围，包含排水沟、消能沉降池。

步骤6：尾矿库渗透源头阻断防渗墙构建

(1)防渗结构设计：根据覆盖层与岩体裂隙的渗漏情况，坝体下游布置柔性防渗墙与排防渗帷幕灌浆孔，按照渗漏方向将帷幕孔分为上、中、下排孔。

(2)帷幕灌浆施工：根据设计在坝体下游或填埋场四周进行钻孔布设，所述钻孔依次穿过覆盖层、砂土层等软土层、卵砾石层、风华基岩、裂隙发育基岩，直至深入完整基岩下0.5～1.0m，之后采用粘度时变浆液进行孔内封闭式注浆，注浆钻孔施工按照上排孔、下排孔和中排孔的顺序，如附图3中阻断体2的示意图。

(3)泥浆排导槽构筑：采用砌筑的方式砌筑高度为20～30cm高，沿注浆孔轴线两侧分布的宽60～1.0m的排导槽；

(4)无接缝柔性防渗墙构筑：在帷幕注浆孔轴线下，利用振冲式啮合沉箱进行防渗墙成槽施工，沉箱根据设计防渗墙厚度、深度选取，沉箱应穿过覆盖层至灌浆层顶部；然后灌注防渗墙浆液，并提拔振冲沉箱，如附图3中柔性防渗墙1。

(5)选用粘度时变浆液作为上、中、下排灌浆孔的灌浆材料，浆液的水灰比为0.6～0.8，专利粘度时变注浆材料1#、2#、3#的掺加比例为0.3～0.5％、1.2～2.2％、0.8～1.5％；浆液的流动度与可泵期根据裂隙的发育程度确定，一般情况下浆液可泵期选择为15～25min。

步骤7：尾矿库污染物源头吸附结构构建

(1)在最顶级子坝上采用冲击回转钻机跟管钻进构筑吸附井4，孔直径200m，钻孔深度进入浸润线≥3m，孔距为3m；间隔一级子坝，在子坝上交错位置设置相同参数的二级吸附井，吸附井4数量直至初期坝；套管为花管结构，花管长度应高于当前浸润线2～3m，花管内部焊接孔径小于1mm的钢丝网；

(2)根据污染物的种类，在吸附井内投放凹凸棒，凹凸棒长度与花管长度相同。

步骤8：尾矿坝表层生态修复

非堆填区采用专利糯米浆材料与尾矿砂混合，构筑一层厚度为10cm的隔水层，然后利用专利材料双聚材料、凹凸缓释肥、草籽与尾矿砂混合构建20cm厚植生层；并在尾矿边界处设置截排水沟，阻截坡面汇流，形成图3中重构植生层7。

第三，效果评价，具体步骤如下：

步骤9：地下水监测

于尾矿库坝体下游渗漏扩散通道处、侧向径流通道处的防渗帷幕外侧设置地下水监测井，监测地下水位变化和地下水中的重金属含量，以此评估源头阻断效果。

实施例3

在此实施例中，对一运行尾矿库渗滤液源头阻断，该尾矿库为上游式尾矿筑坝法，出去尾矿坝为浆砌块石重力坝，子坝为尾矿堆积体，主要通过尾矿坝下部基岩裂隙和填土层向下游渗漏，且尾矿坝下游设有集液池，包括以下阻断步骤：

步骤1：基础资料收集与现场踏勘

尾矿库地质资料：收集尾矿库及其邻近区域的工程地质、水文地质基本资料与图件；

尾矿库基础资料：收集尾矿库的设计、施工报告与图件，运行记录；针对已闭库的应收集闭库的设计和验收报告与图件。

现场踏勘：初步查明尾矿库边界条件、堆填条件、周围地表水分布和汇集特征、地表渗漏和污染特征。

步骤2：多源数据融合的渗滤液渗漏与扩散通道调查与获取

通过钻探、物探、地球化学的方法，利用多源数据耦合方法确定尾矿渗滤液的渗漏通道，识别污染扩散主要通道，明确场地内地表水与地下水的补、径、排，以及渗漏方式、位置与流量。

作为具体实施方案，所述渗漏通道和层位获取方法：

(1)综合物探渗漏区域获取：采用伪随机电流场发对尾矿坝的渗漏入水口位置进行确定，在尾矿库内坝前的10～15m范围内以散点方式布置，点间距为1～2m；采用自然电场法在尾矿坝坝顶、下游坝坡及左右两岸布置测点，测点间距为2～4m；并利用高密度电法在坝顶、下游坝坡及左右两岸布置测点布置测量坡面，测点间距为1～2m。

(2)地质钻探渗漏获取与定位：既有物探结果利用工程地质勘查与水文地质勘查钻探方法在尾矿坝上游和下游渗漏区域内布设勘查钻孔，钻孔范围覆盖坝体渗漏区域；两端钻孔位置应超出渗漏两端边界线2m，内部钻孔孔距3～5m；勘查钻孔深度应进入完整基岩0.5～1.0m；利用勘查钻孔，结合孔内物探的方法，查明孔间与基岩深部渗漏特征。

(3)对钻孔内每间隔0.5～1.0m的岩芯进行取样，当揭露地下水后对水体进行取样分析，利用尾矿坝内源头削减钻孔与尾矿坝前缘钻孔进行示踪试验，确定渗透层位和渗流路径。

(4)利用综合物探、钻探和地球化学的多源数据，构建渗漏区和扩散区三位结构。

多源数据融合，是利用数学模型将多源数据综合以及消除误差，多源数据来自物探、钻探和化探三种任意单个方法或组合方法获取的地质信息，以地球物理勘探的数据为基础，构建由横纵面交叉组成的三维地质模型，将钻探获取的地层结构与岩性添加到基础三维地质模型中，建立包含渗流路径的三维地质模型。

步骤3：尾矿库污染物释放机制与污染特征分析

通过尾矿的渗滤试验，分析污染物的溶出特征和污染物种类；通过场地的水位地质勘查和土壤分析，解析尾矿渗滤液的扩散特征和场地的污染特征。

尾矿渗滤试验方法是通过一维固结还原了尾矿样品所处环境，且淋溶一个动态连续的过程，还原了原始尾矿堆积状态的污染物释放环境。扩散特征试验方法通过二维扩散迁移试验装置可以模拟多地层条件、不同深度、渗透压力下的污染物迁移过程。

作为具体实施方案，尾矿渗滤试验方法为：利用固结控制一维渗流淋溶试样装置，将尾矿库岩芯每隔1.0m用环刀切削取样，放入渗透淋溶试样装置中饱和，饱和后进行连续渗滤试验，分析渗滤1h、5h、12h、24h、3d、5d、7d、14d、28d的渗滤液的污染物组成与含量变化，分析污染物的连续溶出机制；

作为具体实施方案，尾矿渗滤液扩散特征试验方法为：根据勘查获取的地层结构，在二维污染物扩散砂箱内重构地质模型；以渗滤液分析结果为基础配置扩散液，将扩散液至于模拟的扩散砂箱内，施加渗透压20～200kPa，提取并分析扩散1h、5h、12h、24h、3d、5d、7d、14d、28d不同距离与深度下水、土中污染物的浓度，分析扩散特征。

步骤4：污染物源头阻断方案的选取与制定

根据尾矿库的堆填结构、尾矿坝结构、渗漏地层的发育特征、地表与地下水补、径、排特征确定治理方案：

全库堆填、坝基渗漏为主，优先采用堆填体内吸附削减-地表径流削减-下游构筑三种阻断-表面植生层构建；

作为具体技术方案，阻断方案中包括尾矿排放口混拌药品比例、源头削减钻孔的布置方式、钻孔结构、孔深、吸附材料种类与投放量；径流阻断与生态修复层构设范围、结构、厚度、草种选取、截排水沟位置；柔性防渗墙的深度d、厚度h、长度L，帷幕注浆孔的布置方式、钻孔深度、钻孔结构，灌浆压力、灌浆量、灌浆终止条件等参数、浆液的种类及配比。

步骤5：尾矿源头削减方案布设与实施

作为具体技术方案，尾矿库源头削减包括尾矿砂淋溶削减和渗流吸附削减两部分；尾矿砂淋溶削减是通过在尾矿排出口添加吸附材料与尾矿砂混合，减缓尾矿砂的氧化释放过程；渗流吸附削减是在渗滤液渗流和淋溶通道上设置吸附井吸附污染离子。

具体实施步骤如下：

(1)在尾矿排出口加装投料混拌器，形成矿砂排出口5，将还原剂定量投放其中；

(2)根据尾矿的种类、污染物的种类选取吸附材料，吸附材料包括凹凸棒、木质素气凝胶、分子筛材料；

(3)源头削减吸附钻孔布置：对确定的尾矿淋滤、扩散区按照梅花形布置钻孔，钻孔的间距和排距根据现场的抽水试验确定，选取降水影响半径的1/2为钻孔孔距；

(4)孔深与钻孔结构：钻孔采用200mm钻头进行开孔，并下入219mm套管，如在钻进过程遇到塌孔现象可采用根管钻进，钻孔深度应完全穿过尾矿堆积体进入下部岩土体0.5m；套管下部应采用花管，花管段长度与尾矿内地下水位深度相同；花管结构的孔距10-20cm，套管壁每环设置4个孔，环与环的钻孔交错布置。

(5)吸附材料投放：吸附材料投放采用可提放式投料筒投放，投放深度应保证吸附材料覆盖水深的2/3以上。见附图4，吸附材料为中空渗透吸附棒，吸附棒最外层为细孔隙凹凸棒土结构体401，厚度2cm；中部为超细孔稀凹凸棒土结构体402，厚度2cm；内侧为渗透反应膜403，厚度0.5mm-1.0mm；最内侧为膜体支撑体404；顶部为中空提引管405。

步骤6：非堆填区径流削减与生态修复

非堆填区采用专利糯米浆材料与尾矿砂混合，构筑一层厚度为10cm的隔水层，然后利用专利材料双聚材料、凹凸缓释肥、草籽与尾矿砂混合构建20cm厚植生层；并在尾矿边界处设置截排水沟，阻截坡面汇流。

步骤7：一重阻断结构：坝基前缘无接缝柔性防渗墙构建

在坝基前缘3～5m位置，利用振冲式啮合沉箱进行防渗墙成槽施工，沉箱根据设计防渗墙厚度、深度选取，沉箱应穿过覆盖层至灌浆层顶部；然后灌注防渗墙浆液，并提拔振冲沉箱。

作为具体技术方案，无接缝柔性防渗墙是一副墙接一副墙的连续施工，不可跳跃式施工，防治造成中间墙体无法连接。

作为具体技术方案，啮合式振冲沉箱包括箱体、箱靴、振冲器、导轨及射流喷嘴组成；柔性防渗墙施工时第二幅沉箱应在第一幅沉箱下至预定深度后开始下放，待第二幅沉箱下至预定深度后向第一副沉箱内注入柔性防渗浆液并注浆提升沉箱，然后依次施工后续沉箱。

作为具体技术方案，啮合式振冲沉箱在施工时以振动下沉为主，当遇到硬质土层、砂卵石层时开启射流器，辅助沉箱下沉。

作为具体技术方案，防渗浆液是由水泥、粘土、膨润土和外掺剂混合配置而成，所述浆液配比为水泥15～25％、膨润土3～6％、粘土30～40％、粉煤灰15～25％，凹凸棒土5～10％，既有专利粘度时变外加剂1#0.3～0.5％、2#1.5～2.5％、3#

0.5～1.5％，所述的组份掺加量为各组分所占浆液总体积的百分量，所述的粘度时变外加剂为水泥质量的百分比。

步骤8：二重阻断结构：深部渗漏通道帷幕注浆

帷幕灌浆施工：根据设计在坝体下游或填埋场四周进行钻孔布设，所述钻孔依次穿过覆盖层、砂土层等软土层、卵砾石层、风华基岩、裂隙发育基岩，直至深入完整基岩下0.5～1.0m，之后采用粘度时变浆液进行孔内封闭式注浆，注浆钻孔施工按照上排孔、下排孔和中排孔的顺序。

作为具体技术方案，所述的钻孔可采用回转式钻进也可采用冲击回转钻进，终孔直径应不小于60mm，钻孔的孔距1.0m～2.5m，排距1.25m～2.75m。

作为具体技术方案，孔内封闭式注浆分为纯压式注浆和局部循环注浆两种；其中利用水压止浆塞进行孔内封闭，注浆段长度可根据地层裂隙发育程度确定1m～5m；止浆塞封闭位置应位于基岩或硬粘土层上。

作为具体技术方案，封闭孔段进行洗孔，钻孔清洗应保证经止浆塞排水清澈。

作为具体技术方案，采用三缸泵分段灌注粘度时变浆液，对带压动水渗漏通道进行封堵，实现对动水的控制。所述的粘度时变浆液采用连续灌注的方式直至达到结束标准。采用凝结时间稍长的粘度时变浆液进行下排注浆孔的连续灌注，此排孔的注浆压力高于上排孔；中排孔采用三缸泵分段灌注水泥浆、粘度时变浆液或柔性防渗浆液，此阶段注浆压力最高，使浆液充分扩散并充填地层的孔隙。

作为具体技术方案，粘度时变浆液是一种水泥基浆液，由水泥、水、粘度时变复合外加剂组成，具有初始流动度高、可泵期可调和凝结时间可控的特点，可有效避免动水的冲蚀，提高封堵效率。制备方式为：浆液的水灰比为0.6～1.0，将1#、2#和3#外掺剂分别在水中充分溶解，然后依次在水中加入1#外掺剂、水泥搅拌均匀，再加入2#和3#外掺剂搅拌2～3min即可；所述浆液的可泵期在20～40min，初凝时间180～360min，吸水率＜0.5％。

步骤9：构建阻断结构为集液池吸附系统，如图3的集液池吸附系统3：集液池泵吸吸附板安装

作为具体技术方案，泵吸吸附板安装于尾矿下游的集液池内，板体安装间距为1.5～2.0m，附图5。

作为具体技术方案，泵吸吸附板由泵吸吸附板壳体301包裹外层表面粗糙的凹凸棒土压制的板体，即为细孔隙凹凸棒土板302，厚度5cm；内侧为渗透反应膜303，厚度0.5mm-1.0mm；内侧为膜体支撑板304；中空腔体以泵吸管305与泵体连接，形成内外渗透压。

步骤10：源头削减与阻断效果评价

地下水监测，于尾矿库坝体下游渗漏扩散通道处、侧向径流通道处的防渗帷幕外侧设置地下水监测井，监测地下水位变化和地下水中的重金属含量，以此评估源头阻断效果。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种尾矿库渗滤液源头消减与渗漏阻断方法，其至少依次包括渗漏问题识别和阻断系统构建的步骤，所述渗漏问题识别包括S1和S2步骤：

S1：基础资料收集与现场踏勘，进行尾矿库地质资料和基础资料收集，并进行现场踏勘；初步查明尾矿库边界条件、堆填条件、周围地表水分布和汇集特征、地表渗漏和污染特征，尾矿库运行情况收集与分析，进入S2；

S2：多源数据融合的渗滤液渗漏与扩散通道获取，识别污染扩散主要通道，获得场地内地表水与地下水的补、径、排，以及渗漏方式、位置与流量；

所述阻断系统构建包括以下步骤：

S3：判断尾矿库是否正在运行，如是，则进入S4；如否，则进入S6；

S4：尾矿库污染物释放机制与污染特征分析，通过尾矿渗滤试验，分析污染物的溶出特征和污染物种类；通过尾矿渗滤液扩散特征实验，对场地的水文地质勘查和土壤分析，解析尾矿渗滤液的扩散特征和场地的污染特征，进入S5；

S5：污染物源头削减方案设计与实施，选取混拌抗氧化材料与配比；渗流吸附井孔位、深度、井身结构及吸附材料设计；尾矿库周缘地表径流截排水沟长度、坡降、断面、消能沉降池结构设计，进入S6；

S6：尾矿库渗漏阻断结构设计与施工：根据覆盖层与岩体裂隙的渗漏情况、渗漏通道展布情况以及下游渗漏情况，对应选择进行单个或多个阻断结构的设计和施工。

2.根据权利要求1所述尾矿库渗滤液源头消减与渗漏阻断方法，其特征在于，S3步骤中所述多源数据融合是选择使用物探、钻探和化探三种任意单个方法或组合方法获取的地质信息进行融合，并构建渗漏和扩散的三维地质模型，对所述三维地质模型综合分析与反演，获取渗漏通道位置与渗流路径。

3.根据权利要求1所述尾矿库渗滤液源头消减与渗漏阻断方法，其特征在于，S4步骤中所述尾矿渗滤试验是通过一维固结还原了尾矿样品所处环境，且淋溶一个动态连续的过程，还原了原始尾矿堆积状态的污染物释放环境；所述尾矿渗滤液扩散特征试验是通过二维扩散迁移试验装置模拟多地层条件、不同深度、渗透压力下的污染物迁移过程。

4.根据权利要求3所述尾矿库渗滤液源头消减与渗漏阻断方法，其特征在于，S4步骤中所述尾矿渗滤试验包括以下步骤：

S4-11：利用固结控制一维渗流淋溶试验装置，将尾矿库岩芯每隔1.0m用环刀切削取样；

S4-12:放入渗透淋溶试验装置中饱和，饱和后进行连续渗滤试验，分析渗滤1h、5h、12h、24h、3d、5d、7d、14d、28d的渗滤液的污染物组成与含量变化，分析污染物的连续溶出机制。

5.根据权利要求3所述尾矿库渗滤液源头消减与渗漏阻断方法，其特征在于，S4步骤中所述尾矿渗滤液扩散特征试验包括以下步骤：

S4-21：根据勘查获取的地层结构，在二维污染物扩散砂箱内重构地质模型；

S4-22：以渗滤液分析结果为基础配置扩散液，将扩散液至于模拟的扩散砂箱内，施加渗透压20～200kPa，提取并分析扩散1h、5h、12h、24h、3d、5d、7d、14d、28d不同距离与深度下水、土中污染物的浓度，分析扩散特征。

6.根据权利要求1所述尾矿库渗滤液源头消减与渗漏阻断方法，其特征在于，S6步骤后还包括以下步骤：

S7：尾矿库非堆填区生态修复：利用尾矿砂与糯米浆生态修复材料、缓释肥构建植生层，选取乡土物种恢复植被多样性。

7.根据权利要求1所述尾矿库渗滤液源头消减与渗漏阻断方法，其特征在于，S6步骤后还包括以下步骤：

S8：源头削减与阻断效果评价：于尾矿库坝体下游渗漏扩散通道处、侧向径流通道处的防渗帷幕外侧设置地下水监测井，监测地下水位变化和地下水中的重金属含量，以此评估源头阻断效果。

8.根据权利要求1所述尾矿库渗滤液源头消减与渗漏阻断方法，其特征在于，在步骤S6中，所述单个或多个阻断结构的构筑方法选自以下单个或多个构筑方法：

第一阻断结构的构筑方法，为根据覆盖层与岩体裂隙的渗漏情况依次进行防渗墙的设计、泥浆排导槽构筑、防渗墙构筑；

第二阻断结构的构筑方法，为根据渗漏通道展布情况依次进行渗透通道封堵灌浆设计、灌浆孔及防渗灌浆施工；

第三阻断结构的构筑方法，为根据下游渗漏情况依次进行下游集液池末端吸附结构设计、吸附结构施工。