堆浸場地平整坡度的探討*

劉　寧　羅敏杰

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司)

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堆浸場地平整坡度的探討*

劉寧羅敏杰

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司)

摘要針對堆浸場設(shè)計和建設(shè)中場地平整坡度爭議的問題，根據(jù)堆浸場基礎(chǔ)沉降后形成的穩(wěn)定基礎(chǔ)面不形成倒坡為原則，計算堆浸場地平整最小坡度，并提出了堆浸場地平整最小坡度的影響因素。

關(guān)鍵詞堆浸場場地平整坡度

近年來，有色金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，隨著濕法冶煉技術(shù)水平的不斷提高，堆浸工藝逐漸運用于世界各地多個礦山，相比常規(guī)選礦工藝來說，堆浸工藝具有流程簡單、投資成本小、生產(chǎn)作業(yè)安全及經(jīng)濟效益高等優(yōu)勢。隨著資源的不斷開采，各礦山資源逐漸貧化，為了加大對低品位資源的利用，大型堆浸場逐漸增多，21世紀(jì)以來，礦業(yè)發(fā)達國家，如美國、智利、澳大利亞、中國、南非、加拿大和緬甸等都新建了堆浸場，到目前為止，全世界大約分布有上百個大型堆浸場。

堆浸工藝中，堆浸場的浸出參數(shù)決定了生產(chǎn)效率，也關(guān)系到整個礦山的效益，堆浸場溶液收集時間越短，生產(chǎn)效率就越高。適宜的場地平整坡度有利于堆浸場內(nèi)部溶液順利排出并收集，且關(guān)系到基建期土方工程量、堆體的安全穩(wěn)定性、金屬回收率和溶液流出時間等，因此堆浸場地平整坡度十分重要。

1堆浸場場地平整坡度存在的問題

目前國內(nèi)尚缺乏堆浸場地平整坡度相關(guān)規(guī)定，也沒有相關(guān)資料對其進行系統(tǒng)研究，生產(chǎn)現(xiàn)場存在以下爭議：

(1)從堆浸工藝考慮，堆浸場地平整坡度越小，溶液在溶液收集層內(nèi)流動性變差，流出時間變長，在高寒地區(qū)甚至?xí)纬山Y(jié)晶，滯留在堆體和溶液收集層內(nèi)，進一步降低了堆體和溶液收集層的導(dǎo)水率，形成惡性循環(huán)，且隨著堆浸場礦石堆高，基礎(chǔ)沉降增大，還可能形成碟形基礎(chǔ)，導(dǎo)致部分溶液永久滯留在堆體或收集層內(nèi)，影響金屬回收率。因此工藝希望堆浸場平整坡度越陡越好。

(2)從安全考慮，堆浸場地平整坡度越陡，堆體穩(wěn)定性越差，因此安全及巖土專業(yè)希望堆浸場地平整坡度越緩越好。

(3)從基建期投資考慮，堆浸場地平整坡度應(yīng)盡量貼合原始地形，場地平整工程量越小越好。

2堆浸場地平整最小坡度研究

堆浸場的穩(wěn)定性除了與其平整坡度有關(guān)，還與堆體外邊坡、堆體本身的物理力學(xué)性質(zhì)等因素有關(guān)。礦石酸化后，物理力學(xué)性質(zhì)會發(fā)生變化，影響堆浸場的穩(wěn)定性；溶液在溶液收集層中的流動性除了和堆浸場地平整坡度有關(guān)外，還和溶液收集層的孔隙率、溶液產(chǎn)生量等因素有關(guān)。

為了最大限度地收集溶液，避免其永久滯留在堆體或溶液收集層內(nèi)，應(yīng)盡量使堆浸場地平整沉降后形成的穩(wěn)定基礎(chǔ)面不出現(xiàn)倒坡。堆浸場基礎(chǔ)沉降可根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 50007—2002)利用分層總合法進行計算。計算簡圖見圖1。

圖1　堆浸場場地平整最小坡度計算

3工程實例計算

位于緬甸的某項目堆浸場堆體外邊坡為1:2.0，總堆高84 m，場地強風(fēng)化巖層以上有全風(fēng)化巖、粉質(zhì)黏土、粗砂層、黏土、耕植土，總厚度為40 m。各土層及全風(fēng)化巖層的壓縮模量見表1。

清除耕植土后，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007—2002)利用分層總合法計算，綜合得出堆浸場最大沉降量為3.3m，此時穩(wěn)定基礎(chǔ)面與原地面形成的坡度為1.96%，因此如

表1各土層及全風(fēng)化巖層壓縮模量

果基礎(chǔ)沉降后形成的穩(wěn)定基礎(chǔ)面不出現(xiàn)倒坡，該項目堆浸場場地平整最小坡度應(yīng)大于1.96%。

此項目堆浸場規(guī)模大，總堆高及基礎(chǔ)以下各土層及全風(fēng)化巖層厚度相對為較不利條件，在此基礎(chǔ)上計算得出場地平整最小坡度，也符合世界范圍內(nèi)大部分堆浸場地平整最小坡度為2%的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

為了找出堆浸場外邊坡i、堆浸場總堆高H與堆浸場地平整最小坡度i0之間的關(guān)系，在保持其余條件不變的前提下，分別改變上述工程實例的堆浸場外邊坡及堆浸場堆高計算，結(jié)果見表2、表3。

表2　i～i0關(guān)系

根據(jù)以上算例可得出大致的規(guī)律：堆浸場外邊坡由陡變緩，堆浸場地平整最小坡度相應(yīng)變緩，堆浸場外邊坡對場地平整最小坡度的影響較大；堆浸場總堆高變高，堆浸場地平整最小坡度相應(yīng)變陡，堆浸場總堆高對場地平整最小坡度的影響較小。

表3　H～i0關(guān)系

4結(jié)語

(1)堆浸場地平整最小坡度可根據(jù)堆浸場外邊坡、堆浸場總堆高、基礎(chǔ)各土層及全風(fēng)化巖層厚度等數(shù)據(jù)計算得出。

(2)在堆浸場外邊坡為1:2、堆浸場基礎(chǔ)以下各土層及全風(fēng)化巖層厚度不超過40 m，堆浸場總堆高小于84 m時，堆浸場地平整最小坡度可取為2%，此時基本可以使得基礎(chǔ)沉降后形成的穩(wěn)定基礎(chǔ)面不出現(xiàn)倒坡。

(3)若原始地形坡度十分平緩，以計算得出的場地平整最小坡度進行場地平整，所需的工程量巨大時，為盡量減小堆浸場地平整工程量，但又不改變堆浸參數(shù)，可根據(jù)實際情況適當(dāng)放緩堆浸場外邊坡或減小堆浸場總堆高，擴大堆浸場占地面積。

(收稿日期2015-10-08)

*國家科技支撐計劃項目(編號:SQ2012BAJY3502)；“贛鄱英才555工程”領(lǐng)軍人才培養(yǎng)計劃項目經(jīng)費資助項目(編號:贛財行指[2012] 165 號)。

劉寧(1983—),男,工程師,330031 江西省南昌市前湖大道888號。