CN104480974A - 一种适用于上游式尾矿库的反向排渗系统及上游式尾矿库 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于上游式尾矿库的反向排渗系统，包括排渗盲沟、集渗井、导水管和渗水引出管，集渗井沿竖直方向埋设于尾矿库中，排渗盲沟呈一定坡度布设在尾矿库中；集渗盲沟坡向集渗井且连通至集渗井，同一高程层面的集渗盲沟以集渗井为中心呈辐射式布置；集渗井的底部连通有反向导水管，反向导水管是从尾矿库的下游向尾矿库的上游方向倾斜，且反向导水管最终连通至渗水引出管。本发明的上游式尾矿库包括初期坝和堆积坝，堆积坝中设置有前述的反向排渗系统，反向排渗系统所在的堆积坝区域被设置成一充分疏干渗水后用以支承尾矿库的支承棱体。本发明结构简单、施工方便，可大幅降低坝前堆积体区域浸润线，提高坝体稳定性。

Description

一种适用于上游式尾矿库的反向排渗系统及上游式尾矿库

技术领域

本发明涉及一种尾矿库及其排渗结构，尤其涉及一种上游式尾矿库及可适用于上游式尾矿库的排渗系统。

背景技术

尾矿库是用以贮存金属、非金属矿山进行矿石选别后排出的尾矿的场所，尾矿坝则是拦挡尾矿和水的尾矿库外围构筑物，通常指初期坝1和尾矿堆积坝2的总体，参见图1。初期坝1是用土、石材料等筑成，作为尾矿堆积坝2的排渗或支撑体的坝。堆积坝2是指生产过程中用尾矿堆积而成的坝。在某堆积标高时，水力冲积尾矿形成的沉积体表层就是该堆积标高的沉积滩面7，对应于该堆积标高的子坝3的坝顶，就是该堆积标高的堆积坝顶，该级子坝3的坝顶轴线即为该堆积标高时的堆积坝顶轴线8，此轴线在剖面图上呈一条直线，在三维空间上为一平面，其平行于初期坝1。随着堆积标高的上升，沉积滩面7逐层上升，堆积坝顶轴线8逐级向上游方向推移。尾矿库内需设置排渗系统，以降低坝前堆积体区域的浸润线，确保尾矿坝的运行安全。

我国冶金矿山约90％的尾矿坝是采用上游式筑坝法，即在初期坝1的上游方向堆积尾矿的筑坝方式，其特点是堆积坝顶轴线8逐级向上游方向推移。对于上游式筑坝法，目前采用较多的排渗系统还是水平排渗方式，在初期坝1上形成堆积坝2，由平行于堆积坝顶轴线8的排渗盲沟5和垂直于堆积坝顶轴线8的导水管6组成坝体的水平排渗系统，排渗盲沟5一般采用软式滤水管，导水管6一般采用UPVC管或PE管，坡面采用植被护坡，如图1所示，排渗方向为向下游排渗，渗透体积力指向下游方向。常规的水平排渗系统无需人力和机械强制抽水，能自流排渗，施工简单，投资小，采用柔性管材能适应尾矿沉积后的不均匀变形，但滤水管在长期排渗中存在淤堵问题，运行后期，排渗效果有限，浸润线降深不大。据统计，约有1/4的尾矿库溃坝安全事故是由其渗流控制失效引起的。

可见，现有的常规水平排渗系统不足以满足上游式筑坝法的排渗需求，为了提高上游式尾矿库的稳定性，我们有必要对排渗系统及方法进行进一步的改进。

辐射式排渗是目前国内使用过的一种排渗方法。该技术最早是作为辐射式取水井的集水措施，后来被引入尾矿库作为降水措施。辐射式排渗系统由辐射井10、多条滤水管9及通往堆积坝坡的导水引出管11组成，滤水管9以辐射井10为中心呈辐射状布置，并坡向辐射井10，必要时可设多层。尾矿坝中的渗流水在水头作用下向滤水管9汇流，并通过滤水管9流入辐射井10，辐射井10汇集各辐射滤水管9的渗水，再由导水引出管11排出坝外，其排渗原理如图2、图3所示。该排渗方法常用于老库改造中，为加强老库排渗，在已有的尾矿库内进行施工。辐射井10一般采用钢筋混凝土结构，滤水管9由于需要自辐射井10向已有堆积坝2延伸，一般采用硬质管材。该方法具有原理简单、效果明显、后期维护管理费用低等优点，但建设施工难度较大，且成本较难控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、施工方便、可大大降低浸润线和提高坝体稳定性的适用于上游式尾矿库的反向排渗系统，还相应提供一种包含该反向排渗系统的上游式尾矿库。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种适用于上游式尾矿库的反向排渗系统，所述反向排渗系统包括集渗盲沟、集渗井、反向导水管和渗水引出管，所述集渗井沿竖直方向埋设于尾矿库中；所述集渗盲沟坡向集渗井并与集渗井连通；所述集渗井的底部位于尾矿库的上游侧连通至所述反向导水管的一端，反向导水管的另一端与所述渗水引出管连通，反向导水管是从尾矿库的下游向上游方向倾斜。

上述本发明的反向排渗系统中，优选的，所述集渗盲沟沿不同堆积高度的沉积滩面分层布置，且各层设置有多条，集渗盲沟坡向位于上游的所述集渗井。

上述本发明的反向排渗系统中，优选的，位于同一高程平面内的集渗盲沟以集渗井为中心呈辐射式布置。

上述本发明的反向排渗系统中，优选的，所述集渗盲沟从内到外主要由软式滤水管、土工布及碎石保护层组成，其坡向与尾矿库沉积滩面一致。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上游式尾矿库，所述上游式尾矿库包括初期坝和位于初期坝上游的堆积坝，所述堆积坝中设置有上述本发明的反向排渗系统，所述反向排渗系统布置在尾矿库底部靠近初期坝的堆积坝内，所述反向排渗系统所在的堆积坝区域被设置成经充分疏干渗水后用以支承尾矿库的支承棱体。

上述本发明的上游式尾矿库中，优选的，所述集渗井的上游库底埋设有截渗设施，且所述渗水引出管埋设在该截渗设施中，所述截渗设施及渗水引出管沿平行于截渗设施垂直高程处的边坡轴线方向布置，所述反向导水管则沿垂直于截渗设施的方向布设。

上述本发明的上游式尾矿库中，优选的，所述截渗设施为截渗坝、截渗墙、或者为截渗坝与截渗墙的组合体。

上述本发明的上游式尾矿库中，优选的，位于所述反向排渗系统上方的所述堆积坝中设有上部排渗系统，所述上部排渗系统包括沿堆积坝不同高程分层布置的多根导水管和多条排渗盲沟，各层设置有多根导水管和一条排渗盲沟，每条排渗盲沟在同一高程平面内沿平行于堆积坝顶轴线的方向布置，每根导水管在同一高程平面内沿垂直于堆积坝顶轴线方向布置，且每根导水管与位于同一高程平面内的排渗盲沟连通，各导水管是从尾矿库的上游向下游方向倾斜，各排渗盲沟将渗水最终引导至坝坡坡面的排水设施处。

上述本发明的技术方案主要基于以下原理和思路：在尾矿库的运行初期主要形成支承棱体，这是关系到坝体稳定的关键时期。考虑到支承棱体对于坝体稳定的重要影响，在支承棱体施工建造本发明的反向排渗系统，主要包括辐射式集渗盲沟、集渗井、反向导水管、渗水引出管等，还可根据实际需要设置截渗设施。本发明与现有辐射井排渗的区别是：第一，本发明的排渗系统坡向上游，通过集渗盲沟和集渗井收集坝体渗水，再通过反向导水管及平行于堆积坝顶轴线的渗水引出管将渗水引出坝外。第二、集渗井和集渗盲沟与辐射井和辐射滤管的施工方式不同，所使用的材质不同，应用对象不同。辐射井排渗是在已有坝体内一次性施工完成，辐射井由于是在已有坝体内施工，辐射滤管必须采用硬质管材深入坝体集渗，如钢管，以达到降低(老)尾矿库浸润线的目的。本发明的集渗井和集渗盲沟则是与尾矿库的生产运营相结合，实施逐步施工，集渗盲沟及集渗井都是随着尾矿库沉积滩面的上升逐层施工，集渗盲沟从内到外由软式滤水管、土工布及碎石保护层组成，其坡向与沉积滩面一致，并与集渗井连通，集渗盲沟能适应沉积滩面的不均匀沉降，施工方便，开挖工程量小，主要用于改善新建尾矿库的排渗。第三，在尾矿库底内的适当位置设置截渗设施，将尾矿库在形式上分成了上游、下游两段，截渗设施下游段的尾矿库采用本发明的反向排渗系统，强化了该区的排渗，加速了该区内的尾矿固结，其上游段尾矿库则采用截渗设施与“排渗盲沟+导水管”的正向坡面排渗系统相结合的排渗方式，构成了一个立体的尾矿库排渗系统提高了整个坝体的安全稳定性。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明通过在上游式尾矿库中采用本发明的反向排渗系统，使得尾矿库底部的渗水能尽快被疏干而形成支承棱体，在此基础上以极大程度地降低尾矿库堆积坝内的浸润线，使得支承棱体的浸润线基本贴近地表，以有利于该部分支承棱体的快速固结，为后续的堆坝提供更加稳固可靠的支承棱体。

2.本发明通过在上游式尾矿库中选择上游合适位置布置截渗设施，以截断尾矿库上游的渗流水，阻止尾矿库上游的渗流水补给下游底部的支承棱体，从而为支承棱体的快速固结提供了更有利的条件。

3.由于尾矿库的下部尾矿堆积体是影响坝体稳定性的关键部位，通过采用本发明的排渗系统，能够降低浸润线，为所述下部尾矿堆积体的充分固结创造有利条件；同时，与常规尾矿库相比，孔隙水压力减小，有效应力增加，因此支承棱体的抗滑能力得到了大幅提高，这将更有利于保障尾矿库坝体的充分稳定。

4.与常规排渗系统向下游排渗不同，本发明的反向排渗系统为向上游导(排)渗，排渗路径为“集渗盲沟→集渗井→反向导水管→渗水引出管”。在尾矿库运行初期坝顶放矿时，本发明反向排渗系统的集渗盲沟均可以顺滩面开挖施工，开挖方便，开挖工程量小。另外，本发明反向排渗系统能够使其所在区域的渗流水流动方向从下游向上游方向反向流动，使渗透体积力指向上游，这在一定程度上又会进一步提高坝体的稳定性。

综上所述，本发明的适用于上游式尾矿库的反向排渗系统不仅结构简单，施工方便，而且对于降低浸润线和提高坝体的稳定性都大为有利，这对于上游式尾矿库的广泛应用提供了更好的前提和运营条件，对于尾矿库的稳定安全运营具有重要意义。

附图说明

图1为现有上游式筑坝法中水平排渗系统结构示意图。

图2为现有辐射井式排渗系统的排渗原理图(剖视)。

图3为现有辐射井式排渗系统的排渗原理图(平面布置图)。

图4为本发明实施例中上游式尾矿库的结构示意图(含本发明的排渗系统)。

图5为本发明实施例中截渗设施选用截渗坝结构型式的结构示意图。

图6为本发明实施例中截渗设施选用截渗墙结构型式的结构示意图。

图7为本发明实施例中截渗设施选用截渗坝与截渗墙组合结构型式的结构示意图。

图例说明：

1、初期坝；2、堆积坝；3、子坝；4、浸润线；5、排渗盲沟；6、导水管；7、沉积滩面；8、堆积坝顶轴线；81、边坡轴线；9、滤水管；10、辐射井；11、导水引出管；21、集渗盲沟；22、集渗井；23、反向导水管；24、渗水引出管；25、截渗设施。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

实施例：

一种如图4所示本发明的上游式尾矿库，该上游式尾矿库包括初期坝1和位于初期坝1上游的堆积坝2，堆积坝2中设置有本发明的反向排渗系统，该反向排渗系统布置在尾矿库底部靠近初期坝1的堆积坝2内，该反向排渗系统所在的堆积坝2区域被设置成一充分疏干渗水后用以支承尾矿库的支承棱体。上游式尾矿坝在靠近初期坝1的堆积坝2区域是影响尾矿库稳定性的关键部位，本实施例在设置反向排渗系统的前提下，使该区域的下部尾矿堆积体充分疏干形成一支承棱体，进而使坝体稳定性得到大幅提高。

本实施例中的反向排渗系统包括集渗盲沟21、集渗井22、反向导水管23和渗水引出管24，集渗井22沿竖直方向埋设于尾矿库内。本实施例中的集渗盲沟21从内到外主要由软式滤水管、土工布及碎石保护层组成，其沿不同高程分层布置，集渗盲沟21随着沉积滩面7的上升逐层施工，各层集渗盲沟21均以集渗井22为中心呈半圆状的辐射式布置；集渗盲沟21坡向其上游的集渗井22且连通至集渗井22，且本实施例中的集渗盲沟21是从尾矿库的下游向上游方向倾斜，与沉积滩面7坡向一致，有利于减小开挖工程量。集渗井22的底部位于尾矿库的上游侧连通至反向导水管23的一端，反向导水管23向尾矿库的上游方向倾斜，其另一端连通至渗水引出管24，渗流最终通过渗水引出管24导出坝外。

本实施例的上游式尾矿库中，渗水引出管24处还设有截渗设施25，且渗水引出管24埋设在该截渗设施25中，截渗设施25及渗水引出管24沿平行于截渗设施垂直高程处的边坡轴线81方向布置。截渗设施25与反向排渗系统有机结合，利用其渗水引出管24排水，增强了截渗设施25的截渗效果。当受到地形、地质等条件的限制时，截渗设施25也可以独立设置于反向排渗系统上游的合适位置。本实施例中的截渗设施25可以为如图5所示的截渗坝，如图6所示的截渗墙或者如图7所示的截渗坝与截渗墙的组合体。

上述反向排渗系统的排渗路径为“集渗盲沟21→集渗井22→反向导水管23→渗水引出管24”，通过辐射式的集渗盲沟21保证最大程度地收集渗水，汇集至集渗井22，并由其底部反向导水管23导入渗水引出管24，渗流水由尾矿库下游向上游自流外排，最终排至坝外；位于截渗设施25上游的渗水通过截渗设施25收集，经截渗设施25内的渗水引出管24排至坝外，降低浸润线4。将渗水引出管24与截渗设施25结合，使反向排渗系统的排渗功能与截渗设施25的截渗功能同时得到提高，保证坝体稳定。

本实施例的上游式尾矿库中，位于反向排渗系统上方的堆积坝2中设有上部排渗系统，上部排渗采用水平排渗系统，具体包括多条排渗盲沟5和多根导水管6，多条排渗盲沟5和多根导水管6沿不同高程分层布置，且各层设置有多根导水管6和一条排渗盲沟5，每条排渗盲沟5在同一高程层面沿平行于堆积坝顶轴线8方向布置，每根导水管6在同一高程层面沿垂直于堆积坝顶轴线8方向布置，且每根导水管6与同一高程层面的排渗盲沟5连通，各导水管6是从尾矿库的上游向下游方向倾斜并最终引导至坝坡坡面排水设施处。本实施例的上游式尾矿库中，基建期工程量主要为初期坝1、截渗设施25及排渗系统底层设施。随着尾矿堆积形成滩面，可逐层施工辐射式集渗盲沟21及集渗井22，当滩面上升到一定高度后，辐射式集渗盲沟21已经不具备施工空间，则可按常规水平排渗系统布置。

Claims (8)

1.一种适用于上游式尾矿库的反向排渗系统，其特征在于：所述反向排渗系统包括集渗盲沟、集渗井、反向导水管和渗水引出管，所述集渗井沿竖直方向埋设于尾矿库中；所述集渗盲沟坡向集渗井且与集渗井连通；所述集渗井的底部位于尾矿库的上游侧连通至所述反向导水管的一端，反向导水管的另一端与所述渗水引出管连通，该反向导水管是从尾矿库的下游向上游方向倾斜。

2.根据权利要求1所述的反向排渗系统，其特征在于：所述集渗盲沟沿不同堆积高度的沉积滩面分层布置，且各层设置有多条，集渗盲沟坡向所述集渗井。

3.根据权利要求2所述的反向排渗系统，其特征在于：位于同一高程平面内的集渗盲沟以集渗井为中心呈辐射式布置。

4.根据权利要求1、2或3所述的反向排渗系统，其特征在于：所述集渗盲沟从内到外主要由软式滤水管、土工布及碎石保护层组成，其坡向与尾矿库沉积滩面一致。

5.一种上游式尾矿库，所述上游式尾矿库包括初期坝和位于初期坝上游的堆积坝，其特征在于，所述堆积坝中设置有权利要求1～4中任一项所述的反向排渗系统，所述反向排渗系统布置在尾矿库底部靠近初期坝的堆积坝内，所述反向排渗系统所在的堆积坝区域被设置成经充分疏干渗水后用以支承尾矿库的支承棱体。

6.根据权利要求5所述的上游式尾矿库，其特征在于，所述集渗井的上游库底埋设有截渗设施，且所述渗水引出管埋设在该截渗设施中，所述截渗设施及渗水引出管沿平行于截渗设施垂直高程处的边坡轴线方向布置，所述反向导水管则沿垂直于截渗设施的方向布设。

7.根据权利要求6所述的上游式尾矿库，其特征在于，所述截渗设施为截渗墙、截渗坝或截渗坝与截渗墙的组合体。

8.根据权利要求5或6或7所述的上游式尾矿库，其特征在于，位于所述反向排渗系统上方的所述堆积坝中设有上部排渗系统，所述上部排渗系统包括沿堆积坝不同高程分层布置的多根导水管和多条排渗盲沟，各层设置有多根导水管和一条排渗盲沟，每条排渗盲沟在同一高程平面内沿平行于堆积坝顶轴线方向布置，每根导水管在同一高程平面内沿垂直于堆积坝顶轴线方向布置，且每根导水管与位于同一高程平面内的排渗盲沟连通，各导水管是从尾矿库的上游向下游方向倾斜，各排渗盲沟将渗水最终引导至坝坡坡面的排水设施处。