尾礦庫排滲工程優(yōu)化設(shè)計及治理效果研究???

李曠野

摘 要：對于尾礦庫安全風(fēng)險來說，若要降低其安全風(fēng)險系數(shù)，一個最主要的措施的就是要降低尾礦庫的浸潤線，但要想實(shí)現(xiàn)浸潤線的降低，其主要手段就是利用排滲工程技術(shù)。本文就主要針對排滲工程技術(shù)在尾礦庫中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析，主要包括：預(yù)埋式水平排滲、后置式水平排滲、垂直排滲、水平—垂直聯(lián)合排滲、輻射井等相關(guān)排滲方式進(jìn)行分析介紹，并且各種排滲方式的加固效果進(jìn)行研究，以供相關(guān)人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：尾礦庫;排滲工程;治理效果

0 引言

我國是礦產(chǎn)資源大國，礦山企業(yè)的數(shù)量非常多，而礦山企業(yè)選礦完成之后，在生產(chǎn)過程中所排放的礦渣主要以水帶渣的形式為主，這類形式的礦渣排放后就形成了尾礦[1]。目前，大多數(shù)尾礦都會統(tǒng)一集中起來，然后排入尾礦庫內(nèi)而形成了庫壩。但對尾礦庫來說，雖然其有一定對礦山企業(yè)有一定的價值，但是也有很大一部分尾礦庫的浸潤線過高，這也就形成了很大的安全風(fēng)險。因此，設(shè)置排滲工程可以有效的降低尾礦庫的浸潤線高度，進(jìn)而維護(hù)壩體的穩(wěn)定和安全。

1 尾礦庫常用排滲方法

對于尾礦庫的排滲設(shè)施來說，其可以根據(jù)施工階段將排滲設(shè)施劃分為預(yù)埋式和后置式[2]。分別來說，預(yù)埋式排滲設(shè)施：是為了有效防止尾礦庫后期的浸潤線過高的問題，而在某一個標(biāo)高處預(yù)先埋設(shè)的排滲設(shè)施，通常多以排滲盲管以及排滲盲溝的形式為主;后置式排滲設(shè)施：在尾礦庫的運(yùn)行過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)尾礦庫的浸潤線埋深超標(biāo)的問題時，為了對排滲進(jìn)行治理而加設(shè)的排滲設(shè)施。但對于后置式排滲設(shè)施來說，其造價高并且施工難度大，通常建議在對尾礦庫排滲工程設(shè)計時，盡可能的增設(shè)預(yù)埋式排滲設(shè)施。此外，根據(jù)不同的排滲形式，大體上可分為：垂直排滲、水平排滲、水平-垂直聯(lián)合排滲等幾種排滲方式。

1.1預(yù)埋式水平排滲管

對于預(yù)埋式的水平排滲管來說，其做法主要有以下幾個步驟：在尾礦庫壩體前的一定位置處，鋪設(shè)一條與壩體軸線平行的排滲管作為進(jìn)水口，然后在水平排水管上內(nèi)個一定的距離設(shè)置一道垂直導(dǎo)水管，將尾礦庫滲水排放到庫外。對于水平排滲盲溝來說，其通常是由砂礫石包土工布或者是透水性好的碎石而做成的。而水平排滲管，是由混凝土管、鋼絲網(wǎng)、鋼管、高強(qiáng)度塑料管外包土工布等做成的，另外每個一定距離所設(shè)置的垂直導(dǎo)水管是由高強(qiáng)度塑料管、混凝土管、不開孔的鋼管等做成的，垂直導(dǎo)水管的鋪設(shè)坡度應(yīng)為1%～2%坡向下游。水平排滲盲溝與水平排滲管相比，盲溝的斷面面積大，并且進(jìn)水和通流能力強(qiáng)，即便是遭到破壞，其也能起到一定的排水作用，所以在排滲設(shè)計時應(yīng)當(dāng)首先考慮水平排滲盲溝設(shè)置。

1.2后置式水平排滲管

后置式水平排滲管的是垂直于尾礦庫壩體抽線設(shè)置的，并且管道之間要保持一定的間距，而深入尾礦壩體內(nèi)部的水平排滲管的前端，應(yīng)設(shè)置鋼絲網(wǎng)或者開孔外包土工布的濾水段，排滲管的后端為不開孔的導(dǎo)水段，并且要向下游保持一定坡度進(jìn)行鋪設(shè)。后置式的排滲管在施工時，通常采用跟管工藝或者水平鉆機(jī)頂管進(jìn)行施工，可以設(shè)置成多排或者單排，布置的位置通常在需要降低浸潤線的靠下位置。其水力計算與預(yù)埋式排滲溝式相似的，可以對出溢邊界進(jìn)行假設(shè)，然后得到上游的滲流坡降，進(jìn)而計算出所需要的泄流量。需要注意的是，在設(shè)置排滲管時兩根管道要留有一定的距離，可以將垂直壩軸線與平行壩軸線這兩個方面的水力坡降假設(shè)為一致的，進(jìn)而使中部的尾礦浸潤線埋深低于設(shè)計所需。

1.3垂直排滲設(shè)施

對于垂直排滲設(shè)施來說，其主要包括：虹吸井、管井、輕型井點(diǎn)等很多種形式，而這些形式的排滲原理都是利用潛水層井點(diǎn)降水，這就都可以采用裘布依理論來進(jìn)行計算，最主要的區(qū)別就是作用水頭以及向外抽水方式之間的不同。在對垂直排滲設(shè)施進(jìn)行施工時，首先要對垂直排滲井進(jìn)行施工，然后利用抽真空或者是設(shè)置水泵的方式，將水將外抽出在排滲井周圍的土中，形成降水漏斗然后設(shè)置多個降水井點(diǎn)，在降水漏斗中形成不同程度的重疊，進(jìn)而降低尾礦庫壩的浸潤線。垂直排滲井主要由濾水段、沉沙段、井管段組成的，通?？梢岳盟芰瞎堋摴?、鑄鐵管等材料來進(jìn)行制作，并且管道的內(nèi)徑要滿足降水設(shè)計要求，并大于水泵50mm以上。

1.4水平-垂直聯(lián)合排滲設(shè)施

對于水平-垂直排滲設(shè)施來說，其主要包括垂直設(shè)置的水平排滲管和水平設(shè)置的排滲管。聯(lián)合排滲設(shè)施的水平排滲管的設(shè)置與后置式水平排滲管的設(shè)置是相同的，都是由導(dǎo)水段和濾水段共同組成的。垂直排滲井的設(shè)置位置要在水平排滲管濾水端的5m范圍之內(nèi)，并且要對水平排滲管貫通，通?？梢圆捎盟芰吓潘?、管井、砂礫井等形式，深入排水管端部2m以下。其排滲原理與垂直排滲設(shè)施的排滲原理是相同的，只不過其排水方式采用的是底部的水平排滲管。在對排滲水力進(jìn)行計算時，應(yīng)根據(jù)所需要降低的深度，來布置垂直排滲井，然后根據(jù)單井的流量，對水平排滲管的過流能力和進(jìn)水能力進(jìn)行計算。與水平排滲管相比，聯(lián)合排滲設(shè)施的垂直排滲井和底部的水平排水管是相貫通的，滲流時的壓力為出流狀態(tài)，并且進(jìn)水能力比較大，與垂直的排滲設(shè)施相比而言，聯(lián)合排滲設(shè)施可以通過自流排水。在進(jìn)行聯(lián)合排滲設(shè)施進(jìn)行施工時，首先要進(jìn)行的就是水平排滲管的施工，然后利用精密的測量設(shè)備，對水平排滲管的位置進(jìn)行定位，最后在進(jìn)行垂直排滲井的施工。

1.5輻射井

關(guān)于輻射井排滲設(shè)施，其最早是應(yīng)用在需要大量抽取地下水的取水工程中，首先，在尾礦庫內(nèi)利用沉井的方式，埋設(shè)大口徑的井筒，然后再井壁上進(jìn)行鉆孔，并在鉆孔內(nèi)進(jìn)行水平排滲管施工，因?yàn)榕艥B管在井筒內(nèi)呈現(xiàn)為輻射妝，所以被稱為輻射井。由于輻射井的井口內(nèi)徑比較大，根據(jù)裘布依井口的出流理論，輻射井的排水量是比較大的。在尾礦庫中應(yīng)用輻射井時，對于進(jìn)行了一定程度的改進(jìn)，其內(nèi)部的水平排滲管不再采用輻射狀設(shè)置，而采用的時與尾礦庫壩軸線平行的方向設(shè)置，這種排滲管的設(shè)置方式，可以更好的降低尾礦的浸潤線。另外，還可以根據(jù)出水量的大小，埋設(shè)多根或者單根排水管。

2尾礦壩排滲加固治理效果分析

通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，尾礦庫的運(yùn)行狀態(tài)以及排滲設(shè)施的設(shè)置，對其尾礦浸潤線的影響是非常明顯的，對于尾礦庫的排滲設(shè)施來說，其能夠有效降低尾礦庫浸潤線的設(shè)施主要有上文所述的幾種方式，下面就主要針對各種不同排滲設(shè)施的加固特點(diǎn)、降滲效果、適用條件等方面的內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)[3]。

2.1貼坡反濾

貼坡反濾的排滲方式，其主要是為了將尾礦庫壩體中的孔隙水壓力進(jìn)行消散，進(jìn)而防止壩體內(nèi)的細(xì)顆粒流失，在尾礦庫壩體的下游坡面的出逸段設(shè)置護(hù)坡的排滲加固方式。當(dāng)尾礦庫堆積壩的壩坡面需要設(shè)置反濾層來對排水進(jìn)行濾土?xí)r、壩坡發(fā)生從沖刷破壞時、壩坡發(fā)生滲透變形或破壞時、與山體接觸的壩肩發(fā)生滲透變形或破壞時，可以利用貼坡排滲體的方式進(jìn)行治理。該方法通常適用于堆積壩的壩坡滲流出逸段的防護(hù)處理，但是其不能對尾礦壩的浸潤線起到很好的降低作用。

2.2排滲盲溝

排滲盲溝通常時于尾礦壩體軸線平行布置的，然后通過導(dǎo)水管將壩體的水排放出去的排滲加固方式，為了保證排滲盲溝能夠起到良好的排滲效果，在進(jìn)行盲溝施工時，要利用良好級配的砂石料來充當(dāng)反濾材料，另外還要對盲溝的尺寸、導(dǎo)水管的坡度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，然后根據(jù)導(dǎo)水管的坡度來確定實(shí)際的排水量。當(dāng)尾礦庫壩體的內(nèi)部有細(xì)顆粒水平夾層時，排滲盲溝的排滲效果就會比較差。

2.3自流式排滲管

自流式排滲管是指，通過設(shè)置排滲管將庫區(qū)內(nèi)的地下水或者壩體內(nèi)的水分，通過重力的作用，將其排放到壩體之外，進(jìn)而達(dá)到排滲加固的目的。對于壩體高度等于或小于30m的場地，可以采用單層的排水排滲管;對于壩體高度在30m以上的并且中等復(fù)雜的場地，可以采用多層水平排滲管;對于各類復(fù)雜程度的場地，都可以采用弧形排滲管，弧形排滲管可以分布不均勻的多層滲流水進(jìn)行降排，單層排滲管的能夠?qū)误w浸潤線降深幅度和范圍的效果比較小，所以施工設(shè)備對作業(yè)面要求較高。自流式排滲管能夠適應(yīng)所有滲透性能的尾礦庫。

2.4管井排滲和虹吸排滲

管井排滲設(shè)施是在壩體浸潤線以下設(shè)置垂直管井，然后利用抽水泵抽排滲流水，進(jìn)而達(dá)到降低浸潤線的加固方法。通常來說，該方法主要適用于不具備設(shè)置自流排滲設(shè)施以及對堆積壩滲透系數(shù)較大的場地。虹吸排滲是指，在堆積壩浸潤線以下設(shè)置集水井，然后利用水源井內(nèi)虹吸排水裝置對滲流水進(jìn)行抽排，進(jìn)而達(dá)到降低浸潤線的加固方式。該方法主要適用于滲流量穩(wěn)定，并且浸潤線的控制深度在4m～8m的場地。利用該種排滲設(shè)施時，需要堆積壩具備良好的滲透性，并且要保證井內(nèi)的滲水不斷，這樣才能保證抽水泵或虹吸能夠正常運(yùn)行。

2.5垂直-水平聯(lián)合排滲

聯(lián)合排滲設(shè)施是指在尾礦堆積壩體中，配置集水設(shè)施和垂直排滲體，然后通過水平排滲管將地下水排出壩體之外，降低浸潤線的加固方法。聯(lián)合排滲設(shè)施適用去各種復(fù)雜的場地，可降排分布不均勻的多層滲流水，浸潤線的降深幅度較大，對滲透性較小的尾礦堆積壩有較好的降滲效果。

2.6輻射井排滲

輻射井排滲設(shè)施，是將尾礦堆積壩體中的地下水，通過自流將其集中在集水井內(nèi)，然后通過導(dǎo)水管的自流，讓水排出壩體之外，以達(dá)到排滲基礎(chǔ)目的。對于輻射井排滲來說，其適用于復(fù)雜程度較高的場地，并且壩體浸潤線的范圍較大和幅度較深的尾礦庫。

3結(jié)語

總的來說，解決尾礦庫浸潤線過高問題，最為有效的方法就是排滲工程技術(shù)，排滲技術(shù)中的很多方法很大屬于巖土工程技術(shù)的范疇，但是由于尾礦庫地質(zhì)的特性，尤其是一些軟弱的地質(zhì)，其滲透性也存在著比較明顯的差異，另外尾礦庫中的水位以及浸潤線也不同，而排滲工程的主要目的就是為了降低尾礦庫壩體中的水分，進(jìn)而降低壩體的浸潤線位置，所以對巖土工程技術(shù)的要求也有所不同，特別是在對質(zhì)量控制以及施工方法選擇等方面都有獨(dú)特性的要求，因此在排滲工程的實(shí)際施工過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮現(xiàn)場的實(shí)際情況，制定針對性的施工技術(shù)方案，以保證尾礦庫浸潤線位置能夠得到有效的降低，進(jìn)而延長尾礦庫的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱遠(yuǎn)樂，魯龍飛，楊榮.尾礦庫排滲工程優(yōu)化設(shè)計及治理效果研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2018（8）：133-138.

[2] 奚興符，阮茂盛.尾礦庫排滲工程技術(shù)方法[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2018（5）：86-91.

[3] 原福慶，邢曉彬.某尾礦庫排滲設(shè)施設(shè)計[J].有色礦冶，2020（1）：60-63.