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1、 68 中国矿 山工程 Ch i n a Mi n e En g i ne e r i n g 2 0 l 4年 2月 第 4 3卷第 1期 尾矿坝的排渗设施及其应用 Th e d r a i n a g e i n s t a l l a t i o n s o f t a i l i n g s d a m a n d i t s a p p l i c a t i o n 胡祥群 中 国 恩 菲 工 程 技 术 有 限 公司 北京1 0 0 0 3 8 摘 要 为改善尾 矿坝的排 渗条件 降低尾矿坝浸润线 加快尾砂 固结 提 高尾矿坝 的稳定性 排渗 设施在 尾矿 坝 中的应 用越 来越
2、普遍 笔者结合 已有工程 实例和工作 实践 从排渗设施布置位置 的不 同 将其 分为坝底 坝体和 坝面 3种 类型 并分别对 其特点 结构和应用进 行 了总结 关键词 尾矿 坝 排渗设施 不透 水 Abs t r a c t To i mpr o v e t h e dr a i n a g e c o n d i t i o n o f t a i l i ng s da m r e du c e t h e s e e p a g e l i ne s p e e d u p t h e t a i l i n gs c o n s o l i da t i o n an d i mpr
3、o v e t h e s t a b i l i t y o f t h e t a i l i n g s d a m t h e d r a i n a g e i n s t a l l a t i o n s i s u s e d t o t h e t a i l i n g s d a m mo r e a n d mo r e c o mmo n B y c o mb i n i n g t h e p r o j e c t e x a mp l e s wi t h t he wo r k p r a c t i c e t he dr a i n a g e i ns
4、t a l l a t i o n s i s d i v i d e d i n t o b o t t om d r a i n a g e b o d y dr a i n a g e a nd f a c e d r a i n a g e a c c o r d i n g t o t h e d i f f e r e n t l a y o u t p o s i t i on I t s c ha r a c t e r i s t i c s s t r uc t u r e a n d a p pl i c a t i o n s i t u a t i o n we r
5、e s u mma r i z e d Ke y wor d s t a i l i n g s d a m d r a i na g e i n s t a l l a t i o n wa t e r p r o o f 1 前言 尾矿库是维持矿山企业正常生产 的必要设施 也是 重大危险源之一 尾矿库一旦发生事故 将对人们 的生 命财产安全造成损害 对环境构成威胁 近年来 随着我 国经济的快速发展 人们对尾矿库安全 环保工作 日益关 注 尾矿坝的安全防患问题越来越被重视 在我国已有的尾矿坝 绝大部分是采用上游法尾矿 堆坝 这种坝型的初期坝工程量小 后期堆积坝利用尾矿 冲积筑 坝 由于基 建
6、期 投 资 较 少 因此 得 到 了广 泛 应 用 对于上游法尾矿堆坝 如何 提高坝体的稳定性是人们一 直关注的技术关键 结合已有工程实例和笔者的工作实 践 尾矿坝的排渗固结被认 为是提高坝体稳定安全既经 济又有效 的途径 即通过在尾矿坝不同部位埋设各种排 渗设施 来改善尾砂 的排水条件 以降低坝体浸润线 加 速尾矿固结 从而提高坝体的稳定安全系数 2 尾矿坝排 渗设施 的分类 2 1坝底 排渗 设施 坝底排渗设施有褥垫式 排渗管沟 排渗盲沟及其混 合式多种 详见图 1 图 2和图 3 常用于尾矿坝建在不透 水地基上或初期坝为不透水坝时 其位于库 区和尾矿坝 底部 须在初期坝堆筑之前进行敷设
7、褥垫层的厚度 排 渗盲沟尺寸应根据所选用 的材料的渗透系数及排渗量决 定 排渗管沟的直径和开孔根据渗流量决定 管道满足防 腐要求 德兴铜矿 拟新建 尾矿库就采取 了这种排 渗设 施 第1 期 胡祥群 尾矿坝的排渗设施及其应用 6 9 图 1 坝底排渗 示意图 图 3排渗盲 沟示意图 2 2坝 体排 渗设 施 坝体排渗设施大体分 为水平排渗设施 竖 向排 渗设施和联合 自流排渗设施 3类 2 2 1 水平 排渗 设施 水平排渗设施一般采用渗管 图 2 或排渗盲沟 图 3 管或 沟 的两端 高差较小 基本呈水平 向布 置 这种排渗设施可在堆坝过程中预埋 也可待尾矿 坝需 要 治理 时再 加设 图
8、4为 某工 程 的水平 排渗 设 施示意图 其纵向排渗盲沟与坝轴线平行布置 靠近 坝肩段可坡向两侧的坝肩排水沟 由于坝长较大 在 中间加设 了横向集水管 集水管的出水 口处设置集 水导流沟 纵向排渗盲沟和横向集水管的设计均可 根据水力计算的理论公式粗估 由于受施工工艺的 限制 横 向集水管长度不宜过长 约 6 0 m 这种排渗 设施在工程中已有大量应用实例 图 4水 平 排 渗 设 施 示 慝 图 2 2 2 竖 向排 渗设施 竖 向排渗设施有管井排渗 轻型井点降水 虹吸 管排渗等 管井排渗设施一般平行于坝轴线成直线排列 由井 口段 井壁管段 滤水管段 沉砂管段组成 管 井的深度根据降水深度
9、浸润线埋深 地下水类型 水泵流量等多因素综合确定 井 口段高出地面一定 的高度 井 口加盖板封闭 滤水管段开孔 呈梅花形 布置 外包缠丝或土工合 成材料 其外部 回填 砂砾 石 滤水管的直径除应满足降水需要之外 还要满足 水泵 的安 装要 求 轻型井点降水一般 由砂井 井点管 集水管 连 接弯管和抽水设备组成 其工作原理是 启动抽水 设备 在井点系统和其周围一定范围内形成真空区 在真空吸力的作用下 井点附近的地下水通过砂井 进入井点管再 到集水管 后由排水管排出 从而起到 降低地下水位 的 目的 虹吸排渗设施主要由虹吸井 观测井 水封槽和 吸管路组成 保证虹吸系统处于要求 的真空度是系 统能够
10、正常运行降水的关键 上述竖向排渗设施一般需要用水泵抽排 与 自 流排 渗设 施 比管 理较 不方 便 2 2 3 联合 自流 排渗 设 施 如果堆积坝 内有尾砂 细泥夹层 竖 向方向的排 渗通道被截断 构成层间滞水 单纯采用水平排渗设 施时 排渗效果不理想 单纯采用竖 向排渗设施时 若需要大范 围降渗 要求 井 的布置 密度大 投 资较 大 而且要用水泵抽排 管理不便 因此 对尾矿坝 渗流量较大 渗流控制要 求较高 等级较 高的尾矿 库 为使坝体 内形成排渗 网络 有效保 障排渗效果 同时为节省投资 常采取联合 自流排渗设施 即以上 两种方式的组合 近年来 工作实践 中接触较多的联合 自流排渗
11、 设施 主要有竖向一水平联合 自流排渗设施和辐射井 排渗设施 1 竖 向一水 平 联 合 自流 排 渗 设 施 竖 向一 水 平排渗设施包括竖向排渗体和水平排渗导流管两部 分 竖 向排渗体可采用管井 砂砾井 砂井和塑料排 水带等 水平排渗 导流管与其相 切连接 将渗水导 出 其 中 管井与前述一致 砂井或砂砾井排水是软 土地基 的一种传统处理方法 一般 由土工布装袋使 用 塑 料排 水 带 宽 度 一 般 l O O m m 厚 3 4 mm 质 量轻方便运输 施工方便 这种排渗设施在国内多 处工程 已有应用 如山西省某铜矿尾矿库就采用 了 这种 自流排渗设施 沿第一 二级子坝坝顶布置两排 井
12、管排渗系统 共 3 3套 竖 向排 渗体采用 8 0 0 ra m 的焊接钢管 其上钻有 b l O m m 的排水孔 梅花形分 布 孔距 2 m 其底部设水平导水管 敷设坡度 1 稔 缈 劂 瑚 1葶 一 7 0 中国矿 山工 程 2 0 1 4 年 第 4 3卷 将 渗水 导 出排入 坝面排 水 沟 如 图 5所示 图 5 井 管 排 渗 设 施 示 意 图 2 辐射井 排渗设 施 这种排 渗设施 由集 水 井 上游 水平 排 渗管 和 下 游 导水 管 组 成 上 游 井 壁 呈辐射状布置多根水平排渗管孔 水 平排渗管 由井 壁向上游尾矿坝体内延伸 有时为了增强排渗效果 在水平 排渗 管
13、 道 两 侧 增 设 竖 向排 渗设 施 砂 井 排 水带等 下游井壁布置一根导水管 导水管 由井壁 集水井 垂直排渗塑料插勘 导水管 向尾矿坝下游延伸 为满足井 内水平管施工工艺要求 集水井直径 一 般 大 于 3 m 井 深 低 于 要求 浸 润线 以下 2 4 m 井 距不超过水平辐射排渗管长度的 2倍 上游辐射管 呈顺坡布设 坡度为 1 5 当含水层尾矿 较厚 或呈多层时 可增设一层上游辐射管 同时可根据排 渗需要设置竖向排渗设施 砂井 排水带等 加强排 渗效 果 下游 导水 管 为 自流排 水 当导 水 管 穿 透 长 度 受限制 时 可 在 中途设 接力 井 辐射 井排 渗设施 多
14、用 于正 在运 行 的浸润线 较 高 的尾矿坝 一般要求较大幅度的降低浸润线 以提升 坝体的稳定性 如金堆城栗西沟尾矿库 新疆阿舍勒 尾矿库均采用 了这种排渗设施 某尾矿库辐射井排 渗设 施见 图 6 垂 直排渗 塑料插板 坝基 图 6 甘尾矿库辐射井排渗设施图 2 3 坝 面排 渗设 施 初期坝和坝基透水性均较差 又未设坝底排渗 设施 致使坝体浸润线较高而溢出坝面 但坝体下游 边坡的稳定性仍能满足要求 不需降低坝体 内浸润 线高度 仅为防止尾矿流失和产生沼泽化现象 常设 坝面排渗设施 即贴坡滤层 贴坡滤层能 自由地将 坝内渗水排走 同时通过反滤层防止出现渗透破坏 在 已有尾矿坝工程中应用普遍
15、 如东鞍山铁矿 杨家 杖子钼矿和铜陵狮子山铜矿均采用此种排渗设施 某工程贴坡滤层排渗示意图见图 7 图 7贴坡滤层排渗示意图 3 结语 1 为了改善尾矿坝 的排渗条件 常见 的排渗 设施按位置分布大体分 为坝底 坝体 坝面 3种 型 式 在尾矿坝设计 中根据不同条件采取不同类型的 排 渗设施 能 加 速 尾 砂 固 结 提 高 坝 体 的 稳 定 安 全 性 2 排渗设施既要排出水量 又不能将土颗粒 带走 因此反 滤设施 一定 要做 好 设 计过 程 中要强 化 反滤层的计算 施工过程 中要严格控制质量 3 有些 排渗 设 施 在 筑 坝过 程 中无 法加 设 如 坝底排渗设施 只能在筑坝前铺
16、设 有些排渗设施可 在 筑坝过 程 中预 埋 也 可 后 期 再 补 设 如 水 平 排 渗 管 但预埋 的技术难度较小 成本较低 因此 设计 时 宜借鉴类 似已建工程实例 的经验 作较长 远考 虑 不 能只顾 眼前 4 采用适 当的排渗设 施对提高尾矿堆 坝速 率 促进较细粒尾砂筑坝 较高浓度尾砂筑坝等方面 均有积极作用 随着矿山事业的发展 尾矿坝排渗设 施将 发挥 越来 越重要 的作 用 参考文献 I 1 尾矿设施设计参考资料编 写组 尾矿设施 设计参 考资 料 M 北京 冶金工业出版社 1 9 8 0 2 张元 瑞 吴宜 明 辐 射 井排 渗 在 栗 西 尾 矿 坝 的应 用 J 安徽地质 2 0 0 4 1 4 3 2 1 7 2 2 7
