大面積堆浸場(chǎng)滲漏量計(jì)算分析

礦冶科技集團(tuán)有限公司 李彥禮

目前堆浸場(chǎng)防滲通常采用土工膜防滲，土工膜防滲層滲漏一般包括兩部分：一土工膜作為非孔隙介質(zhì)。其本身的滲漏量；二在施工過程中，由于對(duì)土工膜造成損傷，而形成的缺陷滲漏量。

一、滲漏量計(jì)算

（一）土工膜本身滲漏量

土工膜作為非孔隙介質(zhì)，其本身在水力梯度作用下的滲透機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不完全清楚,目前絕大多數(shù)學(xué)者沿用達(dá)西定律來描述在水力梯度作用下液體通過土工膜的滲透規(guī)律[2]。

（二）土工膜缺陷滲漏量

土工膜缺陷滲漏量主要由施工缺陷引起，偶然性大，不易發(fā)現(xiàn)[2]。根據(jù)Giroud統(tǒng)計(jì)分析，施工產(chǎn)生的缺陷，約每4000m2出現(xiàn)一個(gè)，其中接縫不實(shí)處，等效孔徑一般1-3mm，特殊部位可達(dá)5mm，偶然因素引起可達(dá)10mm。

1.單層土工膜缺陷滲漏量

采用單層土工膜防滲，下面土層的滲透系數(shù)大于ks＞10-3m/s,可利用孔口自由出流公式計(jì)算，

2.復(fù)合防滲層缺陷滲漏量

復(fù)合防滲層是由土工膜和其下的低滲透性土組合而成[2]。低滲透性土包括一定厚度黏土層或人工合成材料如GCL等，在計(jì)算滲漏量時(shí)，水流首先通過土工膜上的孔，然后在土工膜與低滲透性土之間間隙內(nèi)流動(dòng)，成為接觸面流[2]，與此同時(shí)，伴隨水流透過低滲透層，向深層土中滲透，如圖1。

圖1 復(fù)合土工膜缺陷滲漏計(jì)算模型圖

復(fù)合防滲層的缺陷滲漏量Q=Qr+Qs，其中Qr為接觸面流的流量，Qs為土中滲流的流量，Giroud通過理論分析和一些近似處理，導(dǎo)出了適合于is＞1.0一般情況下復(fù)合防滲層缺陷滲漏量計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式。

圖2 堆浸場(chǎng)靜水壓力計(jì)算圖

（1）而對(duì)土工膜與下層土接觸良好的情況

（2）對(duì)土工膜與下層土接觸不良地情況

對(duì)于圓形孔缺陷

iavg—平均水力坡降；R—土工膜下面土內(nèi)滲透區(qū)域的半徑（m）；a—土工膜上孔的面積（m2）；r1—土工膜上圓形孔半徑（m）；Hw—土工膜上水頭（m）；ks—土工膜下面土層的滲透系數(shù)（m/s）；Hs—土工膜下面低滲透性土層的厚度（m）

二、堆浸場(chǎng)內(nèi)靜水壓力計(jì)算

從上面計(jì)算土工膜滲漏量的公式可看出，土工膜上下水頭差Hw是一重要參數(shù)，即土工膜上的靜水壓力水頭。這在水庫和防滲溶液池中容易確定，但在堆浸場(chǎng)中卻不容易確定，堆浸場(chǎng)噴淋系統(tǒng)實(shí)施作業(yè)，浸出液進(jìn)入礦堆、非飽和區(qū)逐漸減小、飽和區(qū)逐漸增長(zhǎng)，直到達(dá)到平衡，關(guān)鍵是確定浸出面高度。

陳喜山[3]假設(shè)礦堆底墊為水平，經(jīng)過理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，還得到了礦堆底板水平布置時(shí)礦堆中各點(diǎn)浸潤(rùn)面高度z隨著供液強(qiáng)度W、滲透系數(shù)k、礦堆長(zhǎng)度L和某點(diǎn)位置x變化的經(jīng)驗(yàn)公式。具體形式如下:

如果計(jì)算出了Z，即得到了Hw，就可利用Giroud簡(jiǎn)化公式計(jì)算滲漏量。

三、工程實(shí)例

新疆某堆浸場(chǎng)位于一山梁和山谷之間，堆浸場(chǎng)地通過消平山梁和排土場(chǎng)堆排山谷，其形成滿足規(guī)模要求的場(chǎng)地，地基為粉土與粉砂。以防滲系統(tǒng)為5000g/m2+1.5mmHDPE+400g/m2土工布。

堆浸場(chǎng)分兩期建設(shè)。其中，一期長(zhǎng)800m，寬210m，縱向坡度4.0%，橫向坡度2.0%，面積16.8萬m2，設(shè)計(jì)每層礦堆高8m，共2-3層；最終堆浸場(chǎng)長(zhǎng)880m，寬625m，面積55萬m2，堆高8層，總堆高64m，總坡比1:3.

堆浸工藝采用筑堆后分批堆浸，分為三個(gè)單元，每個(gè)單元堆高8m，面積為34722m2，噴淋強(qiáng)度為10L/m2.h。

四、滲漏計(jì)算

首先要分析每個(gè)單元的靜水壓力，即飽和區(qū)最大高度Hw，噴淋強(qiáng)度W為10L/m2.h，礦堆長(zhǎng)度L約200m，經(jīng)計(jì)算Hw=0.67m。

按每4000m2出現(xiàn)一個(gè)孔洞，孔洞半徑5mm，每單元的孔洞數(shù)為9個(gè)，土工膜下土層厚度Hs為0.01m，滲透系數(shù)ks為1.0×10-10m/s，計(jì)算結(jié)果如表1、表2所示。

表1 土工膜與下層土接觸良好的情況

表2 土工膜與下層土接觸不良的情況

五、結(jié)論

（1）堆浸場(chǎng)滲漏量計(jì)算非常復(fù)雜，需考慮堆浸場(chǎng)靜水壓力高度，防滲型式，孔洞大小及分布，膜與下層土接觸情況等；

（2）復(fù)合防滲比單層防滲滲漏量小很多，建議采取復(fù)合防滲型式；

（3）在靜壓水頭不很高的情況下，土工膜復(fù)合防滲缺陷滲漏量較小。但膜與下層土接觸不良滲漏量是接觸良好滲漏量大約5倍，施工中膜與下層土應(yīng)接觸良好；

（4）從計(jì)算可得知，即使采用復(fù)合防滲，由于膜本身及缺陷等原因，還是會(huì)造成一些滲漏，建議在有條件的地區(qū)增加垂直防滲。

相關(guān)鏈接

堆浸場(chǎng)是生產(chǎn)企業(yè)實(shí)施堆浸工藝的生產(chǎn)場(chǎng)所。堆浸 (heap leaching)作為一種礦物浸出工藝，又稱堆攤浸出，是使浸出劑滲入礦石堆而溶出有用組分，主要用于浸出低品位的鈾礦石、氧化銅礦石和金礦石。

使用該法時(shí)，低品位的礦石堆放在堆浸場(chǎng)里，堆浸場(chǎng)事先用滲透系數(shù)低的材料來作防滲襯墊。堆浸液從礦堆的頂部淋下，滲透過礦堆（礦堆并沒有完全浸透）并最終匯積在底部透水層，然后在鋪有襯墊的集液池中收集母液，最后通過不同的工藝提取各種金屬。堆浸場(chǎng)使用土工合成物時(shí)，防止污染和順暢排水是應(yīng)當(dāng)考慮的兩個(gè)最重要的因素。