浅谈尾矿库防渗措施

厚自铃息学院：矿业学院班级：矿加10姓名：范明阳学号：120103707026范明阳辽宁科技大学矿业学院摘要:介绍了尾矿库防渗与生态重建措施，并提出了在实施中应注意的问题，同时对后续管理工作提出了建议。关键词：尾矿库；防渗；生态重建引言矿业在为我国的工业发展提供原料、创造价值的同时，也带来了一系列的生态问题。矿物加工过程中产生尾矿需要大面积的堆置场地，从而导致对土地的过量占用和对堆置场原有生态系统的破坏。另外有些尾矿含酸、碱及放射性或重金属元素等物质，会通过地表水径流、大气飘尘污染周围的土地、水域和大气，其影响要经过长时间的努力才能恢复。当尾矿库闭库时还需要进行生态重建，最大程度地减少对生态环境的污染和破坏。1.尾矿库防渗措施《防治尾矿污染环境管理规定》中明确指出，尾矿贮存设施必须有防止尾矿流失的措施。尾矿流失指尾矿贮存设施不能控制尾矿砂、废水通过非利用渠道离开尾矿库，而尾矿废水的流失主要是尾矿库废水渗漏到地下，会将尾矿中含有的污染因素带出，进而污染水及土壤环境。尾矿库的防渗措施最基本的目的是控制渗流携带的污染物对地下水的影响。渗漏控制的方法必须与渗漏水的化学特性和特定库区场地条件相适应［1］。由于引起渗漏的影响因素是多方面的，因此在尾矿库的建设伊始应进行正确的防渗设计，在施工过程中严格执行设计要求，这才是最简单有效的防渗方法。1.1区分尾矿废水性质并不是所有选矿废水都有毒，因为矿石类型、选矿时所添加的药剂不同，导致选矿废水从无毒到有毒的范围非常广。防渗的目的是防止尾矿废水对地下水环境造成污染，措施应依不同的尾矿而定。有的选矿废水中没有有毒污染物（如硫酸盐等）或污染物的迁移可以被自然阻滞，对地下水环境的威胁较小可不进行防渗控制；有的选矿废水中污染物含量较少，尾矿坝虽然可以部分拦截尾矿库废水，但仍可能发生一定量的渗漏，需要进行污染分析，同时对地下水环境质量进行监测；还有一类废水中含有毒性污染物，若发生渗漏将会对地下水环境造成严重影响且不易消除，针对此类废水需要采取一些有效措施，对其实行全封闭管理，杜绝渗漏，达到尾矿废水零排放。垫层尾矿泥垫层最经济实惠，即利用自身尾矿浆中的尾矿泥铺设在尾矿库底部,依靠自身的低渗透性形成防渗垫层。对于某些尾矿类型，这是一种较适合的渗漏控制方法。能够使用尾矿泥垫层来防渗的尾矿库其自身需要具备：1)尾矿泥(-01075mm)在矿浆中的比例应＞40%,并通过旋流器分离出来；2)分离的尾矿泥固结后的渗透系数必须接近10-6cm/s[1]。尾矿泥垫层可以经受住相当大的基础沉降，其它类型的垫层就不具备这样的特点，但是尾矿泥垫层在施工中需要特别注意：要改进正常的尾矿排放程序，对尾矿池水进行严格控制，尽量减少到最低；尾矿泥垫层的作用单一，即减少渗漏量，但也可能使垫层下的土壤受到污染，进而影响到地下水和尾矿库下的土壤环境。粘土垫层粘土是传统的防渗材料，实验证明压实粘土的饱和渗透性变化范围从10-5〜10-8cm/s不等。但是想要满足渗透系数＜10-7cm/s的要求，需通过粘土中特有的矿物来达到，若粘土中不含有这些矿物将很容易干燥、产生冻融收缩裂缝。根据不同的要求，可以在粘土中添加不同的添加物来降低粘土的渗透系数，通常的添加物有膨润土、磷酸四钠、三磷酸钠、碳酸钠、碳酸钙、氯化钠等添加物可根据尾矿库的防渗要求以及尾矿废水的性质来确定。膨润土具有良好的吸湿膨胀性、低渗透性、高吸附性及良好的自封闭性，其渗透系数可达10-9cm/s以下，按照重量比2%〜6%的膨润土与砂土混合后，其渗透系数可达到10-6cm/s。但是采用粘土垫层需要注意的是在施工过程中要严格控制粘土的含水量,不能太干，否则容易造成粘土开裂影响到垫层的防渗效果，同时尾矿废水的性质也要考虑进去，如果尾矿库废水pH值过高，粘土也会产生收缩影响防渗效果，应该在尾矿废水进入尾矿库前适当降低pH值，以免造成渗漏事故。合成垫层合成垫层是尾矿库的防渗措施中一种较新的技术，其原料有混凝土-聚合物、沥青-聚合物、合成橡胶及热塑性塑胶膜等，由于前3种垫层成本高、耐老化强度差、易损坏和施工难度大等问题，热塑性塑胶膜垫层相对来说比较广泛地应用于尾矿库防渗中。热塑性塑胶膜垫层中包括：聚氯乙烯(PVC)、氯磺酰化聚乙烯(Hypalon)、氯化聚乙烯(CPE)、增塑聚烯烃(EP)和高密度聚乙烯(HDPE)。综合来看氯磺酰化聚乙烯和高密度聚乙烯的性能优越一些，应用前景较好。国外近年来开发了复合粘土防渗材料(GCL),又称土工织物膨润土垫，在《土工合成材料应用技术规范》(GB50290-1998)中定义为：土工织物或土工膜间包裹有膨润土或其它低透水性材料，以针刺、缝接或化学剂粘结而成的一种防水材料就是利用膨润土与高密度聚乙烯贴合，或用两层土工布将膨润土固定做成一种薄层防渗材料，该材料利用高密度聚乙烯在完整状态下几乎完全不透水、。事实上，垫层并不能完全杜绝渗漏，既使经过合理的设计、严格的施工仍有很多不稳定的因素存在，导致垫层不能达到预期的防渗目的，如地质断裂作用、尾矿堆积产生应力的破坏及垫层的接缝不严等都可能导致垫层的防渗功能减弱，从而使尾矿库发生渗漏。1.1.4渗流障渗流障包括截流沟、泥浆墙和注浆幕，主要适用于设有不透水心墙的尾矿库。渗流障埋设在下游型坝的上游段、中心线型坝的中心段，一般不适应上游型坝，可以起到使渗流侧向运动的作用。为了显著地减少渗漏量，渗流障必须穿过透水基础地层达到不透水地层。注浆幕是经由钻孔将水泥、膨润土悬浮体或两者的混合体等通过压力注入岩石中。上述3种方法各有利弊，要综合地质因素及经济条件等因素因地制宜地选用，以达到最佳的防渗效果。渗漏返回系统该系统是将尾矿库渗漏出坝外的废水汇集起来再返回尾矿库，从而减少或消除污染物质对周围环境的影响，分为集水沟或集水井。集水沟建在不透水层上，将渗漏水汇集起来，再用水泵泵回尾矿库，与截流沟很相似可以单独使用，也可以作为其它工程的辅助设施来使用。集水井是在尾矿坝下游所打的一排水井,汇集渗漏水，一般作为渗漏补救措施而使用，可以防止被污染的地下含水层污染范围扩大，建设费用较高。尾矿库后期防渗管理尾矿库建成并投入使用后，并不意味着防渗工作已经停止，相反由于防渗工程随着尾矿的堆积变成隐蔽工程，其管理难度也更大，如何保证在使用过程中，甚至是闭库以后防渗工程的有效性是防渗管理需要注意的问题。尾矿库的防渗工程无论是垫层还是渗流障都存在一定的安全隐患，必须派专人对尾矿库的渗漏问题进行监督检查，主要工作是关注尾矿库所在地区地质情况及历史上的运动规律，在地震等重大灾情发生的时候做到心中有数，可根据尾矿库设计等资料快速有效地作出反应，减少灾害影响；同时对尾矿库周围的地表及地下水环境质量进行定期监测备案，对积累的监测数据进行对比分析，及时发现尾矿库的异常渗漏现象，对有可能出现的渗漏事故提前做好准备工作。2.尾矿库生态重建2.1尾矿库的土壤改良和表层覆盖技术尾矿库土壤的改良应依据不同的尾矿性质采取不同的方法，对酸性尾矿砂可采用石灰掺合剂；对碱性的可采用氯化钙、石膏等作为调整剂。尾矿砂一般含有有毒的重金属元素，对植物生长不利，一般采用铺设隔离层的方法。隔离层是在尾矿上覆盖一层能与重金属反应使其沉淀的物质，如石灰、硅酸钙、炉灰、钢渣、粉煤灰等含硫物质，可与重金属反应生成硫化物沉淀，降低重金属的扩散。隔离层覆盖完毕后还要在上面覆盖土壤，厚度可根据尾矿库利用方向确定。以农业为利用方向的覆盖土壤层要相对厚一些，一般在015〜1m;以植树种草为方向的可薄一点，0105〜013m即可。有些尾矿库不要求快速恢复植被，可采取不覆土直接种植的方法，但由于尾矿砂比较贫瘠。实践证明，第二种方法有较好的改良土壤结构作用。鞍山等地在尾矿库的改良过程中在尾矿库上种植果树取得了成功，在其它地方的尾矿库重建中也进行了种植果树的尝试，但种植果树的尾矿库覆盖土层要厚一些，1m的厚度比较适合。2.2 尾矿库种植植物的筛选与种植尾矿库种植的植物要根据尾矿库的利用方向来选择，选择植物的原则包括耐瘠薄、抗逆性强的植物,如沙棘、紫穗槐、旱柳、刺槐、马鞭草、铁线草、夹竹桃等物种，尤其是在重建初期土壤贫瘠、种植条件恶劣的情况下，应以适应性强、生长能力强的乡土植物作为首选。首钢矿业公司从1988年开始对大石河尾矿库进行覆土绿化试验，在平台和平台斜坡上覆土012m,再种植以紫穗槐为主的水土保持林，实践表明，完成了尾矿库绿化600多亩（1亩=667m2）。3.1资源枯竭矿区土地与可持续发展目前，全国共有各类矿山企业14.5万家，其中大型矿山527座、中型矿山1354座、小型矿山和砂石黏土采场14万多处［2］；有440座矿山、50座矿业城市因可供开发的后备资源不足，面临“矿竭城衰”的严重威胁，其中有的主力矿山已经关闭或即将关闭，有的资源产业处于衰减状态［1,3］。矿山关闭后有大量的废弃土地、遗弃厂矿等被遗留给地方政府恢复利用。若不能很好落实土地复垦与生态重建，就可能产生环境安全、人居安全隐患，甚至动摇地方经济的持续发展。3.1.1资源枯竭矿区现状全国约80%的资源型城市分布在中西部地区。黑龙江省有13个，山西省有11个，吉林、内蒙古、山东、河南、辽宁等省分别为7〜10个（表1）；东北三省合计30个，约占全国的1/4。60个典型资源型城市的地区分布中，山西省有8个，黑龙江省、辽宁省、内蒙古自治区各7个，吉林省有6个；东北三省合计20个，占全国的1/3。全国93个资源型矿业城市中，煤炭城市有64个，有色冶金城市有12个，石油城市有9个，黑色冶金城市有8个，分别占68.8%、12.9%、9.7%和8.6%。从城市行政级别构成看，地级城市47座，县级城市71座［4］。中国公布的资源枯竭矿业城市主要以煤炭、铁矿、铜矿、石油产业为主，分别有17座、4座、1座、3座。表1资源枯竭矿业城市分布Table1Distributionofresourceexhaustedminingcities城市类型资源牺市拈端城市煤炭皱市唐山，邯郸，邢台，武安，大同，阳泉，长治，昔城，朔州，古交，难州，善义，介休，高平.原平，.乌海.赤峰，满洲里，东胜，在林郭勒，抚成.阜新，铁法.辽源，九台市，鸡西.鹤岗，双鸭山，七台河，淮南，淮北，永安，萍乡.丰城，乐平.高安，枣庄，制泰.琵口，滕州，邹城，肥城.平顶山.蛇壁，焦作，也马，波州.瓷封.耒阳.资兴，卷薄，台山.广元.华舞，达州，综竹.六盘水.宣成，开远，嗣川.弗城，石嘴善卖，抚瓶，阜新，北票，辽源.丸台市，七台河，淮北，萍乡.枣庄，售柞，耒阳成兴，合山，华餐.铜川，石嘴地山，哈密有色冶金城市 箱芦岛，铜陵，•兴，冷水近.乐园.凭祥.东川，个旧.白银，金昌，勒毒.阜康 铜曾.冷水江，个旧，白银黑色冶金城市 迂盅，本强.马♦山.澄平.太治.挪州.宰枝花，临湘 大冶石油诚布 锡林浩特.大庆.盘锦.东菅.濮阳.二江，玉门，克拉玛依.库尔勒 盘锦.潜江，玉门表旦矿区土地损毁类型Table2TypesofdamagedlandInminingareas矿产类型和开采方式表现形式石油天然气土地沙化，水土流失.地面沉降，水土污染能源矿产煤炭土地压占与破坏，地面塌唱，地裂缝，瓦斯爆作，矿井实水，煤层自憋，煤肝石自燃，水污染,太气环境污染金属矿产捎坡，泥石流，尾矿库濯坝，崩塌，水土环境j亏染沙石黏土类毁坏土地、改变地形地貌，太气污染非金属盐类伴生共生资蕴浪费较严重，环境污染矿产石材类矿产资藻浪费.土地植被损坏，崩塌，滑坡，泥石流磷疏化工类水土环境污染J3ZTTTf7表土剥离改变地貌荒观.境干排水造成地下水均衡系统破坏，外排土场压占土地植被，滑弟大升米玻，土地沙化，水土流失，粉尘污染地下开采地面塌略，地裂缝，矿井突水，煤矿瓦斯爆炸水力开采河值毁损，革地破坏，水污染3.1.2资源枯竭矿区生态恢复方案资源枯竭矿区大多距离城市较远，位于城郊、乡村或荒野，加之其损毁状态、自然条件、社会经济条件的差异，矿区生态复垦的途径不同。从用途看，基本分为森林、牧草地(或十草地)、农田用地、野生物栖息地、娱乐地、商业用途、水利及