《尾矿库排渗工程优化设计与治理效果》
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摘 要：对于尾矿库安全风险来说,若要降低其安全风险系数,一个最主要的措施的就是要降低尾矿库的浸润线,但要想实现浸润线的降低,其主要手段就是利用排渗工程技术.本文就主要针对排渗工程技术在尾矿库中的应用进行研究分析,主要包括：预埋式水平排渗、后置式水平排渗、垂直排渗、水平—垂直联合排渗、辐射井等相关排渗方式进行分析介绍,并且各种排渗方式的加固效果进行研究,以供相关人员参考借鉴.
关键词：尾矿库;排渗工程;治理效果
0 引言
我国是矿产资源大国,矿山企业的数量非常多,而矿山企业选矿完成之后,在生产过程中所排放的矿渣主要以水带渣的形式为主,这类形式的矿渣排放后就形成了尾矿[1].目前,大多数尾矿都会统一集中起来,然后排入尾矿库内而形成了库坝.但对尾矿库来说,虽然其有一定对矿山企业有一定的价值,但是也有很大一部分尾矿库的浸润线过高,这也就形成了很大的安全风险.因此,设置排渗工程可以有效的降低尾矿库的浸润线高度,进而维护坝体的稳定和安全.
1 尾矿库常用排渗方法
对于尾矿库的排渗设施来说,其可以根据施工阶段将排渗设施划分为预埋式和后置式[2].分别来说,预埋式排渗设施：是为了有效防止尾矿库后期的浸润线过高的问题,而在某一个标高处预先埋设的排渗设施,通常多以排渗盲管以及排渗盲沟的形式为主;后置式排渗设施：在尾矿库的运行过程中,当发现尾矿库的浸润线埋深超标的问题时,为了对排渗进行治理而加设的排渗设施.但对于后置式排渗设施来说,其造价高并且施工难度大,通常建议在对尾矿库排渗工程设计时,尽可能的增设预埋式排渗设施.此外,根据不同的排渗形式,大体上可分为：垂直排渗、水平排渗、水平-垂直联合排渗等几种排渗方式.
1.1预埋式水平排渗管
对于预埋式的水平排渗管来说,其做法主要有以下几个步骤：在尾矿库坝体前的一定位置处,铺设一条与坝体轴线平行的排渗管作为进水口,然后在水平排水管上内个一定的距离设置一道垂直导水管,将尾矿库渗水排放到库外.对于水平排渗盲沟来说,其通常是由砂砾石包土工布或者是透水性好的碎石而做成的.而水平排渗管,是由混凝土管、钢丝网、钢管、高强度塑料管外包土工布等做成的,另外每个一定距离所设置的垂直导水管是由高强度塑料管、混凝土管、不开孔的钢管等做成的,垂直导水管的铺设坡度应为1%～2%坡向下游.水平排渗盲沟与水平排渗管相比,盲沟的断面面积大,并且进水和通流能力强,即便是遭到破坏,其也能起到一定的排水作用,所以在排渗设计时应当首先考虑水平排渗盲沟设置.
1.2后置式水平排渗管
后置式水平排渗管的是垂直于尾矿库坝体抽线设置的,并且管道之间要保持一定的间距,而深入尾矿坝体内部的水平排渗管的前端,应设置钢丝网或者开孔外包土工布的滤水段,排渗管的后端为不开孔的导水段,并且要向下游保持一定坡度进行铺设.后置式的排渗管在施工时,通常采用跟管工艺或者水平钻机顶管进行施工,可以设置成多排或者单排,布置的位置通常在需要降低浸润线的靠下位置.其水力计算与预埋式排渗沟式相似的,可以对出溢边界进行假设,然后得到上游的渗流坡降,进而计算出所需要的泄流量.需要注意的是,在设置排渗管时两根管道要留有一定的距离,可以将垂直坝轴线与平行坝轴线这两个方面的水力坡降假设为一致的,进而使中部的尾矿浸润线埋深低于设计所需.
1.3垂直排渗设施
对于垂直排渗设施来说,其主要包括：虹吸井、管井、轻型井点等很多种形式,而这些形式的排渗原理都是利用潜水层井点降水,这就都可以采用裘布依理论来进行计算,最主要的区别就是作用水头以及向外抽水方式之间的不同.在对垂直排渗设施进行施工时,首先要对垂直排渗井进行施工,然后利用抽真空或者是设置水泵的方式,将水将外抽出在排渗井周围的土中,形成降水漏斗然后设置多个降水井点,在降水漏斗中形成不同程度的重叠,进而降低尾矿库坝的浸润线.垂直排渗井主要由滤水段、沉沙段、井管段组成的,通常可以利用塑料管、钢管、铸铁管等材料来进行制作,并且管道的内径要满足降水设计要求,并大于水泵50mm以上.
1.4水平-垂直联合排渗设施
对于水平-垂直排渗设施来说,其主要包括垂直设置的水平排渗管和水平设置的排渗管.联合排渗设施的水平排渗管的设置与后置式水平排渗管的设置是相同的,都是由导水段和滤水段共同组成的.垂直排渗井的设置位置要在水平排渗管滤水端的5m范围之内,并且要对水平排渗管贯通,通常可以采用塑料排水包、管井、砂砾井等形式,深入排水管端部2m以下.其排渗原理与垂直排渗设施的排渗原理是相同的,只不过其排水方式采用的是底部的水平排渗管.在对排渗水力进行计算时,应根据所需要降低的深度,来布置垂直排渗井,然后根据单井的流量,对水平排渗管的过流能力和进水能力进行计算.与水平排渗管相比,联合排渗设施的垂直排渗井和底部的水平排水管是相贯通的,渗流时的压力为出流状态,并且进水能力比较大,与垂直的排渗设施相比而言,联合排渗设施可以通过自流排水.在进行联合排渗设施进行施工时,首先要进行的就是水平排渗管的施工,然后利用精密的测量设备,对水平排渗管的位置进行定位,最后在进行垂直排渗井的施工.
1.5辐射井
关于辐射井排渗设施,其最早是应用在需要大量抽取地下水的取水工程中,首先,在尾矿库内利用沉井的方式,埋设大口径的井筒,然后再井壁上进行钻孔,并在钻孔内进行水平排渗管施工,因为排渗管在井筒内呈现为辐射妆,所以被称为辐射井.由于辐射井的井口内径比较大,根据裘布依井口的出流理论,辐射井的排水量是比较大的.在尾矿库中应用辐射井时,对于进行了一定程度的改进,其内部的水平排渗管不再采用辐射状设置,而采用的时与尾矿库坝轴线平行的方向設置,这种排渗管的设置方式,可以更好的降低尾矿的浸润线.另外,还可以根据出水量的大小,埋设多根或者单根排水管.
2尾矿坝排渗加固治理效果分析
通过实践经验和相关研究数据显示,尾矿库的运行状态以及排渗设施的设置,对其尾矿浸润线的影响是非常明显的,对于尾矿库的排渗设施来说,其能够有效降低尾矿库浸润线的设施主要有上文所述的几种方式,下面就主要针对各种不同排渗设施的加固特点、降渗效果、适用条件等方面的内容进行归纳总结[3].
2.1贴坡反滤
贴坡反滤的排渗方式,其主要是为了将尾矿库坝体中的孔隙水压力进行消散,进而防止坝体内的细颗粒流失,在尾矿库坝体的下游坡面的出逸段设置护坡的排渗加固方式.当尾矿库堆积坝的坝坡面需要设置反滤层来对排水进行滤土时、坝坡发生从冲刷破坏时、坝坡发生渗透变形或破坏时、与山体接触的坝肩发生渗透变形或破坏时,可以利用贴坡排渗体的方式进行治理.该方法通常适用于堆积坝的坝坡渗流出逸段的防护处理,但是其不能对尾矿坝的浸润线起到很好的降低作用.
2.2排渗盲沟
排渗盲沟通常时于尾矿坝体轴线平行布置的,然后通过导水管将坝体的水排放出去的排渗加固方式,为了保证排渗盲沟能够起到良好的排渗效果,在进行盲沟施工时,要利用良好级配的砂石料来充当反滤材料,另外还要对盲沟的尺寸、导水管的坡度进行严格的控制,然后根据导水管的坡度来确定实际的排水量.当尾矿库坝体的内部有细颗粒水平夹层时,排渗盲沟的排渗效果就会比较差.
2.3自流式排渗管
自流式排渗管是指,通过设置排渗管将庫区内的地下水或者坝体内的水分,通过重力的作用,将其排放到坝体之外,进而达到排渗加固的目的.对于坝体高度等于或小于30m的场地,可以采用单层的排水排渗管;对于坝体高度在30m以上的并且中等复杂的场地,可以采用多层水平排渗管;对于各类复杂程度的场地,都可以采用弧形排渗管,弧形排渗管可以分布不均匀的多层渗流水进行降排,单层排渗管的能够对坝体浸润线降深幅度和范围的效果比较小,所以施工设备对作业面要求较高.自流式排渗管能够适应所有渗透性能的尾矿库.
2.4管井排渗和虹吸排渗
管井排渗设施是在坝体浸润线以下设置垂直管井,然后利用抽水泵抽排渗流水,进而达到降低浸润线的加固方法.通常来说,该方法主要适用于不具备设置自流排渗设施以及对堆积坝渗透系数较大的场地.虹吸排渗是指,在堆积坝浸润线以下设置集水井,然后利用水源井内虹吸排水装置对渗流水进行抽排,进而达到降低浸润线的加固方式.该方法主要适用于渗流量稳定,并且浸润线的控制深度在4m～8m的场地.利用该种排渗设施时,需要堆积坝具备良好的渗透性,并且要保证井内的渗水不断,这样才能保证抽水泵或虹吸能够正常运行.
2.5垂直-水平联合排渗
联合排渗设施是指在尾矿堆积坝体中,配置集水设施和垂直排渗体,然后通过水平排渗管将地下水排出坝体之外,降低浸润线的加固方法.联合排渗设施适用去各种复杂的场地,可降排分布不均匀的多层渗流水,浸润线的降深幅度较大,对渗透性较小的尾矿堆积坝有较好的降渗效果.
2.6辐射井排渗
辐射井排渗设施,是将尾矿堆积坝体中的地下水,通过自流将其集中在集水井内,然后通过导水管的自流,让水排出坝体之外,以达到排渗基础目的.对于辐射井排渗来说,其适用于复杂程度较高的场地,并且坝体浸润线的范围较大和幅度较深的尾矿库.
3结语
总的来说,解决尾矿库浸润线过高问题,最为有效的方法就是排渗工程技术,排渗技术中的很多方法很大属于岩土工程技术的范畴,但是由于尾矿库地质的特性,尤其是一些软弱的地质,其渗透性也存在着比较明显的差异,另外尾矿库中的水位以及浸润线也不同,而排渗工程的主要目的就是为了降低尾矿库坝体中的水分,进而降低坝体的浸润线位置,所以对岩土工程技术的要求也有所不同,特别是在对质量控制以及施工方法选择等方面都有独特性的要求,因此在排渗工程的实际施工过程中,应当充分考虑现场的实际情况,制定针对性的施工技术方案,以保证尾矿库浸润线位置能够得到有效的降低,进而延长尾矿库的使用寿命.
参考文献
[1] 朱远乐,鲁龙飞,杨荣.尾矿库排渗工程优化设计及治理效果研究[J].矿业研究与开发,2018（8）：133-138.
[2] 奚兴符,阮茂盛.尾矿库排渗工程技术方法[J].探矿工程（岩土钻掘工程）,2018（5）：86-91.
[3] 原福庆,邢晓彬.某尾矿库排渗设施设计[J].有色矿冶,2020（1）：60-63.
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尾矿库引用文献:
[1] 尾矿库硕士毕业论文范文 尾矿库研究生毕业论文范文5000字
[2] 尾矿库毕业论文怎么写 尾矿库方面有关论文写作资料范文2万字
[3] 尾矿库和小麦论文范文素材 关于尾矿库和小麦相关专科开题报告范文3000字
