真空壓力浸滲機

在堆浸場防滲設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)考慮的主要問題還有:

粗料(有時最大直徑達(dá)4cm)要直接與土工膜接觸。

施加在土工膜上的靜壓力通常很高，礦堆高度有時高達(dá)125m。

用人造排水材料來收集浸出液和滲漏液時，材料在高壓下的適應(yīng)能力應(yīng)當(dāng)預(yù)先考慮。

襯墊層要能承受外力和冰凍的雙重作用。外力可能會由于在襯墊上拖拉管子，或在池內(nèi)移動泵駁船而引起硬傷，而由于持續(xù)低溫特別是冰凍天氣有困難造成襯墊層出現(xiàn)開裂。

礦石和土工膜界面的磨擦角以及土工膜和其下低滲透系數(shù)的粘土層間的磨擦角，應(yīng)根據(jù)工程規(guī)范加以考慮。

土工膜材料的總體表現(xiàn)及其作為襯墊防滲系統(tǒng)的原理是重要的設(shè)計考慮因素。在襯墊設(shè)計中，只有兩個參數(shù)可以控制:在襯墊上的水頭和襯墊的滲透系數(shù)。復(fù)合襯墊已成功地應(yīng)用于堆浸池設(shè)計。在復(fù)合襯墊上的水頭一般非常低(小于1m)。在使用天然山谷作為堆浸池時，由于母液是在礦堆的孔隙中流動的，因此可以使用較高的堆高。水頭較低的復(fù)合襯墊，對大多數(shù)堆浸場來講是優(yōu)化設(shè)計方案。

堆浸場通常配有地面溶液池。無礦殘液和母液分別貯存在有襯墊防滲層的池中。母液池收集到通過礦堆滲透下來的含礦溶液后，再經(jīng)過碳吸附或其它金屬的置換處理，提取可回收的金屬元素，例如金、銀和銅等。無礦廢液則送到另一個襯墊防滲池中貯存，直到加入新的化學(xué)試劑配制成新的堆浸液。因此，堆浸液可以循環(huán)使用。

如果池中有高壓水頭，通常需要在復(fù)合襯墊上設(shè)置排水層和另外一層土工膜。這個上層土工膜的作用是減少在復(fù)合襯墊層上的水頭，因為通過該層土工膜的滲漏液，將由排水層排走。在這種情況下，最重要的襯墊層仍然是底部的復(fù)合襯墊層。上層土工膜和排水層不應(yīng)理解為滲漏探測系統(tǒng)，因為它們位于整個系統(tǒng)中最重要的復(fù)合襯墊層上面。只有當(dāng)滲漏液進入復(fù)合襯墊下面的地層時，才有滲漏探測出現(xiàn)。

在堆浸場常用的土工膜有PVC、HDPE、LLDPE和VLDPE。在過去，其它材料，象Hypalon和XR-5，也有用于收集溝和收集池的，但這種應(yīng)用在近10年已大為減少。聚乙烯土工網(wǎng)也可用作排水材料。不同厚度和不同材料的有紡和無紡?fù)凉げ家彩褂幂^廣。

1 )界面荷載測試

首先，為了評估土工膜在礦堆靜載作用下的特性，需要用設(shè)計材料進行界面靜載測試。這種測試可用加力計來做。加力計的直徑應(yīng)當(dāng)足夠的大，以避免比例效應(yīng)。在采礦實踐中，與土工合成物相接觸的礦石的粒徑一般為1.25cm到4cm。

豎直荷載的大小一般從550kPa到2000kPa，加在加力計的頂部。要測試的襯墊，排水層和襯墊上的材料，按工程設(shè)計的方式放置在加力計內(nèi)。施加的豎直荷載一般維持24h到48h。記錄樣品的沉降量以檢驗樣品的固結(jié)情況。加載完畢后，從加力計中取出樣品并檢查其損傷。損傷一般根據(jù)磨損，刻痕和穿孔情況來描述。

也可用真空盒測試來檢測土工膜的完整性。此外，可以通過標(biāo)準(zhǔn)的土工合成物測試，來檢測土工膜的物理性質(zhì)，并和原生樣品的測試結(jié)果相比較。這種加載測試獲得的結(jié)果，可用來判斷材料在靜載下的適應(yīng)能力及其變形特性。

2 )界面剪力強度

另一個重要問題，是土工膜與其相接觸的各種材料的界面剪力強度。界面剪力強度一般按ASTM D 5321用大型的直剪儀來測試。界面根據(jù)加載條件進行評估，包括:

飽和條件

濕界面(沒有浸透)

低到高的壓力(在高壓下，包絡(luò)線一般較平坦)

不同的剪切速度

襯墊和排水系統(tǒng)可能有很多潛在的破壞面。通常應(yīng)對幾種不同的界面，在不同的荷載作用下進行評估，以決定最弱的界面(控制界面)。盡管殘余值和峰值包絡(luò)線都應(yīng)確定，但是一般用殘余值作穩(wěn)定性分析。

大型直剪儀(30cm X 30cm)對幾種設(shè)計的土工合成材料和土，作了很多界面剪切強度測試。對HDPE和LLDPE材料都作了測試，測量了峰值和殘余剪切強度。測試結(jié)果表明，襯墊下的細(xì)粒土層和襯墊上的粗粒徑的排水層，在測試荷載范圍內(nèi)并沒有明顯地改變界面強度。此外，測得的峰值和殘余值是一致的。發(fā)現(xiàn)的唯一明顯不同，是磨擦角隨土工膜類型的不同而有輕微變化。

3 )滲漏液估計

該方法一般假定每4000 m2有一個10mm2的漏洞。關(guān)于土工合成物在堆浸場的使用，還有很多要研究的問題。很多時候，這些問題是由于好奇而提出的，而不是針對專門的技術(shù)設(shè)計考慮因素而提出的。一個特定的問題是，不同的土工膜在與顆粒材料直接接觸時，在荷載作用下它的長期特性究竟如何。實驗室加載測試一般最多只持續(xù)幾天，而現(xiàn)場加載則是整個生產(chǎn)期(一般2到10年)。尚不清楚的是，它是否會出現(xiàn)蠕變變形，也不清楚它在荷載作用下，已經(jīng)形成的穿刺能否自愈(也就是說，顆粒有可能最終充填了穿孔的大部分，因而沒有出現(xiàn)明顯的滲漏)。

堆浸池的結(jié)構(gòu)設(shè)計為:在基層上鋪土工膜，膜上鋪土工網(wǎng)，網(wǎng)上是另一層土工膜。礦堆最大高度為60m。當(dāng)堆浸過的礦石挖出后，對土工膜及其接縫處的樣品進行了測試。檢測結(jié)果表明，土工膜及其接縫都沒有出現(xiàn)明顯的損傷，檢測過的試樣也沒有發(fā)現(xiàn)穿孔。

另一個要考慮的問題是，土工膜/土工網(wǎng)界面在高壓流體作用下的長期表現(xiàn)，如在非常深的池中，將土工網(wǎng)布置于雙層土工膜之間。目前，還不能確定在礦堆荷載作用下，土工網(wǎng)是否會刺入土工膜。因此從長遠(yuǎn)來看，有可能會在土工膜上造成漏洞。在有些案例中，發(fā)現(xiàn)土工網(wǎng)部分地刺入土工膜。一般當(dāng)土工膜的密度比土工網(wǎng)低時，這種情況會出現(xiàn)(和土工膜相比，土工網(wǎng)相對較硬)。

還有一個一般不會涉及到的問題是，在峽谷堆浸場中可固結(jié)的材料對邊坡界面作用力的影響。由于礦石的堆置厚度不同，礦堆的沉降會有差異。這會導(dǎo)致沿邊坡上的土工膜產(chǎn)生位移，從而影響礦堆的穩(wěn)定性。只要沿著邊坡上的土工膜產(chǎn)生較小的位移，殘余剪切強度值就能很快達(dá)到。這個問題可用數(shù)值分析方法來評估，根據(jù)固結(jié)沉降引起的位移來決定可能的剪切強度。

由于土工布會發(fā)生堵塞問題，因此在堆浸場一般不會用土工布來覆蓋排水導(dǎo)管。在作銅礦石堆浸時，使用細(xì)菌是工藝的一部分，細(xì)菌也因此被認(rèn)為是造成排水管外圍的土工布發(fā)生堵塞的原因之一。到目前為止，并未針對采礦工藝對這個問題進行詳細(xì)研究。

因為礦物價值是通過排水系統(tǒng)的回收來實現(xiàn)的，因此，解決堆浸場排水系統(tǒng)的堵塞問題是非常重要的。此外，如果發(fā)生土工布堵塞，就會在堆浸池中形成高壓水頭，從而誘發(fā)穩(wěn)定性問題。還有，對于硫化物礦石，維持一個氧化環(huán)境對于堆浸的成功是非常重要的。如果土工布發(fā)生堵塞而礦石已開始浸透，金屬的回收率就會下降。