虹吸排滲系統在尾礦壩降水工程中的應用

【摘 要】尾礦壩是由尾礦堆積碾壓而成的壩體，廣泛的運用于礦山環境保護和治理中。其作用是用于堆存金屬和非金屬礦山進行礦石選別后排出的尾礦或工業廢渣，這就使得尾礦需要排滲，防止其形成泥石流。為確保尾礦壩加高工程的順利實施，可以采用虹吸排滲系統來降低壩體內部的浸潤線高度。因虹吸排滲系統具有不易堵塞、主動排水、滲透性好的優點，對尾礦壩降水工程的有效實施和應用有著不可或缺的作用。

【關鍵詞】虹吸排滲系統；尾礦壩；降水工程

0 引言

目前，我國礦山約90%的尾礦壩都是采用上游式構筑的，此方法工藝簡單，便于管理，并且投資運營成本低，減少企業的經濟壓力。近年來，隨著尾礦堆筑的高度不斷增加，尾礦壩壩體內浸潤線也相應抬升，導致尾礦壩壩面溢出水位升高，非常容易發生壩體破壞，降低壩體的穩定性，引發更大的安全事故，威脅著國家和人們的生命財產安全。因此，必須加強尾礦壩排滲系統的建設，通過科學合理的排水設施達到降低壩內水位的目標，以保證尾礦壩的安全性和穩定性，促進礦山采礦作業的有序進行。本文就以虹吸排滲系統為例，對尾礦壩降水工程的施工方法和效果做出簡單的討論與分析。

1 虹吸系統排滲的概述

虹吸是一種流體的力學現象，可以不借助泵而抽吸液體。其原理是管內最高點液體在自然重力的作用下向低位管口處進行移動，形成真空，在真空作用下，高位管口的液體被吸進最高點，形成虹吸現象。虹吸原理被廣泛的運用，小到家居排水，大到水利工程，方法簡單，經濟合理。虹吸排滲是虹吸現象的一種，其排水機理也是利用自然的重力進而土體存在的毛細虹吸作用，使土壩顆粒沉淀，水分子擠入毛細管，使水土分離，達到防止堵塞的目的。虹吸排滲利用自然的“表面張力”、“虹吸力”和“毛細力”，以達到迅速排水的作用。

虹吸排滲系統由虹吸井、水封槽、虹吸管路和觀測井組成。虹吸井是虹吸排滲系統中最重要的降水設施，其成井質量要求非常的高。水封槽主要在虹吸系統啟動后保證排水管口的水位必須低于規定的標準水位高度，進一步確保虹吸系統要求的真空度。虹吸管可以采用DN57型PVC軟管，虹吸管路的進水口應該高于出水口，虹吸管路上設有抽真空裝置，抽真空裝置的抽氣管應該與虹吸管路最高端的頂部相連。虹吸管路具有工程造價低、施工工期短、能源消耗低的優點。觀測井主要是用來觀察虹吸排滲吸引的降水效果。虹吸排滲系統具有很多優點，如滲透性好，在開孔率大于25%時，有效吸收面積大；拱效壓應力強，虹吸排滲采用拱型結構設計，能承受12.0MPa的壓力；施工工藝簡單，只需要在尾礦壩下游坡面開溝施工即可，施工周期短，節省了工程量，投資運營成本低，經濟合理。虹吸排滲系統結構組成圖如圖1（a）和圖1（b）。

2 虹吸排滲系統在尾礦壩降水工程中的應用

2.1 虹吸管的安放

由于尾礦壩是礦山環境保護和治理的重要設施之一，其具有的穩定性和安全性直接決定了礦山以及采礦人員的安全。為了確保虹吸管的真空度，并以便維修，可以采用整根DN57型的PVC管。虹吸管應該安放在虹吸井出井口的位置，沿壩坡向下，直到水封槽。一般來說，虹吸管要埋于地面0.8m處。若在冬天比較寒冷的礦山區，虹吸管埋深不小于坡面0.9m，以防止虹吸管冬季凍深和老化。

2.2 虹吸排滲系統的啟動

虹吸系統的啟動是在虹吸管出水口處，用水泵向管內注水，水注滿后撤去注水裝置，就可以利用重力開始虹吸排水了。就最近幾年虹吸排水系統在尾礦壩的應用來看，地下水位已經從虹吸系統啟動前埋深的5m下降到現在的8m以下了，有效的促進了虹吸排滲系統的發展。在虹吸排水系統運行一段時間后，出現了自動停止的現象，經工作人員對觀察井地下水的檢測發現，地下水位一直維持在埋深7.5m以下，沒有發生任何變化，這就導致了在虹吸排滲過程中，沒有充足的水進行補充，最終導致虹吸排滲系統停止運行。虹吸排滲系統與其它降水設施相比，啟動方便，操作簡單，資金投入少，單服務期間的電費可以節約160萬元，有效的提高礦山企業的經濟效益。在虹吸排滲系統運行時要注意以下幾點：

1）為了確保出水口能夠正常的工作，應該按時按質的對虹吸管出水口處的沉淀物進行清理，防止出水口的阻塞而影響正常的使用。另外，若想及時的了解到水位面的位置，就應該在規定的時間內對觀測井和虹吸井進行密切的觀察和檢測。往往是每隔兩個小時就應該檢測一次，若水位高于設計要求，應該檢測虹吸井是否全面啟動；如果啟動失靈，可以通過注水的方法使其重新啟動。在發現問題時，一定要及時的找到發生故障的部位，快速地處理問題，避免對降水工作帶來一定的影響。

2）在虹吸排滲的水封槽中保持一定量的積水，確保必要的水位差。在北方冬季嚴寒的地區，應該充分考慮淺層尾礦砂凍脹現象對虹吸管路和水封槽的影響，虹吸管的埋深應該不小于標準凍結深度。

3）在降水量比較多的夏季，壩體下游的涌水量有所改變。可以增大虹吸管路的直徑和排水速度，滿足虹吸排滲設施的工作能力要求，進一步保證了尾礦壩的穩定和安全，使降水工程能夠較好的實施，確保礦山地區的環境得到較好的治理。

2.3 虹吸井的施工與檢測

施工現場可以采用多組對比試驗，利用不同的擴孔、清水沖擊鉆成孔的施工工藝，確保虹吸井在尾礦中的成井質量，以保證虹吸井身的穩定性。當鉆孔完成后，迅速安防水泥無砂過濾管，用無紡布密封過濾管接頭處，采用鐵絲和竹片進行固定，周圍用0.5-1mm的粗砂清潔濾料填充。在填充時要采用邊填邊用大降深、反沖洗洗井方法，直到填料穩定，出水口出現清水，然后再利用將深法對成井質量進行逐個檢測，進一步確保虹吸排滲系統的穩定性和可靠性，從而保證尾礦壩降水工程的順利實施。觀察井的成井方法和虹吸井大同小異，需要采用150mm的井徑。在注滿水一小時內恢復原始水位，密切的檢測成井的質量。

3 結束語

近年來，礦山為了提高回收率和產品質量，磨礦粒度越來越細，這就使得尾礦壩病害發生率高，穩定性較差。虹吸排滲系統自推廣運行以來，排滲效果十分良好，壩體地下水位埋深始終控制在設計規定范圍以內，在尾礦壩降水工程上取得了較大的成效。尾礦堆積碾壓形成尾礦壩的特定環境，為虹吸排滲原理降低水位線創造了有利的條件。虹吸排滲系統因其操行性強、設計原理簡單、成本投入低等優點，對我國尾礦壩降水工程的實施提供了強有力的保證，同時對我國礦區的安全生產有極大的借鑒意義。

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[責任編輯：謝慶云]