現(xiàn)有的土工合成物，一般都能承受采礦業(yè)通常使用的化學(xué)試劑的腐蝕。在常見(jiàn)的pH值2到10.5范圍內(nèi)，土工膜能抵抗化學(xué)腐蝕，土工布也能安全地使用。通常，較多考慮的是土工膜對(duì)化學(xué)元素的適應(yīng)性，而不是采礦業(yè)所使用的化學(xué)試劑。
1、堆浸場(chǎng)
堆浸法廣泛地用來(lái)提取金、銀、銅和其它金屬。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(lái)作防滲襯墊。堆浸液從礦堆的頂部淋下，滲透過(guò)礦堆（礦堆并沒(méi)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(guò)不同的工藝提取各種金屬。堆浸場(chǎng)使用土工合成物時(shí)，防止污染和順腸排水是應(yīng)當(dāng)考慮的兩個(gè)最重要的因素。
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(jì)考慮因素。在襯墊設(shè)計(jì)中，只有兩個(gè)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(jì)。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(shí)，由于母液是在礦堆的孔隙中流動(dòng)的，因此可以使用較高的堆高。水頭較低的復(fù)合襯墊，對(duì)大多數(shù)堆浸場(chǎng)來(lái)講是優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
堆浸場(chǎng)通常配有地面溶液池。無(wú)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(guò)礦堆滲透下來(lái)的含礦溶液后，再經(jīng)過(guò)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(wú)礦廢液則送到另一個(gè)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(gè)上層土工膜的作用是減少在復(fù)合襯墊層上的水頭，因?yàn)橥ㄟ^(guò)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(cè)系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兾挥谡麄€(gè)系統(tǒng)中最重要的復(fù)合襯墊層上面。只有當(dāng)滲漏液進(jìn)入復(fù)合襯墊下面的地層時(shí)，才有滲漏探測(cè)出現(xiàn)。
在堆浸場(chǎng)常用的土工膜有PVC、HDPE、LLDPE和VLDPE。在過(guò)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(wú)紡?fù)凉げ家彩褂幂^廣。土工膜的常用設(shè)計(jì)方法描述如下。
1 )界面荷載測(cè)試
首先，為了評(píng)估土工膜在礦堆靜載作用下的特性，需要用設(shè)計(jì)材料進(jìn)行界面靜載測(cè)試。這種測(cè)試可用加力計(jì)來(lái)做。加力計(jì)的直徑應(yīng)當(dāng)足夠的大，以避免比例效應(yīng)。在采礦實(shí)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(jì)的頂部。要測(cè)試的襯墊，排水層和襯墊上的材料，按工程設(shè)計(jì)的方式放置在加力計(jì)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(yàn)樣品的固結(jié)情況。加載完畢后，從加力計(jì)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(lái)描述。
也可用真空盒測(cè)試來(lái)檢測(cè)土工膜的完整性。此外，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的土工合成物測(cè)試，來(lái)檢測(cè)土工膜的物理性質(zhì)，并和原生樣品的測(cè)試結(jié)果相比較。這種加載測(cè)試獲得的結(jié)果，可用來(lái)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(qiáng)度
另一個(gè)重要問(wèn)題，是土工膜與其相接觸的各種材料的界面剪力強(qiáng)度。界面剪力強(qiáng)度一般按ASTM D 5321用大型的直剪儀來(lái)測(cè)試。界面根據(jù)加載條件進(jìn)行評(píng)估，包括：
襯墊和排水系統(tǒng)可能有很多潛在的破壞面。通常應(yīng)對(duì)幾種不同的界面，在不同的荷載作用下進(jìn)行評(píng)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。
美國(guó)丹佛市的 Golder Associates Inc. 公司對(duì)某堆浸工程用大型直剪儀（30cm X 30cm）對(duì)幾種設(shè)計(jì)的土工合成材料和土，作了很多界面剪切強(qiáng)度測(cè)試。對(duì)HDPE和LLDPE材料都作了測(cè)試，測(cè)量了峰值和殘余剪切強(qiáng)度。測(cè)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(cè)試荷載范圍內(nèi)并沒(méi)有明顯地改變界面強(qiáng)度。此外，測(cè)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(lèi)型的不同而有輕微變化。
3 )滲漏液估計(jì)
可用Bonaparte等人1989年提出的方法來(lái)估算滲漏液。該方法一般假定每4000 m2有一個(gè)10mm2的漏洞。關(guān)于土工合成物在堆浸場(chǎng)的使用，還有很多要研究的問(wèn)題。很多時(shí)候，這些問(wèn)題是由于好奇而提出的，而不是針對(duì)專(zhuān)門(mén)的技術(shù)設(shè)計(jì)考慮因素而提出的。一個(gè)特定的問(wèn)題是，不同的土工膜在與顆粒材料直接接觸時(shí)，在荷載作用下它的長(zhǎng)期特性究竟如何。實(shí)驗(yàn)室加載測(cè)試一般最多只持續(xù)幾天，而現(xiàn)場(chǎng)加載則是整個(gè)生產(chǎn)期（一般2到10年）。尚不清楚的是，它是否會(huì)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(shuō)，顆粒有可能最終充填了穿孔的大部分，因而沒(méi)有出現(xiàn)明顯的滲漏）。
一般不會(huì)將堆浸場(chǎng)的土工膜挖出來(lái)進(jìn)行調(diào)查。1995年，對(duì)美國(guó)科羅拉多州的一個(gè)堆浸場(chǎng)的襯墊作了定性評(píng)估。該堆浸場(chǎng)建在一個(gè)尾礦池的上游，其自然邊坡延伸到尾礦池邊。自然邊坡角為2H：1V。堆浸池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guò)的礦石挖出后，對(duì)土工膜及其接縫處的樣品進(jìn)行了測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果表明，土工膜及其接縫都沒(méi)有出現(xiàn)明顯的損傷，檢測(cè)過(guò)的試樣也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)穿孔。
另一個(gè)要考慮的問(wèn)題是，土工膜/土工網(wǎng)界面在高壓流體作用下的長(zhǎng)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(huì)刺入土工膜。因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，有可能會(huì)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(shí)，這種情況會(huì)出現(xiàn)（和土工膜相比，土工網(wǎng)相對(duì)較硬）。
還有一個(gè)一般不會(huì)涉及到的問(wèn)題是，在峽谷堆浸場(chǎng)中可固結(jié)的材料對(duì)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(huì)有差異。這會(huì)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(qiáng)度值就能很快達(dá)到。這個(gè)問(wèn)題可用數(shù)值分析方法來(lái)評(píng)估，根據(jù)固結(jié)沉降引起的位移來(lái)決定可能的剪切強(qiáng)度。
由于土工布會(huì)發(fā)生堵塞問(wèn)題，因此在堆浸場(chǎng)一般不會(huì)用土工布來(lái)覆蓋排水導(dǎo)管。在作銅礦石堆浸時(shí)，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(duì)采礦工藝對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)研究。
因?yàn)榈V物價(jià)值是通過(guò)排水系統(tǒng)的回收來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，解決堆浸場(chǎng)排水系統(tǒng)的堵塞問(wèn)題是非常重要的。此外，如果發(fā)生土工布堵塞，就會(huì)在堆浸池中形成高壓水頭，從而誘發(fā)穩(wěn)定性問(wèn)題。還有，對(duì)于硫化物礦石，維持一個(gè)氧化環(huán)境對(duì)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(kāi)始浸透，金屬的回收率就會(huì)下降。
尾礦是使用球磨機(jī)或濃縮池選礦時(shí)，從礦石中提取金屬后留下的細(xì)粒物質(zhì)。尾礦的粒徑分布，一般為非常細(xì)的砂到粉沙土。在許多例子中，尾礦含有多達(dá)60%的0.075mm篩下物質(zhì)。
在尾礦池中使用土工合成物時(shí)，主要考慮的是要防止尾礦中液相的污染物因存放過(guò)久而發(fā)生滲漏，或者用來(lái)減少襯墊上的水頭?？刂莆驳V庫(kù)內(nèi)的水位，是庫(kù)池系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。有些尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)采用上游建筑法。為了保證壩體的穩(wěn)定，該法需要保持地下水面遠(yuǎn)離尾礦壩面。由于尾礦是泥漿形態(tài)，因此土工合成物在尾礦放置初期，在尾礦壩前面起隔水體的作用。此外，土工合成物還用來(lái)構(gòu)筑尾礦庫(kù)底部襯墊系統(tǒng)及其下的排水系統(tǒng)。尾礦排放后，就立即通過(guò)排水系統(tǒng)和地面尾礦庫(kù)管理進(jìn)行脫水。使用庫(kù)水管理系統(tǒng)來(lái)降低壩面附近的地下水面，以保持壩體土的高強(qiáng)度。
防水襯墊和排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其在不同水頭下的表現(xiàn)，是在設(shè)計(jì)階段應(yīng)當(dāng)研究的問(wèn)題。在北方地區(qū)寒冷的冬天生產(chǎn)時(shí)，尾礦漿與襯墊的相互作用應(yīng)當(dāng)特別注意。壩臺(tái)形成后，壩臺(tái)對(duì)土工膜在長(zhǎng)期使用狀態(tài)下的影響是非常重要的。土工膜及其上面的排水材料的長(zhǎng)期耐久性，也是一個(gè)必須研究的問(wèn)題。
HDPE和LLDPE是尾礦庫(kù)中常用的土工膜。如果有貨源，VLDPE也使用較廣。由于PVC對(duì)紫外線照射很敏感，因此，PVC的應(yīng)用不太廣。有紡和無(wú)紡?fù)凉げ荚谖驳V庫(kù)設(shè)計(jì)中也有應(yīng)用。
常見(jiàn)的設(shè)計(jì)方法，包括根據(jù)每4000 m2有一個(gè)10mm2的洞，對(duì)通過(guò)土工膜的滲漏液進(jìn)行估計(jì)。一般在進(jìn)行尾礦庫(kù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，需要仔細(xì)考慮尾礦漿固結(jié)時(shí)在襯墊上形成的界面力。尾礦庫(kù)內(nèi)的不均勻沉降，會(huì)造成土工膜襯墊上應(yīng)力的廣泛變化及由此而產(chǎn)生的應(yīng)變差。
其它需要注意的突出問(wèn)題，還有尾礦沉降對(duì)邊坡上界面力的影響。由于尾礦是以礦漿形式排放，孔隙度很大，在自重和其后排放的尾礦的重力作用下，就會(huì)出現(xiàn)有明顯的固結(jié)。尾礦固結(jié)形成的拉力，會(huì)導(dǎo)致土工膜發(fā)生撕裂和穿破。盡管經(jīng)驗(yàn)表明，由界面力作用引起的這種破壞一般并沒(méi)有出現(xiàn)，但是對(duì)此應(yīng)有很好的了解。
另一個(gè)問(wèn)題是，由各種化學(xué)藥劑和細(xì)菌作用引起的土工布堵塞。雖然有若干研究者研究過(guò)土工布在不同情況下發(fā)生堵塞的問(wèn)題，但是采礦工業(yè)界缺乏與其相適應(yīng)的確定的尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)方法。如果土工布用于含有硫化物尾礦的排水系統(tǒng)，那么土工布會(huì)因?yàn)樵谶€原和氧化環(huán)境界面上形成沉淀而發(fā)生堵塞。尾礦庫(kù)通常是一個(gè)還原環(huán)境，而排水系統(tǒng)因?yàn)榕c大氣相通則可能是一個(gè)氧化環(huán)境。
在尾礦庫(kù)的排水系統(tǒng)中，使用土工布能成為尾礦庫(kù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部分。如前所述，上游法構(gòu)筑尾礦壩時(shí)，要求仔細(xì)地管理庫(kù)內(nèi)的水位。通常在構(gòu)筑下部的排水系統(tǒng)時(shí)，用土工布來(lái)過(guò)濾和分隔。如果在尾礦庫(kù)使用期間，土工布嚴(yán)重堵塞，庫(kù)內(nèi)水位就會(huì)上升，并最終危及尾礦壩的穩(wěn)定。
3、 廢石場(chǎng)
廢石場(chǎng)由廢棄巖石和因品位過(guò)低而沒(méi)有加工價(jià)值的表外礦石組成。廢石場(chǎng)高度可達(dá)300m甚至以上，一般由推土機(jī)的倒棄作業(yè)形成。廢石粒徑從粉砂到很大的巖塊，有時(shí)直徑達(dá)2.5m。在廢石場(chǎng)，土工合成物主要是作排水材料，一般使用有紡和無(wú)紡?fù)凉げ肌?nbsp;
設(shè)計(jì)時(shí)，一般根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的水文評(píng)估、泉水和滲流勘測(cè)來(lái)估計(jì)水流量。土工布起隔離作用，把排水材料和周?chē)淖匀徊牧戏珠_(kāi)。排水材料一般是直徑為20cm到30cm的巖石。在這種情況下，土工布需要承受很高的荷載。
一個(gè)突出的問(wèn)題是，土工布因化學(xué)和細(xì)菌作用的影響而發(fā)生堵塞。土工布在廢石場(chǎng)的堵塞問(wèn)題，不象在堆浸場(chǎng)和尾礦庫(kù)那樣嚴(yán)重。大多數(shù)廢石場(chǎng)的廢石粒徑相當(dāng)粗，不會(huì)形成額外的孔隙水壓而影響到廢石場(chǎng)的穩(wěn)定。
礦上基礎(chǔ)設(shè)施，如公路、機(jī)場(chǎng)等，通常也使用土工合成物。分隔、加固和排水是在這些場(chǎng)合應(yīng)當(dāng)考慮的主要問(wèn)題。一般采用公路工程和其它公共工程使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)程序，但尚不知道特別與采礦有關(guān)的突出問(wèn)題。
礦業(yè)在設(shè)計(jì)容納、堆存場(chǎng)所和排水系統(tǒng)時(shí)，廣泛使用土工合成物是必然的選擇。土工合成物在采礦工程中的應(yīng)用，主要是出于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)兩方面的考慮，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)因素和環(huán)保需求要求礦山設(shè)計(jì)使用更便宜，更有效的材料。采礦工程的成本不能直接由消費(fèi)者來(lái)承擔(dān)，因?yàn)椴傻V工業(yè)生產(chǎn)的商品是直接售往市場(chǎng)的。特別是出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，要求堆浸場(chǎng)設(shè)計(jì)、尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)和廢石場(chǎng)設(shè)計(jì)廣泛地使用在工程上最安全同時(shí)又是最經(jīng)濟(jì)的土工材料，這樣，既能夠滿足環(huán)保方面的要求，又能夠大大降低生產(chǎn)成本。以土工膜為代表的土工合成物具有工程安全性能強(qiáng)，能夠滿足環(huán)保的要求，同時(shí)材料成本又不高，因此，在礦業(yè)中的應(yīng)用將愈來(lái)愈廣泛。
1、堆浸場(chǎng)
堆浸法廣泛地用來(lái)提取金、銀、銅和其它金屬。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(lái)作防滲襯墊。堆浸液從礦堆的頂部淋下，滲透過(guò)礦堆（礦堆并沒(méi)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(guò)不同的工藝提取各種金屬。堆浸場(chǎng)使用土工合成物時(shí)，防止污染和順腸排水是應(yīng)當(dāng)考慮的兩個(gè)最重要的因素。
在設(shè)計(jì)堆浸場(chǎng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮的主要問(wèn)題還有：
粗料（有時(shí)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(shí)高達(dá)125m。
用人造排水材料來(lái)收集浸出液和滲漏液時(shí)，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(huì)由于在襯墊上拖拉管子，或在池內(nèi)移動(dòng)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(kāi)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。
施加在土工膜上的靜壓力通常很高，礦堆高度有時(shí)高達(dá)125m。
用人造排水材料來(lái)收集浸出液和滲漏液時(shí)，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(huì)由于在襯墊上拖拉管子，或在池內(nèi)移動(dòng)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(kāi)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(jì)考慮因素。在襯墊設(shè)計(jì)中，只有兩個(gè)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(jì)。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(shí)，由于母液是在礦堆的孔隙中流動(dòng)的，因此可以使用較高的堆高。水頭較低的復(fù)合襯墊，對(duì)大多數(shù)堆浸場(chǎng)來(lái)講是優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
堆浸場(chǎng)通常配有地面溶液池。無(wú)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(guò)礦堆滲透下來(lái)的含礦溶液后，再經(jīng)過(guò)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(wú)礦廢液則送到另一個(gè)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(gè)上層土工膜的作用是減少在復(fù)合襯墊層上的水頭，因?yàn)橥ㄟ^(guò)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(cè)系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兾挥谡麄€(gè)系統(tǒng)中最重要的復(fù)合襯墊層上面。只有當(dāng)滲漏液進(jìn)入復(fù)合襯墊下面的地層時(shí)，才有滲漏探測(cè)出現(xiàn)。
在堆浸場(chǎng)常用的土工膜有PVC、HDPE、LLDPE和VLDPE。在過(guò)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(wú)紡?fù)凉げ家彩褂幂^廣。土工膜的常用設(shè)計(jì)方法描述如下。
1 )界面荷載測(cè)試
首先，為了評(píng)估土工膜在礦堆靜載作用下的特性，需要用設(shè)計(jì)材料進(jìn)行界面靜載測(cè)試。這種測(cè)試可用加力計(jì)來(lái)做。加力計(jì)的直徑應(yīng)當(dāng)足夠的大，以避免比例效應(yīng)。在采礦實(shí)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(jì)的頂部。要測(cè)試的襯墊，排水層和襯墊上的材料，按工程設(shè)計(jì)的方式放置在加力計(jì)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(yàn)樣品的固結(jié)情況。加載完畢后，從加力計(jì)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(lái)描述。
也可用真空盒測(cè)試來(lái)檢測(cè)土工膜的完整性。此外，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的土工合成物測(cè)試，來(lái)檢測(cè)土工膜的物理性質(zhì)，并和原生樣品的測(cè)試結(jié)果相比較。這種加載測(cè)試獲得的結(jié)果，可用來(lái)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(qiáng)度
另一個(gè)重要問(wèn)題，是土工膜與其相接觸的各種材料的界面剪力強(qiáng)度。界面剪力強(qiáng)度一般按ASTM D 5321用大型的直剪儀來(lái)測(cè)試。界面根據(jù)加載條件進(jìn)行評(píng)估，包括：
飽和條件
濕界面（沒(méi)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
濕界面（沒(méi)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(duì)幾種不同的界面，在不同的荷載作用下進(jìn)行評(píng)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。
美國(guó)丹佛市的 Golder Associates Inc. 公司對(duì)某堆浸工程用大型直剪儀（30cm X 30cm）對(duì)幾種設(shè)計(jì)的土工合成材料和土，作了很多界面剪切強(qiáng)度測(cè)試。對(duì)HDPE和LLDPE材料都作了測(cè)試，測(cè)量了峰值和殘余剪切強(qiáng)度。測(cè)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(cè)試荷載范圍內(nèi)并沒(méi)有明顯地改變界面強(qiáng)度。此外，測(cè)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(lèi)型的不同而有輕微變化。
3 )滲漏液估計(jì)
可用Bonaparte等人1989年提出的方法來(lái)估算滲漏液。該方法一般假定每4000 m2有一個(gè)10mm2的漏洞。關(guān)于土工合成物在堆浸場(chǎng)的使用，還有很多要研究的問(wèn)題。很多時(shí)候，這些問(wèn)題是由于好奇而提出的，而不是針對(duì)專(zhuān)門(mén)的技術(shù)設(shè)計(jì)考慮因素而提出的。一個(gè)特定的問(wèn)題是，不同的土工膜在與顆粒材料直接接觸時(shí)，在荷載作用下它的長(zhǎng)期特性究竟如何。實(shí)驗(yàn)室加載測(cè)試一般最多只持續(xù)幾天，而現(xiàn)場(chǎng)加載則是整個(gè)生產(chǎn)期（一般2到10年）。尚不清楚的是，它是否會(huì)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(shuō)，顆粒有可能最終充填了穿孔的大部分，因而沒(méi)有出現(xiàn)明顯的滲漏）。
一般不會(huì)將堆浸場(chǎng)的土工膜挖出來(lái)進(jìn)行調(diào)查。1995年，對(duì)美國(guó)科羅拉多州的一個(gè)堆浸場(chǎng)的襯墊作了定性評(píng)估。該堆浸場(chǎng)建在一個(gè)尾礦池的上游，其自然邊坡延伸到尾礦池邊。自然邊坡角為2H：1V。堆浸池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guò)的礦石挖出后，對(duì)土工膜及其接縫處的樣品進(jìn)行了測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果表明，土工膜及其接縫都沒(méi)有出現(xiàn)明顯的損傷，檢測(cè)過(guò)的試樣也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)穿孔。
另一個(gè)要考慮的問(wèn)題是，土工膜/土工網(wǎng)界面在高壓流體作用下的長(zhǎng)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(huì)刺入土工膜。因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，有可能會(huì)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(shí)，這種情況會(huì)出現(xiàn)（和土工膜相比，土工網(wǎng)相對(duì)較硬）。
還有一個(gè)一般不會(huì)涉及到的問(wèn)題是，在峽谷堆浸場(chǎng)中可固結(jié)的材料對(duì)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(huì)有差異。這會(huì)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(qiáng)度值就能很快達(dá)到。這個(gè)問(wèn)題可用數(shù)值分析方法來(lái)評(píng)估，根據(jù)固結(jié)沉降引起的位移來(lái)決定可能的剪切強(qiáng)度。
由于土工布會(huì)發(fā)生堵塞問(wèn)題，因此在堆浸場(chǎng)一般不會(huì)用土工布來(lái)覆蓋排水導(dǎo)管。在作銅礦石堆浸時(shí)，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(duì)采礦工藝對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)研究。
因?yàn)榈V物價(jià)值是通過(guò)排水系統(tǒng)的回收來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，解決堆浸場(chǎng)排水系統(tǒng)的堵塞問(wèn)題是非常重要的。此外，如果發(fā)生土工布堵塞，就會(huì)在堆浸池中形成高壓水頭，從而誘發(fā)穩(wěn)定性問(wèn)題。還有，對(duì)于硫化物礦石，維持一個(gè)氧化環(huán)境對(duì)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(kāi)始浸透，金屬的回收率就會(huì)下降。
2、尾礦池
尾礦是使用球磨機(jī)或濃縮池選礦時(shí)，從礦石中提取金屬后留下的細(xì)粒物質(zhì)。尾礦的粒徑分布，一般為非常細(xì)的砂到粉沙土。在許多例子中，尾礦含有多達(dá)60%的0.075mm篩下物質(zhì)。
在尾礦池中使用土工合成物時(shí)，主要考慮的是要防止尾礦中液相的污染物因存放過(guò)久而發(fā)生滲漏，或者用來(lái)減少襯墊上的水頭?？刂莆驳V庫(kù)內(nèi)的水位，是庫(kù)池系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。有些尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)采用上游建筑法。為了保證壩體的穩(wěn)定，該法需要保持地下水面遠(yuǎn)離尾礦壩面。由于尾礦是泥漿形態(tài)，因此土工合成物在尾礦放置初期，在尾礦壩前面起隔水體的作用。此外，土工合成物還用來(lái)構(gòu)筑尾礦庫(kù)底部襯墊系統(tǒng)及其下的排水系統(tǒng)。尾礦排放后，就立即通過(guò)排水系統(tǒng)和地面尾礦庫(kù)管理進(jìn)行脫水。使用庫(kù)水管理系統(tǒng)來(lái)降低壩面附近的地下水面，以保持壩體土的高強(qiáng)度。
防水襯墊和排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其在不同水頭下的表現(xiàn)，是在設(shè)計(jì)階段應(yīng)當(dāng)研究的問(wèn)題。在北方地區(qū)寒冷的冬天生產(chǎn)時(shí)，尾礦漿與襯墊的相互作用應(yīng)當(dāng)特別注意。壩臺(tái)形成后，壩臺(tái)對(duì)土工膜在長(zhǎng)期使用狀態(tài)下的影響是非常重要的。土工膜及其上面的排水材料的長(zhǎng)期耐久性，也是一個(gè)必須研究的問(wèn)題。
HDPE和LLDPE是尾礦庫(kù)中常用的土工膜。如果有貨源，VLDPE也使用較廣。由于PVC對(duì)紫外線照射很敏感，因此，PVC的應(yīng)用不太廣。有紡和無(wú)紡?fù)凉げ荚谖驳V庫(kù)設(shè)計(jì)中也有應(yīng)用。
常見(jiàn)的設(shè)計(jì)方法，包括根據(jù)每4000 m2有一個(gè)10mm2的洞，對(duì)通過(guò)土工膜的滲漏液進(jìn)行估計(jì)。一般在進(jìn)行尾礦庫(kù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，需要仔細(xì)考慮尾礦漿固結(jié)時(shí)在襯墊上形成的界面力。尾礦庫(kù)內(nèi)的不均勻沉降，會(huì)造成土工膜襯墊上應(yīng)力的廣泛變化及由此而產(chǎn)生的應(yīng)變差。
其它需要注意的突出問(wèn)題，還有尾礦沉降對(duì)邊坡上界面力的影響。由于尾礦是以礦漿形式排放，孔隙度很大，在自重和其后排放的尾礦的重力作用下，就會(huì)出現(xiàn)有明顯的固結(jié)。尾礦固結(jié)形成的拉力，會(huì)導(dǎo)致土工膜發(fā)生撕裂和穿破。盡管經(jīng)驗(yàn)表明，由界面力作用引起的這種破壞一般并沒(méi)有出現(xiàn)，但是對(duì)此應(yīng)有很好的了解。
另一個(gè)問(wèn)題是，由各種化學(xué)藥劑和細(xì)菌作用引起的土工布堵塞。雖然有若干研究者研究過(guò)土工布在不同情況下發(fā)生堵塞的問(wèn)題，但是采礦工業(yè)界缺乏與其相適應(yīng)的確定的尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)方法。如果土工布用于含有硫化物尾礦的排水系統(tǒng)，那么土工布會(huì)因?yàn)樵谶€原和氧化環(huán)境界面上形成沉淀而發(fā)生堵塞。尾礦庫(kù)通常是一個(gè)還原環(huán)境，而排水系統(tǒng)因?yàn)榕c大氣相通則可能是一個(gè)氧化環(huán)境。
在尾礦庫(kù)的排水系統(tǒng)中，使用土工布能成為尾礦庫(kù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部分。如前所述，上游法構(gòu)筑尾礦壩時(shí)，要求仔細(xì)地管理庫(kù)內(nèi)的水位。通常在構(gòu)筑下部的排水系統(tǒng)時(shí)，用土工布來(lái)過(guò)濾和分隔。如果在尾礦庫(kù)使用期間，土工布嚴(yán)重堵塞，庫(kù)內(nèi)水位就會(huì)上升，并最終危及尾礦壩的穩(wěn)定。
3、 廢石場(chǎng)
廢石場(chǎng)由廢棄巖石和因品位過(guò)低而沒(méi)有加工價(jià)值的表外礦石組成。廢石場(chǎng)高度可達(dá)300m甚至以上，一般由推土機(jī)的倒棄作業(yè)形成。廢石粒徑從粉砂到很大的巖塊，有時(shí)直徑達(dá)2.5m。在廢石場(chǎng)，土工合成物主要是作排水材料，一般使用有紡和無(wú)紡?fù)凉げ肌?nbsp;
設(shè)計(jì)時(shí)，一般根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的水文評(píng)估、泉水和滲流勘測(cè)來(lái)估計(jì)水流量。土工布起隔離作用，把排水材料和周?chē)淖匀徊牧戏珠_(kāi)。排水材料一般是直徑為20cm到30cm的巖石。在這種情況下，土工布需要承受很高的荷載。
一個(gè)突出的問(wèn)題是，土工布因化學(xué)和細(xì)菌作用的影響而發(fā)生堵塞。土工布在廢石場(chǎng)的堵塞問(wèn)題，不象在堆浸場(chǎng)和尾礦庫(kù)那樣嚴(yán)重。大多數(shù)廢石場(chǎng)的廢石粒徑相當(dāng)粗，不會(huì)形成額外的孔隙水壓而影響到廢石場(chǎng)的穩(wěn)定。
4、基礎(chǔ)設(shè)施
礦上基礎(chǔ)設(shè)施，如公路、機(jī)場(chǎng)等，通常也使用土工合成物。分隔、加固和排水是在這些場(chǎng)合應(yīng)當(dāng)考慮的主要問(wèn)題。一般采用公路工程和其它公共工程使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)程序，但尚不知道特別與采礦有關(guān)的突出問(wèn)題。
5、 結(jié)論
礦業(yè)在設(shè)計(jì)容納、堆存場(chǎng)所和排水系統(tǒng)時(shí)，廣泛使用土工合成物是必然的選擇。土工合成物在采礦工程中的應(yīng)用，主要是出于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)兩方面的考慮，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)因素和環(huán)保需求要求礦山設(shè)計(jì)使用更便宜，更有效的材料。采礦工程的成本不能直接由消費(fèi)者來(lái)承擔(dān)，因?yàn)椴傻V工業(yè)生產(chǎn)的商品是直接售往市場(chǎng)的。特別是出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，要求堆浸場(chǎng)設(shè)計(jì)、尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)和廢石場(chǎng)設(shè)計(jì)廣泛地使用在工程上最安全同時(shí)又是最經(jīng)濟(jì)的土工材料，這樣，既能夠滿足環(huán)保方面的要求，又能夠大大降低生產(chǎn)成本。以土工膜為代表的土工合成物具有工程安全性能強(qiáng)，能夠滿足環(huán)保的要求，同時(shí)材料成本又不高，因此，在礦業(yè)中的應(yīng)用將愈來(lái)愈廣泛。
重慶高碩科技有限公司工程部
2013.11.08
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