大口輻射井在尾礦庫堆積壩排滲中的應用

2021-10-14 05:56:06李曉彎

銅業工程 2021年4期

李曉彎

（江西銅業集團有限公司德興銅礦，江西德興334200）

1 引言

尾礦庫是礦山的三大控制性工程之一，它是指人工構筑攔截谷口或圍地而成的、被用于貯存金屬、非金屬礦山礦石經選別后排出的尾礦或其他工業廢渣的場所［1-2］，是礦山企業的重要生產設施，它的安全與穩定對礦山企業的正常生產和運營起到了至關重要的作用［3-5］。影響尾礦庫壩體穩定性的因素有很多，如堆積尾礦的顆粒組成、壩體的堆筑形式、壩體內尾礦沉積分層情況、尾礦堆積壩坡度、沉積灘長度、滲流場（包括初期壩的透水性、壩體浸潤線高度、庫內尾礦堆積體的透水性）等，其中滲流場是一個非常重要的影響因素［6］。滲流場中一個重要的指標是浸潤線。浸潤線是指隨著尾礦庫內的尾礦不斷積聚，壩體內的水沿尾礦顆粒間的孔隙向壩體下游方向不斷滲透形成滲流，穩定滲流的自由水面線稱為浸潤線，浸潤線是尾礦壩的生命線［7］。對于高壩體尾礦庫而言，其具有水頭高，滲徑短的特點[8]，隨著壩體的不斷加高，會造成壩內積水，如果不能采取有效措施加大排滲，壩體內浸潤線會明顯抬升，局部甚至會出溢，直接影響壩體安全。因此，對高壩體尾礦庫采取必要排滲措施是十分必要的。

2 德興銅礦2#尾礦庫概況

江銅德興銅礦2號尾礦庫位于江西省德興市泗洲鎮樂安江南岸銅埠村，距離礦區約7km主要堆存德興銅礦泗洲選礦廠排出的尾礦。該尾礦庫于1985年投入使用，其初期壩為千枚巖塊石砌筑而成的透水堆石壩，位于樂安江南岸110m處溝口，壩頂高程70.0m，壩高24.0m，設計最終尾礦堆積標高250m，平均堆積邊坡1∶7，總壩高204m，總庫容約1.0×108m3，屬于Ⅱ等庫。2號尾礦庫本應為選廠服務至1997年，為節省3號尾礦庫工程建設投資，德興銅礦停止3號尾礦庫建設繼續使用2號尾礦庫。在1993年前，2號庫需承擔4.5×104t/d生產能力的尾礦堆放，自1993年開始，泗洲選礦廠尾礦已向4號庫分流，只是臨時向2號庫堆放，減緩了2號庫堆積壩體的上升速度。

2.1 初期壩

初期期壩為透水堆石壩，壩高24m，壩頂標高70.0m，壩頂寬5.0m，壩頂長148.5m，內外坡比均為1∶1.75，58m標高處設2m寬馬道，外坡表面為干砌大塊石護坡。初期壩內坡鋪設反濾層，自壩體由內到外分別鋪設0.6m厚d=5～50mm碎石、d=1～5mm礫石、d=0.25～0.5mm砂及0.6～2.2m厚土石混合料保護層，壩底亦鋪設反濾層，從下到上分別鋪設0.6m厚d=0.25～0.5mm砂、d=1～5mm礫石、d=5～50mm碎石，壩底設D=0.8m泄水管。根據安全檢查勘察調查結果，初期壩壩體完整，未見明顯變形位移跡象，且未出現漏砂現象，處于穩定狀態。

2.2 堆積壩

尾礦庫采取上游式筑壩。目前堆積壩灘頂標高約為184m，干灘長約580～630m，壩總長約795m，堆積總高度為138m。在壩坡上每隔1.2～3.0m高差設置一條馬道，各級馬道斜坡坡比約1∶3.7～1∶4.6，壩體平均外坡比為1∶6.9。堆積壩上每3級馬道坡腳設置了橫向排水溝，壩坡設置了縱向排水溝，其中縱溝11條，橫溝28條，水溝基本完整，一般深度0.3～0.6m深，縱向水溝深度可達1.1m，寬0.3～0.5m，縱向水溝可達0.8m。壩面水最終經初期壩東西兩側水溝排出。

2.3 排洪系統

尾礦庫排洪系統采用D=2.0m排水井接B×H＝2.0×2.0m排水隧洞，排水井共8座，隧洞總長3467.40m，其中斜洞371.58m，目前已使用至6號排水井。隧洞全段采用鋼筋混凝土支護。截止至勘察期間，1號～5號排水井及其支洞均已封堵完畢。

2.4 排滲系統

在尾礦庫建設時，排滲系統由排滲豎井和排滲層組成，共有13個排滲豎井、12萬m2的排滲層與以“Y”形鋪設長為1500m的排滲管連通，組成水平和垂直的聯合排滲系統，水最終經初期壩底部在壩前排出，流量約2.4L/s。

1997年由于浸潤線長期偏高，為了降低浸潤線，我公司于1998年在21號平臺（105m標高）施工了2座、28號平臺設置1座大口輻射滲井，D=2.9m，其下部設置有水平集滲管和1根水平排滲管，由水平排滲管導出滲井內的積水。

在堆積壩升高過程中，在18個平臺分別向壩內放置了Φ65帶孔聚氯乙烯波紋管，橫向間距不等，一般長50～80m，并延伸至平臺內側的排水溝，將尾礦水排滲排至壩坡排水溝內。據現場調查，出口多數被褐色氧化沉淀物堵塞，現仍有半數排滲管在排水，一般呈滴狀或線狀排水，少量呈小股狀涌水。

3 浸潤線偏高原因分析

2號尾礦庫壩體實測浸潤線埋深普遍處于6m以下，尾礦庫壩體處于浸潤線高水位運行狀態，對壩體的整體抗滑穩定不利。通過尾礦庫現狀勘察資料分析，浸潤線偏高原因主要如下。

（1）原有堆積壩排滲管由于使用年限較長大部分均已堵塞，大大降低了原有的排滲效果。由于尾礦成分含硫較多等原因，尾礦庫21號和28號平臺大口輻射井的排滲管在非滿管流狀態運行時會夾雜大量空氣，加快了水中礦物質的氧化固結，形成沉淀物，堵塞了集滲管和排滲管。同時，大口輻射井施工至今，已有近16年，管道堵塞日益加重，大大影響或破壞了大口輻射井的排滲能力。

（2）2號尾礦庫從1985年投入使用至今已運行近35年，根據工勘報告庫內尾砂已出現板結，堆積壩體內有大量透鏡體存在，影響尾礦庫排滲。

（3）在子壩堆壩時雖然鋪設了排滲管，但由于尾礦庫平均堆積邊坡達1∶6.9，故長度在50～90m的排滲管對主浸潤線的降深作用不大。

4 排滲設施設計

4.1 增設水平排滲層設計

水平排滲系統主要由土工席墊集滲帶、集滲管和排滲管三部分組成。

（1）土工席墊集滲帶：土工席墊集滲帶由土工布外包土工席墊組成，平行壩軸線布置在尾礦庫沉積灘內，是水平排滲系統的核心部分。由于土工席墊集滲層具有很大的滲透性，集滲帶面積較大，尾礦庫堆積壩體內水分通過相對透水的尾砂層大量滲透至土工席墊集滲層。

案例教學法在實際應用中仍然存在若干問題，因此對于“會計學基礎”課程的教學，完善案例教學法，其根本目的在于提高教學質量，更好地達到教學目標。因此，在運用過程中要求教師在選取案例時注意選取兼具針對性與可分析性案例，所選案例應符合時代背景，貼近現實經濟生活，同時建立高水準的專業課程案例庫，定期或不定期進行案例更新。除此之外，與傳統“灌輸式”教學方法相比，雖然教師仍然是課堂教學的核心，但教師需要扮演的角色更為復雜，因此對教師綜合素質的要求也更高。教師在具備扎實專業功底的同時，也應具備充分的信息加工與分析能力，同時具有能夠引導與激發學生主動思考的能力，合理將理論教學與實踐教學相結合。

排滲層寬度確定：設計土工席墊壩體排滲層滲流量大于尾砂壩體排滲流量。壩體排滲層流量計算公式：

K為排滲層上尾砂滲透系數；J為滲透坡降，設計視為局部垂直下滲J=1；S為集滲層面積，S=b×L；b為排滲層寬度，L取1m；堆積壩體尾砂滲流量計算：

K為堆積壩體尾砂平均滲透系數；H為兩層排滲層之間高差，10m；h為排滲層上水頭，取值1m；L為兩層排滲層之間的水平距離，L＝70m。

根據計算，為保證Q≥q時，排滲席墊單寬b≥0.71m。設計考慮到席墊排滲層可能局部淤堵等原因，本設計設置三道2m寬、間距2m、10mm厚的土工席墊，可有效保證排滲系統的安全性。

（2）集滲管：集滲管是土工席墊集滲帶上方布置的匯集滲水的裝置。集滲管擬采用DN100盲管。

根據公式：

集滲鋼管上水頭為2m時，每段集滲鋼管集滲長度為100m，i＝0.02。可計算單段出口流量Q=1.9×10-3m3/s，按平均8根排滲鋼管總流量為Q=1.52×10-2m3/s，可滿足排滲要求。

（3）排滲管：排滲管是用來排出土工席墊集滲層及集滲管收集的尾礦水。尾礦庫排滲席墊單層席墊滲水流量，取K=2.11×10-4cm/s；J=1；L為席墊長度，即壩軸線長度，取最大值920m。S=b×L=1840m2，可得Q=1.34×10-3m3/s，最大排滲水量為116m3/d。

設計根據排滲帶土工席墊寬度，擬將壩體排水鋼管間距設置為100m，排滲鋼管一共為8根。設計擬采用DN100排滲鋼管，鋼管坡度i=0，席墊上水頭按2m計算，水力坡度按i=0.8%。

根據公式：

可計算得，單根排滲鋼管的流量為Q＝1.9×10-3m3/s，設計考慮尾礦庫排滲管是隱蔽工程，并且使用年限久后容易淤堵，同時壩軸線較長，平均達800m以上，8根排滲管總水流量為Q＝1.52×10-2m3/s，滿足滲水量需求。

本工程的土工席墊集滲帶為三條2m寬、間距2m、10mm厚的土工席墊外包400g/m2土工布，長度達到兩岸山體，形成排滲帶，平行壩軸線布置在距離壩前150m位置的沉積灘上。土工布需進行搭接，搭接寬度不小于20cm；集滲管為DN100盲管，管身外包400g/m2土工布。平行布置在土工席墊集滲帶中央上方，并在集滲鋼管上方附墊有1m寬的土工席墊集滲帶；排滲管為DN100排滲鋼管，垂直壩軸線水平布置，坡度i=0，每兩根排滲鋼管之間的間距為100m。土工席墊排滲層隨著尾礦庫堆積壩體的升高而鋪設，從185m標高開始，壩體每上升10m設置一道，共6道，最后一道設置在235m標高。

4.2 大口輻射井設計

新建大口輻射井集滲管和排滲管均設置成淹沒出流，可大大降低集滲管和排滲管與空氣接觸的概率，能有效的防止管道結垢堵塞，延長大口輻射井的有效使用年限。同時，大口輻射井的集滲管、排滲管埋藏深度深，對降低壩體主浸潤線具有更大的優勢。

在已有堆積壩體上修建原設計132.7m（3座）標高和148m（4座）標高共7座大口輻射井，并在164m標高增建4座大口輻射井，共11座大口輻射井。大口輻射井采用鋼筋混凝土結構，井內徑為2.9m，井壁厚0.3m，井深20m。尾礦庫設置大口輻射井的目的是降低浸潤線，經分析在平行于壩軸線方向采用一字型集滲，其降低浸潤線效果優于上半圓輻射狀集滲效果，故本次設計大口輻射井采用一字型集滲方式。集滲管采用DN60HDPE管，長L=50m，上下共五層，共20根，管周開孔外包400g/m2的土工布兩層。排滲管長L=140m，采用DN100HDPE管。

大口輻射井集滲管出口盡量布置在井內水位以下，以保證淹沒出流。大口輻射井排滲管進口一般為淹沒式半壓力流，但當進口水深較淺時也會產生空氣漩渦吸入空氣，這是導致排滲管進口段堵塞的原因，故要求排滲管進水口按圖1進行制作，保證進水口低于水面0.5m以上。大口輻射井施工時會有尾礦漿排出，需采取臨時存儲措施，避免污染環境。