膨润土防水毯在金属矿山尾矿库防渗中的应用——以某铜矿企业尾矿库为例

杨柯敏（中材地质工程勘查研究院有限公司，北京　100102）



膨润土防水毯在金属矿山尾矿库防渗中的应用
——以某铜矿企业尾矿库为例

杨柯敏
（中材地质工程勘查研究院有限公司，北京100102）

【摘 要】膨润土防水毯是一种合成防渗材料，目前已在人工湖泊、垃圾填埋场、油库及化学品堆场等领域广泛应用，但在金属矿山尾矿库的防渗中应用较少。本文给出了某铜矿企业尾矿库采用膨润土防水毯进行防渗的方案，提出实施防渗工程的要点，并估算了投资，供其他同类工程参考。

【关键词】尾矿库；膨润土防水毯；土工布

1　引言

按照国家标准GB 18599-2001《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》中的规定，Ⅱ类一般工业固体废物贮存、处置场需进行防渗处理。目前，我国部分金属矿山企业的选矿尾矿属于Ⅱ类一般工业固体废物，其尾矿库需进行防渗处理。另外，2013年国家安全监管总局等七部委联合发布了《关于印发深入开展尾矿库综合治理行动方案的通知》（安监总管一［2013］58号），要求“新建堆存重金属尾矿库的库底应硬化并防渗”。据此，新建堆存铜、铅、锌矿等涉重的尾矿库均需对全库区进行防渗。由于尾矿库一般面积较大，地形及地质条件复杂，进行全库区防渗的投资很大。因此，采用以膨润土防水毯为主的防渗方式成为较理想的选择。

2　膨润土防水毯的特点

膨润土的矿物学名称为蒙脱石，天然的膨润土按化学成分主要分为钠基和钙基两大类。膨润土具有遇水膨胀的特性，一般钙基膨润土膨胀时，其膨胀仅为自身体积的3倍左右，而钠基膨润土遇水时可吸附自身重量5倍的水，体积膨胀到原来的15～17倍以上。膨润土防水毯即是利用膨润土的这一特性，将钠基膨润土铺在两层土工合成材料中间制成防水毯，土工合成材料起保护和加固的作用，使防水毯具有一定的整体抗剪强度。

（1）渗透系数小。

钠基膨润土在水压状态下形成高密度横隔膜，厚度约3mm时，它的渗透系数＜1×10-9cm/s，具有很强的防渗性能。

（2）持久性强。

钠基膨润土系天然无机材料，即使经过很长时间或周围环境发生变化，也不会发生老化或腐蚀现象，因此防渗性能持久。

（3）施工简便，工期短。

和其他防渗材料比较，施工相对简单，不需要加热和粘贴。只需用钉子、垫圈等进行连接和固定。施工后不需要特别的检查，如果发现防渗缺陷也容易维修，是现有防渗材料中施工工期最短的。

（4）绿色环保。

膨润土为天然无机材料，对人体无害无毒，对环境无影响，具有良好的环保性能。

3　尾矿库防渗方案

3.1尾矿库概述

3.1.1水文

某铜矿尾矿库位于一沟谷内，其北、西、南三侧均有山脊与周边水系相隔，尾矿库汇水面积为5km2，地表水汇入沟谷后向下游河流排泄。沟内常年有水，水流量较大，勘查期间测得其流量在初期坝地段约0.15m3/s，各支沟多为季节性流水冲沟，雨季水流量较大，旱季水量较小甚至干涸。

3.1.2地形地貌

沟谷总体呈北西—南东走向，至沟口地段折向北东走向。沟谷较开阔，平均宽度约100m左右，沟谷纵向坡度平缓，约2°，沟长约6km，拟建尾矿库初期坝位于沟谷中部地段，距下游沟口河流约为3.2km。河流是本区最低侵蚀基准面，沟两侧岸坡发育有多条支沟，岸坡地形陡峻，坡度一般25～35°，属构造剥蚀高山地貌。

3.1.3工程地质条件

在对尾矿库进行防渗方案设计时，首先要进行库区的工程地质勘察，建设单位对尾矿库进行了工程地质勘察，主要结论如下：

（1）库区范围内无活动性断裂通过。

（2）根据钻孔波速测试结果，按国家标准GB 50011- 2010《建筑物抗震设计规范》对场地进行分类，拟建初期坝、截渗坝地段第四系覆盖层厚度介于5～50m，场地土属中软—中硬土，建筑场地类别为Ⅱ类。

（3）库区内冲沟较发育，但各冲沟两侧植被较好，且汇水面积不大，不致发生泥石流地质灾害。库区附近未见其他不良地质作用发育。

（4）库区地下水以基岩风化裂隙水为主，主沟及各支沟中分布第四系松散岩类孔隙水。第四系坡残积层中有少量上层滞水，无统一水位，水量不大。库区地表水、第四系松散岩类孔隙水和基岩风化裂隙水形成一定互补关系。库区地下水总体自两侧岸坡向沟谷汇集，最终通过沟谷排入下游河流。

（5）第四系冲洪积层以碎石、砾石为主，局部夹粘性土层，具中等—强透水性；第四系坡残积层以碎石为主，充填粘性土，局部分布粘性土夹层，具弱—中等透水性；基岩风化裂隙含水层渗透性与岩石风化程度密切相关，其强风化带岩体破碎，具弱—中等透水性。在基岩中风化带，岩体相对完整，为弱透水性。

（6）场地下伏三叠系哈工组炭质板岩层位稳定，坝址区分布有较厚的强风化带，力学强度较高。

综合判定尾矿设施场地属稳定场地，基本适宜建库。在全面掌握库区工程地质条件后，可有针对性的进行防渗设计。

3.2尾矿库防渗方案

3.2.1库区平整及硬化

（1）库底平整及硬化。

根据工勘资料，尾矿库库底第四系覆盖层较厚，且没有软土层，不会发生变形导致防渗层破坏。首先对库底表层植被层全部清除后，对场地进行平整，然后对全部库底区域使用碾压设备进行碾压压实，达到硬化效果。

（2）边坡平整及硬化。

根据工勘资料，尾矿库边坡第四系覆盖层较薄，部分区域已有岩层出露。首先将第四系覆盖层（主要是植被层）清除，按防渗层敷设要求进行开挖削坡。对局部陡峭岩坡，不适宜直接敷设防渗层边坡，采用喷混凝土的方式进行防护平整后再敷设防渗层。

边坡依据实际地形，根据防渗材料锚固的需要，在边坡每隔10m高程开挖设置锚固平台。为便于施工，锚固平台宽度为3m和4m，间隔设置。开挖的坡度必须保证稳定性要求，设计开挖坡度不陡于1∶1.5。

3.2.2库区防渗方案

（1）防渗材料选择。

目前，工程上应用较多的人工防渗材料有土工膜、钠基膨润土防水毯等，其中钠基膨润土防水毯已经有了较为成熟的技术和应用，因此，拟建工程全库区拟铺设钠基膨润土防水毯水平防渗，防渗系数＜1×10-9cm/s。

（2）库底地下水导排系统。

根据工勘资料，库底清基处理后，部分区域土层属于第四系角砾层，透水性较好，但也有部分区域属于弱透水层。因此，在库底铺设300mm厚碎石层作为地下水导排层，并在库底设置导排盲沟，盲沟内铺设DN500开孔管作为导排主管。导排盲沟沿尾矿库库底顺坡设置，共设置3条，在库内分左、中、右布置。对库底基础开挖整平后天然地层透水性较好区域，直接开挖导排盲沟。

（3）边坡地下水导排系统。

在地下水集中渗出区域（主要集中在各个支沟附近），铺设复合土工排水网，在库区内的各个支沟内设置导排盲沟和导排支管，与库底主管连接，导排支管采用DN350开孔管。

（4）防渗材料铺设。

尾矿库库区水平防渗材料采用钠基膨润土防水毯。在尾矿库库底由于设置了碎石地下水导排层，考虑到保护钠基膨润土防水毯的需要，在碎石层上铺设300mm厚的细粒土作为膜下保护层。在边坡上，部分区域设置复合土工排水网作为钠基膨润土防水毯下保护层；其他区域设置500g/m2土工布作为膜下保护层。尾矿库库区内部分粉质粘土可作为细粒土的来源。

尾矿库防渗层结构的设计除符合国家标准GB 18599-2001《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》的要求外，还充分考虑了现场的工程地质条件。

尾矿库底防渗层结构依次为：尾矿—钠基膨润土防水毯—300mm细粒土—500g/m2土工布—地下水导排层（300mm碎石层或透水性良好的天然地层、导排盲沟）—平整基础层。

尾矿库边坡防渗层结构（无地下水出露区域）：尾矿—钠基膨润土防水毯—500g/m2土工布—平整基础层。

尾矿库边坡防渗层结构（有地下水出露区域）：尾矿—钠基膨润土防水毯—地下水导排层（6.3mm复合土工排水网格、支状导排盲沟）—平整基础层。

3.2.3防渗工程量及投资

本尾矿库的防渗面积约44万m2，防渗工程主要包括库区开挖整平、库区硬化、地下水导排、防渗层铺设等，根据各主要工程单价，估算防渗投资为3762万元，见右表。

4　结论

金属矿山尾矿库采用膨润土防水毯进行全库区防渗具有防渗效果好、持久性强、施工简便、绿色环保的特点，可普遍推广。防渗工程设计中应结合库区地形及地质条件，根据覆盖层厚度、地下水出露条件等，合理进行库区开挖整平、库区硬化、地下水导排、保护层铺设等，在确保防渗效果的前提下节省投资。

防渗工程量及投资汇总

【中图分类号】TU575

【文献标识码】A

【文章编号】1007-9386（2016）01-0059-02

【收稿日期】2015-11-03