CN118187111A - 一种矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法，包括以下步骤：S1、堆筑拦挡坝；S2、坝内填埋料处理；S3、堆筑材料形成：S4、多级子坝堆筑；S5、设置加筋垫层；S6、设置排渗设施；S7、设置阻隔表层。通过拦挡坝拦挡和支撑矿业固废；通过堆筑子坝并使其形成加筋包裹体，有效控制堆积面形成和限制水平方向的隆起变形；利用堆场空间堆积矿业固废，并分层设置加筋垫层，有效约束固废堆积体的侧向变形，形成更好抗变形能力的加强力学稳定层；排渗设施导排矿业固废堆积体内的渗水；堆积边坡和堆积面分区分块设置阻隔表层，隔断堆积表面雨水下渗，有效解决雨水对矿业固废堆场堆积边坡的冲刷和渗透，对堆积边坡扰动少、施工进度快、操作简便、节约运行成本，加筋及排水效果突出，兼顾降尘及渗滤液减量等环保要求。
Description
技术领域
本发明属于人工堆积边坡变形控制技术领域，具体涉及一种矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法。
背景技术
矿业作为国民经济支柱产业之一，开发历史悠久，在矿业开发过程中，产生了相当数量的矿业固废，例如尾矿、中和渣、冶炼废渣、赤泥、锰渣等。矿业固废存量大、新增量持续，形成了大量的矿业固废堆积。目前，国家大力鼓励和支持固废减量化、资源化和无害化，以及固废综合及生态化利用，成为固废处理行业的重要发展方向。但我国固废保有量大，且大多堆存在尾矿库、渣库、赤泥库、锰渣库中，正在服役的矿业固废堆场数量数千座，总量居世界首位。为防止矿业固废堆积的边坡变形导致矿业固废堆场滑坡、溃坝，引发安全和生态环境污染事故，监管部门和矿山企业投入了大量的资源及建设资金。
矿业固废干式堆存是国家鼓励的环保处置方式，在多雨地区、雨季持力区要求压实度达到0.92，在非持力区要求压实度达到0.80～0.85，从而给矿业固废干堆场的运行操作以及运行费用带来巨大挑战，在干旱地区干堆场存在大面积扬尘的生态环境问题。常规的矿业固废堆场边坡稳定性控制大多如下：先进行岩土工程勘察，以查明各岩土层物理力学指标，之后进行边坡稳定性计算，并评价堆积边坡的静、动力稳定性是否满足现行相关标准要求。在工程实践中，总体边坡稳定指标满足相关标准是此类工程建设的强制性要求，为此国家相关部门制定了一系列的事前审批和事中、事后复核的监管、设计等方面的系统要求，但由于矿业固废堆存过程中会出现局部变形，而如何处置出现的局部变形则是一个技术空白。实际生产过程中，如果不处理这部分变形，一方面会影响日常矿业固废的堆存，造成容积浪费，并严重影响工艺流程的顺畅；另一方面则可能会对后续堆积层埋下安全隐患。
总之，现有技术对矿业固废干堆场的堆积边坡变形控制存在下列问题：（1）实施方法扰动大、投资高、占用堆场容积量多；（2）人工堆积边坡变形控制效果不佳，实施工序复杂；（3）排水方式适用性差，边坡持续变形；（4）未考虑矿业固废堆存抑尘、渗滤液减量化等环保问题。
经检索，现有技术文献有：
1.2016.06.22授权公告号CN 104631254 B公开了一种土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法。该方法基础处理砾石垫层粒径≤30mm，无法满足矿业固废堆场大面积堆存时的基础处理要求；土工格栅水平拉紧并采用“U”型钉措施固定抗变形能力弱，变形时加筋失效；土工布滤水也不能满足矿业固废堆积过程中的排水需要，故不适用于矿业固废堆场变形控制。
2.王宁，陈伟，朱登元.土工加筋对露天矿排土场边坡加固效果分析[J].煤矿安全，2019，50（05）:281-284。该加筋方式为分层间隔不同长度土工格栅以满足排土场边坡安全，是大颗粒尺度堆积土石的边坡安全控制技术，不适用于矿业固废，尤其是尾矿库、冶炼渣库、赤泥库等堆存细颗粒尺度人工堆积边坡的变形控制。
3.2020.12.08授权公告号CN 108824412 B公开了基于石笼墙加筋土以及强夯联合的软基处理方法。该方法能起到承载、排水、强夯、加筋等综合效能，但矿业固废堆场为动态分层堆存，该方法中的挖掘机开挖石笼导墙槽、砌成石笼墙、夯机分层夯实、灌注水泥砂浆等工序较为复杂且，同矿业固废堆存工艺交叉，大面积及分层实施时造价高，且对人工堆积边坡扰动大。
4.2021.06.08授权公告号CN 213390201 U公开了一种振冲碎石桩与堆石体加筋的土石坝软基处理结构。该结构解决了深厚软弱基础条件下的土石坝工程筑坝基础强度、承载力与变形控制要求。在工程实践中，部分尾矿库采用了碎石桩和加筋材料的方式，但存在占用容积较大、分层施工工序复杂和投资大等问题。
5.2023.09.19授权公告号CN 115492085 B公开了一种用于深厚软基的复核地基处理发方法。该方法采用轻质水泥土桩和桩顶设置排水褥垫层的方式实现对下负软土进行有效卸载，但水泥土桩的施工对人工堆积边坡扰动较大，大面积及分层重复实施时投入成本高。
因此，如何在矿业固废堆场堆积边坡边坡稳定安全系数满足现行国家技术标准要求条件下，对局部变形进行有效的控制，以解决矿山企业持续生产、矿业固废堆场在运行过程中的安全和有效利用设计容积的问题，兼顾控制运行成本和生态环境保护，有必要研发一种矿业固废干堆场堆积边坡变形控制系统及方法。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法，以及实现该方法所用的装置或系统。
本发明的矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法，包括以下步骤：
S1、堆筑拦挡坝：在矿业固废填埋场场地外侧堆筑拦挡坝，使拦挡坝内侧形成初期堆放矿业固废的空间，并在该空间内堆积矿业固废，通过拦挡坝拦挡矿业固废，直至堆积到拦挡坝坝顶后，形成堆积面；
S2、坝内填埋料处理：对S1步骤入场的矿业固废进行碾压，碾压范围为堆积标高对应的堆积面；
S3、堆筑材料形成：用土工材料分层包裹矿业固废或矿山开采废弃土石，形成堆筑材料；
S4、多级子坝堆筑：用S3步骤的堆筑材料在S2步骤处理的堆积面上且位于拦挡坝上方内侧堆积一级子坝，使堆积的一级子坝内侧形成堆积矿业固废的空间，并在空间内堆积矿业固废，直至堆积到一级子坝坝顶后，形成堆积平台，并对该堆积平台进行平整和碾压处理；再用S3步骤的堆筑材料在处理的堆积平台上且位于堆积平台上方内侧堆筑二级子坝，使堆积的二级子坝内侧形成堆积矿业固废的空间，并在空间内堆积矿业固废，直至堆积到二级子坝坝顶后，形成堆积平台，并对该堆积平台进行平整和碾压处理；如此根据需要不断堆积多级子坝，不断在多级子坝内侧形成矿业固废堆积空间，在空间内堆积矿业固废，直至多级子坝形成矿业固废堆积边坡；
S5、设置加筋垫层：在S4步骤堆积的每一级子坝或每几级子坝顶部设置水平加筋垫层；
S6、设置排渗设施：在S1步骤、S3步骤堆积的矿业固废内，预置或后置排渗设施；
S7、设置阻隔表层：在矿业固废堆积边坡和堆积面上设置阻隔表层，完成矿业固废干堆场堆积边坡变形控制。
所述S1步骤的拦挡坝具体堆筑如下：在矿业固废堆场场地外侧，清除表土至持力层后，用机械填筑拦挡坝，拦挡坝包括：碾压式土坝、堆石坝、风化料坝、石渣坝中的一种或几种，且拦挡坝堆筑为一次性筑坝或后期贴坡筑坝，并在坝体内坡设置过渡层、外坡设置保护层，其中：
过渡层包括反滤层或/和防渗层，采用块石、混凝土预制块堆筑；
保护层采用块石、混凝土预制块堆筑成保护坡，或者用草皮、塑料三维土工格网堆筑成生态保护坡。
所述S1步骤的矿业固废填埋场包括：山谷与山坡或者平地与山坡围成的自然凹地。
所述S4步骤的子坝具体堆筑如下：在矿业固废表面铺设土工加筋材料，并使土工加筋材料铺设至预先设置的嵌固齿槽中，在土工加筋材料上铺设子坝堆筑材料至要求高度；再在该子坝堆筑材料表面铺设土工加筋材料，再铺设子坝堆筑材料至要求高度；如此交叉铺设多层，直至形成子坝。
所述S2步骤的坝内填埋料处理具体如下：
当后序S6步骤的排渗设施为水平布置，且后置时，不进行堆积面平整处理；
当后序S6步骤的排渗设施仅为垂直布置时，不进行堆积面平整处理；
当后序S6步骤的排渗设施为水平布置，且预设时，需要进行堆积面平整处理，且处理需满足排渗设施的布置。
所述S4步骤的子坝堆积面平整和碾压处理时，子坝堆筑范围内平整和碾压处理的压实度控制在0.92～0.96。
所述S4步骤的子坝堆筑材料为：用土工材料包裹堆筑材料，形成加筋包裹的子坝，其中：
包裹用的土工材料为：单向格栅、双向格栅、三向格栅或多向格栅中的一种或者几种，且为单层、双层或多层包裹；
堆筑材料为：矿区建设过程中剥离的表土石、采矿废土石、矿业固废中的一种或多种混合料的碾压料，其参数控制如下：土料干密度≥1.4t/m³，压实度0.96～0.98；石料干容重≥2.0t/m³，孔隙率20%～28%，软化系数≥0.8，最大粒径≤1/2碾压厚度，最小粒径≥2cm。
所述S1、S4步骤的矿业固废堆积是矿业固废堆场的主体工程，持力区进行机械碾压堆积，分层摊铺，压实度≥0.85；非持力区自然堆积，堆渣机械往返平整碾压，压实度不受限制。
所述S5步骤的加筋垫层设置单层、两层或多层，该加筋垫层用土工材料包裹碎石砾石构成；碎石砾石层粒径为20mm～50mm，单层铺设厚度为20cm～40cm；土工材料为单向格栅、双向格栅、三向格栅、多向格栅中的一种或几种；加筋垫层在S1、S2步骤的堆积面上部分或者全部设置；全部设置时分区、分块设置，分区、分块面积按2～6个月入场废渣堆存量所需场地设置，分区、分块面积为500m2～2000m2。
所述S6步骤中的排渗设施包括：水平排渗设施，或者垂直排渗设施，或者水平、垂直排渗设施联合设置；其中：
所述水平排渗设施为：预设的土工布包裹碎石形成倒梯形的水平盲沟、土工复合排水网形成的水平盲沟、塑料倒水的水平盲沟、排水褥垫的水平盲沟为，并在预设的水平盲沟底部设置水平排水管；水平盲沟布置方向包括：堆积坝顶至堆积区域、堆积区域至坝顶两种，排水方向为：自堆积区域向堆积边坡中的堆积平台排水；
所述水平排渗设施为：后置的水平排水管，其通过机械打孔植入矿业固废堆积体中；
所述垂直排渗设施为后置的垂直排水管，其通过机械打孔后植入；采用开放式和封闭式两种，其中：开放式为：收集矿业固废堆积体内自流的渗滤液，并用水泵抽出收集的渗滤液；封闭式为：直接采用水泵抽出矿业固废堆积体内的渗滤液。
所述S7步骤中的阻隔表层为天然材料或/和人工合成材料，其中：天然材料为草皮和粘土，渗透系数K≤10-6cm/s；人工合成材料为高密度聚乙烯膜、加筋土工膜或者复合土工膜，渗透系数≤10-10cm/s；且设置的阻隔表层为分区、分块设置，以满足表层雨水的汇集和导排，不得在阻隔表层内形成积水，进而破坏表层阻隔设施；分区、分块设置的面积控制按500m2～2000m2控制。
本发明技术要点：
拦挡坝设计，以矿业固废、矿山开采废土石为主，起到拦挡和支撑的作用，辅以块石、碎石和土工格栅、土工复合排水网格为一体的加筋垫层，有效促进矿业固废堆积软弱面的加固和加筋，控制矿业固废堆存过程中的堆积面形成和限制水平方向的隆起变形。
加筋垫层块石、碎石层中的骨料颗粒与土工格栅之间发生相互嵌锁作用，有效约束块石、碎石在固废堆积体中的侧向变形，同时对土工格栅力学性能进行了加强，形成了抗变形能力更好的加强力学稳定层。加强力学稳定层在荷载作用下可产生足够的应变，承受矿业固废堆积过程中施加的荷载，从而满足边坡变形的控制需要。
土工格栅分层包裹子坝筑坝材料和堆积体内加筋垫层联合两种方法，可有效控制人工堆积边坡的变形。
加强上述力学稳定层分层结构，即可满足矿业固废堆场堆积废渣过程中的堆渣和变形控制要求，又能逐级实施，节省运行成本。
深入矿业固废堆积体的排渗设施，由水平和垂直排渗设施组成，可单独选择一种或组合实施，排出矿业固废堆积体中的渗滤液，限制垂直方向的沉降变形。
采用表层阻隔，隔断堆积表面雨水下渗，有效解决雨水对矿业固废堆场堆积边坡的冲刷和渗透，兼顾堆场防尘抑尘和渗滤液减量。
与现有技术相比，本发明具有下列优点和有益效果：
分层分区实施，节省运行成本；
对矿业固废堆积边坡扰动少，施工进度快，操作简便；
天然材料矿山来源广泛，低成本施工的同时还可消纳矿山废弃土石，人工合成材料技术成熟、指标可靠；
改变加筋材料平铺方式，平铺结合包裹重塑加筋层为团状结构，抗变形效果好；
可减少对入场堆存矿业固废的碾压要求，利于多雨地区矿业固废干堆场的运行管理，节省运行费用。
排水方式因渣而设，根据入场堆存的矿业固废粒度分布、塑性指标、含水量、浸润线埋深等关键指标选择水平、垂直或水平垂直联合排渗设施，排水效果显著；
表层阻隔设施布置起到雨季防冲刷、旱季抑尘、固废渗滤液减量化的作用，本发明是一种“安全+生态”的矿业固废干堆场堆积边坡变形控制系统及实施方法。
附图说明
图1为本发明矿业固废干堆场纵断面图；
图2为本发明堆积边坡和排渗设施示意图；
图3为本发明堆积边坡和加筋垫层示意图；
图4为本发明加筋垫层结构示意图；
图5为本发明土工格栅加筋包裹子坝结构示意图；
图6为本发明土工格栅加筋包裹一级、二级子坝结构示意图。
图中：1—矿业固废填埋场场地、2—拦挡坝、3—堆积边坡、4—矿业固废、5—堆积面、6—排渗设施、61—水平排渗设施、62—垂直排渗设施；7—加筋垫层、71—土工复合排水网、72—碎石和块石、73—土工加筋材料；8—集液池，9—阻隔表层，31—子坝、32—堆积平台； 311—一级子坝、312—二级子坝；3111—一级子坝堆筑材料、3112—一级土工加筋材料、3113—嵌固齿槽；3121—二级子坝堆筑材料、3122—二级土工加筋材料。
需要说明的是，图1～图6为实施附图，仅为了更直观的展示本发明，并帮助理解技术原理及发明构思，并不是本发明的完全表达。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明提供的矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法，包括以下步骤：
S1、堆筑拦挡坝：在矿业固废填埋场场地1外侧堆筑拦挡坝2，使拦挡坝2内侧形成初期堆放矿业固废4的空间，并在该空间内堆积矿业固废4，通过拦挡坝2拦挡矿业固废4，直至堆积到拦挡坝2坝顶后，形成堆积面5；
S2、坝内填埋料处理：对S1步骤入场的矿业固废进行碾压，碾压范围为堆积标高对应的堆积面；
S3、堆筑材料形成：用土工材料分层包裹矿业固废4或矿山开采废弃土石，形成堆筑材料；
S4、多级子坝堆筑：用S3步骤的堆筑材料在S2步骤处理的堆积面5上且位于拦挡坝2上方内侧堆积一级子坝31，使堆积的一级子坝31内侧形成堆积矿业固废4的空间，并在空间内堆积矿业固废4，直至堆积到一级子坝31坝顶后，形成堆积平台32，并对该堆积平台32进行平整和碾压处理；再用S3步骤的堆筑材料在处理的堆积平台32上且位于堆积平台32上方内侧堆筑二级子坝，使堆积的二级子坝内侧形成堆积矿业固废4的空间，并在空间内堆积矿业固废4，直至堆积到二级子坝坝顶后，形成堆积平台，并对该堆积平台进行平整和碾压处理；如此根据需要不断堆积多级子坝，如图2、图3，不断在多级子坝内侧形成矿业固废4堆积空间，在空间内堆积矿业固废4，直至多级子坝形成矿业固废4堆积边坡3，如图1；
S5、设置加筋垫层：在S4步骤堆积的子坝上，在每一级子坝或每几级子坝顶部设置水平加筋垫层7；
S6、设置排渗设施：在S1步骤、S3步骤堆积的矿业固废4内，预置或后置排渗设施；
S7、设置阻隔表层：在矿业固废4堆积边坡3和堆积面5上设置阻隔表层9，完成矿业固废干堆场堆积边坡变形控制。
所述拦挡坝2具体修建如下：在矿业固废4堆场场地1外侧，清除表土至持力层后，用机械填筑拦挡坝2的坝体21，并在坝体21内坡设置过渡层22、外坡设置保护层23，形成拦挡坝2。
所述S1步骤的矿业固废4填埋场包括：山谷与山坡或者平地与山坡围成的自然凹地。
所述S1步骤的拦挡坝包括：碾压式土坝、堆石坝、风化料坝、石渣坝中的一种或几种。
所述S1步骤的拦挡坝堆筑，分为一次性筑坝或后期贴坡筑坝。
所述S1步骤的拦挡坝的过渡层包括反滤层或/和防渗层，采用块石、混凝土预制块堆筑；
所述S1步骤的拦挡坝，保护层采用块石、混凝土预制块堆筑成保护坡，或者用草皮、三维土工格网堆筑成生态保护坡。
所述一级子坝311具体堆筑如下：在矿业固废4表面铺设土工加筋材料3112，并使土工加筋材料3112铺设至预先设置的嵌固齿槽3113中，在土工加筋材料3112上铺设子坝堆筑材料3111至设计高度后，再在子坝堆筑材料3111表面铺设土工加筋材料3112，再铺设子坝堆筑材料3111至设计高度；如此交叉铺设多层，直至形成一级子坝，如图5。
所述二级子坝312具体堆筑如下：在矿业固废4表面铺设土工加筋材料3122，在土工加筋材料3122上铺设子坝堆筑材料3121至设计高度后，再在子坝堆筑材料3121表面铺设土工加筋材料3122，再铺设子坝堆筑材料3121至设计高度；如此交叉铺设多层，直至形成二级子坝，如图6。
所述S2步骤的堆积面平整和碾压处理具体如下：
当后序S6步骤的排渗设施为水平布置，且后置时，不进行堆积面平整和碾压处理；当后序S6步骤的排渗设施仅为垂直布置时，不进行堆积面平整和碾压处理；
当后序S6步骤的排渗设施为水平布置，且预设时，需要进行堆积面平整和碾压处理，且处理需满足排渗设施的布置。
所述S4步骤的子坝堆积面平整和碾压处理，子坝堆筑范围内平整和碾压处理的压实度控制在0.92～0.96。
所述S4步骤的子坝堆筑用的堆筑材料为：用土工材料分层包裹堆筑材料，形成加筋包裹子坝，其中：包裹用的土工加筋材料为单向格栅、双向格栅、三向格栅、多向格栅，且为单层、双层或多层；堆筑材料为矿区建设过程中剥离的表土石、采矿废土石、矿业固废中的一种或多种混合料的碾压料，其参数控制如下：土料干密度≥1.4t/m³，压实度0.96～0.98；石料干容重≥2.0t/m³，孔隙率20%～28%，软化系数≥0.8，最大粒径≤1/2碾压厚度，最小粒径≥2cm。
所述S1、S4步骤的矿业固废堆积是矿业固废堆场的主体工程，持力区进行机械碾压堆积，分层摊铺，压实度≥0.85；非持力区自然堆积，堆渣机械往返平整碾压，压实度不受限制。
所述S5步骤的加筋垫层设置一层、两层或多层，该加筋垫层由碎石砾石层和土工材料组成；碎石砾石层粒径为20mm～50mm，单层铺设厚度为20cm～40cm；土工材料为单向格栅、双向格栅、三向格栅、多向格栅；加筋垫层在S1、S2步骤的堆积面上部分或者全部设置；全部设置时分区、分块设置，分区、分块面积按2～6个月入场废渣堆存量所需场地设置，分区、分块面积为500m2～2000m2。
所述S6步骤中的排渗设施包括：水平排渗设施，或者垂直排渗设施，或者水平、垂直排渗设施联合设置；其中：
所述水平排渗设施为：预设的土工布包裹碎石形成倒梯形的水平盲沟、土工复合排水网形成的水平盲沟、塑料倒水的水平盲沟、排水褥垫的水平盲沟为，并在预设的水平盲沟底部设置水平排水管；水平盲沟布置方向包括：堆积坝顶至堆积区域、堆积区域至坝顶两种，排水方向为：自堆积区域向堆积边坡中的堆积平台排水；
所述水平排渗设施为：后置的水平排水管，其通过机械打孔植入矿业固废堆积体中；
所述垂直排渗设施为后置的垂直排水管，其通过机械打孔后植入；采用开放式和封闭式两种，其中：开放式为：收集矿业固废堆积体内自流的渗滤液，并用水泵抽出收集的渗滤液；封闭式为：直接采用水泵抽出矿业固废堆积体内的渗滤液。
所述S7步骤中的阻隔表层为天然材料或/和人工合成材料，其中：天然材料为草皮和粘土，渗透系数K≤10-6cm/s；人工合成材料为高密度聚乙烯膜、加筋土工膜或者复合土工膜，渗透系数≤10-10cm/s；且设置的阻隔表层为分区、分块设置，以满足表层雨水的汇集和导排，不得在阻隔表层内形成积水，进而破坏表层阻隔设施；分区、分块设置的面积控制按500m2～2000m2控制。
以下通过具体实例对本发明技术方案做进一步说明：
实施例1
某尾矿干堆场，用于堆存低品位红土镍矿尾矿，所在地年平均降水量1320mm，该矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法包括以下步骤：
S1、堆筑拦挡坝：在平地与山坡围成的自然凹地，即矿业固废填埋场地1外侧，清除表土至持力层后，用常规工程机械一次碾压形成土式拦挡坝2坝体21，坝高24.0m，坝顶宽4.0m，内坡坡比1:2.25，外坡坡比1:2.5，并在坝体21内坡设置防渗层22、外坡设置保护层23，防渗层22采用块石堆筑，保护层23采用塑料三维土工网垫进行生态护坡，使拦挡坝2内侧形成初期堆放尾矿4的空间，并在该空间内堆积尾矿4，通过拦挡坝2拦挡尾矿4，直至堆积到拦挡坝2坝顶，控制干密度≥1.45t/m3，压实度为0.96，含水率30%，；
S2、坝内填埋料处理：用工程机械对入场的尾矿4进行碾压，碾压范围为堆积标高对应的堆积面，压实度为0.90，排渗设施为后置式水平槽孔管，不进行尾矿4堆积面的平整；
S3、堆筑材料形成：用土工材料分层包裹尾矿，形成堆筑材料；
S4、多级子坝堆筑：用S3步骤的堆筑材料在S2步骤处理的堆积面上且位于拦挡坝2上方内侧堆积一级子坝，使堆积的一级子坝内侧形成堆积尾矿4的空间，并在空间内堆积尾矿4，直至堆积到一级子坝坝顶后，形成堆积平台，并对该堆积平台进行平整和碾压处理；再用S3步骤的堆筑材料在处理的堆积平台上且位于堆积平台上方内侧堆筑二级子坝，使堆积的二级子坝内侧形成堆积尾矿4的空间，并在空间内堆积尾矿4，直至堆积到二级子坝坝顶后，形成堆积平台，并对该堆积平台进行平整和碾压处理；如此根据需要不断堆积多级子坝，不断在多级子坝内侧形成尾矿4堆积空间，在空间内堆积尾矿4，直至多级子坝形成尾矿堆积边坡3；
每级子坝高2.0m，顶宽2.0m，内外坡坡比均为1:2.0；尾矿4堆积面和子坝间设置0.5m厚碎石块石层，粒度2cm～25cm，软化系数0.85；碎石块石层底部和顶部各设置一层单向土工格栅，型号TGDG80，采用包裹的方式分别包裹子坝2m、4m高度，并在内坡位置嵌入尾矿4堆积体内；
尾矿4堆积如下：利用机械堆积尾矿4，持力区碾压压实度为0.95，非持力区不碾压；
S5、设置加筋垫层：每隔三级子坝设置一层加筋垫层，设置范围为局部，伸入非持力区50m；加筋垫层是用TGDG80单向土工格栅包裹碎石组成，单层结构，碎石层厚度0.3m，粒径50mm；
S6、排渗设施：在堆积尾矿4内后置排渗设施，具体为槽孔管，水平进入尾矿4堆积体内，后端弧形出土，设置长度为150m，孔径75mm，入口孔距5m，堆体内扇形布置；
S7、设置阻隔表层：在尾矿4堆积边坡上设置黏土层，渗透系数K≤10-5cm/s；堆积面上设置0.6mm厚度的复合土工膜，渗透系数K≤10-7cm/s；堆积边坡3每三级子坝设置一次，堆积面保留500m2工作面及进场道路，且硬化处理满足堆坝机械进出场要求，其余面积均铺设0.6mm厚度的复合土工膜；
S8、重复S2～S6：该堆场堆积边坡已堆积45m，变形控制和抑尘、尾水减量满足运行要求，实施效果良好。
实施例2
某中和渣场，利用废渣干堆场堆积边坡变形控制方法，包括以下步骤：
S1、堆筑拦挡坝：在山谷与山坡围成的自然凹地，即废渣填埋场地1外侧，清除表土至持力层后，用常规工程机械一次碾压形成石坝2坝体21，坝高10.0m，坝顶宽3.0m，拦挡坝2内外坡比均为1：2.0，并在坝体21内坡设置反滤层22、外坡设置保护层23，反滤层22采用块石堆筑，保护层23采用块石护坡，厚度0.4m，使拦挡坝2内侧形成初期堆放废渣4的空间，并在该空间内堆积废渣4，通过拦挡坝2拦挡废渣4，直至堆积到拦挡坝2坝顶，筑坝干密度≥2.1t/m3；
S2、坝内填埋料处理：用工程机械对入场的废渣进行平整和碾压，碾压范围为堆积标高对应的堆积面伸入非持力区80m，压实度为0.95；平整满足堆积体内设置的排渗设施的导排坡度；
S3、堆筑材料形成：用土工材料分层包裹废渣，形成堆筑材料；
S4、多级子坝堆筑：用S3步骤的堆筑材料在S2步骤处理的堆积面上且位于拦挡坝2上方内侧堆积一级子坝，使堆积的一级子坝内侧形成堆积废渣4的空间，并在空间内堆积废渣4，直至堆积到一级子坝坝顶后，形成堆积平台，并对该堆积平台进行平整和碾压处理；再用S3步骤的堆筑材料在处理的堆积平台上且位于堆积平台上方内侧堆筑二级子坝，使堆积的二级子坝内侧形成堆积废渣4的空间，并在空间内堆积废渣4，直至堆积到二级子坝坝顶后，形成堆积平台，并对该堆积平台进行平整和碾压处理；如此根据需要不断堆积多级子坝，不断在多级子坝内侧形成废渣4堆积空间，在空间内堆积废渣4，直至多级子坝形成尾矿堆积边坡3；
每级子坝高4.0m，顶宽3.0m，内外坡坡比均为1:2.5；废渣堆积面和子坝间设置0.8m厚碎石块石层，粒度5cm～40cm，软化系数0.80；碎石块石层底部和顶部各设置一层双向土工格栅，型号TGSG4040，采用包裹的方式分别包裹子坝1.5m、3.0m高度，并在内坡位置嵌入废渣堆积体内；
废渣堆积如下：利用机械堆积废渣，堆积面碾压压实度为0.80；
S5、设置加筋垫层：每隔二级子坝高度设置一层加筋垫层，设置范围为局部，伸入非持力区80m，加筋垫层用TGSG4040双向土工格栅包裹碎石组成，单层结构，碎石层厚度0.4m，粒径2cm～15cm；
S6、设置排渗设施：在堆积废渣内预设排渗设施，具体为碎石导排盲沟，倒梯形，底宽0.5m，顶宽2.5m，深1m，并用双层长丝土工布包裹，内设dn200高密度聚乙烯花管；排水坡度为库内堆积面向堆积边坡3，控制坡度0.015；每隔三级子坝高度设置一层排渗设施，盲沟垂直于坝体轴线方向，间距30m设置一条，平行于坝体轴线方向50m和100m间距各设置一条；
S7、设置阻隔表层：在废渣堆积边坡和堆积面上设置高密度聚乙烯膜，渗透系数K≤10-12cm/s；堆积边坡每二级子坝设置一次，堆积面保留1000m2工作面，其余面积全部覆盖，覆盖范围做好坡度控制，并设施排水口，表层雨水能有序导排至堆场下游；
S8、重复S2～S6：该堆场堆积边坡已堆积38m，堆场边坡稳定，排水顺畅，实施效果良好。
实施例3
某铅锌冶炼渣堆放库，因堆渣体内常年高水位运行，废渣蠕变和积水严重，为此利用本发明的矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法进行处理，包括以下步骤：
S1、堆筑拦挡坝：在山谷与山坡围成的自然凹地，即废渣填埋场地1外侧，清除表土至持力层后，用常规工程机械一次碾压形成石坝2坝体21，坝高39m，坝顶宽5.0m，拦挡坝2内外坡比均为1：2.0；并在坝体21内坡设置反滤层和防渗层22、外坡设置保护层23，反滤层和防渗层22采用块石堆筑，保护层23采用块石护坡，厚度0.6m，使拦挡坝2内侧形成初期堆放废渣4的空间，并在该空间内堆积废渣4，通过拦挡坝2拦挡废渣4，直至堆积到拦挡坝2坝顶，筑坝干密度≥2.1t/m3；
S2、坝内填埋料处理：用工程机械对入场的废渣进行平整和碾压，碾压范围为堆积标高对应的堆积面伸入非持力区120m，压实度为0.90；排渗设施为后置式水平加垂直的组合，不对堆积面进行平整；
S3、堆筑材料形成：用土工材料分层包裹废渣，形成堆筑材料；
S4、多级子坝堆筑：用S3步骤的堆筑材料在S2步骤处理的堆积面上且位于拦挡坝2上方内侧堆积一级子坝，使堆积的一级子坝内侧形成堆积废渣4的空间，并在空间内堆积废渣4，直至堆积到一级子坝坝顶后，形成堆积平台，并对该堆积平台进行平整和碾压处理；再用S3步骤的堆筑材料在处理的堆积平台上且位于堆积平台上方内侧堆筑二级子坝，使堆积的二级子坝内侧形成堆积废渣4的空间，并在空间内堆积废渣4，直至堆积到二级子坝坝顶后，形成堆积平台，并对该堆积平台进行平整和碾压处理；如此根据需要不断堆积多级子坝，不断在多级子坝内侧形成废渣4堆积空间，在空间内堆积废渣4，直至多级子坝形成尾矿堆积边坡3；
每级子坝高10m，顶宽4.0m，内坡坡比为1:2.0，外坡坡比1:3.0；子坝分两期施工，一期子坝高度5m，二期子坝采用外坡贴坡加高至10m；废渣堆积面和子坝间设置1.0m厚碎石块石层，粒度10cm～50cm，软化系数0.86；碎石块石层底部和顶部各设置一层三向土工格栅，型号TX150；采用包裹的方式分别包裹一期子坝1.5m、3.0m高度，和二期子坝5m、7.5m高度；
废渣堆积如下：利用机械堆积冶炼废渣，堆积面持力区碾压压实度为0.85，非持力区可不碾压；
S5、设置加筋垫层：在内坡位置和堆渣体内设置加筋垫层连接，形成力学稳定层，具体如下：每10m设置一层加筋垫层，设置范围为堆积面全部设置；加筋垫层用TX150三向土工格栅包裹碎石组成，双层结构，碎石层厚度0.3m，粒径5cm～15cm；
S6、设置排渗设施：在堆积废渣内预设排渗设施，具体为水平和垂直两种排渗设施，其中：水平排渗设施是每10m高差设置一组，所述一组排渗设施为多根槽孔管，呈扇形布置，并水平伸入废渣堆积体内，后端呈弧形出土，长度为180m，孔径75mm，入口孔距5m，堆体内扇形布置；垂直排渗设施为驱动式排水井，双排设置，排距8m，孔距10m，孔径140mm，孔深15m；
S7、设置阻隔表层：在废渣堆积边坡和堆积面上设置加筋土工膜，其质地柔软，抗变形能力强，渗透系数K≤10-10cm/s；堆积边坡上每一级子坝10m高度设置一层阻隔表层，且堆积面全部覆盖，需要堆存废渣时再临时掀开，堆积完成后，当日及时覆盖；覆盖范围内做好坡度控制和表面压护，并设置排水口，使表层雨水有序导排至堆场下游；
S8、重复S2～S6：该堆场堆积边坡采用本发明技术后，经实施前后监测数据对比，变形量逐步收敛，本实施例堆积边坡已继续加高至20m，堆积边坡内排渗设施出水稳定，以垂直驱动式排水井出水为主，水平槽孔管出水为辅。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的技术原理和发明构思的前提下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、堆筑拦挡坝：在矿业固废填埋场场地外侧堆筑拦挡坝，使拦挡坝内侧形成初期堆放矿业固废的空间，并在该空间内堆积矿业固废，通过拦挡坝拦挡矿业固废，直至堆积到拦挡坝坝顶后，形成堆积面；
S2、坝内填埋料处理：对S1步骤入场的矿业固废进行碾压，碾压范围为堆积标高对应的堆积面；
S3、堆筑材料形成：用土工材料分层包裹矿业固废或矿山开采废弃土石，形成堆筑材料；
S4、多级子坝堆筑：用S3步骤的堆筑材料在S2步骤处理的堆积面上且位于拦挡坝上方内侧堆积一级子坝，使堆积的一级子坝内侧形成堆积矿业固废的空间，并在空间内堆积矿业固废，直至堆积到一级子坝坝顶后，形成堆积平台，并对该堆积平台进行平整和碾压处理；再用S3步骤的堆筑材料在处理的堆积平台上且位于堆积平台上方内侧堆筑二级子坝，使堆积的二级子坝内侧形成堆积矿业固废的空间，并在空间内堆积矿业固废，直至堆积到二级子坝坝顶后，形成堆积平台，并对该堆积平台进行平整和碾压处理；如此根据需要不断堆积多级子坝，不断在多级子坝内侧形成矿业固废堆积空间，在空间内堆积矿业固废，直至多级子坝形成矿业固废堆积边坡；
S5、设置加筋垫层：在S4步骤堆积的每一级子坝或每几级子坝顶部设置水平加筋垫层；
S6、设置排渗设施：在S1步骤、S3步骤堆积的矿业固废内，预置或后置排渗设施；
S7、设置阻隔表层：在矿业固废堆积边坡和堆积面上设置阻隔表层，完成矿业固废干堆场堆积边坡变形控制。
2.根据权利要求1所述的矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法，其特征在于所述S1步骤的拦挡坝具体堆筑如下：在矿业固废堆场场地外侧，清除表土至持力层后，用机械填筑拦挡坝，拦挡坝包括：碾压式土坝、堆石坝、风化料坝、石渣坝中的一种或几种，且拦挡坝堆筑为一次性筑坝或后期贴坡筑坝，并在坝体内坡设置过渡层、外坡设置保护层，其中：
过渡层包括反滤层或/和防渗层，采用块石、混凝土预制块堆筑；
保护层采用块石、混凝土预制块堆筑成保护坡，或者用草皮、塑料三维土工格网堆筑成生态保护坡。
3.根据权利要求1所述的矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法，其特征在于所述S1步骤的矿业固废填埋场包括：山谷与山坡或者平地与山坡围成的自然凹地。
4.根据权利要求1所述的矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法，其特征在于所述S4步骤的子坝具体堆筑如下：在矿业固废表面铺设土工加筋材料，并使土工加筋材料铺设至预先设置的嵌固齿槽中，在土工加筋材料上铺设子坝堆筑材料至要求高度；再在该子坝堆筑材料表面铺设土工加筋材料，再铺设子坝堆筑材料至要求高度；如此交叉铺设多层，直至形成子坝。
5.根据权利要求1所述的矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法，其特征在于所述S4步骤的子坝堆积面平整和碾压处理时，子坝堆筑范围内平整和碾压处理的压实度控制在0.92～0.96。
6.根据权利要求1所述的矿业固废干堆场堆积边坡变形控制系统及实施方法，其特征在于所述S4步骤的子坝堆筑材料为：用土工材料包裹堆筑材料，形成加筋包裹的子坝，其中：
包裹用的土工材料为：单向格栅、双向格栅、三向格栅或多向格栅中的一种或者几种，且为单层、双层或多层包裹；
堆筑材料为：矿区建设过程中剥离的表土石、采矿废土石、矿业固废中的一种或多种混合料的碾压料，其参数控制如下：土料干密度≥1.4t/m³，压实度0.96～0.98；石料干容重≥2.0t/m³，孔隙率20%～28%，软化系数≥0.8，最大粒径≤1/2碾压厚度，最小粒径≥2cm。
7.根据权利要求1所述的矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法，其特征在于所述S1、S4步骤的矿业固废堆积是矿业固废堆场的主体工程，持力区进行机械碾压堆积，分层摊铺，压实度≥0.85；非持力区自然堆积，堆渣机械往返平整碾压，压实度不受限制。
8.根据权利要求1所述的矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法，其特征在于所述S5步骤的加筋垫层设置单层、两层或多层，该加筋垫层用土工材料包裹碎石砾石构成；碎石砾石层粒径为20mm～50mm，单层铺设厚度为20cm～40cm；土工材料为单向格栅、双向格栅、三向格栅、多向格栅中的一种或几种；加筋垫层在S1、S2步骤的堆积面上部分或者全部设置；全部设置时分区、分块设置，分区、分块面积按2～6个月入场废渣堆存量所需场地设置，分区、分块面积为500m2～2000m2。
9.根据权利要求1所述的矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法，其特征在于所述S6步骤中的排渗设施包括：水平排渗设施，或者垂直排渗设施，或者水平、垂直排渗设施联合设置；其中：
所述水平排渗设施为：预设的土工布包裹碎石形成倒梯形的水平盲沟、土工复合排水网形成的水平盲沟、塑料倒水的水平盲沟、排水褥垫的水平盲沟为，并在预设的水平盲沟底部设置水平排水管；水平盲沟布置方向包括：堆积坝顶至堆积区域、堆积区域至坝顶两种，排水方向为：自堆积区域向堆积边坡中的堆积平台排水；
所述水平排渗设施为：后置的水平排水管，其通过机械打孔植入矿业固废堆积体中；
所述垂直排渗设施为后置的垂直排水管，其通过机械打孔后植入；采用开放式和封闭式两种，其中开放式为：收集矿业固废堆积体内自流的渗滤液，并用水泵抽出收集的渗滤液；封闭式为：直接采用水泵抽出矿业固废堆积体内的渗滤液。
10.根据权利要求1所述的矿业固废干堆场堆积边坡变形控制方法，其特征在于所述S7步骤中的阻隔表层为天然材料或/和人工合成材料，其中：天然材料为草皮和粘土，渗透系数K≤10-6cm/s；人工合成材料为高密度聚乙烯膜、加筋土工膜或复合土工膜，渗透系数≤10-10cm/s；且设置的阻隔表层为分区、分块设置，以满足表层雨水的汇集和导排，不得在阻隔表层内形成积水，进而破坏表层阻隔设施；分区、分块设置的面积按500m2～2000m2控制。
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