CN111501730A - 铀尾矿泥真空预压排水固结方法 - Google Patents

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蒋树武
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赵发
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Abstract

本发明属于铀尾矿库安全技术领域，具体公开了本发明提出了一种铀尾矿泥真空预压排水固结方法，提高了尾矿库的安全性，经施工效果检测，真空预压处理后尾矿泥十字板剪切强度加入场地地基承载力得到显著提升。本发明提供的方法能够避免治理后的尾矿库滩面长期不均匀沉降，有效减少尾矿库坝体渗水量，降低铀尾矿库坝体渗水处理成本及周期。真空预压处理成本较堆载预压等方法处理成本节省一倍以上，且安全性高。施工工艺简单，对设备要求不高，成本低，可有效地提高尾矿库的长期稳固性。适用范围广，不仅适用于铀尾矿库，也可以应用于其它矿山尾矿泥的处理。

Description

铀尾矿泥真空预压排水固结方法
技术领域
本发明属于铀尾矿库安全技术领域，特别涉及一种铀尾矿泥真空预压排水固结方法。
背景技术
铀尾矿库是铀矿山的重大污染源，一旦发生溃坝事故，大量放射性尾矿流失库外，将造成下游环境辐射污染，严重危害下游生态环境及公众健康。
铀尾矿泥为一种特殊性软土，呈流塑-软塑状态，属高压缩性、高含水量、低干密度、低透水性、低强度的软土，人和机械无法入内，矿泥的存在将会对铀尾矿库治理工程的施工和长期稳固性构成一定的影响，如尾矿泥得不到妥善处理，滩面的长期稳固性无法保证，在较长时间内滩面将会产生较大的不均匀沉降，从而降低滩面覆盖层屏蔽降氡治理效果，还会使退役尾矿库坝外渗水回收设施长久地处于运行状态。
受历史条件的限制，过去国内对退役铀尾矿库内分布的尾矿泥一般未进行专门处理。目前，国外对铀尾矿泥的处理采用堆载预压法。堆载预压法处理尾矿泥存在覆土用量大、周期长、费用高等缺点。
虽然真空预压法已在国内滨海、江河和湖泊等堤坝工程软基处理中得到成功应用，但由于尾矿泥与滨海、江河和湖泊内分布的粘土在性质上存在较大差异。滨海、江河和湖泊内分布的软土，其成因是由于岩石受水流长期冲刷、风化形成的；而尾矿库滩面分布的软泥，其成因是天然矿石经过机械破磨、化学处理后产生的尾矿浆，再进行水力输送，在坝前进行自然分级，粗尾砂沉积于坝前滩面，细粒尾矿泥沉积于库中滩面形成。该软泥与天然地基软土在物理、力学性质上存在很大差异，目前，真空预压法处理尾矿泥在国内外尚未得到应用。
发明内容
本发明提供了一种铀尾矿泥真空预压排水固结方法，克服上述方法不足，为增加铀尾矿库安全性提供解决方法，即利用真空预压排水促使铀尾矿泥固结，从而提高铀尾矿泥的安全稳固性，避免退役治理后的尾矿库产生不均匀沉降，同时大大降低渗水处理设施运行时间和费用的方法。主要创新在于将真空预压方法应用到铀尾矿泥排水固结处理中。具体是这样来实施的：利用真空预压排水促使铀尾矿泥固结，增加铀尾矿库安全性。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种铀尾矿泥真空预压排水固结方法，包括以下步骤：
1)尾矿库滩面分区
将尾矿库滩面进行分区；
2)施工测量
对各分区进行施工定位放线和高程测量；
3)铺设土工布和土工格栅
在各分区上部自下而上依次铺设土工布和土工格栅；
4)铺设砂垫层
在土工格栅上均匀铺设砂垫层；
5)打设塑料排水板
在砂垫层***塑料排水板；
6)打设粘土密封墙
用粘土密封墙将各分区的施工区与非施工区进行隔断，使得施工区处于密闭状态；
7)铺设滤管
打设排水板施工完成后，铺设滤管；
8)场地平整
铺设好滤管后，将外露的塑料排水板埋入砂面以下，并将插塑料排水板时形成的孔洞填实，拍实抹平砂面；
9)开挖压膜沟
在各分区边界处开挖压膜沟；
10)铺设土工布和密封膜
在平整的场地先铺设无纺土工布，再铺密封膜；
11)连接抽真空设备
在各分区的施工区水平安装真空泵；
12)真空预压抽气
检查、修补漏气；
13)抽真空维护
真空度达到80kPa，开始恒载计时，真空预压区恒载时间不少于90天。
进一步地，施工定位放线采用GPS将分区坐标高程控制点，由复测确认的理论基准点引测至施工区域，作为临时控制点；
高程测量包括场地铺砂垫层、打设塑料排水板后进行高程测量。
进一步地，塑料排水板为C型板和/或正三角形，塑料排水板埋入砂垫层的长度不小于0.3m。
进一步地，密封墙为钠基膨润土密封墙，密封墙的***深度不小于1.0m，密封墙的厚度为1.2m。
进一步地，钠基膨润土密封墙的材质包括钠基膨润土与水，钠基膨润土与的质量比为1：8。
进一步地，滤管的横向间距为4m，纵向间距为20m；滤管是通径为Ф80mm的波纹滤管。
进一步地，滤管表面包裹滤布，滤布为150g/m2长丝针刺土工布。
进一步地，压膜沟的开挖深度为1.0m，压膜沟的边坡平顺无尖锐物，坡度为1:1。
进一步地，密封膜为两层，每层的厚度为0.12～0.16mm。
进一步地，密封膜的材质采用聚乙烯薄膜。
本发明提出了一种铀尾矿泥真空预压排水固结方法，具有以下优点：
1)本发明填补了真空预压法处理铀尾矿泥方面的空白，提出了铀尾矿库长期安全稳固性的一种全新的方法，填补真空预压法处理铀尾矿泥方面的空白。
2)提高了尾矿库的安全性，经施工效果检测，真空预压处理后尾矿泥十字板剪切强度加入场地地基承载力得到显著提升。
3)本发明提供的方法能够避免治理后的尾矿库滩面长期不均匀沉降，有效减少尾矿库坝体渗水量，降低铀尾矿库坝体渗水处理成本及周期。
4)真空预压处理成本较堆载预压等方法处理成本节省一倍以上，且安全性高。
5)施工工艺简单，对设备要求不高，成本低，可有效地提高尾矿库的长期稳固性。
6)适用范围广，不仅适用于铀尾矿库，也可以应用于其它矿山尾矿泥的处理。
附图说明
图1为真空预压排水固结方法平面布置示意图；
图2为真空预压排水固结方法剖面结构示意图。
图中：1、塑料排水板；2、控制点；3、密封沟；4、密封墙；5、土工布；6、土工格栅；7、砂垫层；8、滤管；9、密封膜；10、尾矿泥；11、粘土层。
具体实施方式
结合图1-2，本发明提出的一种铀尾矿泥真空预压排水固结方法，包括以下步骤：
1)尾矿库滩面分区
将尾矿库滩面进行分区；
2)施工测量
对各分区进行施工定位放线和高程测量；
3)铺设土工布5和土工格栅6
在各分区上部自下而上依次铺设土工布5和土工格栅6；
4)铺设砂垫层7
在土工格栅6上均匀铺设砂垫层7；
5)打设塑料排水板1
在砂垫层7***塑料排水板1；
6)打设粘土密封墙4
用粘土密封墙4将各分区的施工区与非施工区进行隔断，使得施工区处于密闭状态；
7)铺设滤管8
打设排水板施工完成后，铺设滤管8；
8)场地平整
铺设好滤管8后，将外露的塑料排水板1埋入砂面以下，并将插塑料排水板1时形成的孔洞填实，拍实抹平砂面；
9)开挖压膜沟
在各分区边界处开挖压膜沟；
10)铺设土工布5和密封膜9
在平整的场地先铺设无纺土工布5，再铺密封膜9；
11)连接抽真空设备
在各分区的施工区水平安装真空泵；
12)真空预压抽气
检查、修补漏气；
13)抽真空维护
真空度达到80kPa，开始恒载计时，真空预压区恒载时间不少于90天。
在进行尾矿库滩面分区之前，需要查明尾矿泥场地岩土分层情况，试验分析给出各土层的物理力学性质指标，进行场地稳定性与适宜性评价，提出真空预压处理尾矿泥10合理化建议，再进行后续的步骤。
尾矿库滩面分区，铀尾矿库滩面下方为粘土层11，铀尾矿库滩面面积较大，需采用分区作业方式进行，每个分区的面积均为2000m2。
分区完成后进行施工测量工作，主要对各分区进行施工定位放线和高程测量。在本发明的实施例中，施工定位放线：采用GPS确定各分区坐标高程控制点2，由复测确认的理论基准点引测至施工区域，作为临时控制点；高程测量：高程测量按控制水准点和设计高程进行，场地铺砂垫层7、打设塑料排水板1后进行高程测量，并记录。
由于尾矿库滩面表层为流泥、淤泥，承载力极低，因此，需要在尾矿库滩面上部铺设一层土工布5(400g/m2)，可以起到隔泥作用，土工布5上部铺设土工格栅6，起到提高泥面承载力和安全防护措施作用。
在土工格栅6上均匀铺设砂垫层7；在本发明的实施例中，砂垫层7的厚度为0.5m，砂垫层7既可作为施工垫层，又可作为排水垫层。
由于尾矿泥10较天然软土含水量高，强度低，需要在砂垫层7***塑料排水板1，塑料排水板1须埋入砂垫层7，塑料排水板1顶部埋入砂垫层7长度不小于0.3m。在本发明的实施例中，塑料排水板1为C型板和/或正三角形。
由于各分区四周存在透气层(或透水层)，为确保真空预压时施工区处于密闭状态，需要将分区用密封墙4分为施工区与非施工区，使得施工区处于密闭状态；密封墙4必须穿透透气层(或透水层)。在本发明的实施例中，密封墙4为钠基膨润土密封墙4，密封墙4进入粘土层11不小于1.0m，墙厚1.2m。其中，钠基膨润土密封墙4的材质包括钠基膨润土与水，钠基膨润土与的质量比为1：8，其渗透系数1×10-6cm/s。
铺设滤管8，打设排水板施工完成后，铺设滤管8；在本发明的实施例中，滤管8的横向间距为4m，纵向间距为20m；滤管8是通径为Ф80mm的波纹滤管8。其中，滤管8表面包裹滤布，滤布为150g/m2长丝针刺土工布5，包裹滤管8的滤布应保证无破损，包扎严。
场地平整，铺设好滤管8后，将外露的塑料排水板1埋入砂面以下，并将插塑料排水板1时形成的孔洞填实，拍实抹平砂面；上述步骤能够防止抽真空过程中真空膜被硬物刺破，同时清除面层的淤泥块和所有有棱角的硬物等杂物，拍实抹平砂面。
铺设密封膜9前，在各分区边界处开挖压膜沟。其中，压膜沟的开挖深度不小于1.0m，开挖深度至粘土层11 0.5m，压膜沟边向上***砂垫层7中，***量大于0.2m；铺密封膜9后回填密封沟3、填筑覆水围埝。覆水围埝应用素粘土并分层压密。之后设置地表沉降标，安装出膜装置。压膜沟边坡平顺无尖锐物，坡度为1:1。
铺设土工布5和密封膜9，在平整的场地先铺设无纺土工布5，再铺密封膜9；其中，场地平整后铺设密封膜9前，先铺设一层无纺土工布5，保护密封膜9，防止密封膜9在抽气过程中被砂层中的尖锐物体刺破。在本发明的实施例中，密封膜9为两层，每层的厚度为0.12～0.16mm，密封膜9的材质采用聚乙烯薄膜。
连接抽真空设备，在各分区的施工区水平安装真空泵；其中，抽真空装置为IS型真空泵。真空泵按照1000m2/台进行布置安装。将真空泵水平放置在施工区上，真空泵进水口和出膜口保持同一平面，以保证真空泵能发挥到最大功效。
真空预压抽气，检查、修补漏气；；其中，安装好真空泵(将水泵、水箱、闸阀、截止阀、出膜口连接好)，将自电工房配电箱→真空泵处漏电开关盒→真空泵的电路接通后，空载调试真空射流泵，当真空射流泵上真空度达到96kPa以上，试抽真空。抽真空初始阶段应控制真空加压的速率，真空压力从20kPa逐渐增加，随着膜下空气的排出及土层排水固结度的提高，膜内真空度逐渐增大并稳定在80kPa之上。在开始抽真空阶段，随着空气及水的排出，全面检查密封膜9及密封沟3的密封状态，如有漏气，及时修补和密封漏气部分，防止影响真空效果。逐台检查真空泵***连接处，要保证在关闭闸阀的情况下，泵上真空度能达到96kPa，以确保真空泵***发挥最佳功效。
为防止真空预压使得施工区周围土体瞬间破坏，开始阶段控制抽真空速率，先开启半数真空泵，然后逐步增加真空泵工作台数。当真空度达到60kPa，经检查无漏气现象后，开始膜面蓄水，开足所有泵。
抽真空维护，真空度达到80kPa，开始恒载计时，真空预压区恒载时间不少于90天；其中，真空度达到60kPa，经检查无漏气现象后，利用压膜沟处回填粘土所形成的天然围堰蓄水，形成厚度不超过60cm的水膜，作为真空预压的补充荷载。膜下真空度提高到80kPa后，开始恒载计时。抽真空维护期间，每天现场值班人员按要求时间，对真空度予以记录，并对设备运转情况、供电情况及其他真空预压施工情况均进行详细记录。真空预压区恒载时间不少于90天。
真空预压施工完成后为检测加固效果，了解地基承载力的增长情况，需进行现场加固效果检测，检测项目主要有：a、钻孔取土室内试验分析；b、现场十字板剪切试验；c、现场平板载荷试。
室内试验和原位试验，在真空预压卸载3d～5d后进行。检验数量按每个分区不少于6点进行检测。地基承载力检验数量按每个处理分区不应少于3点进行检测。
对施工效果进行检测，真空预压处理后尾矿泥10十字板剪切强度由6.2kPa提高到42kPa以上，场地地基承载力与真空预压前的15～20kPa提高到84～97kPa，处理效果明显。
经现场检测，处理后尾矿泥10的固结度达到85％以上，场地沉降2～3m；尾矿泥10的含水量平均值由143.2％降到118.4％以下，孔隙比由4.20降至3.55以下，压缩系数由4.46降到2.80。
综上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的某些优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明精神和范围。

Claims (10)

1.一种铀尾矿泥真空预压排水固结方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)尾矿库滩面分区
将尾矿库滩面进行分区；
2)施工测量
对各分区进行施工定位放线和高程测量；
3)铺设土工布和土工格栅
在各分区上部自下而上依次铺设土工布和土工格栅；
4)铺设砂垫层
在土工格栅上均匀铺设砂垫层；
5)打设塑料排水板
在砂垫层***塑料排水板；
6)打设粘土密封墙
用粘土密封墙将各分区的施工区与非施工区进行隔断，使得施工区处于密闭状态；
7)铺设滤管
打设排水板施工完成后，铺设滤管；
8)场地平整
铺设好滤管后，将外露的塑料排水板埋入砂面以下，并将插塑料排水板时形成的孔洞填实，拍实抹平砂面；
9)开挖压膜沟
在各分区边界处开挖压膜沟；
10)铺设土工布和密封膜
在平整的场地先铺设无纺土工布，再铺密封膜；
11)连接抽真空设备
在各分区的施工区水平安装真空泵；
12)真空预压抽气
检查、修补漏气；
13)抽真空维护
真空度达到80kPa，开始恒载计时，真空预压区恒载时间不少于90天。
2.根据权利要求1所述的铀尾矿泥真空预压排水固结方法，其特征在于，
施工定位放线采用GPS将分区坐标高程控制点，由复测确认的理论基准点引测至施工区域，作为临时控制点；
高程测量包括场地铺砂垫层、打设塑料排水板后进行高程测量。
3.根据权利要求1所述的铀尾矿泥真空预压排水固结方法，其特征在于，塑料排水板为C型板和/或正三角形，塑料排水板埋入砂垫层的长度不小于0.3m。
4.根据权利要求1所述的铀尾矿泥真空预压排水固结方法，其特征在于，密封墙为钠基膨润土密封墙，密封墙的***深度不小于1.0m，密封墙的厚度为1.2m。
5.根据权利要求4所述的铀尾矿泥真空预压排水固结方法，其特征在于，钠基膨润土密封墙的材质包括钠基膨润土与水，钠基膨润土与的质量比为1：8。
6.根据权利要求1所述的铀尾矿泥真空预压排水固结方法，其特征在于，滤管的横向间距为4m，纵向间距为20m；滤管是通径为Ф80mm的波纹滤管。
7.根据权利要求6所述的铀尾矿泥真空预压排水固结方法，其特征在于，滤管表面包裹滤布，滤布为150g/m2长丝针刺土工布。
8.根据权利要求1所述的铀尾矿泥真空预压排水固结方法，其特征在于，压膜沟的开挖深度不小于1.0m，压膜沟的边坡平顺无尖锐物，坡度为1:1。
9.根据权利要求1所述的铀尾矿泥真空预压排水固结方法，其特征在于，密封膜为两层，每层的厚度为0.12～0.16mm。
10.根据权利要求9所述的铀尾矿泥真空预压排水固结方法，其特征在于，密封膜的材质采用聚乙烯薄膜。
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