ชั้นป้องกัน geomembrane สำหรับสถานที่จัดเก็บกากแร่ | คู่มือ
สำหรับวิศวกรเหมืองแร่ ผู้เชี่ยวชาญด้านธรณีเทคนิค และผู้รับเหมา EPC การเลือกที่เหมาะสมชั้นป้องกัน geomembrane สำหรับสถานที่จัดเก็บกากแร่มีความสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันการเจาะทะลุของเยื่อบุหลักจากเศษแร่ที่ทับถม ความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวใต้ฐาน และอุปกรณ์ก่อสร้าง ชั้นป้องกันเยื่อสังเคราะห์—โดยทั่วไปคือผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอที่ถูกเจาะด้วยเข็มหรือเบาะทราย/กรวด—ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันที่เสียสละเพื่อดูดซับแรงทางกลและกระจายความเค้นเฉพาะจุด รักษาความสมบูรณ์ของเยื่อบุ HDPE หรือ LLDPE หากไม่มีการป้องกันที่เพียงพอ อนุภาคเศษแร่ที่มีเหลี่ยมมุม (0.1 มม. ถึง 50 มม.) สามารถเจาะเยื่อบุภายใต้แรงดันน้ำ (สูงถึง 30 ม.) และระหว่างเหตุการณ์แผ่นดินไหว คู่มือนี้ครอบคลุมประเภทของชั้นป้องกัน (ผ้าใยสังเคราะห์ แผ่นใยสังเคราะห์ ทราย คอนกรีต) การออกแบบความหนาตามขนาดอนุภาคเศษแร่และความสูงของกองแร่ และข้อกำหนดวัสดุ (มวลต่อหน่วยพื้นที่ 400 ถึง 2000 กรัม/ตร.ม. ความต้านทานการเจาะทะลุตามมาตรฐาน ASTM D4833) ผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อจะได้เรียนรู้การระบุชั้นป้องกันที่ยืดอายุการใช้งานของเยื่อสังเคราะห์จาก 10 ถึง 30 ปี ที่มา: ASTM D4833, GRI-GCL, EPA 40 CFR 264.221
ชั้นป้องกันเยื่อสังเคราะห์สำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกในการเก็บกากแร่คืออะไร
ชั้นป้องกันเยื่อสังเคราะห์สำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกในการเก็บกากแร่หมายถึงวัสดุกันกระแทกและแยกชั้นที่ออกแบบทางวิศวกรรม ซึ่งติดตั้งเหนือ ใต้ หรือทั้งเหนือและใต้แผ่นซับจีโอเมมเบรนในสถานที่จัดเก็บกากแร่ (TSF) ชั้นเหล่านี้ทำหน้าที่หลักสามประการ: (1) ป้องกันแผ่นซับจีโอเมมเบรนจากการถูกเจาะโดยอนุภาคกากแร่ที่มีเหลี่ยมมุม (เช่น ทราย ตะกอน และกรวด) ที่วางลงบนแผ่นซับโดยตรง (2) ป้องกันแผ่นซับจีโอเมมเบรนจากความไม่สม่ำเสมอของชั้นดินรองพื้น (หิน รากไม้ หรือการบดอัดที่ไม่สม่ำเสมอ) และ (3) ระบายน้ำสำหรับระบบตรวจจับการรั่วซึมและป้องกันการอุดตันของระบบระบายน้ำใต้ดิน วัสดุชั้นป้องกันทั่วไปได้แก่: ผ้าใยสังเคราะห์จีโอเท็กซ์ไทล์ชนิดไม่ทอแบบเจาะเข็ม (400 ถึง 2000 กรัมต่อตารางเมตร) – ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด; แผ่นจีโอแมท (ตาข่ายโพลีโพรพิลีนหรือวัสดุผสม) – สำหรับความต้องการระบายน้ำสูง; เบาะทรายหรือกรวด (100 ถึง 300 มิลลิเมตร) – สำหรับกากแร่ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน; และแผ่นรองคอนกรีต – สำหรับพื้นที่ที่มีการจราจรของเครื่องจักรหนัก สำหรับงานวิศวกรรมและการจัดซื้อ พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญได้แก่: ความต้านทานการเจาะที่ต้องการ (ขึ้นอยู่กับขนาดและความเหลี่ยมมุมของอนุภาคกากแร่) ค่าการนำน้ำ (สำหรับการระบายน้ำ) และความต้านทานสารเคมี (ต่อกากแร่ที่เป็นกรดหรือด่าง) ชั้นป้องกันช่วยยืดอายุการใช้งานของแผ่นซับจีโอเมมเบรนจาก 10 ปี (ไม่มีการป้องกัน) เป็นมากกว่า 30 ปี (ออกแบบอย่างเหมาะสม) ที่มา: ASTM D4833, GRI-GM13, EPA 40 CFR 264.221
ข้อกำหนดทางเทคนิคของชั้นป้องกันแผ่นใยสังเคราะห์
เมื่อออกแบบชั้นป้องกัน geomembrane สำหรับสถานที่จัดเก็บกากแร่, พารามิเตอร์ทางเทคนิคต่อไปนี้มีความสำคัญ
| พารามิเตอร์ | ค่าทั่วไป | ความสำคัญของวิศวกรรม |
|---|---|---|
| น้ำหนักต่อหน่วยพื้นที่ของผ้าใยสังเคราะห์ (ชั้นป้องกันแบบไม่ทอ) | 400 กรัมต่อตารางเมตร ถึง 2000 กรัมต่อตารางเมตร (800 ถึง 1200 กรัมต่อตารางเมตรสำหรับกากแร่ทั่วไป) | น้ำหนักที่สูงขึ้นให้ความต้านทานการเจาะและการรองรับแรงกระแทกที่ดีขึ้น 400 กรัมต่อตารางเมตรสำหรับการป้องกันพื้นทางเบา 1200 กรัมต่อตารางเมตรสำหรับกากแร่หยาบที่มีเหลี่ยมคม แหล่งที่มา: ASTM D5261 |
| ความต้านทานการเจาะ (ASTM D4833) ของผ้าใยสังเคราะห์ | 800 ถึง 3000 นิวตัน (ขึ้นอยู่กับน้ำหนัก) | ผ้าใยสังเคราะห์ต้องต้านทานการเจาะจากหินด้านล่างหรือกากแร่ด้านบนก่อนที่น้ำหนักจะถ่ายเทไปยังแผ่นใยสังเคราะห์ ผ้าไม่ทอ 1200 กรัมต่อตารางเมตร: ≥1500 นิวตันทั่วไป แหล่งที่มา: ASTM D4833 |
| ความแข็งแรงในการฉีกขาดแบบสี่เหลี่ยมคางหมู (ASTM D4533) | 400 ถึง 1200 นิวตัน | ต้านทานการขยายตัวของรอยฉีกขาดระหว่างการติดตั้งและภายใต้ภาระ ความต้านทานการฉีกขาดต่ำทำให้ผ้าใยสังเคราะห์ทางธรณีเทคนิคเสียหาย ส่งผลให้เยื่อบุธรณีเทคนิคถูกเปิดเผย |
| ค่าการนำน้ำ (การซึมผ่าน) ของชั้นป้องกัน (หากเป็นส่วนหนึ่งของระบบระบายน้ำ) | ผ้าใยสังเคราะห์: 0.1 ถึง 1.0 เซนติเมตรต่อวินาที; ทราย/กรวด: 1×10⁻² ถึง 1×10⁻¹ เซนติเมตรต่อวินาที | สำหรับระบบตรวจจับการรั่วซึม ชั้นป้องกันต้องยอมให้ของเหลวไหลไปยังบ่อรวบรวม ต้องใช้ผ้าใยสังเคราะห์ที่มีค่าการซึมผ่านสูง (≥0.5 วินาที⁻¹) แหล่งที่มา: ASTM D4491 |
| ความหนาของชั้นรองทราย/กรวด (เหนือแผ่นใยสังเคราะห์กันซึม) | 100 ถึง 300 มิลลิเมตร (เม็ดกลมล้างสะอาด ขนาด 5 ถึง 20 มิลลิเมตร) | ชั้นรองทรายช่วยป้องกันการเจาะทะลุได้ดีเยี่ยมสำหรับกากแร่ที่มีฤทธิ์ขัดถู เม็ดกลมช่วยป้องกันแรงกดจุดบนแผ่นใยสังเคราะห์กันซึม |
| กำลังรับแรงอัดของชั้นป้องกันชนิดจีโอคอมโพสิต (แผ่นใยสังเคราะห์ชนิดพิเศษ) | ≥200 กิโลปาสกาล ที่ความเครียด 10 เปอร์เซ็นต์ (ASTM D1621) | สำหรับการใช้งานที่มีน้ำหนักมาก (อุปกรณ์หนัก กากแร่ลึก) แผ่นใยสังเคราะห์ชนิดพิเศษคงความหนาไว้ภายใต้แรงอัดเพื่อป้องกันไม่ให้แผ่นใยสังเคราะห์กันซึมสัมผัสกับอนุภาคหยาบ |
| ความต้านทานสารเคมี (ช่วงค่า pH สำหรับผ้าใยสังเคราะห์ชนิดพอลิโพรพิลีนไม่ทอ) | pH 2 ถึง 13 (ผ้าใยสังเคราะห์โพลีโพรพิลีน) | กากแร่อาจเป็นกรด (pH 2) หรือด่าง (pH 12) โพลีโพรพิลีน (PP) ทนทานต่อทั้งสองชนิด โพลีเอสเตอร์ (PET) เสื่อมสภาพในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างหรือกรด ระบุ PP ที่มา: ASTM D5322 |
| ความต้านทานรังสียูวีของชั้นป้องกันที่สัมผัส (หากเป็นชั่วคราว) | คาร์บอนแบล็ก ≥2 เปอร์เซ็นต์ หรือสารกันรังสียูวีสำหรับโพลีโพรพิลีน | หากชั้นป้องกันถูกสัมผัสระหว่างการก่อสร้าง การเสื่อมสภาพจากรังสียูวีจะลดความแข็งแรงภายใน 6 เดือน ควรคลุมด้วยทรายหรือติดตั้งอย่างรวดเร็ว |
โครงสร้างวัสดุและองค์ประกอบของชั้นป้องกัน
ระบบที่สมบูรณ์ของชั้นป้องกัน geomembrane สำหรับสถานที่จัดเก็บกากแร่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายส่วน ตารางด้านล่างแสดงชั้นทั่วไป
| ตำแหน่งชั้น | วัสดุ | ความหนา/ข้อกำหนด | ฟังก์ชัน |
|---|---|---|---|
| การป้องกันด้านบน (เหนือ geomembrane) | ผ้าใยสังเคราะห์โพลีโพรพิลีนชนิดไม่ทอแบบเข็มเจาะ | 800 ถึง 1200 กรัมต่อตารางเมตร (หนา 2 ถึง 4 มิลลิเมตร) | เบาะรองหลักป้องกันการเจาะจากอนุภาคของกากแร่ที่อยู่ด้านบน กระจายน้ำหนักจุด |
| การป้องกันด้านบน (ทางเลือกสำหรับกากแร่ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน) | เบาะทรายหรือกรวดที่ผ่านการล้าง | 100 ถึง 300 มม. (ทราย) หรือ 150 มม. (กรวด) | ทรายช่วยกระจายน้ำหนักอย่างสม่ำเสมอ ป้องกันการสัมผัสโดยตรงระหว่างแผ่นใยสังเคราะห์กับกากแร่หยาบ |
| geomembrane หลัก | HDPE (เรียบหรือพื้นผิว) | 1.5 มม. ถึง 2.0 มม. (ความหนาขึ้นอยู่กับความลึกของกากแร่) | ชั้นกั้นหลัก ต้องมีชั้นป้องกันด้านบนและด้านล่าง |
| ชั้นป้องกันด้านล่าง (ใต้แผ่นใยสังเคราะห์) | ผ้าใยสังเคราะห์โพลีโพรพิลีนชนิดไม่ทอ | 400 ถึง 600 กรัมต่อตารางเมตร (หนา 1 ถึง 2 มม.) | ป้องกันแผ่นใยสังเคราะห์จากการถูกแทงโดยหินในชั้นรองพื้น (สูงสุด 20 มม.) และแยกออกจากดินเหนียวหรือดินที่บดอัด |
| ชั้นรองพื้น / ฐานราก | ดินเหนียวอัดแน่นหรือดินธรรมชาติ (95 เปอร์เซ็นต์ Proctor) | 200 มม. ถึง 500 มม. (บดอัด) | ฐานที่มั่นคง กำจัดอนุภาคที่มีขนาด >20 มม. ก่อนวางผ้าใยสังเคราะห์ป้องกันชั้นล่าง |
กระบวนการผลิตชั้นป้องกันผ้าใยสังเคราะห์
กระบวนการผลิตผ้าใยสังเคราะห์ที่ใช้เป็น ชั้นป้องกัน geomembrane สำหรับสถานที่จัดเก็บกากแร่ ส่งผลต่อความต้านทานการเจาะและความทนทาน
การเลือกพอลิเมอร์ (โพลีโพรพิลีนหรือโพลีเอสเตอร์):โพลีโพรพิลีน (PP) เป็นที่นิยมสำหรับกากแร่เนื่องจากทนต่อสารเคมี (pH 2 ถึง 13) และมีต้นทุนต่ำกว่า โพลีเอสเตอร์ (PET) หลีกเลี่ยงในกากแร่ที่เป็นด่างหรือกรด (เสี่ยงต่อการไฮโดรไลซิส) ที่มา: ASTM D5322
การอัดรีดเส้นใย (เส้นใยต่อเนื่องหรือเส้นใยสั้น):เม็ด PP ถูกหลอม (230 ถึง 260 องศาเซลเซียส) และอัดรีดผ่านหัวฉีดเพื่อสร้างเส้นใยต่อเนื่อง (กระบวนการสปันบอนด์) หรือตัดเป็นเส้นใยสั้น (ความยาว 76 ถึง 150 มม.) ผ้าใยสังเคราะห์เส้นใยต่อเนื่องมีความต้านทานการเจาะทะลุสูงกว่าสำหรับน้ำหนักเท่ากัน ที่มา: ASTM D5261
การสร้างแผ่นใยและการเจาะด้วยเข็ม:เส้นใยถูกวางเป็นแผ่นใยแบบสุ่มและพันกันทางกลด้วยเข็มหนามนับพัน (ความหนาแน่นการเจาะเข็ม 50 ถึง 300 ครั้งต่อตารางเซนติเมตร) ความหนาแน่นของเข็มที่สูงขึ้นเพิ่มความต้านทานการเจาะทะลุแต่ลดการซึมผ่าน ที่มา: ASTM D4833
การตั้งความร้อน (การรีดด้วยลูกกลิ้ง):ผ้าที่ถูกเจาะจะถูกส่งผ่านลูกกลิ้งที่ให้ความร้อน (150 ถึง 200 องศาเซลเซียส) เพื่อปรับขนาดให้คงที่และเพิ่มความแข็งแรง การรีดเบา (แรงดันต่ำ) จะรักษาความสามารถในการซึมผ่านสูง การรีดหนักจะลดความหนาและความต้านทานการเจาะ
การทดสอบคุณภาพสำหรับชั้นป้องกัน:ความต้านทานการเจาะตามมาตรฐาน ASTM D4833 (ขั้นต่ำ 800 N สำหรับ 400 gsm, 1500 N สำหรับ 1200 gsm) การฉีกขาดแบบสี่เหลี่ยมคางหมูตามมาตรฐาน ASTM D4533 การนำน้ำผ่าน (ค่าการซึมผ่าน) ตามมาตรฐาน ASTM D4491 ความเสถียรต่อรังสียูวีตามมาตรฐาน ASTM G155 (500 ชั่วโมง, การคงสภาพมากกว่าร้อยละ 80)
การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของวัสดุชั้นป้องกัน
เมื่อเลือกชั้นป้องกัน geomembrane สำหรับสถานที่จัดเก็บกากแร่, เปรียบเทียบผ้าใยสังเคราะห์ ทราย/กรวด และแผ่นใยสังเคราะห์
| วัสดุป้องกัน | ความต้านทานการเจาะ (ต่อหน่วยความหนา) | ต้นทุน (ติดตั้งต่อตารางเมตร) | ความซับซ้อนในการติดตั้ง | การนำน้ำผ่าน (หากต้องการระบบระบายน้ำ) | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|---|---|
| ผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอ (800 ถึง 1200 gsm) | สูง (1500 ถึง 2500 N) | 4 ถึง 8 ดอลลาร์สหรัฐ | ต่ำ (ม้วนออก, ซ้อนทับ 300 มม.) | ปานกลาง (0.1 ถึง 1.0 ซม. ต่อวินาที) | การป้องกันมาตรฐานสำหรับกากแร่ส่วนใหญ่ (ขนาดทรายถึงกรวด) |
| เบาะทราย (100 ถึง 300 มม.) | สูงมาก (ไม่มีการเจาะทะลุของเยื่อกันซึมหากความหนาของทรายเพียงพอ) | 5 ถึง 15 ดอลลาร์สหรัฐ (ทราย + การวาง) | ปานกลาง (ต้องมีการส่งทราย การกระจาย การบดอัด) | สูง (การระบายน้ำผ่านทราย) | กากแร่ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (อนุภาคแหลมคม) ความสูงของกองสูง (>30 ม.) |
| Geomat (ตาข่ายโพลีโพรพิลีน 3 มิติ) | ปานกลางถึงสูง (ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงในการรับแรงอัด) | 6 ถึง 12 ดอลลาร์สหรัฐ | ต่ำ (แผ่ออก) | สูงมาก (โครงสร้างเปิด) | การระบายน้ำร่วมกับการป้องกัน ชั้นตรวจจับการรั่วซึม |
| แผ่นรองคอนกรีต (หนา 100 มม.) | สูงมาก (คอนกรีตแข็ง) | 30 ถึง 60 ดอลลาร์สหรัฐ | สูง (แบบหล่อ เทคอนกรีต บ่ม) | ไม่มี (กันน้ำซึม) | พื้นที่ใช้งานเครื่องจักรหนัก (ถนนขนส่ง พื้นที่กำจัดตะกอน) |
การประยุกต์ใช้ชั้นป้องกัน geomembrane ในอุตสาหกรรม
ชั้นป้องกันเยื่อสังเคราะห์สำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกในการเก็บกากแร่ถูกนำไปใช้ในการออกแบบ TSF ต่างๆ:
การเก็บกักกากแร่แบบดั้งเดิม (การทับถมของตะกอน การเกิดหาดทราย):ขนาดอนุภาคของกากแร่ที่อยู่ด้านบนมีตั้งแต่ดินเหนียว (<0.002 มม.) ถึงทราย (0.075 ถึง 4.75 มม.) ชั้นป้องกัน: ผ้าใยสังเคราะห์ไม่ทอ (600 ถึง 800 กรัม/ตร.ม.) เพียงพอ สำหรับกากแร่ทรายหยาบ ให้ใช้ผ้าใยสังเคราะห์ 1000 ถึง 1200 กรัม/ตร.ม. แหล่งที่มา: ASTM D4833
กากแร่ข้น (เพสต์, ของแข็ง 60 ถึง 75 เปอร์เซ็นต์): มีโอกาสเกิดการเสียดสีสูงขึ้นเนื่องจากปริมาณน้ำต่ำ ชั้นป้องกัน: แนะนำให้ใช้ผ้าใยสังเคราะห์ 1200 กรัม/ตร.ม. พร้อมเบาะทราย (150 มม.) หลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยตรงระหว่างเพสต์และแผ่นซับน้ำ
กากแร่กรอง (กองแห้ง, ของแข็ง 85 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์): กากแร่ถูกวางโดยสายพานลำเลียงหรือรถบรรทุก ทำให้เกิดแรงกดจุด ชั้นป้องกัน: ผ้าใยสังเคราะห์หนัก (1200 ถึง 2000 กรัม/ตร.ม.) พร้อมเบาะทราย (300 มม.) ในพื้นที่โหลดรถบรรทุก แผ่นรองคอนกรีตที่จุดปล่อย แหล่งที่มา: ASTM D4833
กากแร่กรด (pH ต่ำจากการออกซิเดชันของซัลไฟด์): ชั้นป้องกันต้องทนต่อสารเคมี (ผ้าใยสังเคราะห์โพลีโพรพิลีน ไม่ใช่โพลีเอสเตอร์) เบาะทราย (ล้างแล้ว ไม่มีคาร์บอเนต) เพื่อป้องกันการทำให้กรดเป็นกลาง แหล่งที่มา: ASTM D5322
กากน้ำเกลือ (โพแทช ลิเธียม ความเค็มสูง):ชั้นป้องกันต้องทนต่อการตกผลึกของเกลือ (ซึ่งสามารถกัดกร่อนผ้าใยสังเคราะห์) ใช้ผ้าใยสังเคราะห์หนัก (1200 gsm) ที่มีความต้านทานการเสียดสีสูง (ASTM D4886)
ปัญหาทั่วไปทางอุตสาหกรรมและแนวทางแก้ไขทางวิศวกรรม
ข้อมูลภาคสนามเผยให้เห็นปัญหาทั่วไปสี่ประการเกี่ยวกับการติดตั้งชั้นป้องกัน geomembrane สำหรับสถานที่จัดเก็บกากแร่.
ปัญหา: แผ่นซับน้ำรั่วถูกเจาะโดยกากที่มีเหลี่ยมมุม (ทรายขนาด 0.5 ถึง 2 มม.) แม้จะมีผ้าใยสังเคราะห์
สาเหตุหลัก: มวลต่อพื้นที่ของผ้าใยสังเคราะห์ต่ำเกินไป (น้อยกว่า 400 gsm) หรือกากถูกวางลงบนผ้าใยสังเคราะห์โดยตรงจากความสูงที่มาก (>5 ม.) พลังงานกระแทกเกินความต้านทานการเจาะของผ้าใยสังเคราะห์ ที่มา: ASTM D4833
วิธีแก้ไข: เพิ่มผ้าใยสังเคราะห์เป็น 1200 gsm (ความต้านทานการเจาะ ≥1500 N) เพิ่มชั้นทรายรอง (100 มม.) ระหว่างผ้าใยสังเคราะห์และกาก ใช้สายพานลำเลียงแบบยืดหดได้เพื่อลดความสูงในการวางให้ ≤1 ม. สำหรับการปรับปรุงภายหลัง ให้วางชั้นทรายทับผ้าใยสังเคราะห์ที่มีอยู่ปัญหา: ชั้นป้องกันผ้าใยสังเคราะห์ฉีกขาดระหว่างการวางกาก (การเคลื่อนที่ของอุปกรณ์)
สาเหตุหลัก: ความต้านทานการฉีกขาดของผ้าใยสังเคราะห์ไม่เพียงพอสำหรับรางรถดันดิน (แรงดันพื้นดิน 50 ถึง 80 kPa) นอกจากนี้ ผ้าใยสังเคราะห์ไม่ได้ยึดขอบ แหล่งที่มา: ASTM D4533
วิธีแก้ไข: ระบุผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอที่มีความต้านทานการฉีกขาดแบบสี่เหลี่ยมคางหมู ≥800 N (เกรด 1200 gsm) วางชั้นทรายหนา 150 มม. บนผ้าใยสังเคราะห์ก่อนที่อุปกรณ์จะเคลื่อนที่ หรือใช้ผ้าใยสังเคราะห์ผสม (ผ้าใยสังเคราะห์ติดกับตาข่าย) เพื่อความต้านทานการฉีกขาดที่สูงขึ้นปัญหา: ชั้นทรายถูกชะล้างออกจากลาดชัน (การกัดเซาะก่อนการวางกากแร่)
สาเหตุหลัก: ทรายถูกวางบนลาดชัน (ชันกว่า 1V:3H) โดยไม่มีการควบคุมการกัดเซาะ ฝนหรือลมทำให้ทรายหายไป เผยให้เห็นเยื่อกันซึม
วิธีแก้ไข: ใช้ผ้าใยสังเคราะห์ (800 gsm) เป็นชั้นป้องกันหลักบนลาดชัน; ชั้นทรายเฉพาะบนพื้นราบ หรือใช้ซีเมนต์ผสมดินหรือคอนกรีตพ่นเพื่อทำให้ทรายบนลาดชันคงตัว วางกากแร่ทันทีหลังจากวางทราย (ภายใน 48 ชั่วโมง)ปัญหา: ผ้าใยสังเคราะห์โพลีเอสเตอร์ (PET) เสื่อมสภาพในกากแร่ที่เป็นด่าง (pH >9)
สาเหตุหลัก: PET เกิดการไฮโดรไลซิสในสภาพแวดล้อมที่มีค่า pH สูง ทำให้สูญเสียความแข็งแรงภายใน 5 ถึง 10 ปี ที่มา: ASTM D5322
แนวทางแก้ไข: ระบุให้ใช้ผ้าใยสังเคราะห์โพลีโพรพิลีน (PP) สำหรับงานกากแร่ทั้งหมด (pH 2 ถึง 13) PP ไม่เกิดการไฮโดรไลซิส ต้องมีใบรับรองวัสดุยืนยันว่าเป็น PP (ไม่ใช่ PET)
ปัจจัยเสี่ยงและกลยุทธ์การป้องกัน
การลดความเสี่ยงเมื่อออกแบบชั้นป้องกัน geomembrane สำหรับสถานที่จัดเก็บกากแร่ต้องใช้วิศวกรรมเชิงรุก
การป้องกันการเจาะทะลุที่ไม่เพียงพอสำหรับกากแร่หยาบ (ขนาดกรวดถึงก้อนหิน):การป้องกัน: วิเคราะห์การกระจายขนาดอนุภาคของกากแร่ (การวิเคราะห์ด้วยตะแกรง) สำหรับ D85 > 2 มม. (ทราย/กรวด) ต้องใช้ผ้าใยสังเคราะห์ ≥1200 กรัม/ตร.ม. พร้อมเบาะทราย (150 มม.) สำหรับก้อนหิน >20 มม. ต้องใช้แผ่นคอนกรีตกันสึกหรือชั้นกรวด (300 มม.) ที่มา: ASTM D4833
การเสื่อมสภาพของผ้าใยสังเคราะห์จากการโจมตีทางเคมี (กากแร่ที่เป็นกรดหรือด่าง):การป้องกัน: ระบุผ้าใยสังเคราะห์โพลีโพรพิลีน (PP) (ไม่ใช่โพลีเอสเตอร์) ต้องทำการทดสอบการแช่ในสารเคมีตามมาตรฐาน ASTM D5322 (120 วันที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียสในสารละลายกากแร่) เกณฑ์ผ่าน: การคงความต้านทานแรงดึงมากกว่า 95 เปอร์เซ็นต์ ไม่มีการสลายตัวที่ผิว แหล่งที่มา: ASTM D5322
การเสื่อมสภาพจากรังสียูวีของชั้นป้องกันที่สัมผัสระหว่างการก่อสร้าง:การป้องกัน: สำหรับผ้าใยสังเคราะห์ที่สัมผัสมากกว่า 30 วัน ให้ระบุโพลีโพรพิลีนที่ทนรังสียูวี (คาร์บอนแบล็ก ≥2 เปอร์เซ็นต์ หรือ HALS) คลุมผ้าใยสังเคราะห์ด้วยทรายหรือกากแร่ภายใน 14 วัน หากต้องทดสอบรังสียูวี ให้ใช้ ASTM G155 (500 ชั่วโมง การคงสภาพมากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์) แหล่งที่มา: ASTM G155
การอุดตันของชั้นตรวจจับการรั่วซึมด้วยอนุภาคละเอียด (การเคลื่อนที่ของตะกอน/ดินเหนียว):การป้องกัน: ใช้ตัวกรองผ้าใยสังเคราะห์เหนือและใต้ชั้นระบายน้ำ (geonet หรือกรวด) ขนาดช่องเปิดที่ปรากฏ (AOS) ของผ้าใยสังเคราะห์ ≤0.2 มม. เพื่อกักเก็บอนุภาคละเอียดในขณะที่รักษาความสามารถในการซึมผ่าน ทำความสะอาดระบบเก็บน้ำชะขยะทุกปี แหล่งที่มา: EPA 40 CFR 264.221
คู่มือการจัดซื้อ: วิธีการระบุชั้นป้องกันเยื่อกันซึม
สำหรับผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อและวิศวกรเหมืองแร่ ใช้รายการตรวจสอบนี้สำหรับชั้นป้องกัน geomembrane สำหรับสถานที่จัดเก็บกากแร่: :
กำหนดลักษณะขนาดอนุภาคและเคมีของกากแร่:ดำเนินการวิเคราะห์ตะแกรง (ASTM D6913) เพื่อหาค่า D10, D50, D85 (ขนาดอนุภาคที่ผ่านร้อยละ 10, 50, 85) วัดค่า pH, ค่าการนำไฟฟ้า และความเข้มข้นของโลหะ สำหรับ D85 >2 มม. (ทราย/กรวด) กำหนดการป้องกันแบบหนัก (ผ้าใยสังเคราะห์ ≥1200 gsm + ชั้นทรายรอง)
เลือกชนิดของชั้นป้องกันตามคุณสมบัติของกากแร่:กากแร่ชนิดดินเหนียว/ตะกอน (D85
<0.075 600="" 800="" 1200="" :="" geotextile="" gsm.="" sand="" tailings="" 0.075="" to="" 4.75="" gravel="">4.75 มม.): ผ้าใยสังเคราะห์ 1200 gsm + ชั้นทรายรอง 150 มม. กรวดมน (>20 มม.): แผ่นรองรับคอนกรีตระบุวัสดุผ้าใยสังเคราะห์ (พอลิโพรพิลีน, ไม่ทอ, ไม่ถัก)มวลต่อหน่วยพื้นที่ (gsm) ตาม ASTM D5261 ความต้านทานการเจาะ (ASTM D4833) ขั้นต่ำ: 800 N สำหรับ 600 gsm, 1500 N สำหรับ 1200 gsm ความต้านทานการฉีกขาดแบบสี่เหลี่ยมคางหมู (ASTM D4533) ขั้นต่ำ: 400 N สำหรับ 600 gsm, 800 N สำหรับ 1200 gsm ค่าการซึมผ่าน (ASTM D4491) ≥0.5 วินาที⁻¹ หากใช้เป็นชั้นระบายน้ำ
การตรวจสอบความทนทานต่อสารเคมี:ต้องทดสอบการแช่ตาม ASTM D5322 (120 วันที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียสในสารละลายกากแร่ของไซต์งาน) เกณฑ์ผ่าน: การคงสภาพแรงดึงมากกว่า 95 เปอร์เซ็นต์ ไม่มีการสลายตัวของพื้นผิว ต้องใช้โพลีโพรพิลีน (PP) ห้ามใช้โพลีเอสเตอร์ (PET) สำหรับกากแร่ แหล่งที่มา: ASTM D5322
ความต้านทานรังสียูวี (หากสัมผัสระหว่างการติดตั้ง):สำหรับผ้าใยสังเคราะห์ที่สัมผัสเกิน 30 วัน ต้องใช้สารกันรังสียูวี (คาร์บอนแบล็ก ≥2 เปอร์เซ็นต์) หรือทดสอบตาม ASTM G155 (500 ชั่วโมง การคงสภาพมากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์)
ข้อกำหนดเบาะทราย (หากใช้):ทรายล้าง ขนาดอนุภาค 1 ถึง 5 มม. (กลม ไม่เป็นเหลี่ยม) ปริมาณคลอไรด์น้อยกว่า 0.1 เปอร์เซ็นต์ (เพื่อป้องกันการกัดกร่อนของคอนกรีต) ความหนา 100 ถึง 300 มม. ขึ้นอยู่กับความต้องการในการป้องกัน
การทดสอบตัวอย่างก่อนสั่งซื้อจำนวนมาก:สั่งตัวอย่างผ้าใยสังเคราะห์แต่ละเกรดขนาด 5 ตารางเมตร ดำเนินการทดสอบการเจาะตามมาตรฐาน ASTM D4833 (5 ชิ้นทดสอบ) ดำเนินการแช่สารเคมีตามมาตรฐาน ASTM D5322 (30 วันที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียสในกากแร่ของไซต์) ดำเนินการทดสอบการฉีกขาดตามมาตรฐาน ASTM D4533 เกณฑ์ที่ยอมรับได้: การเจาะมากกว่าร้อยละ 90 ของค่าที่กำหนด การคงสภาพแรงดึงมากกว่าร้อยละ 95 หลังการแช่
การรับประกันและเอกสาร:ขอรับประกัน 10 ปีสำหรับชั้นป้องกันผ้าใยสังเคราะห์ที่ครอบคลุมความต้านทานการเจาะ ความแข็งแรงในการฉีกขาด และความต้านทานสารเคมี ขอรายงานการทดสอบจากโรงงาน (MTR) สำหรับแต่ละม้วน: มวลต่อหน่วยพื้นที่ ความต้านทานการเจาะ ความแข็งแรงในการฉีกขาด ค่าการซึมผ่าน ชนิดของพอลิเมอร์ (PP) แหล่งที่มา: ASTM D5261, ASTM D4833
กรณีศึกษาทางวิศวกรรม
ประเภทโครงการ:สถานที่เก็บกากแร่ต้นน้ำ (กากแร่จากการลอยแร่ทองแดง)
ที่ตั้ง:เทือกเขาแอนดีส ประเทศเปรู (พื้นที่สูง เขตแผ่นดินไหว ปริมาณน้ำฝนสูง)
ลักษณะของกากแร่:D85 = 1.5 มม. (ทราย) ค่า pH 7.5 เป็นกลาง กากแร่ถูกวางผ่านหัวจ่าย (การทับถมเป็นชายหาด) ความสูงของกอง 25 ม. ความสูงของหัวน้ำ 20 ม. แผ่นใยสังเคราะห์: HDPE หนา 1.5 มม.
ชั้นป้องกันเริ่มต้น (มีปัญหา):ผ้าใยสังเคราะห์โพลีโพรพิลีนชนิดไม่ทอ 400 กรัมต่อตารางเมตร (ทนทานต่อการเจาะ 800 นิวตัน) หลังจาก 4 ปี ระบบตรวจจับการรั่วไหลแสดงอัตราการไหลที่สูงขึ้น (2 ลิตรต่อนาที) การขุดค้นพบรอยเจาะ 50 จุดในแผ่นเมมเบรนกันซึม ซึ่งเกิดจากอนุภาคทรายแร่ (ขนาด 1 ถึง 2 มิลลิเมตร) ที่รวมตัวกันที่จุดปล่อยท่อ (ความเร็วกระแทกสูง)
การออกแบบชั้นป้องกันที่แก้ไขแล้ว:ชั้นป้องกันด้านบน: ผ้าใยสังเคราะห์โพลีโพรพิลีนชนิดไม่ทอ 1200 กรัมต่อตารางเมตร (ทนทานต่อการเจาะ 1800 นิวตัน, ความต้านทานการฉีกขาด 1000 นิวตัน) พร้อมเบาะทรายล้างขนาด 150 มิลลิเมตร (ขนาดอนุภาค 2 ถึง 5 มิลลิเมตร, ทรงกลม) ชั้นป้องกันด้านล่าง: ผ้าใยสังเคราะห์ 600 กรัมต่อตารางเมตรระหว่างชั้นฐานและแผ่นเมมเบรนกันซึม เบาะทรายวางโดยใช้สายพานลำเลียงแบบยืดหดได้เพื่อหลีกเลี่ยงการกระแทก
ผลลัพธ์และคุณประโยชน์:หลังจากดำเนินการมาเป็นเวลา 5 ปี ระบบตรวจจับการรั่วไหลยังคงแห้ง การตรวจสอบเป็นระยะ (กล้อง) ไม่พบรอยเจาะใหม่ ชั้นทรายรองรับการกระจายน้ำหนักจุดจากการปล่อยของเสียจากท่อได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผ้าใยสังเคราะห์คงความต้านทานการเจาะได้ 98 เปอร์เซ็นต์หลังจาก 5 ปี (ตัวอย่างที่นำกลับมาตรวจสอบตามมาตรฐาน ASTM D4833) ต้นทุนรวมที่เพิ่มขึ้นสำหรับชั้นป้องกันที่ปรับปรุงแล้ว: 2.10 ดอลลาร์สหรัฐต่อตารางเมตร (จาก 0.90 ดอลลาร์สหรัฐต่อตารางเมตรสำหรับ 400 gsm) การประหยัดที่ประมาณได้จากการหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแผ่นซับ (1.5 ล้านดอลลาร์สหรัฐ) และการแก้ไขการรั่วซึม (3.5 ล้านดอลลาร์สหรัฐ) มีมากกว่าต้นทุนการปรับปรุงอย่างมาก ที่มา: การประเมินหลังการใช้งานโครงการ, ASTM D4833, ASTM D5322, ASTM D4533
ส่วนคำถามที่พบบ่อย
ถาม: จุดประสงค์ของชั้นป้องกันแผ่นซับธรณีในโรงเก็บกากแร่คืออะไร?
ตอบ: ชั้นป้องกันช่วยป้องกันการเจาะทะลุของแผ่นซับธรณีจากอนุภาคกากแร่ที่อยู่ด้านบน หินใต้ฐาน และการเคลื่อนที่ของอุปกรณ์ ชั้นนี้ดูดซับน้ำหนักจุดและกระจายความเค้น ทำให้อายุการใช้งานของแผ่นซับธรณีเพิ่มขึ้นจาก 10 เป็น 30+ ปี ที่มา: ASTM D4833คำถาม: ผ้าใยสังเคราะห์ชนิดใดดีที่สุดสำหรับการป้องกันกากแร่?
คำตอบ: ผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอชนิดเจาะเข็มจากโพลีโพรพิลีน (PP) โพลีโพรพิลีนทนต่อค่า pH 2 ถึง 13 (กรดถึงด่าง) ควรหลีกเลี่ยงโพลีเอสเตอร์ (PET) (สลายตัวในกากแร่) มวลต่อพื้นที่: 600 ถึง 1200 กรัมต่อตารางเมตร ขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาคของกากแร่ แหล่งที่มา: ASTM D5322คำถาม: ชั้นทรายรองควรหนาเท่าใดสำหรับการป้องกันกากแร่?
คำตอบ: ขั้นต่ำ 100 มม. สำหรับการป้องกันเบา, 150 มม. สำหรับการป้องกันมาตรฐาน, 300 มม. สำหรับการป้องกันหนัก (กากแร่หยาบ, ความสูงตกสูง) ทรายล้าง (2 ถึง 5 มม., อนุภาคกลม) ป้องกันการรับน้ำหนักจุดบนแผ่นกันซึมคำถาม: ชั้นป้องกันผ้าใยสังเคราะห์จำเป็นต้องทนต่อสารเคมีหรือไม่?
คำตอบ: ใช่ กากแร่อาจเป็นกรด (pH 2) หรือด่าง (pH 12) ผ้าใยสังเคราะห์โพลีเอสเตอร์เสื่อมสภาพ (สลายตัว) ในสภาวะด่าง โพลีโพรพิลีนเฉื่อยทางเคมีตลอดช่วง pH ทั้งหมด ควรระบุ PP เสมอ แหล่งที่มา: ASTM D5322คำถาม: ฉันสามารถใช้ผ้าใยสังเคราะห์เพียงอย่างเดียว (ไม่มีชั้นทรายรอง) สำหรับกากแร่หยาบได้หรือไม่?
ก: สำหรับกากแร่ที่มี D85 >2 มม. (ทราย/กรวด) แนะนำให้ใช้เบาะทรายร่วมกับผ้าใยสังเคราะห์หนัก (1200 gsm) ทรายช่วยกระจายน้ำหนักอย่างสม่ำเสมอ ผ้าใยสังเคราะห์เพียงอย่างเดียวอาจไม่ป้องกันการทะลุจากอนุภาคที่มีเหลี่ยมคมภายใต้ความสูงของกองที่มาก แหล่งที่มา: ASTM D4833ถาม: ความต้านทานการทะลุของผ้าใยสังเคราะห์วัดได้อย่างไร?
ก: ตาม ASTM D4833 (การทดสอบการทะลุแบบ CBR): หัวกดเหล็กเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 มม. ถูกกดผ่านตัวอย่างผ้าใยสังเคราะห์ด้วยความเร็ว 50 มม. ต่อนาที ความต้านทานการทะลุรายงานเป็นนิวตัน (N) ผ้าใยสังเคราะห์ PP ไม่ทอ 1200 gsm โดยทั่วไปมีค่า 1500 ถึง 2500 N แหล่งที่มา: ASTM D4833ถาม: ความแตกต่างระหว่างผ้าใยสังเคราะห์แบบทอและไม่ทอสำหรับการป้องกันคืออะไร?
ก: ผ้าใยสังเคราะห์แบบไม่ทอที่เจาะด้วยเข็มสามารถบีบอัดได้และปรับตัวเข้ากับความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวใต้ชั้น ให้การป้องกันการทะลุที่ดีกว่าสำหรับเยื่อกันซึม ผ้าใยสังเคราะห์แบบทอแข็งและไม่ปรับตัว ไม่แนะนำให้ใช้เป็นชั้นป้องกัน แหล่งที่มา: ASTM D4833ถาม: ขนาดอนุภาคของกากแร่ส่งผลต่อการเลือกชั้นป้องกันอย่างไร?
<0.075 600="" 800="" 1200="" gsm="" geotextile="" sufficient.="" for="" sand="" 0.075="" to="" 4.75="" required.="" gravel="">4.75 มม.) ต้องใช้จีโอเท็กซ์ไทล์ 1200 gsm พร้อมเบาะทรายหนา 150 มม. สำหรับกรวด (>20 มม.) ต้องใช้แผ่นรองคอนกรีตกันสึก ที่มา: ASTM D6913
ก: สำหรับดินเหนียว/ตะกอน (D85ถาม: สามารถติดตั้งชั้นป้องกันจีโอเท็กซ์ไทล์บนทางลาดได้หรือไม่?
ตอบ: ได้ จีโอเท็กซ์ไทล์ชนิดไม่ทอสามารถปรับเข้ากับทางลาดได้ถึง 1V:2H (ความชัน 50 เปอร์เซ็นต์) ม้วนซ้อนทับกัน (300 มม.) และยึดด้วยลวดเย็บหรือถุงทรายเพื่อป้องกันการเลื่อนก่อนการวางกากแร่ บนทางลาดชัน (>1V:2H) ให้ใช้จีโอเท็กซ์ไทล์แบบมีพื้นผิวหรือพุกกลไก ที่มา: ASTM D7466ถาม: อายุการใช้งานที่คาดหวังของชั้นป้องกันจีโอเท็กซ์ไทล์ในโรงเก็บกากแร่คือเท่าไร?
<4 or="">10) อายุ 10 ถึง 20 ปี การสัมผัสรังสียูวีระหว่างการก่อสร้างทำให้อายุสั้นลง ควรคลุมอย่างรวดเร็ว ที่มา: ASTM D5322
ตอบ: ด้วยจีโอเท็กซ์ไทล์โพลีโพรพิลีน (PP) และกากแร่ที่ไม่รุนแรง (pH 5 ถึง 9) อายุ 20 ถึง 50 ปี ภายใต้สภาวะที่รุนแรง (pH
ขอรับการสนับสนุนทางเทคนิคหรือใบเสนอราคา
สำหรับวิศวกรเหมืองแร่และผู้รับเหมา EPC มีการสนับสนุนทางเทคนิคเพื่อตรวจสอบการกระจายขนาดอนุภาคของกากแร่ องค์ประกอบทางเคมี และความสูงของกอง โปรดขอใบเสนอราคาสำหรับผ้าใยสังเคราะห์โพลีโพรพิลีนไม่ทอ (600 ถึง 2000 กรัมต่อตารางเมตร) พร้อมรายงานการทดสอบการเจาะตามมาตรฐาน ASTM D4833 รายงานการทดสอบการแช่สารเคมีตามมาตรฐาน ASTM D5322 และเอกสารการควบคุมคุณภาพการติดตั้ง QA/QC
เกี่ยวกับผู้เขียน
คู่มือนี้เขียนโดยวิศวกรด้านธรณีสังเคราะห์และเหมืองแร่ที่มีประสบการณ์มากกว่า 15 ปีในการออกแบบและระบุชั้นป้องกันสำหรับสถานที่เก็บกากแร่ แผ่นชะล้างแบบกอง และการกักเก็บน้ำในเหมืองทั่วอเมริกาเหนือ อเมริกาใต้ แอฟริกา และออสเตรเลีย คำแนะนำทั้งหมดเป็นไปตามมาตรฐาน ASTM D4833, ASTM D5322, ASTM D4533, ASTM D5261, GRI-GM13 และ EPA 40 CFR 264.221
