某山区尾矿库选址勘察中的渗漏性分析评价

覃龙华，于 浩

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）

尾矿库是用来储存矿石采选后尾矿和澄清尾矿水的专用场所，是矿山建设的重要组成部分[1]。尾矿库在运行过程中，坝基、坝肩及库区都会存在一定的渗漏风险，由于大部分尾矿水存在重金属离子超标等问题，渗漏将对下游的水源、农业和生态环境造成影响，且污染的范围广、影响大，因此对坝基、坝肩以及库区在设计、施工过程中必须采取有效的永久防渗、堵漏措施确保环境安全。本文主要介绍了对某尾矿库采用一系列勘察手段测试了各岩土层渗透系数等参数，对库区可能的渗漏途径进行了分析，提出了防渗处理建议，为尾矿库的防渗设计、施工提供了依据。

1 工程概况

某尾矿库位于低山侵蚀溶蚀地貌地区，初期坝采用透水的碾压堆石坝，初期坝高40m，尾矿堆高40.0m，堆积总库容1050.9×104m3，有效库容1019.4×104m3。根据国家标准《尾矿堆积坝岩土工程技术规范》（GB50547-2010），本尾矿库等级为Ⅲ等，勘察等级为甲级。

1.1 地形地貌

尾矿库区域海拔标高在388m～716m之间，切割深度为100m～300m，地形切割较深，冲沟发育，密度大，树枝状水系发育，具“U”或“V”字型沟谷，锥状、脊状山地地貌。尾矿库区为“V”字型冲沟，冲沟三面环山，呈南北向展布，库区北高南低，冲沟开口方向向南。底部为梯级水田，冲沟长约1.0km，高差80m。

1.2 地质构造

场地附近主要断裂为花垣断层，为区域大断层，走向NE55°、倾向北西，倾角60°，上盘地层老，下盘地层新，为逆断层性质，沿断层常有岩溶大泉出露，流量达50L/s，断层在北东向有继承现象，长约320km，最大宽度为2km～4km，活动于加里东期、燕山期、喜马拉雅期。

拟建尾矿库位于断层下盘库西北角距断层距离最近处为100m左右，初期坝坝址距断层距离为800m左右。

1.3 地层岩性

库区内主要存在第四系坡洪积的粉质粘土、第四系残坡积的粘土及粉质粘土夹碎石、志留系下统粉砂质泥、页岩、奥陶系上统五峰组砂质页岩、奥陶系上统临湘组泥灰岩、奥陶系中统宝塔组灰岩等地层。

1.4 水文地质条件

库区内地下水类型主要为孔隙水和基岩裂隙水两种类型。基岩裂隙水分为碎屑岩裂隙水和碳酸盐岩裂隙水（岩溶水）。孔隙水主要包括赋存于烂草湾沟底的第四系全新统坡洪积层的潜水以及赋存于沟两侧山坡上的第四系残坡积层中的孔隙水。通常大气降水和地表水渗入是其主要的补给来源。总体上由地势较高的北部向南部径流和排泄。碎屑岩裂隙水主要赋存于志留系下统、五峰组、临湘组粉砂质泥岩、粉砂质页岩、砂质页岩和泥灰岩中。碎屑岩基岩浅部由于风化作用，节理裂隙发育，含水性较好；深部节理裂隙一般发育且多为闭合性裂隙，不具导水性，含水性差。碳酸盐岩裂隙水（岩溶水）主要赋存于宝塔组地层中的灰岩中。大气降水和库区外岩溶水为主要补给来源。综上所述，本区域内水文地质条件简单，各含水层的补给、径流、排泄条件清楚。

2 库区渗漏分析

2.1 各岩土层渗透性及分级

根据土工试验、现场钻孔压水试验和注水试验，综合地区经验，取得库区主要岩土层渗透系数，并根据国家标准《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-2008）附录J进行渗透性分级如下表。

表1 各岩土层渗透性等级

第四系残坡积粘土 可塑 1.2×10-7 极微透水粉质粘土夹碎石 可塑 8.6×10-3 微～弱透水志留系下统粉砂质泥岩强风化 3.6×10-2 弱～中等透水中-微风化3.5～11.6 弱～中等透水粉砂质页岩强风化 3×10-3 弱～中等透水中-微风化 3～12 弱～中等透水奥陶系上统五峰组 砂质页岩强风化 5×10-2 弱～中等透水中-微风化 1～10 弱透水奥陶系上统临湘组泥灰岩中-微风化15.3弱～中等透水奥陶系中统宝塔组灰岩中-微风化23.4～103.3 极强透水

2.2 库区渗漏途径

通过综合分析，尾矿库建成后库中水在坝基、坝肩及库区可能有以下几种渗漏途径。

（1）尾矿库中水通过库四周根据地形情况汇入原地形冲沟，然后顺着沟底流向初期坝前落水洞，转化为地表水，具有典型的地表水径流排泄特征。该渗漏途径主要为原地形冲沟两侧山体分布残坡积土及透水性弱的基岩地段。

（2）尾矿库中水顺宝塔组灰岩岩溶通道向下渗透后，转化为地表水。该渗漏通道主要位于烂草沟两侧灰岩分布地段及灰岩上部覆盖层较薄地段。该途径渗漏量较大，渗漏较严重，在尾矿堆积在任何高度时均存在，是库区渗漏的主要途径。

（3）尾矿库中水顺临湘组泥灰岩节理裂隙向下渗透至宝塔组灰岩岩溶向下渗透后，转化为地表水。该渗漏通道主要位于原地形冲沟东侧。该途径渗漏量随着尾矿堆积高度增加渗漏面积增加而增大，渗漏较严重是库区渗漏的次主要途径。

（4）尾矿库中水通过五峰组砂质页岩、页岩和志留系粉砂质泥岩、页岩的节理裂隙向库区西侧及北侧渗漏，流出地表，转化为地表水。该途径渗漏量较小，在尾矿堆积在任何高度时均存在。

3 结论

（1）本尾矿库库区存在渗漏，对坝基、坝肩以及库区必须采取有效的永久防渗堵漏措施确保环境安全。拟建尾矿库按环保要求为Ⅱ类库，必须选择有效的防渗层和防渗结构进行防渗。

（2）当采用单层复合土工膜防渗处理时，考虑库区渗漏地质条件和防渗材料抗老化能力建议采用复合衬里（复合土工膜衬里+粘土衬里）防渗结构。膜下粘土防渗保护层厚度应大于100cm，渗透系数不应大于1×10-7cm/s，对于渗透性较大的地段应重点处理，粘土垫层厚度应适当加大。

（3）渗漏问题是动态变化的，要根据尾矿堆积的过程作好库区防渗监测和应急预案措施。