铀矿山废石场边坡稳定化设计铀矿山废石场边坡稳定化设计第24卷第3期2005年8月铀矿冶URANIUMMININGANDMETALLURGYVoI.24NO.3Aug.2005铀矿山废石场边坡稳定化设计刘陶安,周星火,刘佳(南华大学建筑工程与资源环境学院,湖南衡阳421001)摘要:结合湖南某2个退役铀矿山废石场边坡设计实例,简要介绍了废石场治理工程中有关边坡稳定化设计方法,加固措施,防,排洪措施等技术问题.关键词:铀矿山废石场;边坡;稳定化中图分类号:TU751.6文献标识码:B文章编号:1000—8063(2005)03—0149—04 前言20世纪80年代以来,我国先后有十几个铀矿山关停或部分关停进行退役环境治理工作.在几十年的开采过程中,这些矿山都遗留了大量的废石,未做最终处置.废石场的面积从几百m.到几万m,高度由十几m到几十ITI,体积由几万m.到上百万m..废石中含有铀,镭等放射性元属及其它有害物质.大部分废石场的氡析出率超过了国家管理限值,7辐射水平超过环境水平几倍到几十倍.有的废石场由于雨水冲刷,废石流失,造成环境污染.因此,废石场是铀矿山退役过程中环境治理的重点.在铀矿山退役环境治理工程中,废石场的治理目标是降低氡析出率和7辐射水平,使其达到国家允许的管理限值,并对废石场进行适当的植被和绿化,以取得较好的环境生态效果.废石场的治理,一般采取"围挡,覆盖"的方法.围挡的目的是防止废石流失;覆盖的主要目的是降低氡析出率和7辐射水平.废石场覆盖材料一般采用粘土,其优点是来源广泛,价格便宜, 覆盖效果好,而且便于植被,改善景观.对于低矮平缓的废石场,覆土施工技术难度不大,但对于边坡高度超过20ITI以上的废石场,要保证废石场边坡稳定和覆盖层与废石紧密结合而不滑动,其技术难度比较大.这是因为废石场边坡不同于铁路或公路的路堤边坡或路堑边坡,它是自然堆积没有经过夯压的松散体,有的高达几十m.设计时不仅要考虑边坡本身的稳定,更要考虑覆盖层的稳定和覆土施工的方便.现结合湖南某2个铀矿山的退役环境治理工程设计,就废石场边坡稳定化设计的若干问题,谈一些认识.1边坡稳定性分析废石场边坡的稳定性可根据土质学和土力学的理论来分析.铀矿山废石场是铀矿山在开采过程中由井下掘进或露天剥离的废石堆积而成.废石的粒度成分比较复杂,不同的岩性,不同的爆破方法有不同的粒度成分.井下掘进废石或露天剥离的表土一般以小于300mm的小块石为主,大块较少,有的以粉砂状为主,含泥.而露天剥离的废石,特别是由大爆破方式剥离的废石,块度大于350mm的废石的质量分数达2O～35_1].在堆积过程中,大块多在废石场底部.岩土的松散系数一般为1.3～1.6,孔隙率大,经过多年沉积,其密实度介于松散与稍密之间,透水性好;内聚力为零;岩土体内只有自重应力,力学特性为各向同性;岩土体的内摩擦角,因岩性不同,块度不同,差异性很大,花岗岩类坚硬岩石,最大内摩擦角可达40.以上,粘土类最小内摩擦角在20.以下,一般在28～36.之间①.大部分废石场经雨水冲刷,废石有所流失,边坡上都有较多的冲沟.尽管各个矿山废石场的岩土体的土质学特性很不相同,仍可以按收稿日期:2004一O8一l0作者简介:刘陶安(1950一),男,湖南邵东人,研究员级高级工程师,主要从事铀矿山和水冶厂的设计和研究工作.①化工部总图运输设计技术中心站.石油化工总图运输设计参考资料.1976.150铀矿冶第24卷内聚力为零的松散介质极限理论直线滑动面法进行边坡稳定计算.边坡稳定计算简图见图1.BAC图1边坡稳定计算示意图当边坡岩土体ABC沿倾角a的BC面下滑时,其极限平衡条件是:Wcosatg=Wsina,(1)式中:w一岩土体ABC之重力;a——滑动面倾角;一一岩土体内摩擦角.根据式(1)可知,边坡稳定条件为tg≥tga.大于a角的部分土体会沿a角平面下滑,直到a=.此时的边坡角即为自然安息角.在没有外力作用时,边坡处于极限稳定状态.2稳定边坡设计一般,覆盖土在夯实前是松散的,在边坡角为自然安息角的废石上覆盖粘土,不仅稳定性无法保证,且施工也非常困难.在确定边坡坡度,台阶高度和平台宽度等参数时,必须保证边坡稳定,不产生滑坡,坍塌,更不允许产生泥石流.既要保证覆盖土与废石紧密结合,不产生滑坡;又要考虑覆土施工的方便.根据边坡稳定分析,边坡稳定条件的设计边坡角()应满足.为了保证边坡的稳定,在进行边坡稳定性计算时,应考虑一定的稳定系数(即安全系数).边坡稳定系数的取值在边坡工程中具有重要的技术经济意义.边坡坡度每降低1.,将会增加很大的工程量和工程费用;而提高边坡坡度则会降低边坡稳定性.香港《边坡岩土工程手册》推荐的边坡稳定系数的取值是根据防止生命损失和防止经济损失的风险来考虑的,取值范围为1.0～1.4;边坡破坏造成生命和经济损失较小和轻微的,稳定系数取较小值,反之,取较大值_3].我国《建筑地基基础设计规范》规定,根据滑坡对工程的影响, 边坡稳定系数为:甲级建筑物,1.25;乙级建筑物, 1.15;丙级建筑物,1.05L.废石场上部没有建(构)筑物,周围一般也没有民宅或重要建筑物,在进行废石场边坡设计时,综合考虑生命风险和经济风险,取边坡稳定系数为1.2,则设计的边坡角应满足tg』9≤tg/1.2.废石场岩土一般为28～36.,则p一24～31.,即边坡比为1.OO:2.25～1.O0:1.67.在设计时,可认为废石场边坡处在极限平衡状态,即实际的边坡角是极限稳定边坡角.设计边坡角时,除考虑废石场边坡稳定要求外,还应考虑覆土施工的方便.根据废石场周围的场地情况,台阶高度一般为6～8m,平台宽度为3～5m.若施工条件允许,坡度宜缓,平台宜宽,高度宜矮,这样便于覆土施工.若场地施工条件比较困难,台阶高度也不宜大于10m, 平台宽度也不宜小于3m.A铀矿二工区废石场,占地约3万VII,体积约60万m.,垂高42m,圆锥型,边坡角28～32.. 在这样的边坡上进行覆土施工是极为困难的.为了保证边坡的稳定和覆盖土的牢固,设计时将废石场尖顶部分的标高从192m降至172m,垂高降低2Om,顶部平坦部分面积约7500m..由于废石场周围场地比较宽敞,为了边坡覆土施工的方便,设计边坡比为1.00:2.O0～1.O0:3.O0,稳定系数为1.25～1.60;台阶高度为6～8m,平台宽度为5～6II1.A铀矿三工区废石场,占地约2.6万m,体积约32万m.,垂高41m,圆锥型,边坡角31～35..废石岩性以炭质长石石英砂岩,粉砂岩为主.边坡被雨水冲刷严重,部分废石被冲到了附近的农田.设计时将废石场尖顶部分的标高从195m降至175m,垂高降低20m,顶部平坦部分面积约5400m.废石场周围为农田,池塘,整坡受到一定的限制,为使边坡自身稳定,设计边坡比为1.00:1.75～1.00:2.00,稳定系数为1.2O～1.22;台阶高度为10～12m,平台宽度为3～5m.由于边坡较陡,给边坡覆土施工造成一定的困难,为便于施工,在废石边坡上打竹排挡土,分层分段夯实.B铀矿406废石场,位于山坡上,呈长条型,废石场下部为山溪,占地约2.2万m,废石量约16万m..废石岩性以泥板岩,硅质泥板岩,白云质泥板岩为主.边坡高29m,边坡角3l～36..第3期刘陶安,等:铀矿山废石场边坡稳定化设计151 设计边坡比为1.OO:2.OO,稳定系数为1.20～1.45;台阶高度为8IT1,平台宽度为4m.为了防止废石流失,也为了防止牛,羊等牲畜进入废石场,在废石场坡脚上都砌筑3～5m高的挡土墙.为了解决大量覆盖土的运输问题,将边坡上不同标高的平台用简易道路连接起来,或采用螺旋式平台,兼作临时施工道路用,汽车可以运土到达废石场顶部及各平台.为了提高覆盖土的抑氡效果,也为了防止覆盖土遇雨时流失,覆盖用土一般应为粘土或亚粘土,且覆盖土应分层夯实,干密度应达到1.36t/m.以上,这样既提高抑氡效果,又提高覆盖土的内摩擦角和内聚力,对边坡的稳定和防雨水冲刷非常有利.406废石场,三工区废石场和二工区废石场,分别于1992,1993和1995年完成稳定边坡施工.经过8～11个雨季的考验,均证实它们的边坡是稳定的,从而说明边坡设计是成功的.3边坡加固措施废石场的边坡经过整坡后,边坡上的废石都是松散的,覆土前应进行机械压实或人工夯实,或经过一二个雨季的自然沉降,达到稳定的时候才能覆土.覆土后必须对边坡进行加固,否则覆盖土会被雨水冲刷流失.边坡加固目的是防止边坡水土流失和防止雨水冲刷而导致边坡的坍塌和滑坡.边坡加固的方法很多,如石砌方格网内覆土种草,浆砌或干砌片石护坡等.但比较经济合理且施工简便的方法是在边坡上铺草皮或种灌木. 这种方法特别适合于南方雨量充沛,草木易生长的特点.一般情况下应优先选用这种方法.草皮应选择根系发达,茎矮叶茂,耐干旱的草种;灌木应选择根系发达,生长迅速,易成活的树种.边坡铺草皮或种灌木对雨水有拦蓄和防冲刷的作用, 可防止流速小于1.2～1.8m/s的冲刷①,短时间内对边坡起到加固作用.上述2个退役的铀矿山十几个废石场基本上都是采用这种方法加固边坡的.从工程实践看是成功的.除了在边坡覆土后一二个雨季,草和灌木未完全生长起来时,边坡有少量蚀沟或冲沟,需要局部补铺草皮外,从第二个雨季或第三个雨季起,边坡上基本没有蚀沟或冲沟,并已经历了8～11个雨季的考验.对于受场地条件限制,整坡困难的边坡,采用了砼方格网内覆土后再铺草皮的方法.A铀矿五工区废石场,废石场顶部平坦,标高144～145to_, 坡底为露天采矿废墟,标高127～128m,边坡高16～17m.由于坡底下底露天采矿废墟已被水淹没,形成一个约6000m大水塘,水深4～5m. 附近村民在露天采矿废墟内放养鱼苗,不允许向露天采矿废墟推填废石,整坡非常困难.根据这种情况,设计时在边坡下部高出水面1m的部位,砌筑一道高1.2m的挡土墙;将坡面整平,保留坡面上的树木,在坡面上砌筑砼方格网.方格网与挡土墙相连接.方格网净空为4m×4m,根据抑氡覆土厚度要求,方格露出坡面高0.5m,卧在坡面上.在方格内再填土,植被.该边坡2000年完成施工,治理效果良好.4防,排洪设计在边坡整坡初期或覆土后1～2a内,雨水对边坡的危害是较大的.雨水不仅对边坡产生冲刷作用,而且会降低土体强度,严重时会造成边坡破坏.在废石场的治理设计中,对防,排洪应予以足够重视,防洪标准应按100a一遇洪水重现期考虑.在上述2个退役铀矿山的废石场防,排洪设计中,主要采取如下工程措施:1)修筑截洪沟,将废石场以外的雨水拦截,使其不进入废石场,这对山坡废石场尤为重要. 如B铀矿406废石场,在靠山坡一侧修筑截洪沟,山坡上的雨水被拦截排走.2)在坡顶平面距边坡3～5m处修筑排水沟,将废石场内雨水引出废石场,以防止雨水对边坡的冲刷.3)在边坡平台上修筑排水沟,将上部边坡上的雨水引入排水沟,对下部边坡起到保护作用.4)在场地平整设计中,将雨水分散排走或引入排水沟,从而不会形成沟流,减少雨水对边坡的冲刷.通过以上有组织的排水设计,暴雨时的大部分雨水都可通过排水设施排出废石场,对边坡起到保护作用.这种排水设计在湖南这2个退役铀①化工部总图运输设计技术中心站.石油化工总图运输设计参考资料.1976.152铀矿冶第24卷矿山的十几个废石场治理的工程实践中得到了检验,防,排洪效果良好.计和施工中不断探索和积累经验,以便顺利进行这些废石场的边坡稳定化设计.5结束语参考文献:在湖南某2个铀矿山的退役环境治理工程设计中,较好地解决了废石场边坡的稳定性问题,对其它类似的废石场边坡稳定化设计有一定的参考意义.但是每个矿山的废石特点和所处的地理环境位置各不相同,比如含硫废石场,大块度的露天废石场,零散分布在崇山峻岭中的废石场.治理这些废石场的技术要复杂得多,还要在今后的设[1]采矿设计手册编委会.采矿设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社▲1987:333.[2]路基设计手册编写组.路基[M].北京:人民交通出版社,1987:21.[3]岩土工程手册编写委员会.岩土工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1994:501—509.[4]GB50007--2002.建筑地基基础设计规范[s]. THEDESIGNONHIGNSLoPESTABLIZATIoNINWASTERoCKSITES oFURANIUMMINESLIUTao—an,ZHOUXing-huo,LIUjia(SchoolofArchitecture,Resource&EnvironmentEngineering,NanhuaUnivers ity.Hengyang421001.China)Abstract:Designmethods,reinforcementmeasures,andfloodcontrolmeasuresconce rninghighslope stabilizationinharnessingwasterocksitearedescribedinbriefaccordingtosomeexam plesoftwouraniumminesinHunanprovince.Keywords:wasterocksitesofuraniummines;hignslope;stablizationAliquat336萃取Mo(Ⅵ)和V(V)后析出第三相固体的表征BalY.等人在2004年75卷(1～4)期的《Hydrometallurgy))上发表有关从Aliquat336萃取Mo和(或)V后,对从有机相中析出的第三相固体表征的文章.表征的手段是对析出的沉淀进行元素分析和红外,拉曼光谱测定.当在酸性介质(pH1～4)中萃取Mo(VI)时,各种七钼酸盐和八钼酸盐阴离子通过离子交换被Aliquat336快速萃取.当负载度高时,某些萃合物在数小时之内即转变为六价钼酸盐,其为黄绿色化合物(CR3RN)2MoO.).混合价态钼的萃合物,例如(MoMoO.)卜,(MoMo2O..)一或(Mo.Mo.OH)卜以红一酱红固体极少量地沉淀出来,这是部分Mo(Ⅵ)被还原的结果.当在酸性介质(pH1.5～2)萃取V(V)时,十钒酸盐组分通过阴离子交换机理被Aliquat336快速萃取,室温下数天内,浅红色萃合物变为橄榄绿,同时也出现黑一绿色沉淀.该固体第三相是混合价态的十钒酸盐化合物,如(R3RN)(HV3IVVO2)和(或)(R3RN)(HVV3O2).令人感兴趣的是,当相改良剂以环己醇和乙基-4-苯酚替代原先的癸醇时,不再发现有这种混合价态的十钒酸盐沉淀出现,但室温数月后,主要组分为钒氧化物的化合物从负载有机相中分离出来.发现在有和无磷酸盐存在条件下,同步萃取V(V)和Mo(VI)后,最终分别会有混合的V(V)-Mo(V1)一P(V)和V(V)一Mo(VI)化合物缓慢地从有机相中分离出来.(陶德宁供稿)。