尾礦庫排滲工程優(yōu)化設計及治理效果研究

(長春黃金設計院有限公司,吉林長春 130012)

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險。因此，設置排滲工程可以有效的降低尾礦庫的浸潤線高度，進而維護壩體的穩(wěn)定和安全。

1 尾礦庫常用排滲方法

對于尾礦庫的排滲設施來說，其可以根據(jù)施工階段將排滲設施劃分為預埋式和后置式[2]。分別來說，預埋式排滲設施：是為了有效防止尾礦庫后期的浸潤線過高的問題，而在某一個標高處預先埋設的排滲設施，通常多以排滲盲管以及排滲盲溝的形式為主；后置式排滲設施：在尾礦庫的運行過程中，當發(fā)現(xiàn)尾礦庫的浸潤線埋深超標的問題時，為了對排滲進行治理而加設的排滲設施。但對于后置式排滲設施來說，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計時，盡可能的增設預埋式排滲設施。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 預埋式水平排滲管

對于預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，鋪設一條與壩體軸線平行的排滲管作為進水口，然后在水平排水管上內(nèi)個一定的距離設置一道垂直導水管，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、高強度塑料管外包土工布等做成的，另外每個一定距離所設置的垂直導水管是由高強度塑料管、混凝土管、不開孔的鋼管等做成的，垂直導水管的鋪設坡度應為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，并且進水和通流能力強，即便是遭到破壞，其也能起到一定的排水作用，所以在排滲設計時應當首先考慮水平排滲盲溝設置。

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，應設置鋼絲網(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水段，并且要向下游保持一定坡度進行鋪設。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頂管進行施工，可以設置成多排或者單排，布置的位置通常在需要降低浸潤線的靠下位置。其水力計算與預埋式排滲溝式相似的，可以對出溢邊界進行假設，然后得到上游的滲流坡降，進而計算出所需要的泄流量。需要注意的是，在設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為一致的，進而使中部的尾礦浸潤線埋深低于設計所需。

1.3 垂直排滲設施

對于垂直排滲設施來說，其主要包括：虹吸井、管井、輕型井點等很多種形式，而這些形式的排滲原理都是利用潛水層井點降水，這就都可以采用裘布依理論來進行計算，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。在對垂直排滲設施進行施工時，首先要對垂直排滲井進行施工，然后利用抽真空或者是設置水泵的方式，將水將外抽出在排滲井周圍的土中，形成降水漏斗然后設置多個降水井點，在降水漏斗中形成不同程度的重疊，進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，通常可以利用塑料管、鋼管、鑄鐵管等材料來進行制作，并且管道的內(nèi)徑要滿足降水設計要求，并大于水泵50mm以上。

1.4 水平-垂直聯(lián)合排滲設施

對于水平-垂直排滲設施來說，其主要包括垂直設置的水平排滲管和水平設置的排滲管。聯(lián)合排滲設施的水平排滲管的設置與后置式水平排滲管的設置是相同的，都是由導水段和濾水段共同組成的。垂直排滲井的設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，通常可以采用塑料排水包、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。在對排滲水力進行計算時，應根據(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水能力進行計算。與水平排滲管相比，聯(lián)合排滲設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)，并且進水能力比較大，與垂直的排滲設施相比而言，聯(lián)合排滲設施可以通過自流排水。在進行聯(lián)合排滲設施進行施工時，首先要進行的就是水平排滲管的施工，然后利用精密的測量設備，對水平排滲管的位置進行定位，最后在進行垂直排滲井的施工。

1.5 輻射井

關于輻射井排滲設施，其最早是應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，埋設大口徑的井筒，然后再井壁上進行鉆孔，并在鉆孔內(nèi)進行水平排滲管施工，因為排滲管在井筒內(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。在尾礦庫中應用輻射井時，對于進行了一定程度的改進，其內(nèi)部的水平排滲管不再采用輻射狀設置，而采用的時與尾礦庫壩軸線平行的方向設置，這種排滲管的設置方式，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

通過實踐經(jīng)驗和相關研究數(shù)據(jù)顯示，尾礦庫的運行狀態(tài)以及排滲設施的設置，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施來說，其能夠有效降低尾礦庫浸潤線的設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施的加固特點、降滲效果、適用條件等方面的內(nèi)容進行歸納總結(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行消散，進而防止壩體內(nèi)的細顆粒流失，在尾礦庫壩體的下游坡面的出逸段設置護坡的排滲加固方式。當尾礦庫堆積壩的壩坡面需要設置反濾層來對排水進行濾土時、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，在進行盲溝施工時，要利用良好級配的砂石料來充當反濾材料，另外還要對盲溝的尺寸、導水管的坡度進行嚴格的控制，然后根據(jù)導水管的坡度來確定實際的排水量。當尾礦庫壩體的內(nèi)部有細顆粒水平夾層時，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，進而達到排滲加固的目的。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以上的并且中等復雜的場地，可以采用多層水平排滲管；對于各類復雜程度的場地，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，所以施工設備對作業(yè)面要求較高。自流式排滲管能夠適應所有滲透性能的尾礦庫。

2.4 管井排滲和虹吸排滲

管井排滲設施是在壩體浸潤線以下設置垂直管井，然后利用抽水泵抽排滲流水，進而達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置自流排滲設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置集水井，然后利用水源井內(nèi)虹吸排水裝置對滲流水進行抽排，進而達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行。

2.5 垂直-水平聯(lián)合排滲

聯(lián)合排滲設施是指在尾礦堆積壩體中，配置集水設施和垂直排滲體，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)合排滲設施適用去各種復雜的場地，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)，然后通過導水管的自流，讓水排出壩體之外，以達到排滲基礎目的。對于輻射井排滲來說，其適用于復雜程度較高的場地，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，排滲技術中的很多方法很大屬于巖土工程技術的范疇，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，進而降低壩體的浸潤線位置，所以對巖土工程技術的要求也有所不同，特別是在對質(zhì)量控制以及施工方法選擇等方面都有獨特性的要求，因此在排滲工程的實際施工過程中，應當充分考慮現(xiàn)場的實際情況，制定針對性的施工技術方案，以保證尾礦庫浸潤線位置能夠得到有效的降低，進而延長尾礦庫的使用壽命。