高堆尾矿坝尾矿特性研究

张亚先,贺金刚,郭振世

(1.金堆城钼业集团有限公司,陕西 华县 714102)

(2.金堆城钼业股份有限公司,陕西 西安 710077)

高堆尾矿坝尾矿特性研究

张亚先1,贺金刚2,郭振世1

(1.金堆城钼业集团有限公司,陕西 华县 714102)

(2.金堆城钼业股份有限公司,陕西 西安 710077)

从栗西尾矿堆积坝的岩土工程勘察、试验的大量数据出发,深入分析了堆积坝体尾矿砂土性状、堆积特性及其变化规律,研究了栗西尾矿砂土分布规律、物理力学性质随时间的变化规律,初步揭示了高堆尾矿坝深部抗剪指标要显著高于浅部;堆积坝体同一空间位置,同样埋深下干容重指标具有随时间明显增长、渗透系数明显降低的规律。

高堆尾矿坝;堆积特性;尾矿特性

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

高堆尾矿库相对小型尾矿库,具有安全系数大、单位容积占地小投资少、调洪库容大、防洪标准高、污染易于控制、便于集中管理等优点,是尾矿库的发展方向。其堆积坝体较高,运营时间长,少则数十年,多则数百年。因此,不同沉积时间、沉积部位的尾矿物理力学特性相差较大,需根据尾矿砂的不同沉积部位、沉积时间等进行分区,以便能反映尾矿坝的沉积特性。

1 工程概况

栗西尾矿库位于陕西省华县金堆城镇大栗西村上游的栗西沟内,距百花选矿厂约7.50 km,属山谷型尾矿库。设计总库容1.65亿m3,基础坝坝高40 m,总坝高164.5 m,属于二等尾矿库,上游法尾矿堆坝。现总坝高150.5 m,坝顶轴线东西向长1 300 m,坝外坡坡比1∶5,沉积滩面坡比1%。

2 尾矿分布特征

2.1 干滩沉积规律

栗西尾矿坝沉积规律受尾矿浆浓度、粒度级配和排放工艺所控制,普遍存在粗细的夹层、互层、交错层、千层饼结构等现象。

从放矿口至库内d50粒径有由大变小的整体规律,局部有大、小值交替出现的情况,在250 m距离内以尾中砂为主,向滩内颗粒逐渐变细。由于采用自西向东分段分散排放,还存在西粗东细的特点。见图1。

2.2 尾矿坝垂直向沉积规律

尾矿坝宏观上具有上粗下细、坝前粗库尾细的特点。标贯入试验(SDT)显示:标准贯入击数坝外坡比库内滩面大;标准贯入击数随尾矿的埋深增大而增大,从上到下尾矿有稍密～密实的变化。静力触探试验(CPT)显示:干滩区和坝体区尾中砂、尾细砂、尾粉砂、尾粉土的qc值都随深度增加而增大。因此,尾矿参数可按沉积深度及沉积时间分区统计选取。

图1 沉积滩表面不同深度d50粒径变化图

3 尾矿物理力学指标与沉积时间的关系

3.1 堆积尾矿的颗粒分布

按照沉积时间、沉积部位,将尾矿坝分为上下2个分区,上称尾中砂(上部)、尾粉砂(上部),其下称尾中砂(下部)、尾粉砂(下部)。颗粒统计结果见表1。

表1 尾矿颗粒(平均值)分析统计表

从表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之间,Cc大于1,说明颗粒级配良好,连续级配分布均匀,其抗震液化性能较好。尾粉粘小于0.005 mm的占8.26%,说明细颗粒较少。

(2)从尾中砂到尾粉粘,砂粒含量的平均值渐少,粘粒含量的平均值渐增,有效粒径和中值粒径的平均值渐少。

(3)尾中砂、尾粉砂不均匀系数、粘粒组成等上下部有区别;根据相对密度上部以松散～稍密为主,下部以中密为主,局部呈密实状态。

3.2 堆积尾矿的物理性质

对尾矿物理性质按不同剖面及主要层位进行了分层统计,见表2。

表2 全区物理性质(平均值)统计表

从表2可以看出:

(1)比重:从东部及西部、上部和下部其比重差异不大,其天然重度及干重度同一种土下部比上部大。

(2)尾中砂孔隙比比较大,对于同一种尾矿孔隙比亦随深度增加也逐渐减小。

(3)尾中砂中位于地下水位以上,处于非饱和状态,饱和度平均值较低,尾粉土、尾粉质粘土位于地下水位以下,处于饱和状态,饱和度接近100%。

3.3 堆积尾矿的渗透性

各土层钻孔渗透试验结果见表3。

表3 钻孔样渗透试验成果统计表

(1)尾粉土与尾粉粘互层多,尾粉土的渗透系数相差比较大,量级从10-4～10-7。

(2)受尾矿沉积时间及深度的影响,尾矿上层与下层渗透系数相差4～5倍。

(3)渗透系数出现一些异常值,主要受薄夹层的影响,水平渗透系数稍大于垂直渗透系数,随压力增大,孔隙比减小,其渗透系数逐渐减小。

3.4 堆积尾矿的固结特性

根据室内试验和野外测试成果将尾矿堆积坝按照使用前期、使用中期、近期,对尾矿物理力学性质进行统计。见表4。

表4 不同区域尾矿物理力学特性统计表

从表4可以看出,随着沉积时间的增加,尾矿密度呈增加的趋势,孔隙比则呈下降趋势,渗透系数则减小。

3.5 尾矿物理指标随时间的变化

在1989年、2005年1～12子坝相同钻孔位置进行钻孔、取原状样,研究尾矿物理力学指标随时间的变化规律。见图2、图3。

从图中看出,2005年比1989年干容重增加约10%左右;对渗透系数的影响,浅层(埋深0～9 m)渗透系数降低约6倍,而深层(12～21 m)降低幅度更大,约12倍。

图2 尾矿干容重随时间变化曲线图

图3 尾矿渗透系数随时间变化曲线图

4 堆积尾矿的力学特性

4.1 尾砂的抗剪特性

尾砂剪切试验结果见表5。

表5 尾矿剪切试验成果表

从表5可以看出:中压(右)固快的抗剪强度指标均大于低压(左)固快的抗剪强度。说明同一种尾矿上部抗剪强度低于下部的指标。

4.2 尾矿的变形特征

各级压力下的孔隙比统计表见表6,不同区段剖面压缩试验成果统计表见表7,各类尾矿各级压力下的压缩曲线图见图4。可以看出:

表6 压缩试验孔隙比资料统计表

表7 不同区段剖面压缩试验成果统计表

图4 各类尾矿压缩曲线

(1)尾中砂、尾细砂、尾粉砂,尾粉土和尾粉粘的压缩系数αv1-2,由小到大,压缩模量Es1-2由大到小,5种尾砂土都属于中压缩性土。

(2)从图4可以看出,排除尾中砂后随着颗粒由粗变细,压缩变形量在逐渐增加,孔隙比在逐渐减少。

(3)各类尾矿砂压缩系数除了浅部探槽样稍高外,其余平均值均偏小。尾粉土、尾粉质粘土压缩性都偏小,均属中等压缩性。各类尾矿土压缩指数有随深度增加而减小的规律。浅层压缩指数较大,尾砂土中有压缩指数随颗粒变细而增大的特点。

5 结 语

(1)尾矿坝在垂直方向上上部以松散～稍密为主,下部密实状态为中密及密实;尾矿孔隙比e整体上由上至下变小趋势比较明,说明固结及沉积时间的长短对尾矿孔隙比、密实度有一定的影响。

(2)尾矿的比重在同一平面上及垂直深度上差异不大,其天然重度及干重度同一种土下部比上部大;孔隙比尾中砂较大,对于同一种尾矿孔隙比亦随深度增加渐小;尾矿水平渗透系数大于垂直渗透系数。

(3)尾砂随着颗粒变细C值增大而φ值减小,同一种尾矿土随密度加大抗剪强度增大;各类尾矿砂压缩系数除了浅部探槽样稍高外,其余平均值均偏小,均属中等压缩性。尾粉砂、尾粉土、尾粉质粘土固结系数均较小,相差不大。各类尾矿土压缩指数有随深度增加而减小的规律。浅层压缩指数较大,尾砂土中有压缩指数随颗粒的变细而增大的特点。

(4)堆积坝体同一空间位置,同样埋深下干容重指标具有随时间明显增长、渗透系数明显降低的规律。坝体深部抗剪指标要显著高于浅部尾矿坝。因此,按照不同沉积时间、沉积部位对指导尾矿的物理力学指标的统计,用于渗流、静动力稳定计算分析,能更反映尾矿坝实际。

[1] 郭振世,仵彦卿,贺金刚,等.高堆尾矿坝稳定性控制及环境保护关键技术研究与实践[R].金堆城钼业集团有限公司,2009,5.

[2] 郭振世,速宝玉,仵彦卿,等.栗西尾矿坝三维渗流预测与控制研究[J].西安理工大学学报,2009,25(2):160-163.

[3] 郭振世,仵彦卿,詹美礼,等.高堆尾矿坝堆积特性及三维渗流数值分析研究[J].水土保持通报,2009(3):190-194.

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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

张亚先(1972-),女,工程师。