一种多功能高效渗排水管在尾矿库中的应用.docx

一种多功能高效渗排水管在尾矿库中的应用作者：1柏发忠 2李大力 李忠武 3.何德生。1吉林省延边永安水利水电工程有限公司. 2山东黄金集团烟台设计研究工程有限公司. 3.江西铜业公司德兴铜矿。文章关键词：环境保护 土地征用 安全隐患 渗透面积 螺旋槽 不锈钢网 土工布 可比性。摘要：一种多功能高效渗排水管在尾矿库中的应用，有吉林省延边永安水利水电工程有限公司与山东黄金集团烟台设计院研究工程有限公司共同研究的尾矿库建设、尾矿库病害治理、尾矿库改扩建、尾矿库闭库项目。该项目从产品上采用高密度聚乙烯（HDPE）管材成型，管径外壁设直槽、螺旋槽，槽内打孔，外缠特制不同目数的不锈钢网；渗透面积利用率高、具有耐候性优越、抗化学腐蚀能力强、对土体无污染、使用年限长，倒排渗能力强，安装简单宜行等特点，在施工作业场地是坝体，无需进入干滩就可施工，保证了水平顶进的长度，不影响矿业正常排浆。不需要回拖扩孔、宜避免出现管涌。通过十几年在全国多家的尾矿库中实施，效果非常明显；多功能高效渗排水管是一代新产品、新工艺，在同类产品中有可比性，在尾矿库排渗水领域中有待于更全面、更系统的推广与运用。当前国内、国外有色金属价格的回落；对有色金属企业矿山生产加工成本降低越来越显得重要。要想在同行业中站稳市场脚步，必须在成本上挖潜增效，使企业稳步健康的发展，在同行业立有不败之地。进年来，矿山企业开采、加工、生产的成本在无形中增加了。我国对矿山企业的环境保护、土地征用、矿山的安全隐患提出了更高的要求。如何确保尾矿库安全的同时，在节能、环保、综合利用土地、降低成本是企业一大课题。目前，采用先进的科学技术及先进的工艺是有效解决的办法。由吉林省延边永安水利水电工程有限公司与山东黄金集团烟台设计院研究工程有限公司共同研究的尾矿库建设、尾矿库病害治理、尾矿库改扩建、尾矿库闭库项目实施取得一定的成效，并受到好评。吉林省延边永安水利水电工程有限公司拥有两种专利，一种渗排水管（获国家实用新型专利Zl 2013 20680420.x）。申报国家专利一种渗排水管及其施工方法专利号：201310530455）。1多功能高效渗排水管材料特性：1.1管材采用聚乙烯（PE）成型，管径外壁设直槽、螺旋槽，槽内打孔，外缠特制不同目数的不锈钢网；具有耐候性优越、抗化学腐蚀能力强、对土体无污染、使用年限长，倒排渗能力强，安装简单宜行等特点。不锈钢网渗排水管结构图（1）。1.2.槽孔渗水管外壁缠不锈钢滤网是在对尾矿砂粒级分析后确定滤孔目数，由于不锈钢滤网不具有吸附矿泥能力、不堵塞滤网等特点，使用初期，滤网周边尾矿泥的80顺水流出，剩余尾矿中粗砂粒充填、吸附在滤网层周边，成为第二道砂滤层，利于保护透水孔不被泥砂堵塞。1.3. 槽孔渗水管统一配有管接堵塞，排渗效果、管堵和三通，便于施工，且更有利于加快倒排渗水系统的整体工期；1.4.与其他渗水管相比，其抗冲击能力强，塑性较大，环向破裂系数较低。1.5槽孔渗水管渗水孔目面积占渗水管渗透面积约66，渗水效果俱佳。2传统排渗水管2.1.传统排渗水管土工布覆盖管孔工艺结构图（2）。2.2传统渗水管钻孔后采用土工布作为过滤层，当渗排水管内与渗排水管外的压力差集中体现在渗水孔面积相同的土工布外表面上时，由于土工布属于纤维织品并具有吸附能力，所以无法将小颗粒砂过滤出去，在水压的作用下，微颗粒很快封堵渗水孔表面积的土工布，降低了渗水效能。2.3排水管表面光滑只依靠钻孔面积为渗透面积其渗透面积是管面积的3。渗透面积计算：100mm管体接触面积为：10cm103.14=3140cm渗流面积：12排10孔4=94.2cm；渗透面积比:94.2 cm3140 cm100=33多功能高效渗排水管在尾矿库中的应用3.1新尾矿库建设渗排水管的应用：3.1.1 2014年青海省祁连博凯矿业有限公司尾矿库改造工程。原有倒渗盲沟采用土工布覆盖管孔145*12梅花钻孔，孔径20mm孔距100mm、周长孔距10mm、外包土工滤布。管径周长孔数量：14.5cm3.141cm=45（个）；1145管渗水孔面积(S): 1045113.14=1413cm(S/m )。3.1.2施工工艺调整为多功能高效渗排水管275不锈钢网渗水管；不锈钢网渗水管面积:100cm1.07cm11槽2根=2354cm(S/m)；螺旋槽面积（S）（160cm/m ）160cm21.5cm(槽宽)2根=240cm=2354 cm+240 cm=2594 cm渗水面积比：25941413=1.84（倍）.不锈钢网渗水管面积是土工布覆盖管面积的1.8倍。3.1.3多功能高效渗排水管在尾矿库管的铺设：尾矿库初期坝下（延主坝纵向）设一道盲沟铺设275渗排水管（坝底宽度），垂直于坝体向库区设置60m盲沟两道,每道盲沟铺设275渗排水管，坝前库区两端铺设各175排渗水管（斜坡长度）。库区渗水管布置图（3）祁连博凯尾矿库图（4）3.1.5渗排水流量：回储水池11m61=66m，需要30min灌满；132 m/h（测量流水最大值）132 m/h24h0.67=2123m;（24h平均流水量）选浮车间尾矿生产能力是24h是1500t，用水量约是：1500t（原矿）88.5（尾矿产率）（4倍水）=3319m；经实际测量和现场观察，渗排水约占排浆水的64%，较传统的土工布排渗水工艺（约18%）俱佳，3.1.4 排浆后多功能高效渗排水效果图（5）共计有三处同样流水。雨季尾矿库区向坝外排水效果图（6）2015年4月份，青海省兴海县什多龙矿有限公司生产中尾矿库，后期子坝采用不锈钢网排渗水管铺设方法，投入使用4个月来同样取得良好的效果。3.2尾矿库在使用过程降低浸润线渗排水管的应用：3.2.1坝体当浸润面与原有排渗体的垂直距离大于浸润面与坝坡表面的水平距离时，坝体内的水自然会从阻力较小的坝坡表面溢出，因此尾矿库的运行过程中，采取有效的排渗水措施，是防止浸润上升的最佳手段。因此，各种各样的排渗设施工程应然而生，由沉沙井式排渗和管式排渗，还有两者结合方式，沉沙井式排渗投资较大，施工和管理较复杂，管式排渗的效果主要体现在排渗方法和排渗工艺上，排渗方法主要是以排渗管的坡度。靶向为基础；将排渗管布置到坝体内，把坝体的水排出、增强坝体的稳定性，无后期维护。近年来，在同类排渗水管又进行改进，增大了渗水流量。3.2.2施工方法：图7 利用非开挖钻机将一根带有导向钻头的钢管在子坝上的指定点向坝体内部使用导向仪监测，按25的仰角坡度，定向顶进（本钢管代替钻杆使用，导向钻头经过改造，可自动拆分，并且在导向板上安装了锚固锁。3.2.3钢管顶进长度70m以上将75mm渗排水管放入管中与导向斜掌联接锚固尾矿砂中。3.2.4导向探棒腔与导向斜掌分离，顶进钢管回托2m左右渗排水管就开始渗流混浆水， 钻机回托速度以1-2m/ 3min将钢管逐步拔出。渗排水管留在坝体内、水就会自动外流，有浑水逐渐变成清水。本方法节省了外托钢管、渗水管运输。由于渗水管必须从库内干滩自上而下放，干滩中约有1520（或者更长）渗水管是附属作用，可降低成本。3.2.5 本方法作业场地在坝体，无需进入干滩就可施工，保证了水平顶进的长度，不影响矿业正常排浆。不需要回拖扩孔、宜避免出现管涌。3.3尾矿库扩容预埋渗排水管的应用：3.3.1尾矿库在生产扩容加高中，随着坝体的升高在坝下预埋水平排渗管是有必要的，第一，可以解决尾矿坝体浸润线不再上升，增加尾矿库的安全干滩长度，增加坝体的稳定性；第二，由于尾砂遇水后液化限值较大，排渗管对周边24m尾砂排渗效果较好，有锚杆增固功效。3.3.2在20062007年间珲春紫金矿业扩容尾矿库；2011年8月辽宁省鞍山钢铁公司弓长岭矿业采用预埋渗排水管取得较好的效果。至今还在正常运营。3.3.3预埋渗水管施工方法：在将堆积坝（子坝）筑完、依据尾矿库的干滩长度、计算后期浸润线抬升高度确定渗水管的长度（L）,根据尾矿浆的细度（渗水系数），渗水流量确定渗水管的间距。3.3.4垂直坝体布设渗水管，在尾矿干滩接近于水一定距离时设一道纵向积水管、导水管与渗水管连接。积水沟根据实际情况定几何尺寸。渗水管上面必须放中粗以上或混合砂盖满。根据尾砂摊面坡度，本方法采用内低外高的排渗方式效果显著。预埋渗水管示意图（8）预埋渗排水管构造图（8-1）辽宁弓长岭预埋渗排水案例：图（9）预埋后局部放浆渗排流水状况：图（10）3.4.尾矿库闭库渗水管的应用：3.4；1尾矿库闭库后安全隐患的排除；尾矿库闭库后虽然不排浆如果坝体没有较好的排渗系统，也还存在着安全隐患。如每年近两个月的雨季就能使闭库后的尾矿库浸润线再次上升，其次缺少日常的维护库也可变成病库、险库。3.4.2采用该渗排水管在初级坝与堆积坝之间设防、一旦到了汛期库容水增加、坝体浸润线上升到初级坝以上时水就会自然排出；通过增设渗水管，避免坝体浸润线上升减少后期维护。4结语 随着改革开放我国金属矿产业的发展和不断壮大、越来越多个尾矿库超期超限使用；使得一些尾矿坝安全隐患明显突出，截止在2013年09月17日，国家发布我国有九千余小尾矿库安全环保形势严峻。近年来出现过管涌与溃坝现象，给国家与人民财产带来了相当大的损失；为此，国家十分重视，并进行过多次的排查与隐患处理；取得了很好的效果。但是仍有一些尾矿库干滩缩短、坝体浸润线急剧上升，隐患趋势较明显；截止2012年底全国仍有1223座危、险、病库尚未得到治理。十几年来，我们公司与有关研究院所共同研发了渗排水管产品及施工工艺，通过实施在全国多家在用的尾矿库中，效果非常明显；多功能高效渗排水管是一代新产品、新工艺，在同类产品中有可比性，在尾矿库排渗水领域中有待于更全面、更系统的推广与运用。作者：柏发忠.高级工程师 ,李大力.工程师,李忠武 工程师 何德生 高级工程师。联系方式：柏经Q：1049567302公司网址：参考文献：1.中国有9千多座小型尾矿库 普遍安全环保隐患严重2013-09-17中国新闻网(北京)2.张明主编，尾矿手册.冶金工业出板社20113 .赵振兴，何建京主编水利学.清华大学出版社20