排滲管井在尾礦庫中的應用

金永超

(長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000)

1 引言

排滲管井降水在我國建筑、市政、路橋、礦山等各類工程中應用較為成熟，降水效果明顯，多數(shù)工程是為了降低地下水位，確保開挖邊坡的穩(wěn)定安全。礦山行業(yè)為存儲選礦廠排出的尾礦需修建尾礦庫，我國大多數(shù)尾礦庫均采用濕法堆存，故尾礦庫的浸潤線埋深是影響壩體穩(wěn)定安全的重要因素。從安全角度出發(fā)采取降水措施，可提高尾礦壩的抗滑穩(wěn)定安全；但從環(huán)保角度出發(fā)，尾礦水下滲至周邊后，對周邊生態(tài)環(huán)境造成一定的影響。本文結合某黃金礦山工程實例，旨在研究一種既能降低尾礦庫浸潤線埋深，保證尾礦壩穩(wěn)定安全，又能達到保護環(huán)境的排滲方案，即在尾礦庫周邊設置排滲管井。

2 排滲管井方案

某黃金礦山的尾礦庫位于沿海地區(qū)，庫底的海砂層滲透性較強，庫內尾礦水能較快地通過該層下滲至庫周，在庫周尾礦滲水不能及時自動排出，既影響了尾礦壩穩(wěn)定安全，又抬高了周邊的地下水位，對周邊植物造成一定影響。排滲管井方案是指在尾礦庫下游修建排滲管井，通過排滲管井將尾礦滲水及時匯集并抽排至庫區(qū)以外，消除下滲尾礦滲水對周邊田地的影響，同時起到降低壩體浸潤線的效果，加快尾砂固結，保證尾礦庫壩體的穩(wěn)定安全。

在布置排滲管井時需考慮以下三個因素：

(1)排滲管井的間距應滿足影響半徑的要求；(2)排滲管井對地下水位的降深應滿足最小埋深的要求(3)排滲管井的出水量需大于壩體滲水量。

3 壩體滲流量分析

根據(jù)工勘報告和工程實際情況，文章建立尾礦庫壩體滲流有限元計算模型，采用達西滲透定律及水流連續(xù)性方程，考慮到土和水的壓縮性，采用二維有限元滲流計算得到各壩段的滲流量。

該尾礦庫45.0 m標高洪水工況水位線為44.2 m，尾礦庫東、西、南、北四個壩段典型剖面滲流量計算結果見表1。

表1 各壩段壩體滲流量表

備注: 單井出水量均為6.4×10-3m3/s，滿足要求。

4 排滲管井計算

4.1 工程地質條件

該工程庫區(qū)地層從上至下分別為中砂(海砂)層、含有機質粉質粘土層、粉質粘土層、礫質粘性土層、強風化花崗巖層和中風化花崗巖層，其中中砂層分布于上層，滲透性較強，分布厚度變化較大0.6～8.7 m，下部其它各層滲透性較弱，其中粉質粘土層分布深度約4.0～12.0 m。

4.2 出水量及水位降深

文章根據(jù)《給水排水設計手冊》(第03冊 城鎮(zhèn)給水)相關章節(jié)進行排滲管井的計算分析，排滲管井出水量采用下式計算(計算示意圖見圖1)：

(1)

圖1 排滲管井出水量計算示意圖

通過上式可計算出地下水為潛水含水層的完整井出水量，適用于地下水流為層流，S≤0.5H，排滲管井遠離河流的情況。

文章考慮排滲管井之間相互影響，采用公式(1)進行排滲管井出水量計算，單井出水量為6.4×10-3m3/s。經計算，排滲管井內水位降深需大于5.35 m，不同影響范圍對應的水位降深見圖2。

圖2 排滲管井影響范圍和水位降深的關系曲線

根據(jù)壩體滲流量和排滲管井出水量，文章對設置的排滲管井能否將尾礦滲水及時排出進行復核，經計算均能達到預期的效果，具體結果見表1。

4.3 排滲管井布置

結合本工程實際情況和計算分析，排滲管井內水位降深需大于5.35 m，影響范圍內最小水位降深為2.0 m。尾礦庫四周共設35座排滲管井，每座井間距110 m，其中每個轉角布置1座，東壩段6座，西壩段8座，南壩段8座，北壩段9座。

排滲管井采用預制無砂混凝土管，井深H=10 m，內徑D=0.5 m，壁厚d=0.2 m。為防止細粒徑尾礦被滲水攜帶，導致壩體基礎沉降，文章考慮在排滲管井外包15 kN/m土工布兩層。

4.4 抽排設施

該工程尾礦庫周邊地勢平坦(南高北低，坡度約0.2%)，且海砂層開挖埋管施工難度大，排滲管井的滲水不能靠自流排出。因此，要求每座排滲管井設置一臺潛水泵(流量20 m3/h、揚程15 m)，井內水位降深要求大于5.35 m，將井內滲水自動抽至排水溝。潛水泵安裝時須垂直吊掛，進水口與井底距離不小于0.5 m，并加設過濾網；沿尾礦庫四周修建漿砌石排水溝，矩形斷面B×H=1.0×1.0 m，壁厚0.3 m，通過排滲管井和排水溝將尾礦滲水及時排至庫外。

5 結語

本文經過計算分析，在尾礦庫四周設置排滲管井后，可有效地將地層中的尾礦滲水及時截排至庫外，起到了降低地下水位的效果，既能保護周邊的環(huán)境，消除下滲尾礦水對周邊田地的影響，又可提高尾礦壩的抗滑穩(wěn)定性，保證尾礦庫的穩(wěn)定安全。文章研究的排滲管井可應用于同類工程中，為解決類似問題提供參考。