摘要：文章介绍了某锑矿尾矿库工程防渗系统的设计方案。尾矿库渗漏问题对环境和安全构成了重大威胁，因此设计一个有效的防渗系统至关重要。该设计采用了多种技术和方法，包括地质勘探、工程地质学和地下水动力学等，通过对矿区地质情况的研究和分析，确定了合适的防渗措施。设计方案包括选择适当的防渗材料和建筑结构。通过科学合理地设计防渗系统，可以最大程度地保护环境、保障安全，促进可持续发展。该设计方案可为类似工程提供参考，为尾矿库工程提供有效的防渗解决方案。

关键词：防渗设计;尾矿库;锑矿;地质勘察

中图分类号：TD926.4   文献标识码：B   文章编号：1004-2660(2024)02-0022-04

收稿日期：2023-08-07

作者简介：卢太卫(1992—)，男，贵州罗甸人，工程师。主要研究方向：岩土工程、矿山工程勘察、设计，水文地质、工程地质、环境地质等。

0  引言

尾矿库是采矿工程中不可或缺的一部分，其主要功能是储存和处理矿石的废料、废液等产生物质。然而，尾矿库的运行过程中面临着诸多环境和安全风险，其中之一便是渗漏问题。渗漏不.仅会对周边环境造成污染，还可能导致地下水和表面水体的污染，进而威胁生态系统和人类健康^[1-2]因此，在某锑矿尾矿库工程项目中，防渗系统的设计显得尤为重要。该文旨在介绍某锑矿尾矿库工程防渗系统的设计方案，以确保该尾矿库在运行过程中能够有效地防止渗漏问题的发生，保护周边环境和生态系统的安全。在设计防渗系统中结合了多种技术和方法，包括地质勘探、工程地质学、地下水动力学等^[3-4]通过对该矿区的地质情况进行详尽的调研和分析，确定了合适的防渗措施。其中，包括了选择适当的防渗材料和建筑结构，设计合理的渗流路径和渗流控制系统，以及规划完善的监测和处理措施等。通过科学合理地配置资源和技术，我们力求在满足环保要求的同时，最大程度地降低成本，并提高工程的可持续性和长期运行效益。

1  工程地质与水文地质调查

1.1  工程地质特征分析

1.1.1  地形地貌

工程区位于贵州省南部，属黔中山地及华南低山丘陵的一部分，受地质构造和地层岩性控制，山体走势呈南北向长带状展布，山岭海拔高程1000~1600m之间，相对高差一般100~500m。总体地形为北高南低、西高东低，属侵蚀溶蚀低中山地貌。尾矿库库盆为冲沟条带型,库区长约590m，库底高程约744.00~760.00m,沟底平均水力坡降2.71%，水面深0.3~2m,沟底宽35~68m,平均宽度约62m，河谷两岸山体雄厚，两岸坡度较陡55°~85°，植被发育，局部基岩裸露，库区冲沟蜿蜒曲折，属于深切峡谷型地貌。两岸地势较高，右岸高程一般为850~900m,最高点的高程为1182.00m,左岸高程一般为870~930m,最高点的高程为1153.00m。在该沟谷无支沟汇入。

1.1.2  地层岩性

库区出露地层主要为泥盆系下统(D₂)、第四系(Q)等。帮寨组(D₂b):岩性上部为灰至深灰色中厚层含泥砂岩夹浅铁红色含铁质砂岩,中下部为浅灰色中厚层状石英砂岩，深灰色含泥砂岩夹浅铁红色含铁砂岩及泥质粉砂岩，底部为深灰色薄至中厚层状泥质粉砂岩。独山组鸡泡段第一层(D₂d^1-1):岩性上部为浅灰至灰色薄至中厚层中至粗晶灰岩夹少量深灰色薄层粉砂岩,中下部为浅铁红色中厚层中粒含铁质砂岩、深灰色薄层含泥砂岩夹泥质粉砂岩，下部为浅灰至灰色中厚层状泥晶灰岩夹少量含泥质灰岩，厚度180.0m，主要出露于库首右岸顶部山头。第四.系崩塌堆积层(Q^col):成分为块石、碎石，局部夹少量粘土，结构松散，铅垂厚度3.00~8.00m,零星分布在左岸陡壁脚。第四系冲洪积层(Q^al+pl):成分为块石、碎石等，结构松散，厚2.00~4.00m，主要分布在沟底一带。库区地层呈单斜产出，产状290°~310°∠8°~12°，库区发育两条断层，呈东西向穿越库区。

1.2  水文地质调查

测区内局部有碳酸盐岩分布，局部有岩溶发育，岩溶形态主要为小型溶洞(孔)、溶蚀裂隙。但库盆区及堆渣范围均为碎屑岩地层，没有碳酸盐岩分布，没有岩溶现象。测区属于珠江流域都柳江水系的大涉河，马尾沟属于大涉河的左岸支流，沟内常年有水流，自北向南汇入大涉河地表径流方向为自北西向南东流，地层岩性以碎屑岩为主，局部夹碳酸盐地层，地下水类型主要为基岩裂隙水，其次为岩溶水，局部为孔隙水。地下水主要靠大气降水补给，通过浅表强风化岩体中的基岩裂隙呈脉状运移，最终呈分散状向地表河流排泄。受地形切割、岩性变化影响，地下水径流较短，表现出潜水“就地补给，就地排泄”的特点。

2  库区工程地质条件评价

2.1  库区渗漏评价

尾矿库库区设计防渗方式为水平防渗，根据库区地形特征，可将其分为3个区:①Ⅰ区:自然坡度<10°，分布在全库段库底一带;②Ⅱ区:自然坡度10°~50°，分布在左岸堆渣高程以下的全部岸坡、右岸K0+000~K0+125桩号段约760高程以下至河床岸坡一带、右岸K0+135~K0+185段设计堆渣高程以下至河床岸坡、右岸K0+185~K0+235段755m高程以下至河床岸坡、右岸K0+235~K0+365段设计堆渣高程以下至河床岸坡、右岸K0+365~K0+380段761m高程以下至河床岸坡一带、右岸K0+380~K0+445段设计堆渣高程以下至河床岸坡一带、右岸K0+463至库尾段设计堆渣高程以下至河床岸坡一带;③Ⅲ区:自然坡度>50，分布在右岸设计正常堆渣高程以下除II区以外的全部岸坡。

Ⅰ区分布在河床一带，地形较平坦，可将局部石料开采产生的弃渣铺平即可铺设防渗土工膜。河床现有覆盖层厚度4~6m,成分份块石、碎石及砂卵石等，其排渗能力强，地下水位一般在基岩面附近，即低于4m,汛期仍低于河床高程，其地下水不会对土工薄膜造成顶托影响。

Ⅱ区为两岸自然坡度<50°的缓坡地带，该区边坡大多为崩塌堆积或石料开采产生的弃渣堆积形成，成分为块石、碎石夹少量粉质粘土，结构松散，在库内堆放弃渣后，堆积体大多位于设计堆渣高程以下，且尾矿渣不与岸坡岩土直接接触，及库内堆渣对岸坡整体稳定有利，现状总体稳定。岸坡大多基岩裸露，泥盆系中统帮寨组(D₂b)浅灰色中厚层状石英砂岩，深灰色含泥砂岩夹浅铁红色含铁砂岩及泥质粉砂岩,岩层倾角6°~12°，边坡未见大型危岩体，坡体整体稳定。在铺设防渗土工膜之前，局部需将坡面进行修整平顺，如果在修整过程中发现有不稳定块体，建议进行清除。由于地表有3~6m厚的覆盖层，排渗能力强，枯期地下水位一般低于地表4m,汛期仍低于岸坡地表3m,地下水不会对土工薄膜造成顶托影响。

Ⅲ区分布在右岸地形陡峭区域，地形坡度>50°，基岩裸露，出露地层岩性均为泥盆系中统帮寨组(D₂b)浅灰色中厚层状石英砂岩，深灰色含泥砂岩夹浅铁红色含铁砂岩及泥质粉砂岩,岩层倾角6~12°，倾向右岸，由于河流弯曲，局部倾向下游，坡面及后缘未见大型贯通性结构面发育，边坡整体稳定。由于该区域地形陡峭，且坡面完整性差，在铺设防渗土工膜之前，建议对小型危岩体或潜在不稳定块体进行清除，在铺设防渗膜需修建贴坡墙体，建议将墙体基础置于基岩上，墙体基础承载力建议值f_k=500~800kPa。强风化岩体厚度3.5~6m,节理裂隙发育,坡面雨水能通过节理裂隙向库底排泄，根据岸坡钻孔地下水位观测结果，推测两岸地下水位埋深均>4m,地下水不会对土工薄膜造成顶托影响。

2.2  库岸稳定性评价

尾矿库库区为沟谷型，两岸地形陡峭，出露.地层为泥盆系中统帮寨组(D₂b):岩性为砂岩、石英砂岩、含铁质砂岩夹泥岩，受构造影响，岩层产状有一定变化，主要产状为290°~310°∠6°~12°，冲沟的延伸方向变化较大，库区主要为斜向谷、顺向谷，其中0+300~0+420库段左岸为顺向坡，但岩层倾角为6°左右，现状边坡整体稳定，堆渣后不会出现滑坡。近库尾段左岸坡有崩塌堆积层，铅垂厚度3~10m,成分为块石、碎石，局部夹少量粘土，结构松散,为上部岩体受风化和卸荷裂隙等共同作用产生崩塌堆积形成,堆积坡度35°~45°，堆积体现状稳定，库区堆积矿渣对库岸边坡稳定有利，即堆渣后库岸总体稳定。

3  锑矿尾矿库防渗措施的选择与设计

为达到环保规范的要求，需要使用一些针对环保的材料^[5-6]，其规格及参数直接影响到该工程的成败，要求投人使用的HDPE土工膜为双光面膜，膜厚1.5mm。要求土工布为无纺土工布，质量≥400 g/m²，土工布各项性能指标应符合《土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布》GB/T17639-2008等国家现行相关标准的要求。GCL膨润土防水毯要求应表面平整，厚度均匀,无破洞、破边现象，针刺类产品针刺均匀密实,应无残留断针。一般工业废物处置场中使用的GCL单位面积总质量应≥4800 g/m²，其中单位面积膨润土质量应≥4500 g/m²;膨润土体积膨胀度应≥24 mL/2 g;抗拉强度应≥600 N/10 cm;抗剥强度应≥40 N/10 cm;渗透系数应<5x10~11 m/s;抗静水压力0.4 MPa/1h,无渗漏。土工复合排水网中土工网和土工布应预先粘合，且粘合强度应>0.17 kN/m;土工复合排水网的土工网.宜使用HDPE材质，纵向抗拉强度应>8 kN/m,横向抗拉强度应>3 kN/m;土工复合排水网的土工布规格应≥150 g/m²;

4  锑矿尾矿库防渗设计

矿库属于“Ⅱ”类一般固废场，库内需做水平防渗，设计采用铺设HDPE土工膜一层做水平防渗对库内渣体进行封闭，结合部分垂直防渗。铺设范围为库尾挡水坝迎渣面及库区内按洪量9.56万m3考虑超高1.0m进行控制。

根据地质资料，库区底部河床均为卵砾石层，厚2.5~5.0m,渗透性较强，排水效果较好,后期由于库岸料场开挖弃渣及水平防渗构建面清坡削方均铺于库盆底部，主要为块碎石，经碾压整平后即可作为排渗层，铺设厚度大于6.0m,排渗效果良好，汛期不会对膜形成顶托作用。库.岸两侧强风化层裂隙发育，且未见泉水发育，地表水能及时顺畅地汇于沟底，也不会对水平防渗膜形成顶托作用。

为了达到环境保护要求，库内作水平防渗,采用整体铺设HDPE土工膜一层，膜厚为1.5mm。库内铺膜根据地形的不同，构建面的处理方案及也不相同，设计上根据不同的地形设计了不同的构建面，分述如下:

平缓区集中于库盆底部，经排渗层碾压整平后形成，构建面处理方案是利用原有河道回填大块石和碎石做导排渗层，并对回填体进行碾压，铺设厚度以超过下游坝体上最低一排的排水孔1.0m左右作为控制，且≥1.5m厚;其后在上部做保护层，保护层的材料为GCL防水毯，要求选用的GCL防水毯单位面积总质量应≥4800 g/m²其中单位面积膨润土质量应≥4500 g/m²，上部铺1.5mmHDPE土工膜。

缓坡区是指坡度<30°的库岸，分两种情况:第1种为覆盖层粘土夹碎石的，构建面为按地形夯实整平，铺@60x60 mm复合排渗格栅，再铺设GCL防水毯，要求选用的GCL防水毯单位面积总质量应≥4800 g/m²，其中单位面积膨润土质量应≥4500 g/m²，最后铺1.5 mmHDPE土工膜。第2种为基岩裸露的，构建面清除尖锐棱角的岩体，并按地形整平后，喷C15素砼，厚50~100 mm，然后铺设厚度1.5 mm的HDPE膜一层。

较陡区主要是地形坡度>30°、<55°的库岸,多分布于两岸760.0m高程以上，主要是基岩露带，少量见粘土夹碎石层，构建面处理为清除松:散的表层土，并清除岩体的尖锐棱角，喷C15素砼，厚50~100mm,然后铺设厚度1.5mm的HDPE膜一层。

陡岩区主要分布于挡渣坝前右岸及高程在763.0 m高程以上的局部位置，这些位置岩体近于陡立，坡度均>55°，构建面处理分位置不同而不同:处于763.0 m以下的，为形成HDPE膜的.锚固平台，采用M7.5浆砌石贴坡，砌体厚度不小于2.0 m,迎渣面作清浆处理，形成构建面,墙体顶部设置锚固沟。浆砌石护壁>60°的设锚杆，规格为φ20I级镙纹钢筋，单根长6.0 m,3x3.0 m间距梅花型布置，相邻两排锚杆的锚固深度不一，分别为5.5 m和4.5 m,锚杆位于砌体部分长度为0.5 m和1.5 m。同时在浆砌石砌体内相同高度设2根φ20I级镙纹钢筋做横向拉结筋，对相应于锚杆位于砌体内的深度，拉结筋与锚杆之间做焊接。使砌体与山体紧密结合;坡度<60°的不设锚杆。高于763.0m高程以上的>55°的区域主要是第二期堆渣范围内，根据现行规范要求，构建面根据锚固平台设计的高程削坡后进行喷C15素砼，厚50~100 mm，然后铺设厚度1.5 mm的HDPE膜1层。水平防渗工程第一期实施范围统一为763.0m高程以下，也是水平防渗施工第一期的HDPE膜的铺设顶部高程，763.0~777.0 m高程之间区域为第二期水平防渗铺设区域。库首挡渣坝立视见图1。
 
5  结语

某锑矿尾矿库工程的防渗系统设计目的是确保尾矿库的稳定性和环境安全，通过合理的设计和施工，有效地防止尾矿渗漏和水体污染，在设计防渗系统时采用了多种措施。

在尾矿库底部和侧壁采用了高强度防渗层材料，如土工合成材料和防渗膜，以阻止尾矿的渗透。这些材料具有优异的防渗性能，并能抵抗化学腐蚀和机械破坏。

设计了排水系统，及时排除尾矿库内部的水.分。排水系统包括雨水排水、地下水排水和尾矿库内部水排水。通过合理布置排水管道和设置抽水设备，保证尾矿库内没有积水，减少渗漏的风险。

总体而言，某锑矿尾矿库工程防渗系统设计综合考虑了工程的稳定性和环境安全性。通过全面的设计措施和监测系统，有效地减少了尾矿渗漏风险，保护了水体资源和生态环境的安全。

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