王小閣,王宜將
(中藍(lán)長化工程科技有限公司,湖南 長沙 410000)
我國是一個(gè)礦業(yè)大國,隨著礦業(yè)的大規(guī)模發(fā)展,尾礦產(chǎn)出量一直維持較高水平。我國尾礦處理中,除少部分用于膏體與綜合利用,多數(shù)采用尾礦庫堆存的方法。隨著相關(guān)環(huán)保法律法規(guī)與尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)等規(guī)范的出臺(tái),對(duì)尾礦庫防滲提出了明確要求,嚴(yán)格控制滲漏、污染風(fēng)險(xiǎn),本文圍繞尾礦庫防滲措施展開詳細(xì)分析。
尾礦庫是礦業(yè)發(fā)展中的重要組成部分,根據(jù)廣州綠網(wǎng)環(huán)境保護(hù)服務(wù)中心2018年發(fā)布的《全國尾礦庫數(shù)據(jù)分析報(bào)告》統(tǒng)計(jì)顯示,全國尾礦庫數(shù)量達(dá)到了14217個(gè),主要分布在北方,涉及64個(gè)礦種。隨著國家與地方各級(jí)主管部門對(duì)安全、環(huán)保問題的重視,不斷開展尾礦庫綜合整治與閉銷庫工作,尾礦庫數(shù)量逐年減少。2020年印發(fā)的《防范化解尾礦庫安全風(fēng)險(xiǎn)工作方案》中,明確要求在保證緊缺和戰(zhàn)略性礦產(chǎn)礦山正常建設(shè)開發(fā)前提下,全國尾礦庫數(shù)量原則上只減不增。
對(duì)于自然環(huán)境而言,尾礦庫的威脅主要在于存儲(chǔ)的礦物廢料存在不同的危險(xiǎn),如:腐蝕性、毒性、易燃易爆性、放射性等。針對(duì)不同尾礦需針對(duì)性的開展尾礦庫建設(shè)工作,尾礦首先按國家規(guī)范鑒別是否屬于危險(xiǎn)廢物,若屬于危險(xiǎn)廢物,需按專門危險(xiǎn)廢物管理和處置規(guī)范處理,本文不再贅述。現(xiàn)針對(duì)一般工業(yè)固體廢物的尾礦進(jìn)行分析,根據(jù)《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18599-2001)可將其進(jìn)一步分為第I類、第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物。結(jié)合《尾礦庫設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50863-2013)(以下簡稱《規(guī)范》)要求,Ⅰ類尾礦庫存儲(chǔ)的尾礦對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染,因此規(guī)范中未提出防滲要求;針對(duì)Ⅱ類尾礦庫提出了具體的環(huán)保防滲要求,以免對(duì)地下水、地表水以及土壤產(chǎn)生污染,同時(shí)也防止地下水進(jìn)入尾礦庫。同時(shí),《關(guān)于印發(fā)深入開展尾礦庫綜合治理行動(dòng)方案的通知》中,也明確提出新建尾礦庫庫底需硬化并防滲。
根據(jù)《規(guī)范》要求,Ⅱ類庫的庫底與周邊必須具備一層可靠防滲系統(tǒng),防滲性能相當(dāng)于一層飽和滲透系數(shù)≤1.0×10-7cm/s、厚度≥1.5m的黏土層防滲性能。尾礦庫防滲系統(tǒng)應(yīng)符合以下要求:①尾礦及尾礦水與周邊的地下水、土壤完全隔開;②具有一定物理力學(xué)性能、抗化學(xué)腐蝕、抗老化以及抗環(huán)境變化的能力;③覆蓋尾礦庫場底與周圍邊坡形成完整防滲隔離屏障;④設(shè)置地下水導(dǎo)排系統(tǒng);⑤設(shè)置固定防滲材料錨固平臺(tái)、錨固溝;⑥尾礦庫場底基礎(chǔ)與邊坡平整,且不會(huì)因尾礦堆載出現(xiàn)不均勻沉降并引發(fā)防滲膜損壞。
根據(jù)尾礦庫滲漏情況分析,可將其分為三種滲漏類型,分別是臨谷滲漏、壩基滲漏、繞壩滲漏等。其中,臨谷滲漏可通過科學(xué)選址避免,尾礦庫庫區(qū)兩岸山體與溝底形成的整體可作為阻水通道,避免尾礦水向臨谷與深層地基入滲;針對(duì)壩基滲漏與繞壩滲漏問題,必須合理選擇垂直或水平防滲措施,或是兩者結(jié)合的防滲體系,下文主要針對(duì)相關(guān)防滲措施展開分析。
尾礦庫垂直防滲系統(tǒng)的設(shè)置目的在于阻斷水平流向的地下水流、污染物朝著四周擴(kuò)散。當(dāng)尾礦庫工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件相對(duì)較好時(shí),即:場地底部分布有不透水層、或厚實(shí)的弱透水層,需將垂直防滲系統(tǒng)嵌入相對(duì)不透水地層至少2.0m,以達(dá)到環(huán)保防滲要求,如下圖1所示為壩下垂直截滲示意圖。因此,在尾礦庫建設(shè)中,垂直防滲措施的運(yùn)用可較好的應(yīng)對(duì)壩基滲漏、繞壩滲漏問題,但是不適用于存在臨谷滲漏風(fēng)險(xiǎn)的尾礦庫。
圖1 壩下垂直截滲示意圖
結(jié)合尾礦庫實(shí)際情況,可對(duì)以下幾種防滲措施進(jìn)行選擇,如:壩下帷幕灌漿防滲措施;壩下塑性混凝土防滲墻防滲措施;壩下“上墻下幕”防滲措施(截滲壩+上部混凝土防滲墻+下部帷幕灌漿)。為保證壩肩防滲效果,可在壩肩部位設(shè)置灌漿平硐,壩肩、壩基帷幕形成整體,有效防止繞壩滲漏問題的產(chǎn)生。
尾礦庫水平防滲系統(tǒng)的設(shè)置目標(biāo)為全庫防滲,確保全庫區(qū)尾礦水不外滲,可用于存在臨谷滲漏風(fēng)險(xiǎn)的尾礦庫。在尾礦庫水平防滲工作中,可根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的材料,包括:黏土等天然材料;土工膜、復(fù)合土工膜、鈉基膨潤土毯等土工材料。近些年,防滲土工材料憑借著防滲性能好、施工方便、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢(shì),得到了大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
此外,垂直防滲與水平防滲系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用,可全面保證尾礦庫運(yùn)行安全性、環(huán)保性,具體防滲系統(tǒng)布置如下圖2所示。
圖2 壩下垂直+水平防滲示意圖
本項(xiàng)目為某尾礦庫,南、北、西三側(cè)分布有山脊與周圍水系隔離,尾礦庫的匯水面積共計(jì)5km2,地表水進(jìn)入溝谷后的朝著下游河流排泄。溝谷整體呈NW-SE走向,直至溝口地段轉(zhuǎn)為,溝谷開闊,溝長6km左右,擬建尾礦庫初期壩位選擇在溝谷中部地段,與下游溝口河流相距3.2km。經(jīng)由工程地質(zhì)勘察顯示,尾礦庫壩位屬穩(wěn)定場地,適宜建庫。
結(jié)合尾礦庫工程地質(zhì)情況,制定了如下防滲方案:
3.2.1庫區(qū)平整、硬化
(1)庫底:尾礦庫庫底第四系覆蓋層較厚、無軟土層,不會(huì)引發(fā)變形、損壞防滲層。對(duì)此,將庫底表層植被清理干凈后,平整場地并碾壓后,達(dá)到硬化目的。
(2)邊坡:尾礦庫邊坡第四系覆蓋層較薄,局部存在巖層出露的情況。對(duì)此,將第四系覆蓋層清除,并根據(jù)防滲層敷設(shè)實(shí)際要求開挖削坡;局部無法直接敷設(shè)防滲層的位置,噴射混凝土防護(hù)、平整后,敷設(shè)防滲層;邊坡每隔10m高程開挖防滲材料錨固平臺(tái),錨固平臺(tái)寬度為3m、4m(間隔布置),開挖坡度不陡于1∶1.5。
3.2.2水平防滲措施
本尾礦庫全庫區(qū)擬選用鈉基膨潤土防水毯設(shè)置水平防滲系統(tǒng),防滲系數(shù)<1×10-9cm/s,具體防滲措施如下:
(1)庫底地下水導(dǎo)排系統(tǒng):本項(xiàng)目庫底清基后,部分區(qū)域分布第四系角礫層,透水性較好,鋪設(shè)厚度300mm的碎石層,以此形成地下水導(dǎo)排層;庫底順坡設(shè)導(dǎo)排盲溝,共計(jì)3條,分別位于庫內(nèi)左、中、右位置,導(dǎo)排盲溝內(nèi)鋪設(shè)DN500開孔管。
(2)邊坡地下水導(dǎo)排系統(tǒng):本項(xiàng)目在地下水集中滲出地段鋪設(shè)復(fù)合土工排水網(wǎng),庫區(qū)支溝內(nèi)設(shè)導(dǎo)排盲溝、支管,并與庫底主管相連,鋪設(shè)DN500開孔管。
(3)防滲材料鋪設(shè):本項(xiàng)目采用的是鈉基膨潤土防水毯,庫底碎石層上鋪設(shè)厚度300mm的細(xì)粒土,形成膜下保護(hù)層;邊坡復(fù)合土工排水網(wǎng)可直接作為膜下保護(hù)層,其他區(qū)域鋪設(shè)500g/m2土工布。
本項(xiàng)目防滲面積共計(jì)44萬m2,主要工序包括庫區(qū)開挖整平、庫區(qū)硬化、地下水導(dǎo)排、防滲層鋪設(shè)等,據(jù)估算(表1)防滲投資共計(jì)達(dá)到3 762萬元。
表1 防滲工程量與投資計(jì)算結(jié)果
綜上所述,尾礦是礦山工業(yè)固體廢物的一種,為避免一些災(zāi)難性安全、環(huán)保事故的產(chǎn)生,尾礦庫必須制定完善的防滲方案。在尾礦庫防滲體系構(gòu)建時(shí),需根據(jù)的庫區(qū)情況、可能存在的滲漏類型等,合理選擇防滲措施與防滲材料,發(fā)揮環(huán)保防滲、降低滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)、減小壩基滲流等作用,保證區(qū)域尾礦庫可靠運(yùn)行,避免對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生污染。