某尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)深埋管封堵工藝

周宇龍　袁子有　侯　攀　王立彬

(中冶京誠(chéng)(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)

?

某尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)深埋管封堵工藝

周宇龍?jiān)佑泻钆释趿⒈?/p>

(中冶京誠(chéng)(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)

對(duì)于施工人員無(wú)法進(jìn)入的尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)深埋管的封堵，常規(guī)封堵方法無(wú)法實(shí)施，為此，根據(jù)某尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)深埋管的特點(diǎn)，采用在庫(kù)內(nèi)灘面垂直鉆孔確定排水管線，采用鋼軌結(jié)合灌漿的封堵工藝對(duì)排水系統(tǒng)深埋管進(jìn)行封堵。詳細(xì)分析了該封堵工藝的實(shí)施流程，對(duì)于高效實(shí)施尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)深埋管封堵有一定的參考價(jià)值。

尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)封堵

尾礦庫(kù)是堆存金屬或非金屬礦山礦石選別后排放剩余廢棄料或其他工業(yè)廢渣的場(chǎng)所。尾礦庫(kù)中應(yīng)設(shè)置合理的排水系統(tǒng)，便于排出庫(kù)內(nèi)匯集的洪水和尾礦澄清水。排水系統(tǒng)是尾礦庫(kù)的重要組成部分，安全可靠的排水系統(tǒng)是保證尾礦庫(kù)安全運(yùn)行的前提。尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)一般包括進(jìn)水構(gòu)筑物和排水構(gòu)筑物，進(jìn)水構(gòu)筑物一般采用排水井、排水斜槽等形式，排水構(gòu)筑物一般采用排水管、隧洞、溢洪道等形式。若排水系統(tǒng)局部發(fā)生坍塌損壞可能導(dǎo)致以下嚴(yán)重后果：若損壞部位發(fā)生于庫(kù)內(nèi)，由于尾砂埋深較大，水位較高，尾礦庫(kù)內(nèi)的飽和尾砂在水力作用下會(huì)沿排水管線流向下游，不僅可能污染下游河道，而且會(huì)對(duì)下游居民的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅，進(jìn)而威脅整個(gè)尾礦庫(kù)的安全；若損壞部位發(fā)生于堆積壩外坡，當(dāng)庫(kù)內(nèi)水壓大于堆積壩外坡覆蓋壓力時(shí)，在排水管線內(nèi)水壓的作用下，堆積壩外坡會(huì)出現(xiàn)管涌，進(jìn)而引發(fā)尾礦庫(kù)坍塌和潰壩等事故[1-3]。因此，有必要定期對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行檢修，發(fā)現(xiàn)排水系統(tǒng)存在無(wú)法修復(fù)的安全隱患時(shí)，需及時(shí)對(duì)其進(jìn)行安全封堵。

對(duì)于管徑較大的排水管、隧洞或排水斜槽等排水系統(tǒng)，施工人員可進(jìn)入排水系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行封堵，封堵方式有剛性封堵和柔性封堵兩類(lèi)，均能取得較好的效果。但對(duì)于施工人員及設(shè)備無(wú)法進(jìn)入的排水系統(tǒng)，封堵困難較大。對(duì)于有壓狀態(tài)運(yùn)行的排水系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有安全隱患時(shí)，若放空排水管線，由于內(nèi)外水壓平衡被打破，在放空的過(guò)程中排水系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)很有可能發(fā)生破壞，在該類(lèi)情況下，排水系統(tǒng)不宜放空。本研究以某尾礦庫(kù)為例，對(duì)滿水狀態(tài)的尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)深埋排水管線的封堵工藝進(jìn)行分析。

1　封堵工藝

對(duì)于有壓狀態(tài)運(yùn)行的排水系統(tǒng)，經(jīng)承載力計(jì)算后發(fā)現(xiàn)排水系統(tǒng)處于極限狀態(tài)，已無(wú)足夠的安全儲(chǔ)備滿足尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)的安全運(yùn)行時(shí)，需及時(shí)考慮對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行安全有效封堵。對(duì)于滿水狀態(tài)運(yùn)行的深埋排水系統(tǒng)，在其處于極限狀態(tài)時(shí)，內(nèi)外水壓相對(duì)處于平衡狀態(tài)，若放空排水系統(tǒng)，內(nèi)部水壓消失后，排水系統(tǒng)將處于更不利的工況，薄弱環(huán)節(jié)將更有可能出現(xiàn)破壞，故在對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行封堵時(shí)，無(wú)法放空排水系統(tǒng)，施工人員便無(wú)法進(jìn)入排水系統(tǒng)內(nèi)部，極大增加了封堵難度。常規(guī)封堵方法通常需要施工人員進(jìn)入排水系統(tǒng)內(nèi)部布置封堵設(shè)施并實(shí)施封堵，對(duì)于施工人員無(wú)法進(jìn)入排水系統(tǒng)的工況，無(wú)法采用常規(guī)封堵方法。

本研究封堵的主要思路為：首先根據(jù)已有的尾礦庫(kù)資料，初步確定排水管線的位置及埋深，通過(guò)在庫(kù)內(nèi)灘面打勘探孔確定排水管線位置；然后由灘面向排水管涵鉆孔，通過(guò)下套管及管外固結(jié)灌漿對(duì)鉆孔進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)鉆孔向排水涵洞內(nèi)放置鋼軌和灌注水下不分散C30細(xì)石混凝土進(jìn)行封堵。需要說(shuō)明的是，對(duì)排水系統(tǒng)深埋管進(jìn)行封堵作業(yè)需在靜水中進(jìn)行。本研究封堵工藝如圖1所示。

2　封堵工藝實(shí)施流程

2.1封堵長(zhǎng)度計(jì)算

在進(jìn)行封堵體長(zhǎng)度計(jì)算時(shí)需考慮的因素有：①封堵體上游可能最大水頭；②由于施工人員無(wú)法進(jìn)入排水系統(tǒng)，需通過(guò)鉆孔向排水隧洞內(nèi)灌注混凝土，且在水中封堵，故排水系統(tǒng)內(nèi)灌注混凝土的密實(shí)性和充滿度不宜控制，在選擇容許剪切應(yīng)力時(shí)考慮上述因素。根據(jù)水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范(SLSL279—2002)，等斷面封堵體長(zhǎng)度的計(jì)算公式為

圖1　封堵工藝

式中，L為封堵體長(zhǎng)度，m；k為安全系數(shù)；P為封堵體迎水面承受的總水壓，MN；[τ]為容許剪應(yīng)力，MPa；A為封堵體剪切面周長(zhǎng)，m。

2.2封堵位置選擇及管線定位

選擇封堵位置時(shí)需考慮的因素有：①內(nèi)外壓力平衡；②封堵處抵抗力的平衡；③有滿足安全施工的作業(yè)平臺(tái)；④地質(zhì)條件易于施工。由于排水管管徑相對(duì)于埋深較小，且原設(shè)計(jì)圖中排水系統(tǒng)坐標(biāo)與實(shí)際管線坐標(biāo)可能存在誤差，因此找準(zhǔn)排水管線中心難度較大。為此，首先根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙及竣工資料提供的坐標(biāo)信息，對(duì)排水洞線進(jìn)行初步定位；然后根據(jù)初步定位坐標(biāo)，垂直于排水管線方向布設(shè)5個(gè)鉆孔進(jìn)行查找定位，并通過(guò)物探或視頻手段確定排水管線位置。

2.3鉆孔

利用定向鉆具鉆孔，首先在設(shè)計(jì)封堵段進(jìn)行小孔鉆探，用φ325mm鉆頭開(kāi)孔至巖石，下φ146mm鋼管護(hù)壁，在施工中應(yīng)控制鉆孔的垂直度;然后采用φ130mm鉆頭鉆至管線埋深或有掉鉆時(shí)停鉆，利用物探透視等方法確定管線位置。鉆孔間距建議為5m，大孔、小孔間隔布置，大孔為灌注孔，根據(jù)小孔的鉆孔成果，調(diào)整大孔位置，大孔分別采用小型、中型、大鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，成孔孔徑為610mm，套管為φ420mm卷焊鋼管，并進(jìn)行壁外注漿，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下套管及管外固結(jié)灌漿。待固結(jié)灌漿結(jié)束并有足夠強(qiáng)度后，采用φ325mm金鋼石鉆頭鉆進(jìn)，采用特制金鋼石鉆頭將洞壁上下鋼筋混凝土鉆透。小孔為灌漿孔和抽檢孔，用于抽芯和高壓回填灌漿。

2.4灌漿

在大孔內(nèi)放入2根鋼軌，鋼軌通過(guò)φ8mm、長(zhǎng)500mm的鋼筋焊接固定，鋼軌對(duì)封堵體起到錨固作用，增加封堵體的安全性。在灌漿前應(yīng)進(jìn)行注漿試驗(yàn)，并通過(guò)視頻對(duì)洞內(nèi)情況進(jìn)行探視，逐個(gè)對(duì)大孔灌注水下不分散C30細(xì)石混凝土，邊震動(dòng)邊灌注，在此基礎(chǔ)上，利用小孔分別抽查及進(jìn)行回填灌漿。

2.5封堵效果檢查

封堵完畢后，利用檢查孔進(jìn)行抽芯，檢查灌注混凝土的質(zhì)量，并根據(jù)下游出水情況判斷封堵效果。

3　結(jié)　語(yǔ)

以某尾礦庫(kù)為例，對(duì)施工人員無(wú)法進(jìn)入且處于滿水狀態(tài)的尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)深埋管道的封堵工藝進(jìn)行了研究，采用尾礦庫(kù)庫(kù)內(nèi)灘頂垂直鉆孔確定排水管線位置，用鋼軌結(jié)合灌漿的方式對(duì)排水系統(tǒng)深埋管道進(jìn)行封堵，可供類(lèi)似礦山參考。

[1]能肖文.水工隧道封堵體設(shè)計(jì)與施工探討[J].廣東水利水電，2007(2)：36-38.

[2]沃廷樞.尾礦庫(kù)手則[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

[3]沈樓燕.礦山尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)的“柔性封堵”[J].有色金屬：礦山部分，2002，54(6)：43-45.

2016-06-01)

周宇龍(1983—)，男，工程師，碩士，066004 河北省秦皇島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)龍海道71號(hào)。