真空压力浸渗机

在堆浸场防渗设计时，应当考虑的主要问题还有:

粗料(有时最大直径达4cm)要直接与土工膜接触。

施加在土工膜上的静压力通常很高，矿堆高度有时高达125m。

用人造排水材料来收集浸出液和渗漏液时，材料在高压下的适应能力应当预先考虑。

衬垫层要能承受外力和冰冻的双重作用。外力可能会由于在衬垫上拖拉管子，或在池内移动泵驳船而引起硬伤，而由于持续低温特别是冰冻天气有困难造成衬垫层出现开裂。

矿石和土工膜界面的磨擦角以及土工膜和其下低渗透系数的粘土层间的磨擦角，应根据工程规范加以考虑。

土工膜材料的总体表现及其作为衬垫防渗系统的原理是重要的设计考虑因素。在衬垫设计中，只有两个参数可以控制:在衬垫上的水头和衬垫的渗透系数。复合衬垫已成功地应用于堆浸池设计。在复合衬垫上的水头一般非常低(小于1m)。在使用天然山谷作为堆浸池时，由于母液是在矿堆的孔隙中流动的，因此可以使用较高的堆高。水头较低的复合衬垫，对大多数堆浸场来讲是优化设计方案。

堆浸场通常配有地面溶液池。无矿残液和母液分别贮存在有衬垫防渗层的池中。母液池收集到通过矿堆渗透下来的含矿溶液后，再经过碳吸附或其它金属的置换处理，提取可回收的金属元素，例如金、银和铜等。无矿废液则送到另一个衬垫防渗池中贮存，直到加入新的化学试剂配制成新的堆浸液。因此，堆浸液可以循环使用。

如果池中有高压水头，通常需要在复合衬垫上设置排水层和另外一层土工膜。这个上层土工膜的作用是减少在复合衬垫层上的水头，因为通过该层土工膜的渗漏液，将由排水层排走。在这种情况下，最重要的衬垫层仍然是底部的复合衬垫层。上层土工膜和排水层不应理解为渗漏探测系统，因为它们位于整个系统中最重要的复合衬垫层上面。只有当渗漏液进入复合衬垫下面的地层时，才有渗漏探测出现。

在堆浸场常用的土工膜有PVC、HDPE、LLDPE和VLDPE。在过去，其它材料，象Hypalon和XR-5，也有用于收集沟和收集池的，但这种应用在近10年已大为减少。聚乙烯土工网也可用作排水材料。不同厚度和不同材料的有纺和无纺土工布也使用较广。

1 )界面荷载测试

首先，为了评估土工膜在矿堆静载作用下的特性，需要用设计材料进行界面静载测试。这种测试可用加力计来做。加力计的直径应当足够的大，以避免比例效应。在采矿实践中，与土工合成物相接触的矿石的粒径一般为1.25cm到4cm。

竖直荷载的大小一般从550kPa到2000kPa，加在加力计的顶部。要测试的衬垫，排水层和衬垫上的材料，按工程设计的方式放置在加力计内。施加的竖直荷载一般维持24h到48h。记录样品的沉降量以检验样品的固结情况。加载完毕后，从加力计中取出样品并检查其损伤。损伤一般根据磨损，刻痕和穿孔情况来描述。

也可用真空盒测试来检测土工膜的完整性。此外，可以通过标准的土工合成物测试，来检测土工膜的物理性质，并和原生样品的测试结果相比较。这种加载测试获得的结果，可用来判断材料在静载下的适应能力及其变形特性。

2 )界面剪力强度

另一个重要问题，是土工膜与其相接触的各种材料的界面剪力强度。界面剪力强度一般按ASTM D 5321用大型的直剪仪来测试。界面根据加载条件进行评估，包括:

饱和条件

湿界面(没有浸透)

低到高的压力(在高压下，包络线一般较平坦)

不同的剪切速度

衬垫和排水系统可能有很多潜在的破坏面。通常应对几种不同的界面，在不同的荷载作用下进行评估，以决定最弱的界面(控制界面)。尽管残余值和峰值包络线都应确定，但是一般用残余值作稳定性分析。

大型直剪仪(30cm X 30cm)对几种设计的土工合成材料和土，作了很多界面剪切强度测试。对HDPE和LLDPE材料都作了测试，测量了峰值和残余剪切强度。测试结果表明，衬垫下的细粒土层和衬垫上的粗粒径的排水层，在测试荷载范围内并没有明显地改变界面强度。此外，测得的峰值和残余值是一致的。发现的唯一明显不同，是磨擦角随土工膜类型的不同而有轻微变化。

3 )渗漏液估计

该方法一般假定每4000 m2有一个10mm2的漏洞。关于土工合成物在堆浸场的使用，还有很多要研究的问题。很多时候，这些问题是由于好奇而提出的，而不是针对专门的技术设计考虑因素而提出的。一个特定的问题是，不同的土工膜在与颗粒材料直接接触时，在荷载作用下它的长期特性究竟如何。实验室加载测试一般最多只持续几天，而现场加载则是整个生产期(一般2到10年)。尚不清楚的是，它是否会出现蠕变变形，也不清楚它在荷载作用下，已经形成的穿刺能否自愈(也就是说，颗粒有可能最终充填了穿孔的大部分，因而没有出现明显的渗漏)。

堆浸池的结构设计为:在基层上铺土工膜，膜上铺土工网，网上是另一层土工膜。矿堆最大高度为60m。当堆浸过的矿石挖出后，对土工膜及其接缝处的样品进行了测试。检测结果表明，土工膜及其接缝都没有出现明显的损伤，检测过的试样也没有发现穿孔。

另一个要考虑的问题是，土工膜/土工网界面在高压流体作用下的长期表现，如在非常深的池中，将土工网布置于双层土工膜之间。目前，还不能确定在矿堆荷载作用下，土工网是否会刺入土工膜。因此从长远来看，有可能会在土工膜上造成漏洞。在有些案例中，发现土工网部分地刺入土工膜。一般当土工膜的密度比土工网低时，这种情况会出现(和土工膜相比，土工网相对较硬)。

还有一个一般不会涉及到的问题是，在峡谷堆浸场中可固结的材料对边坡界面作用力的影响。由于矿石的堆置厚度不同，矿堆的沉降会有差异。这会导致沿边坡上的土工膜产生位移，从而影响矿堆的稳定性。只要沿着边坡上的土工膜产生较小的位移，残余剪切强度值就能很快达到。这个问题可用数值分析方法来评估，根据固结沉降引起的位移来决定可能的剪切强度。

由于土工布会发生堵塞问题，因此在堆浸场一般不会用土工布来覆盖排水导管。在作铜矿石堆浸时，使用细菌是工艺的一部分，细菌也因此被认为是造成排水管外围的土工布发生堵塞的原因之一。到目前为止，并未针对采矿工艺对这个问题进行详细研究。

因为矿物价值是通过排水系统的回收来实现的，因此，解决堆浸场排水系统的堵塞问题是非常重要的。此外，如果发生土工布堵塞，就会在堆浸池中形成高压水头，从而诱发稳定性问题。还有，对于硫化物矿石，维持一个氧化环境对于堆浸的成功是非常重要的。如果土工布发生堵塞而矿石已开始浸透，金属的回收率就会下降。