尾礦庫排滲工程技術(shù)方法奚興符;阮茂盛【摘要】為消除或減少尾礦庫的安全風險，重要措施就是降低尾礦庫壩體內(nèi)的浸潤線，而排滲工程技術(shù)方法是其主要手段.本文結(jié)合部分巖土工程技術(shù)在尾礦庫排滲工程中的運用，并通過多項工程實踐，系統(tǒng)討論與總結(jié)尾礦庫排滲工程技術(shù)方法中的盲溝排滲法、水平孔排滲法、輻射井排滲法、井點管抽水法、其它聯(lián)合排滲措施的原理特點、施工方法與質(zhì)量控制要點.【期刊名稱】《探礦工程-巖土鉆掘工程》【年(卷)，期】2018(045)005【總頁數(shù)】6頁(P81-86)【關鍵詞】尾礦庫;排滲工程;盲溝排滲法;水平孔排滲法;輻射井排滲法;井點管抽水法;聯(lián)合排滲措施【作者】奚興符;阮茂盛【作者單位】安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局322地質(zhì)隊，安徽馬鞍山243000;安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局322地質(zhì)隊，安徽馬鞍山243000【正文語種】中文【中圖分類】TD745+.22我國是一個礦產(chǎn)資源大國，在進行選礦完成后，排放的廢渣礦渣，多以水帶渣的形式外排而形成尾礦。以前，多數(shù)尾礦都被集中統(tǒng)一排入尾礦庫內(nèi)，從而形成庫壩。尾礦庫雖然具有一定的潛在價值，但部分尾礦庫由于其浸潤線較高也具有極高的安全風險。因此，對尾礦庫設置排滲工程，是降低壩體浸潤線、維護壩體安全與穩(wěn)定的重要措施。1我國尾礦庫概況1.1基本情況截止到2008年底，我國各類尾礦庫總計有12600多座，其中三級及以上（大中型）少量，多數(shù)均為四級及以下。尾礦庫中私營及集體的庫壩占60%，且多數(shù)為中小型尾礦庫。其筑壩方式中，采取上游式筑壩的也占多數(shù)。1.2工程地質(zhì)特點尾礦庫內(nèi)主要成分是尾礦渣、尾礦泥及水等組成。其中，尾礦泥屬不透水或弱透水層，而尾礦渣屬透水層。因礦石巖性的組成成分、筑壩方式等的不同，尾礦泥可能會形成層狀，從而阻隔尾礦庫內(nèi)上下層尾礦渣中水的串通渠道。2排滲工程技術(shù)方法“排滲工程”簡單地說就是將地下水排出，以改善工程地質(zhì)條件，提高地基的承載（包括抗滑移）能力。在尾礦庫中運用時，就是減少壩體內(nèi)局部尾礦庫內(nèi)富含的水，從而降低尾礦庫的浸潤線，達到維護壩體穩(wěn)定的作用。巖土工程中抽、降、排水的原理都是我們進行尾礦庫排滲工程的指南。2.1盲溝排滲法2.1.1原理及特點由于盲溝的透水較強，通過盲溝的設計與施工，將尾礦庫內(nèi)水通過盲溝排出壩外，以降低庫內(nèi)水位，達到降低壩體浸潤線的目的。該方法主要在壩體內(nèi)具備較好的施工環(huán)境時采用，工程費用較低。2.1.2技術(shù)措施在尾礦庫內(nèi)垂直和平行于壩的方向設置盲溝，縱橫向盲溝相互連接，再在垂直于壩體方向，按一定間距設置排水溝，將尾礦庫內(nèi)表面水盡量排出。盲溝間距根據(jù)尾礦庫的具體情況而定，在用的尾礦庫一般為20-50m,排水溝的間距為30-60m即可；病庫以上危險的或已經(jīng)閉庫而需要對庫中土地進行再利用的可適當加密。溝的斷面為梯形，其尺寸可根據(jù)現(xiàn)場條件確定，一般頂、底、高為600mmx400mmx300mm。溝內(nèi)鋪設350-400g/m2的土工布并回填濾料。2.1.3施工方法主要是在壩面進行排水溝的施工，開挖溝的斷面尺寸應符合要求；然后用土工布鋪設在溝的斷面內(nèi)，之后將用濾料回填，最后將土工布覆蓋。如果壩面開挖有困難，也可采用各種材質(zhì)的濾水管取代，濾水管外應采用土工布包裹，管徑不宜小于200mm。壩體排水溝應與盲溝相通，且應有一定坡度，以利于排水。2.1.4質(zhì)量控制要點溝的斷面尺寸應符合設計要求；溝(盲溝或排水溝)的坡度應利于排水。濾料應是級配合理的碎石料?！拦げ假|(zhì)量符合要求，最好采用兩層。排水溝或排水管應與盲溝連接可靠；排水管的使用壽命要長。2.2水平孔排滲法2.2.1原理及特點主要是利用水的自重，通過庫內(nèi)尾礦渣的滲透作用進入在尾礦庫內(nèi)安置的水平濾管，自然排出壩外。其特點是自然排水，減少尾礦庫的維護費用；埋設的水平濾管長度大且方向設置靈活，有效地增大了降水面積；通過降低庫壩體內(nèi)的浸潤線，增強尾礦的固結(jié)能力，提高壩體的安全與穩(wěn)定性，但工程施工費用較高。水平排滲孔數(shù)量可根據(jù)壩體長度、壩體浸潤線的狀況等實際情況確定，可以是一組，也可以多組。2.2.2技術(shù)措施在尾礦庫壩體上通過鉆機向庫內(nèi)鉆成水平鉆孔，并在水平孔內(nèi)鋪設濾管進行排水。水平孔布設應考慮庫內(nèi)浸潤線的較高區(qū)域；口徑應盡量選擇大一些，以增大排水能力；其仰角應控制在1。~2。；口徑應與濾管直徑相匹配，鉆孔口徑91~130mm時，同步跟進的套管直徑為89~127mm，濾管直徑為65~90mm;長度即是水平排滲法的影響范圍，應根據(jù)設備能力確定，一般為70-80m。濾管應設計成可導水濾管，即：為保證濾管中水從集滲下部漏失，濾管截面1/3不打花眼，安裝時應將該部位處于孔截面下端，以利于排水，其余2/3應打成花眼，開孔率為10%~15%為宜，夕卜包40~60目尼龍網(wǎng)套和350-400g/m2土工布并綁扎好，土工布接頭部位搭接長度＜50mm;濾管安裝應可靠。2.2.3施工方法2.2.3.1工藝流程首先在庫壩上設計的位置開挖并澆注混凝土機座：機座應滿足頂管和拔管時產(chǎn)生的作用力的需要；由于機座位于壩體上，在施工時要有可靠的措施保證壩體的安全。然后是安裝鉆機，并調(diào)整好鉆機的仰角。其次是通過全套管同步跟進的方式鉆成水平鉆孔，待到達設計孔深后，封住套管頂部，并對套管內(nèi)壁因跟管時產(chǎn)生的殘留的尾砂進行清洗。再次在水平套管內(nèi)安裝濾管。最后將套管拔出并封閉好濾水管出口。施工情況如圖1、圖2所示。圖1施工現(xiàn)場圖2出水情況2.2.3.2設備選擇鉆機應采用全液壓動力頭水平鉆機，型號可根據(jù)水平排滲孔的長度、場地環(huán)境等進行選擇，鉆機的主要參數(shù)為機座尺寸、水平推力與拉拔力、轉(zhuǎn)速等。水泵可采用變量泵。2.2.3.3施工技術(shù)參數(shù)水平推力＜100kN,拉拔力＜120kN,轉(zhuǎn)速30~60r/min，鉆孔時泵量為30~50L/min，清管時可選擇稍大泵量。2.2.4質(zhì)量控制要點鉆孔和濾管的長度應符合設計要求。鉆孔的仰角應嚴格控制，且不得出現(xiàn)形成俯角；方向應符合設計要求。套管內(nèi)清渣要干凈；管內(nèi)有渣時，嚴禁安裝濾管。濾管的材料應具有防腐性能，應盡量采用UPVC；濾管的制作質(zhì)量應符合要求，其連接應可靠；管口外部要密封可靠等。2.3輻射井排滲法2.3.1原理及特點輻射井主要由主井、集滲管、排滲管組成，如圖3所示。主井設置在壩體內(nèi)，其主要作用，一是集中集滲管排出的水，二是安放施工集滲管和排滲管的施工機械，因此主井的直徑不需要太大。集滲管是在主井內(nèi)中向壩內(nèi)不同方向和層位(深度)進行設置的水平排滲濾管，以增大其排滲的范圍和深度，其方向可設置在尾礦庫內(nèi)浸潤線較高的位置，也可在不同層位設置多層(因為尾礦庫中常含有尾礦泥層，屬弱或不透水層，應避開)，并通過集滲管將壩內(nèi)的水導入主井內(nèi)。排滲管是在主井內(nèi)設置的，將集滲管向主井內(nèi)排出的水集中排出壩外的管道。由于水平集滲孔輻射的范圍更大且可多層設置，因此降低浸潤線幅度會更大、更有效。適用于大型或即將閉庫的尾礦庫，但一次性工程費用較大。輻射井數(shù)量可根據(jù)尾礦庫的具體情況和輻射井的影響范圍等因素綜合確定。圖3輻射井結(jié)構(gòu)示意2.3.2技術(shù)措施輻射井排滲技術(shù)應根據(jù)壩體長度、庫的面積、浸潤線的高低區(qū)域及施工環(huán)境等進行布置。主井直徑為2.6~2.9m，井壁厚度＜300mm,采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土等級一般為C25，鋼筋的設置按相關規(guī)范配置，井深根據(jù)壩體高度、降水位置及區(qū)域、壩內(nèi)施工環(huán)境等綜合考慮。集滲管可設置多層，其孔徑、跟管直徑和濾管直徑，以及鉆孔為仰角，濾管的制作方法等與水平排滲法相同；但由于施工設備在主井內(nèi)，其施工能力受到限制，因此，單個集滲管長度(即影響范圍)不宜大于50m。排滲管應考慮主井內(nèi)集滲管數(shù)量、排滲管長度、設備能力等因素，一般要求成孔直徑為130mm，同步跟管直徑為108~127mm，受設備能力的影響，鉆孔的長度不宜超過80m,鉆孔在井內(nèi)俯角為1°~3°。2.3.3施工方法2.3.3.1工藝流程主井施工。在壩體內(nèi)設計位置施工主井，主井施工主要采取沉井方式，井筒按—節(jié)一節(jié)向下沉，每節(jié)1m為宜，最后一節(jié)應高出壩面0.5-1m。在沉井過程中，水位以上的可采用挖掘的方式，進入水位以下可采取井內(nèi)排渣的方式，井內(nèi)排渣可選用高壓水液化后，排渣泵排渣的方式或直接采用抓斗清的方式，井筒在其自重作用下自然下沉，直到設計深度以下1-2m,以備封底。主井的封底分二次進行，第一次采用片石等壓制水頭，再利用預制的帶有減壓裝置的鋼筋混凝土板放入井內(nèi)壓制井內(nèi)尾砂，再用水下澆注的方法向井底澆注混凝土，待達到混凝土強度的70%后，抽取井筒內(nèi)的水，并清除井筒內(nèi)的殘渣；第二次是在清理井內(nèi)雜物后再進行鋼筋混凝土澆注，其鋼筋必須與主井中的鋼筋焊接牢靠，混凝土厚度不宜小于500mm。應特別注意，在主井進行排渣法施工過程中，井口周邊形成的坍塌面應及時回填。排滲管施工。采用水平鉆機進行施工，鉆機安放在井筒內(nèi)，按設計的坐標調(diào)整坐標位置并調(diào)整好俯角。首先采用合金鉆鉆頭鉆穿過井筒壁，然后采用〃堵砂逆止鉆頭”鉆進，同步跟管的方式進行成孔作業(yè)，直到穿過壩體到達指定的出水口位置即可。施工結(jié)束后，應固定好井內(nèi)與出口的排滲管。集滲管施工。集滲管施工與〃水平孔排滲法”施工相似，只不過鉆機是安裝在主井內(nèi)。不同層位的集滲管施工時，主要靠調(diào)節(jié)鉆機在井筒內(nèi)的高度來實現(xiàn)。施工情況見圖4。圖4輻射井井內(nèi)施工照片2.3.3.2設備選擇由于考慮到在井下有水的作業(yè)環(huán)境，施工設備應是全液壓鉆機，鉆機尺寸應小于主井內(nèi)徑，鉆桿尺寸以1m為宜；其它設備與水平孔排滲法相同。2.3.3.3施工技術(shù)參數(shù)除推進力與拉拔力稍小外，其它參數(shù)同水平孔排滲法。2.3.4質(zhì)量控制要點（1） 主井：直徑（特別是內(nèi)徑）、沉入深度與垂直度、鋼筋與混凝土質(zhì)量、鋼筋的搭接（包括底鋼筋與井筒壁鋼筋）等。（2） 排滲孔：開孔（井內(nèi)）坐標位置、俯角、出口位置、排滲管質(zhì)量，特別是其防腐性等。（3） 集滲管：同〃水排孔排滲法”。（4） 各集滲管在井內(nèi)均要固定好；排滲管在井內(nèi)入口和在壩體外出口均要固定并密封好。2.4井點管抽水法2.4.1原理及特點在尾礦庫壩內(nèi)成井點管（輕型井點或深井），然后通過設備（真空泵或深井泵）抽水的方式，以降低庫壩內(nèi)水位。其特點是布置靈活，但主要是動力機械抽水的方式實現(xiàn)，屬強制性抽水；施工費用較低，但運行維護費用高。2.4.2技術(shù)措施與施工方法2.4.2.1輕型井點在壩內(nèi)可采用高壓水套管沖擊法成孔，成孔直徑一般為150-250mm，然后再安裝020~40mm輕型井點管，并將各井點管與總管（050~80mm）和真空泵連接，并通過真空泵造成的負壓，將水通過井點管的濾管進入管路系統(tǒng)，再由泵集中排出壩外。其抽水系統(tǒng)負壓應不小于0.08MPa；井點管底部的濾管長度為1~2m,濾管開孔率為10%~15%，夕卜包40~60目尼龍網(wǎng)和350-400g/m2土工布；孔與井點管之間采用中粗砂回填，回填率＜95%，頂部1~2m應采用粘性土封堵嚴實。井點間距1~2m,井點管深度不宜超過8m。每臺真空泵帶動的井點管數(shù)量，應視現(xiàn)場情況確定，一般不宜超過40根。施工完成的輕型井點如圖5所示。圖5輕型井點2.4.2.2深（管）井在壩內(nèi)可采用回轉(zhuǎn)鉆機成孔，成孔直徑不宜小于500mm，然后下入濾管等，濾管采用無砂混凝土管或其它形式的材料制作而成，直徑宜為200~350mm,其底部應封閉，并留有2.5~3.5m沉砂管。鉆孔與井管之間應回填級配合理的中粗砂，回填率＜95%。然后在井管內(nèi)安裝潛水泵，由潛水泵將庫壩內(nèi)的水排出壩外。潛水泵應根據(jù)井深、井內(nèi)水量選擇確定。施工完成的深井無砂管如圖6所示。圖6深井無砂管2.4.3質(zhì)量控制要點2.4.3.1輕型井點泵的真空度、井點管材質(zhì)量、井點管深度（長度）、濾管的長度及其制作、安裝、回填濾料的質(zhì)量與數(shù)量、井點管的間距與數(shù)量、頂部封孔的質(zhì)量，各管路連接的密封性等。2.4.3.2深（管）井井深與井徑、井管材料與質(zhì)量、濾管質(zhì)量（包括制作）與長度、井底的封閉情況、回填濾料的質(zhì)量與數(shù)量、潛水泵的安裝位置等。2.5其它聯(lián)合排滲措施2.5.1原理與措施由于尾礦渣的透水性較好，而尾礦泥具有一定的隔水作用，為解決尾礦庫中兩者之間的透水性，通常采用塑料排水板、碎石樁、砂袋樁等技術(shù)措施串通尾礦泥隔水層的流通渠道，然后結(jié)合上述排滲方法，以有效降低壩體內(nèi)的整體浸潤線。設計原則是沿水平排滲管或集滲管方向布置。2.5.2技術(shù)措施與施工方法2.5.2.1塑料排水板是采用專用設備將塑料排水板（〃土工聚合物排水帶”的簡稱）安裝在設備的垂直鋼管套上并安裝專用樁尖，然后插入尾礦內(nèi)，到達設計深度后，將鋼管套拔出并剪斷塑料排水板即可。塑料排水板寬100±2mm,厚度（3.5~6.0）±0.5mm;芯板的外面包化纖無紡布，起著隔土濾膜作用；其型號根據(jù)打入的深度可選擇A、B、C、D型（分別為15、25、30、40m）。2.5.2.2碎石樁應盡量采用振動沉管的方式進行，碎石料從管內(nèi)灌入，邊灌料邊振動邊拔管，以防縮徑造成斷樁。樁身直徑一般為200~400mm;樁身垂直度＞1%。施工情況見圖7。圖7塑料排水板施工情況2.5.2.3砂袋樁盡量采用振動沉管的方式，也可以采取鉆孔的方式成孔；再將制作好的砂袋順著管的內(nèi)壁或鉆孔安放在管（孔）內(nèi)。采用振動沉管時，應在砂袋進入預訂后及時拔出管子；而采用鉆孔時，應采用清水鉆孔，如果采用泥漿鉆孔時，應清洗孔壁的泥皮。砂袋樁直徑一般為80-150mm;樁身垂直度偏差＞1%。施工完成后的照片如圖8所示。圖8砂袋樁2.5.3質(zhì)量控制要點2.5.3.1塑料排水板質(zhì)量應可靠；埋設深度應達到設計要求；下沉、搭接與埋設應平整；頂部應設計標高30-50cm,且應埋設，以防暴露在空氣中老化。2.5.3.2碎石樁深應達到設計深度；材料用量應不少于理論用量的95%，且不得出現(xiàn)斷樁等現(xiàn)象；碎石應級配合理且含泥量＜5%。成孔直徑不得小于設計直徑。2.5.3.3砂袋樁樁深應達到設計深度；應采取350-400g/m2土工布制成，縫制應結(jié)實，搭接部位應不少于100mm；每節(jié)袋長不宜超過2m，以防砂袋質(zhì)量過大而斷裂。材料應是級配合理且含泥量＜5%的中粗砂。2.5.3.4樁位板或樁位置應合理，要穿透尾礦泥層且不影響其它排滲工程的施工。3工程實例3.1馬鞍山向山硫鐵礦峴山尾礦庫聯(lián)合排滲法治理情況3.1.1項目概況該庫因企業(yè)改制后，無人管理，被列為〃安徽省十大安全隱患”之一，存在著嚴重的安全與環(huán)境污染等問題，政府通過該土地與房地產(chǎn)開發(fā)商進行合作，對該項目進行治理，其主要目的是消除安全隱患，如果能夠?qū)⒃撏恋剡M行再利用，則更好。3.1.2治理方式“振動碎石樁+盲溝+水平孔聯(lián)合排滲法”進行治理。振動碎石樁主要作用是串通尾礦泥的隔水效應，同時也是增強尾礦庫地層的地基承載能力；盲溝是串通碎石樁并在尾礦庫面形成有效的排水系統(tǒng)；而水平孔是排出尾礦庫內(nèi)更深層和距壩肩更遠處的水。在方案的具體設計過程中，各類技術(shù)參數(shù)均做了較大的調(diào)整，如盲溝網(wǎng)的密度，水平排孔的深度和直徑，碎石樁的直徑等。如果將來結(jié)合預壓法等巖土工程技術(shù)對尾礦庫進行地基處理，就可以形成有效的建筑用地。3.1.3治理結(jié)果由于該庫擬作為建筑用地，因此，通過對該庫進行治理前后的工程地質(zhì)勘察報告分析來看，各項工程地質(zhì)參數(shù)（含水率、內(nèi)摩擦角、粘聚力及地基承載力等）均有不同的改善。治理前后對比如圖9所示。圖9峴山尾礦庫治理前后對比3.2馬鋼南山鐵礦城門峒1號副壩輻射井排滲法治理情況3.2.1項目概況該尾礦庫是馬鋼南山鐵礦的重要尾礦庫，為增加其庫容量，保證該庫的安全，已經(jīng)多次處理。2013年7月，由于庫內(nèi)浸潤線過高，再次進行了治理。3.2.2治理方式在庫內(nèi)施工2口輻射井，井深分別為12、14m；集滲管均為上下層，分別為4根、6根，長度均為50m，直徑為65mm；排滲管長度為60m，直徑為108mm。如圖10所示。3.2.3治理結(jié)果經(jīng)觀測庫內(nèi)浸潤線分別下降水了4.1、2.7m。圖10城門峒1號副壩輻射井施工現(xiàn)場取得了較好的效果，達到了預期的目的。4結(jié)語尾礦庫排滲工程技術(shù)方法是解決尾礦庫浸潤線的有效手段