大面积堆浸场渗漏量计算分析

矿冶科技集团有限公司 李彦礼

目前堆浸场防渗通常采用土工膜防渗，土工膜防渗层渗漏一般包括两部分：一土工膜作为非孔隙介质。其本身的渗漏量；二在施工过程中，由于对土工膜造成损伤，而形成的缺陷渗漏量。

一、渗漏量计算

（一）土工膜本身渗漏量

土工膜作为非孔隙介质，其本身在水力梯度作用下的渗透机理的认识还不完全清楚,目前绝大多数学者沿用达西定律来描述在水力梯度作用下液体通过土工膜的渗透规律[2]。

（二）土工膜缺陷渗漏量

土工膜缺陷渗漏量主要由施工缺陷引起，偶然性大，不易发现[2]。根据Giroud统计分析，施工产生的缺陷，约每4000m2出现一个，其中接缝不实处，等效孔径一般1-3mm，特殊部位可达5mm，偶然因素引起可达10mm。

1.单层土工膜缺陷渗漏量

采用单层土工膜防渗，下面土层的渗透系数大于ks＞10-3m/s,可利用孔口自由出流公式计算，

2.复合防渗层缺陷渗漏量

复合防渗层是由土工膜和其下的低渗透性土组合而成[2]。低渗透性土包括一定厚度黏土层或人工合成材料如GCL等，在计算渗漏量时，水流首先通过土工膜上的孔，然后在土工膜与低渗透性土之间间隙内流动，成为接触面流[2]，与此同时，伴随水流透过低渗透层，向深层土中渗透，如图1。

图1 复合土工膜缺陷渗漏计算模型图

复合防渗层的缺陷渗漏量Q=Qr+Qs，其中Qr为接触面流的流量，Qs为土中渗流的流量，Giroud通过理论分析和一些近似处理，导出了适合于is＞1.0一般情况下复合防渗层缺陷渗漏量计算的经验公式。

图2 堆浸场静水压力计算图

（1）而对土工膜与下层土接触良好的情况

（2）对土工膜与下层土接触不良地情况

对于圆形孔缺陷

iavg—平均水力坡降；R—土工膜下面土内渗透区域的半径（m）；a—土工膜上孔的面积（m2）；r1—土工膜上圆形孔半径（m）；Hw—土工膜上水头（m）；ks—土工膜下面土层的渗透系数（m/s）；Hs—土工膜下面低渗透性土层的厚度（m）

二、堆浸场内静水压力计算

从上面计算土工膜渗漏量的公式可看出，土工膜上下水头差Hw是一重要参数，即土工膜上的静水压力水头。这在水库和防渗溶液池中容易确定，但在堆浸场中却不容易确定，堆浸场喷淋系统实施作业，浸出液进入矿堆、非饱和区逐渐减小、饱和区逐渐增长，直到达到平衡，关键是确定浸出面高度。

陈喜山[3]假设矿堆底垫为水平，经过理论推导与实验验证，还得到了矿堆底板水平布置时矿堆中各点浸润面高度z随着供液强度W、渗透系数k、矿堆长度L和某点位置x变化的经验公式。具体形式如下:

如果计算出了Z，即得到了Hw，就可利用Giroud简化公式计算渗漏量。

三、工程实例

新疆某堆浸场位于一山梁和山谷之间，堆浸场地通过消平山梁和排土场堆排山谷，其形成满足规模要求的场地，地基为粉土与粉砂。以防渗系统为5000g/m2+1.5mmHDPE+400g/m2土工布。

堆浸场分两期建设。其中，一期长800m，宽210m，纵向坡度4.0%，横向坡度2.0%，面积16.8万m2，设计每层矿堆高8m，共2-3层；最终堆浸场长880m，宽625m，面积55万m2，堆高8层，总堆高64m，总坡比1:3.

堆浸工艺采用筑堆后分批堆浸，分为三个单元，每个单元堆高8m，面积为34722m2，喷淋强度为10L/m2.h。

四、渗漏计算

首先要分析每个单元的静水压力，即饱和区最大高度Hw，喷淋强度W为10L/m2.h，矿堆长度L约200m，经计算Hw=0.67m。

按每4000m2出现一个孔洞，孔洞半径5mm，每单元的孔洞数为9个，土工膜下土层厚度Hs为0.01m，渗透系数ks为1.0×10-10m/s，计算结果如表1、表2所示。

表1 土工膜与下层土接触良好的情况

表2 土工膜与下层土接触不良的情况

五、结论

（1）堆浸场渗漏量计算非常复杂，需考虑堆浸场静水压力高度，防渗型式，孔洞大小及分布，膜与下层土接触情况等；

（2）复合防渗比单层防渗渗漏量小很多，建议采取复合防渗型式；

（3）在静压水头不很高的情况下，土工膜复合防渗缺陷渗漏量较小。但膜与下层土接触不良渗漏量是接触良好渗漏量大约5倍，施工中膜与下层土应接触良好；

（4）从计算可得知，即使采用复合防渗，由于膜本身及缺陷等原因，还是会造成一些渗漏，建议在有条件的地区增加垂直防渗。

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堆浸场是生产企业实施堆浸工艺的生产场所。堆浸 (heap leaching)作为一种矿物浸出工艺，又称堆摊浸出，是使浸出剂渗入矿石堆而溶出有用组分，主要用于浸出低品位的铀矿石、氧化铜矿石和金矿石。

使用该法时，低品位的矿石堆放在堆浸场里，堆浸场事先用渗透系数低的材料来作防渗衬垫。堆浸液从矿堆的顶部淋下，渗透过矿堆（矿堆并没有完全浸透）并最终汇积在底部透水层，然后在铺有衬垫的集液池中收集母液，最后通过不同的工艺提取各种金属。堆浸场使用土工合成物时，防止污染和顺畅排水是应当考虑的两个最重要的因素。