張亞先,賀金剛,郭振世

(1.金堆城鉬業(yè)集團有限公司,陜西 華縣 714102)

(2.金堆城鉬業(yè)股份有限公司,陜西 西安 710077)

高堆尾礦壩尾礦特性研究

張亞先1,賀金剛2,郭振世1

(1.金堆城鉬業(yè)集團有限公司,陜西 華縣 714102)

(2.金堆城鉬業(yè)股份有限公司,陜西 西安 710077)

從栗西尾礦堆積壩的巖土工程勘察、試驗的大量數據出發(fā),深入分析了堆積壩體尾礦砂土性狀、堆積特性及其變化規(guī)律,研究了栗西尾礦砂土分布規(guī)律、物理力學性質隨時間的變化規(guī)律,初步揭示了高堆尾礦壩深部抗剪指標要顯著高于淺部;堆積壩體同一空間位置,同樣埋深下干容重指標具有隨時間明顯增長、滲透系數明顯降低的規(guī)律。

高堆尾礦壩;堆積特性;尾礦特性

Abstract:Based on mass data of geotechnical investigation and soil test in Lixi tailings fill dam,this thesismakes a thorough analysis of tailings properties and its law of change,further investigates the law of distribution and change of physics-mechanics character of the variation with time in Lixi tailings fill dam.This thesis preliminarily reveals that high tailings dam’s deep part shear strength index is greater than shallow part,under the circumstance of the same spatial location of piling dam body,the gravity index grows significantly as the time went by,the permeability coefficient becomes lower obviously.

Key words:high tailings dam;accumulation characteristics;tailings characteristics

0 引 言

高堆尾礦庫相對小型尾礦庫,具有安全系數大、單位容積占地小投資少、調洪庫容大、防洪標準高、污染易于控制、便于集中管理等優(yōu)點,是尾礦庫的發(fā)展方向。其堆積壩體較高,運營時間長,少則數十年,多則數百年。因此,不同沉積時間、沉積部位的尾礦物理力學特性相差較大,需根據尾礦砂的不同沉積部位、沉積時間等進行分區(qū),以便能反映尾礦壩的沉積特性。

1 工程概況

栗西尾礦庫位于陜西省華縣金堆城鎮(zhèn)大栗西村上游的栗西溝內,距百花選礦廠約7.50 km,屬山谷型尾礦庫。設計總庫容1.65億m3,基礎壩壩高40 m,總壩高164.5 m,屬于二等尾礦庫,上游法尾礦堆壩?，F總壩高150.5 m,壩頂軸線東西向長1 300 m,壩外坡坡比1∶5,沉積灘面坡比1%。

2 尾礦分布特征

2.1 干灘沉積規(guī)律

栗西尾礦壩沉積規(guī)律受尾礦漿濃度、粒度級配和排放工藝所控制,普遍存在粗細的夾層、互層、交錯層、千層餅結構等現象。

從放礦口至庫內d50粒徑有由大變小的整體規(guī)律,局部有大、小值交替出現的情況,在250 m距離內以尾中砂為主,向灘內顆粒逐漸變細。由于采用自西向東分段分散排放,還存在西粗東細的特點。見圖1。

2.2 尾礦壩垂直向沉積規(guī)律

尾礦壩宏觀上具有上粗下細、壩前粗庫尾細的特點。標貫入試驗(SDT)顯示:標準貫入擊數壩外坡比庫內灘面大;標準貫入擊數隨尾礦的埋深增大而增大,從上到下尾礦有稍密～密實的變化。靜力觸探試驗(CPT)顯示:干灘區(qū)和壩體區(qū)尾中砂、尾細砂、尾粉砂、尾粉土的qc值都隨深度增加而增大。因此,尾礦參數可按沉積深度及沉積時間分區(qū)統(tǒng)計選取。

圖1 沉積灘表面不同深度d50粒徑變化圖

3 尾礦物理力學指標與沉積時間的關系

3.1 堆積尾礦的顆粒分布

按照沉積時間、沉積部位,將尾礦壩分為上下2個分區(qū),上稱尾中砂(上部)、尾粉砂(上部),其下稱尾中砂(下部)、尾粉砂(下部)。顆粒統(tǒng)計結果見表1。

表1 尾礦顆粒(平均值)分析統(tǒng)計表

從表1可以看出:

(1)尾中砂、尾粉砂、尾粉土和尾粉粘的Cu都在5～10之間,Cc大于1,說明顆粒級配良好,連續(xù)級配分布均勻,其抗震液化性能較好。尾粉粘小于0.005 mm的占8.26%,說明細顆粒較少。

(2)從尾中砂到尾粉粘,砂粒含量的平均值漸少,粘粒含量的平均值漸增,有效粒徑和中值粒徑的平均值漸少。

(3)尾中砂、尾粉砂不均勻系數、粘粒組成等上下部有區(qū)別;根據相對密度上部以松散～稍密為主,下部以中密為主,局部呈密實狀態(tài)。

3.2 堆積尾礦的物理性質

對尾礦物理性質按不同剖面及主要層位進行了分層統(tǒng)計,見表2。

表2 全區(qū)物理性質(平均值)統(tǒng)計表

從表2可以看出:

(1)比重:從東部及西部、上部和下部其比重差異不大,其天然重度及干重度同一種土下部比上部大。

(2)尾中砂孔隙比比較大,對于同一種尾礦孔隙比亦隨深度增加也逐漸減小。

(3)尾中砂中位于地下水位以上,處于非飽和狀態(tài),飽和度平均值較低,尾粉土、尾粉質粘土位于地下水位以下,處于飽和狀態(tài),飽和度接近100%。

3.3 堆積尾礦的滲透性

各土層鉆孔滲透試驗結果見表3。

表3 鉆孔樣滲透試驗成果統(tǒng)計表

(1)尾粉土與尾粉粘互層多,尾粉土的滲透系數相差比較大,量級從10-4～10-7。

(2)受尾礦沉積時間及深度的影響,尾礦上層與下層滲透系數相差4～5倍。

(3)滲透系數出現一些異常值,主要受薄夾層的影響,水平滲透系數稍大于垂直滲透系數,隨壓力增大,孔隙比減小,其滲透系數逐漸減小。

3.4 堆積尾礦的固結特性

根據室內試驗和野外測試成果將尾礦堆積壩按照使用前期、使用中期、近期,對尾礦物理力學性質進行統(tǒng)計。見表4。

表4 不同區(qū)域尾礦物理力學特性統(tǒng)計表

從表4可以看出,隨著沉積時間的增加,尾礦密度呈增加的趨勢,孔隙比則呈下降趨勢,滲透系數則減小。

3.5 尾礦物理指標隨時間的變化

在1989年、2005年1～12子壩相同鉆孔位置進行鉆孔、取原狀樣,研究尾礦物理力學指標隨時間的變化規(guī)律。見圖2、圖3。

從圖中看出,2005年比1989年干容重增加約10%左右;對滲透系數的影響,淺層(埋深0～9 m)滲透系數降低約6倍,而深層(12～21 m)降低幅度更大,約12倍。

圖2 尾礦干容重隨時間變化曲線圖

圖3 尾礦滲透系數隨時間變化曲線圖

4 堆積尾礦的力學特性

4.1 尾砂的抗剪特性

尾砂剪切試驗結果見表5。

表5 尾礦剪切試驗成果表

從表5可以看出:中壓(右)固快的抗剪強度指標均大于低壓(左)固快的抗剪強度。說明同一種尾礦上部抗剪強度低于下部的指標。

4.2 尾礦的變形特征

各級壓力下的孔隙比統(tǒng)計表見表6,不同區(qū)段剖面壓縮試驗成果統(tǒng)計表見表7,各類尾礦各級壓力下的壓縮曲線圖見圖4。可以看出:

表6 壓縮試驗孔隙比資料統(tǒng)計表

表7 不同區(qū)段剖面壓縮試驗成果統(tǒng)計表

圖4 各類尾礦壓縮曲線

(1)尾中砂、尾細砂、尾粉砂,尾粉土和尾粉粘的壓縮系數αv1-2,由小到大,壓縮模量Es1-2由大到小,5種尾砂土都屬于中壓縮性土。

(2)從圖4可以看出,排除尾中砂后隨著顆粒由粗變細,壓縮變形量在逐漸增加,孔隙比在逐漸減少。

(3)各類尾礦砂壓縮系數除了淺部探槽樣稍高外,其余平均值均偏小。尾粉土、尾粉質粘土壓縮性都偏小,均屬中等壓縮性。各類尾礦土壓縮指數有隨深度增加而減小的規(guī)律。淺層壓縮指數較大,尾砂土中有壓縮指數隨顆粒變細而增大的特點。

5 結 語

(1)尾礦壩在垂直方向上上部以松散～稍密為主,下部密實狀態(tài)為中密及密實;尾礦孔隙比e整體上由上至下變小趨勢比較明,說明固結及沉積時間的長短對尾礦孔隙比、密實度有一定的影響。

(2)尾礦的比重在同一平面上及垂直深度上差異不大,其天然重度及干重度同一種土下部比上部大;孔隙比尾中砂較大,對于同一種尾礦孔隙比亦隨深度增加漸小;尾礦水平滲透系數大于垂直滲透系數。

(3)尾砂隨著顆粒變細C值增大而φ值減小,同一種尾礦土隨密度加大抗剪強度增大;各類尾礦砂壓縮系數除了淺部探槽樣稍高外,其余平均值均偏小,均屬中等壓縮性。尾粉砂、尾粉土、尾粉質粘土固結系數均較小,相差不大。各類尾礦土壓縮指數有隨深度增加而減小的規(guī)律。淺層壓縮指數較大,尾砂土中有壓縮指數隨顆粒的變細而增大的特點。

(4)堆積壩體同一空間位置,同樣埋深下干容重指標具有隨時間明顯增長、滲透系數明顯降低的規(guī)律。壩體深部抗剪指標要顯著高于淺部尾礦壩。因此,按照不同沉積時間、沉積部位對指導尾礦的物理力學指標的統(tǒng)計,用于滲流、靜動力穩(wěn)定計算分析,能更反映尾礦壩實際。

[1] 郭振世,仵彥卿,賀金剛,等.高堆尾礦壩穩(wěn)定性控制及環(huán)境保護關鍵技術研究與實踐[R].金堆城鉬業(yè)集團有限公司,2009,5.

[2] 郭振世,速寶玉,仵彥卿,等.栗西尾礦壩三維滲流預測與控制研究[J].西安理工大學學報,2009,25(2):160-163.

[3] 郭振世,仵彥卿,詹美禮,等.高堆尾礦壩堆積特性及三維滲流數值分析研究[J].水土保持通報,2009(3):190-194.

[4] 王業(yè)田,曹凈,吳萬紅,等.攀鋼馬家田尾礦特性研究[J].廣西大學學報(自然科學版),2003,28(3):261-264.

[5] 歐孝奪,易念平,陸增建,等.尾礦砂土滲透系數與其埋深之間的關系分析[J].廣西大學學報(自然科學版),2001,26(3):219-221.

STUDY ON TAILINGS ACCUM ULATI ON CHARACTERISTICS OF HIGH TAILINGS DAM

ZHANG Ya-xian1,HE Jin-gang2,GUO Zhen-shi1

(1.Jinduicheng Molybdenum Group Co.,Ltd.,Huaxian 714102,Shaanxi,China)
(2.Jinduicheng Molybdenum Co.,Ltd.,Xi’an 710077,Shaanxi,China)

TD926.4

A

1006-2602(2010)05-0008-05

2010-04-15

張亞先(1972-),女,工程師。