一种尾矿库闭库尾部软弱滩面路堤式覆土方法及装置与流程

1.本发明涉及尾矿库闭库中尾部软滩覆土技术领域，尤其涉及一种尾矿库闭库尾部软弱滩面路堤式覆土方法及装置。


背景技术：

2.近几十年来，随着矿业的迅速发展，尾库矿的数量也在递增。然而由于监管制度不完善和技术管理不到位等问题，造成尾库矿的闭库管理出现诸多问题。
3.尾矿库是矿山企业最大的环境保护工程项目，可以防止尾矿向江、河、湖、海沙漠及草原等处任意排放。一个矿山的选矿厂只要有尾矿产生，就必须得有尾矿库。所以说尾矿库是矿山选矿厂生产必不可少的组成部分。尾矿库一般由尾矿堆排系统、尾矿库排洪与排渗系统、尾矿库回水系统等几部分组成。
4.当前尾库矿的类型包括：山谷型尾矿库、傍山型尾矿库、平地型尾矿库和截河型尾矿库。
5.山谷型尾矿库是在山谷谷口处筑坝形成的尾矿库。它的特点是初期坝相对较短，坝体工程量较小，后期尾矿堆坝相对较易管理维护，当堆坝较高时，可获得较大的库容；库区纵深较长，尾矿水澄清距离及干滩长度易满足设计要求；但汇水面积较大时，排洪设施工程量相对较大。现有的大、中型尾矿库大多属于这种类型。
6.傍山型尾矿库是在山坡脚下依山筑坝所围成的尾矿库。它的特点是初期坝相对较长, 初期坝和后期尾矿堆坝工程量较大；由于库区纵深较短，尾矿水澄清距离及干滩长度受到限制，后期坝堆的高度一般不太高，故库容较小；汇水面积虽小，但调洪能力较低，排洪设施构筑物断面较大；由于尾矿水的澄清条件和防洪控制条件较差，管理、维护相对比较复杂。低山丘陵地区中小矿山常选用这种类型尾矿库。
7.平地型尾矿库是在平缓地形周边筑坝围成的尾矿库。其特点是初期坝和后期尾矿堆坝工程量大，维护管理比较麻烦；由于周边堆坝，库区面积越来越小，尾矿沉积滩坡度越来越缓，因而澄清距离、干滩长度以及调洪能力都随之减少，堆坝高度受到限制，一般不高；但汇水面积小，排水构筑物相对较小；平原或沙漠戈壁地区常采用这类尾矿库。例如金川、包钢和山东省一些金矿的尾矿库。
8.截河型尾矿库是截取一段河床，在其上、下游两端分别筑坝形成的尾矿库。有的在宽浅式河床上留出一定的流水宽度，三面筑坝围成尾矿库，也属此类。它的特点是不占农田；库区汇水面积不太大，但尾矿库上游的汇水面积通常很大，库内和库上游都要设置排水系统，配置较复杂，规模庞大。这种类型的尾矿库维护管理比较复杂，采用的不多。
9.目前，一、二等上游式山谷型尾矿库才逐步开始进入闭库期，按国家现行相关管理办法规定，闭库周期只有1年或1年半，加之该类尾矿库尾部堆存区的尾砂具有粒级细、含水率高、渗透性差、固结困难、承载力低、孔隙水压力高、高触变性和高压缩性等特征，闭库覆土施工机械设备和人员无法在短期内正常进入，这严重影响到了闭库覆土施工进度、质量和安全。
10.运行到设计最终标高或者不再进行排尾作业的尾矿库，必须在1年内完成闭库，特殊情况不能按期完成的，应当报经相应的应急管理部门同意后方可延期，但延长期限不得超过6个月。该项规定没有针对不同闭库尾矿库提出不同的闭库时间规定，通常一、二等上游式山谷型尾矿库具备库面大、沉积厚度大、细粒含量高等特点，其尾部堆存区的尾砂大多呈流塑状粉质黏土或黏土，具有含水率高、渗透系数低、难以固结、承载力低、超净孔隙水压力难以消散、高触变性和高压缩性等一系列特征。停止排尾并在无外来水源进入的前提下，尾部滩面一般也需要2～3年才能达到覆土施工机械设备和人员正常进入条件。若尾部软滩强行闭库覆土，往往会产生严重的挤压变形、不均匀沉降和振动液化(翻浆)现象，导致滩面凹凸不平、覆土消耗量成几何倍数增加，严重影响到了闭库覆土施工进度、质量和安全。
11.针对上述问题，本发明提出了一种尾矿库闭库尾部软弱滩面路堤式覆土方法及装置。对于闭库后仍采用原尾部排水井泄洪的尾矿库而言，不仅有效保证了一、二等上游式山谷型尾矿库尾部软弱滩面闭库覆土的进度、质量和过程安全，还确保了闭库后的滩面整体坡降基本不变(与设计相符)，有利于闭库后的调洪与行洪安全，而且还能切实减小闭库覆土消耗量。该方法效果显著，随着一、二等上游式山谷型尾矿库闭库数量的逐步增多，其推广前景将十分广阔。


技术实现要素：

12.本发明目的在于提供一种尾矿库闭库尾部软弱滩面路堤式覆土方法及装置，针对一、二等上游式山谷型尾矿库尾部堆存区尾砂固有的一系列特征，首先在其尾部软弱滩面上按纵横向间隔80m～100m用覆土土料堆筑成类井字型路堤网格(以满足土料运输车辆通过和稳固路堤下方尾砂不被挤走目的)，然后以轻载化运输车辆将覆土土料运输至类井字型路堤侧边滩面均衡堆放，最后再以履带式推土机(其地基承载力要求低)将覆土土料从四周均匀推移摊铺于路堤网格内的滩面上，从而达到尾矿库尾部软弱滩面快速、高质量、安全覆土的目的。
13.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
14.一方面，本发明公开了一种尾矿库闭库尾部软弱滩面路堤式覆土方法，所述方法包括：
15.在软弱滩面上规划路堤网格；
16.对所述规划路堤范围内软弱滩面进行处理；
17.将已处理的所述规划路堤范围内软弱滩面堆筑形成路堤；
18.将所述路堤网格范围内的软弱滩面整体覆土。
19.进一步地，所述在软弱滩面上规划路堤网格，具体为：
20.在尾矿库尾部软弱滩面上按纵横向间隔80m～100m规划出宽20m、通长设置的呈类井字型展布的路堤网格。
21.进一步地，所述对所述规划路堤范围内软弱滩面进行处理，具体为：
22.往库尾方向按顺序对规划路堤范围内软弱滩面呈带状、分区或分段铺设垫层，所述垫层包括无纺布包土工格栅垫层或土工席垫垫层。
23.具体地，若铺设无纺布包土工格栅垫层后堆筑的路堤有沉降；
24.或路堤两侧滩面尾砂有液化推移效应，则采用塑料排水板真空预压排水技术对所
述规划路堤范围内软弱滩面处理。
25.进一步地，所述将已处理的所述规划路堤范围内软弱滩面堆筑形成路堤，具体为：
26.往库尾方向按顺序，在已处理的规划路堤范围内软弱滩面上，采用覆土土料堆筑成类井字型路堤。
27.进一步地，所述将所述路堤网格范围内的软弱滩面整体覆土，具体为：
28.按逐步向库尾方向，将覆土土料运输至类井字型路堤侧边滩面均衡堆放，再将覆土土料摊铺于路堤网格内的滩面上。
29.另一方面，本发明还公开了一种尾矿库闭库尾部软弱滩面路堤式覆土装置，所述覆土装置包括：
30.规划单元，用于在软弱滩面上规划路堤网格；
31.处理单元，用于对所述规划路堤范围内软弱滩面进行处理；
32.堆筑单元，用于将已处理的所述规划路堤范围内软弱滩面堆筑形成路堤；
33.覆土单元，用于将所述路堤网格范围内的软弱滩面整体覆土。
34.进一步地，所述规划单元，具体用于：
35.在尾矿库尾部软弱滩面上按纵横向间隔80m～100m规划出宽20m、通长设置的呈类井字型展布的路堤网格。
36.进一步地，所述处理单元，具体用于：
37.往库尾方向按顺序对规划路堤范围内软弱滩面呈带状、分区或分段铺设垫层，所述垫层包括无纺布包土工格栅垫层或土工席垫垫层。
38.具体地，所述处理单元中，若铺设无纺布包土工格栅垫层后堆筑的路堤有沉降；
39.或路堤两侧滩面尾砂有液化推移效应，则采用塑料排水板真空预压排水技术对所述规划路堤范围内软弱滩面处理。
40.进一步地，所述堆筑单元，具体用于：
41.往库尾方向按顺序，在已处理的规划路堤范围内软弱滩面上，采用覆土土料堆筑成类井字型路堤。
42.进一步地，所述覆土单元，具体用于：
43.按逐步向库尾方向，将覆土土料运输至类井字型路堤侧边滩面均衡堆放，再将覆土土料摊铺于路堤网格内的滩面上。
44.本发明的技术效果和优点：
45.该发明缩短了待闭库尾矿库尾部软滩尾砂的排水固结时间，解决了尾砂挤压变形、滩面不均匀沉降和振动液化(翻浆)、覆土消耗量增加、闭库周期长等诸多问题，确保了闭库施工进度、质量和安全。该方法效果明显、前景广阔，可广泛推广。
46.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
47.图1为本发明一种尾矿库闭库尾部软弱滩面路堤式覆土方法的流程图；
48.图2为本发明实施例中某尾矿库闭库尾部软弱滩面井字型路堤式覆土平面示意
图。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基
50.于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.本发明提出一种尾矿库闭库尾部软弱滩面井字型路堤式推进覆土方法，可以缩短待闭库尾矿库尾部软滩尾砂的排水固结时间，解决尾砂挤压变形、滩面不均匀沉降和振动液化(翻浆)、覆土消耗量增加、闭库周期长等诸多问题，还可以确保闭库施工进度、质量和安全。
52.具体地，本发明公开的一种尾矿库闭库尾部软弱滩面路堤式覆土方法，如附图1所示，包括以下步骤：
53.在软弱滩面上规划路堤网格；
54.对所述规划路堤范围内软弱滩面进行处理；
55.将已处理的所述规划路堤范围内软弱滩面堆筑形成路堤；
56.将所述路堤网格范围内的软弱滩面整体覆土。
57.具体地，以图2所示的某尾矿库闭库尾部软弱滩面井字型路堤式覆土平面示意图为例，对上述方法进行详细说明。图2中，尾矿库待闭库覆土的尾部软弱滩面面积约有30 万m2，闭库后仍为坝顶高、库尾低，设计滩面平均坡度约为1％坡向库尾。图中黑色箭头标注了沿左上角方向的库前方向和沿右下角方向的库尾方向；图中标注了人字排水沟的位置，呈交叉网格状分布；图中数字
①
、
②
、
③
、
④
、
⑤
和
⑥
表示沿库尾方向，在拟处理的规划路堤范围内软弱滩面上，覆土土料堆筑成井字型路堤的顺序，需要说明的是，该尾矿库闭库后仍采用原尾部排水井泄洪，从施工方便性和工序推进角度，只能按照由承载力稍好的尾粉质黏土向承载力更差的尾黏土(即由前往后)顺序实施；图中用箭头标注了规划路堤范围内覆土推进方向。
58.具体的实施步骤为：
59.步骤1：在软弱滩面上规划路堤网格。
60.首先在规划带状路堤网格时，其纵横向规划间距可以根据实际尾部滩面形态、面积和沉积厚度、尾砂特性等调整，滩面上的路堤基础宽度根据需求路堤顶宽适当调整(以宽出实际路堤填筑底边线2m为宜)，规划路堤网格方向和位置需充分结合库面新建“人”字排水沟等设施并与之重合。本实施例中，在尾矿库尾部软弱滩面上按纵横向间隔80m～ 100m规划出宽20m、通长设置的呈井字型展布的路堤网格。需要说明的是，所述井字型路堤网格，并非标准的井字型路堤网格，“开”字型、“中”字型等其他类井字型也可以适用本发明。
61.步骤2：对所述规划路堤范围内软弱滩面进行处理。
62.其次是对规划后的路堤范围内软弱滩面尾砂实施固结处理，对于闭库后仍采用原尾部排水井泄洪的尾矿库，则往库尾(由尾粉质黏土向尾黏土)方向，按照图2中
①
、
②
、
③
、
④
、
⑤
、
⑥
的顺序对规划路堤范围内软弱滩面呈带状、分区或分段铺设无纺布包土工格栅垫层、土工席垫无纺布包垫层，或实施塑料排水板排水固结处理。铺设无纺布包土工格栅垫层
或土工席垫垫层的目的是将上部路堤的荷载均匀分散至滩面上，若铺设垫层后堆筑路堤下方尾砂仍有明显沉降(出现液化翻浆现象)，或其两侧滩面尾砂有明显液化推移效应(出现挤压鼓包现象)，说明滩面太软、承载能力严重不够，则需及时改为采用塑料排水板真空预压排水技术措施(缩短垂直方向的排水路径)处理，仅以闭库覆土为目的的软滩排水固结处理，采用b型塑料排水板插入深度6m～8m、间距0.8m～1m 为宜，处理前需在待处理滩面铺设一层不小于200g/m2编织土工布，以保证轻量化插板机(约2t～3t)、人员和材料能进入，再采用竹编篱笆垫底并铺设插板机导轨，然后插设塑料排水板、安装真空管路(横向间距1.6m、纵向间距30m的φ50pe波纹滤管)并铺设无纺土工布和2层12丝真空密封膜(周边均埋入滩面以下0.5m)，最后将水平排水管路经出膜器与真空预压系统(单台真空泵有效作用面积约8000m2)连接后，以真空度不小于85kpa预压排水约20天，从而达到路堤堆筑需求的滩面固结度要求。
63.步骤3：将已处理的所述规划路堤范围内软弱滩面堆筑形成路堤。
64.然后将已处理的规划路堤范围内软弱滩面堆筑形成路堤，在路堤下部滩面尾砂固结处理区域内，按处理完成的先后顺序呈带状、分区或分段采用覆土土料堆筑成井字型路堤，以确保轻载化土料运输车辆通过和后续整体覆土时路堤下方尾砂不再明显液化推移。
65.步骤4：将所述路堤网格范围内的软弱滩面整体覆土。
66.最后将所述井字型路堤网格范围内的软滩整体覆土，按逐步往库尾方向，以轻载化运输车辆将覆土土料运输至井字型路堤侧边滩面均衡堆放，再以履带式推土机(其地基承载力要求低)将覆土土料从四周均匀推移摊铺于路堤网格内的滩面上，最终完成了尾矿库尾部软弱滩面的快速、高质量、安全覆土。
67.基于上述覆土方法，本发明还公开了一种尾矿库闭库尾部软弱滩面路堤式覆土装置，所述覆土装置包括以下单元：
68.规划单元，用于在软弱滩面上规划路堤网格；
69.处理单元，用于对所述规划路堤范围内软弱滩面进行处理；
70.堆筑单元，用于将已处理的所述规划路堤范围内软弱滩面堆筑形成路堤；
71.覆土单元，用于将所述路堤网格范围内的软弱滩面整体覆土。
72.优选地，所述规划单元，具体用于：
73.在尾矿库尾部软弱滩面上按纵横向间隔80m～100m规划出宽20m、通长设置的呈类井字型展布的路堤网格。
74.优选地，所述处理单元，具体用于：
75.往库尾方向按顺序对规划路堤范围内软弱滩面呈带状、分区或分段铺设无纺布包土工格栅垫层或土工席垫垫层。
76.优选地，所述处理单元中，若铺设无纺布包土工格栅垫层后堆筑的路堤有明显沉降；或路堤两侧滩面尾砂有明显液化推移效应，则需改为采用塑料排水板真空预压排水技术处理，以保证闭库后滩面整体坡降基本不变。
77.优选地，所述堆筑单元，具体用于：
78.往库尾方向按顺序，在呈带状、分区或分段处理的规划路堤范围内软弱滩面上，采用覆土土料堆筑成类井字型路堤，以达到轻载化土料运输车辆通过和后续整体覆土时路堤下方尾砂不再明显液化推移的目的。
79.优选地，所述覆土单元，具体用于：
80.按逐步向库尾方向，以轻载化运输车辆将覆土土料运输至类井字型路堤侧边滩面均衡堆放，再以履带式推土机将覆土土料从四周均匀推移摊铺于路堤网格内的滩面上，从而达到尾矿库尾部软弱滩面快速、高质量、安全覆土的目的。
81.本发明提出一种尾矿库闭库尾部软弱滩面路堤式覆土方法及装置，可以缩短待闭库尾矿库尾部软滩尾砂的排水固结时间，解决尾砂挤压变形、滩面不均匀沉降和振动液化 (翻浆)、覆土消耗量增加、闭库周期长等诸多问题，还可以确保闭库施工进度、质量和安全。该方法效果明显、前景广阔，可广泛推广。
82.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。