基于平地型尾礦庫的組合式排水井探究

金永超

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

在平原、戈壁灘等地區因無足夠的山谷可用，通常在平地四周筑壩修建尾礦庫堆存尾礦，平地型尾礦庫通常采用一座排水井連接排水管的形式進行排洪。平地型尾礦庫較山谷型尾礦庫匯水面積較小，同時尾礦庫運行初期的調洪庫容較大，基本無排洪要求，此時排水系統滿足排尾礦澄清水要求即可。當尾礦堆積標高超過初期壩頂標高后，尾礦庫的調洪庫容明顯減小，需較大尺寸的排水系統才能滿足排洪要求。通常框架式排水井的排洪能力較大，但相對于窗口式排水井其結構的整體性較差，結構安全度相對較低，且井架底部承受的荷載最大。尾礦庫初期若尾礦水存儲在庫內不外排，壩前尾砂不能較好地分級，庫底尾砂難以固結，造成該區域尾砂的物理力學指標較低，對尾礦壩后期的穩定十分不利。如何有效解決平地型尾礦庫僅布置一座排水井的情況下，既能保證初期尾礦澄清水及時排放，加快尾砂的固結，又能滿足后期尾礦庫防洪安全的要求，同時提高排水井結構的安全性和壩體的穩定安全性，仍是業界難以解決的難題。文章基于以上問題主要對一種組合式排水井進行探究。

1 基于一種組合式排水井探究

1.1 主要內容

本文針對現實存在的問題，旨在探究一種結構強度高、安全性好的組合式排水井，以滿足尾礦庫各時期的排水、防洪需求。

為了解決上述技術問題，文章的設計思路為：一種組合式排水井，包括中空的井座，該井座頂部由設有連通的窗口式排水段和框架式排水段，窗口式排水段與井座內腔連通。其中窗口式排水段可采用與現有窗口式排水井相同或類似的結構；框架式排水段可采用與現有框架式排水井相同或類似的結構。

進一步地，所述窗口式排水段和框架式排水段一體連接，窗口式排水段和井座一體連接，還包括與井座內腔連通的排水管。基于上述思路，組合式排水井最為適合于平地型尾礦庫，尾礦庫內僅設有一座組合式排水井，該排水井用于平地型尾礦庫中尾礦澄清水和洪水的排泄。

組合式排水井為窗口—框架組合式排水井結構，尤其適用于平地型尾礦庫僅能布置一座排水井的情況。根據初期壩頂標高可將排水井分為兩部分，底部為窗口式排水段，很大程度增強了排水井結構的整體性，提高了排水井結構的安全度；排水井上部采用框架式排水段，大大增加了其排洪能力，確保尾礦庫的防洪安全；排水井窗口段和框架段的尺寸分別根據回水、排洪和結構等要求確定；排水井井座底板和地基處理措施根據上述已定的井架結構和荷載確定。

1.2 組合式排水井的作用

使用組合式排水井時，平地型尾礦庫的初期尾礦水能夠及時通過排水井的窗口排出庫外，以達到加快固結庫底尾砂、提高壩前庫底細粒徑尾砂的強度和增加壩體安全穩定性的目的，對后期尾礦壩堆高十分有利；隨著尾礦上升，逐步采用鋼筋混凝土封堵塞進行封堵窗口式排水段，提高排水井封堵的結構安全性，降低因封堵失效等原因造成排水井倒塌的風險；尾礦堆積標高超過初期壩頂后，尾礦澄清水和洪水能夠順利通過框架式排水段排出庫外，保證尾礦庫的防洪安全。

組合式排水井能夠分期建設，這樣可減小排水井的尺寸，同時減少了初期投資。在尾礦庫投入使用初期，壩頂標高以下構建井座和窗口式排水段，這樣可增加排水井結構的整體性，很大程度提高其結構的安全度。在后期修建框架式排水段，增大其泄洪能力，保證尾礦庫的防洪安全，滿足尾礦庫各時期的排洪要求。

在使用初期，組合式排水井能夠滿足尾礦庫正常生產回水的需求，使得尾礦澄清水及時排出庫外，同時排水井的下部采用窗口式有利于結構安全，增加了排水井的整體性，窗口式排水段的封堵塞的安裝方便快捷，降低因封堵失效等原因造成排水井倒塌的風險。

在使用后期，框架式排水段不僅能將尾礦澄清水排至庫外，還可將洪水順利排出庫外，防止出現洪水漫頂等危險，保證尾礦庫的防洪安全。

同時該排水井的使用可加快壩前庫底區域尾礦的分級和固結，提高該區域尾砂的物理力學指標，進而提高壩體的抗滑穩定性，有利于后期堆高。

1.3 在工程中的應用

圖1 組合式排水井結構示意圖

圖2 窗口式排水段封堵塞結構示意圖

圖3 框架式排水段拱板結構示意圖

本文探究的組合式排水井可較好的應用于同類工程中，并有效的解決上述現實中的問題。該排水井包括中空的井座3，井座3頂部依次設有連通的窗口式排水段1和框架式排水段2，窗口式排水段1與井座3內腔連通。其中，窗口式排水段1和框架式排水段2一體連接；窗口式排水段和井座一體連接，以提高組合式排水井的整體性。還包括與井座3內腔連通的排水管4。

同類工程采用該種組合式排水井時，首先，設計應確定排水井的位置、窗口式排水段和框架式排水段尺寸，按設計要求對排水井位置進行布置，并根據回水、排洪和結構等要求分別計算設計排水井窗口式排水段和框架式排水段的斷面尺寸。然后需根據初期壩頂標高確定窗口排水段的標高，該標高以下為窗口排水段，以上為框架式排水段。最后根據上述確定的排水井結構（自重）及相應荷載（風荷載、地震荷載等）進行排水井井座底板尺寸的計算，以及確定是否進行地基處理，需要時確定相應的地基處理措施。

組合式排水井施工時，先進行基礎開挖及地基處理（需要時），然后進行井座的施工，井座修建完成后，按設計要求修建排水井的窗口式排水段和窗口封堵塞5，建好窗口式排水段后修建排水井框架式排水段和拱板6。優選地，為了方便封堵操作施工，所示封堵塞5和拱板6的外壁上均設有吊環7。

在生產運行過程中使用時，初期通過窗口式排水段上的窗口進行排水，隨著尾砂的升高，采用封堵塞5逐步封堵窗口，窗口段封堵完后使用框架式排水段，在使用框架式排水段過程中，隨著尾礦的逐漸升高，逐步添加拱板6封堵框架式排水段，確保洪水和澄清尾礦水通過排水系統排出。

2 結語

本文探究的組合式排水井，在平地型尾礦庫僅布置一座排水井的情況下，既能保證初期尾礦澄清水及時排放，加快尾砂的固結，又能滿足后期尾礦庫防洪安全的要求，同時提高排水井結構的安全性和壩體的穩定安全性。文章認為該組合式排水井可應用于同類工程中，有效的解決實際中存在的問題。