CN109826180A - 尾矿坝排渗加固系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及尾矿坝防护领域，公开了一种尾矿坝排渗加固系统。本发明提供一种尾矿坝排渗加固系统。尾矿坝排渗加固系统包括第一排渗部、第二排渗部和反滤加筋垫层；第一排渗部包括至少一块排水插板，排水插板的至少一端插入尾砂中；第二排渗部包括至少一组沿尾矿坝子坝的坝基面铺设且相交的第一盲沟和第二盲沟，第一盲沟的至少一端插入尾砂中；反滤加筋垫层铺设于第二排渗部的下方。本发明通过第一排渗部、第二排渗部、反滤加筋垫层的配合，将排水插板、第一盲沟插入尾砂中，能有效降低尾矿坝浸润线高度，形成纵向和横向联合的三维空间排渗通道，确保尾矿渗水排泄通畅，加速尾矿固结，且起到加固边坡的作用。
Description
技术领域
本发明涉及尾矿坝防护领域，特别是涉及一种尾矿坝排渗加固系统。
背景技术
尾矿库是矿山建设的一种重要设施，尾矿库的主要建筑物尾矿坝是一种高势能的重大危险源和污染源。尾砂的颗粒粒径一般都很细，0.074mm以下粒径所占比重可达70％以上，尾砂的物理力学抗剪强度指标较低低，且渗透性很小，渗透系数一般在1.5×10-3cm/s～1.5×10-7cm/s之间。尾矿坝作为拦挡细粒尾砂以及尾矿水的建筑物，在尾砂土压力以及尾矿渗流水压力的共同作用下，下游坝坡极易发生管涌、流砂、接触冲刷等渗透破坏。如果尾矿坝的浸润线较高，不能采取工程措施有效降低时，尾矿坝坝体材料的物理力学指标粘聚力和内摩擦角会急剧降低，导致尾矿坝坝坡抗剪强度减弱，造成尾矿坝边坡失稳，严重时可能发生滑坡、溃坝、泥石流等灾害事故，不仅会造成巨大经济损失和人员伤亡，而且会带来严重的环境污染危害。
目前采取的降低尾矿坝浸润线的措施有排渗棱体、贴坡排渗、排渗褥垫、管井降水、虹吸式、盲沟、辐射井、排渗管、排渗墙等型式。排渗棱体、贴坡排渗、排渗褥垫法只能布置在初期坝坝顶标高及以下附近处，对降低堆积坝下游坝坡浸润线的作用范围很有限；管井降水需要配泵，不能实现自流，降水深度有限，且效率低，可靠度较低，检修和运营成本较高；虹吸式需要形成真空，可靠度较低；虽然辐射井—排渗管联合排渗控制降低浸润线的范围较大，且排渗效果较好，但辐射井需要沉井施工，施工工艺较复杂，施工难度较大，工程成本较高；盲沟排渗运用的较为普遍，但其铺设需要在干滩作业面环境，且需要铺设一定的坡度(一般不小于1％)，坡向初期坝方向，而在实际运行中，由于沉积滩面尾砂含水量较大，排渗固结较差，滩面强度较低，铺设盲沟施工作业较为困难，往往由于滩面上部尾矿荷载以及不均匀沉降导致盲沟形成反坡，不能有效将渗水排往库外，整体排渗效果不理想。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种尾矿坝排渗加固系统，以解决现有技术中对于尾矿坝排渗加固效果不理想的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种尾矿坝排渗加固系统。尾矿坝排渗加固系统包括第一排渗部、第二排渗部和反滤加筋垫层；所述第一排渗部包括至少一块排水插板，所述排水插板的至少一端插入尾砂中；所述第二排渗部包括至少一组沿尾矿坝子坝的坝基面铺设且相交的第一盲沟和第二盲沟，所述第一盲沟的至少一端插入所述尾砂中；所述反滤加筋垫层铺设于所述第二排渗部的下方。
可选地，沿坝面的纵深方向设置有多排所述排水插板，每排包括多个所述排水插板。
可选地，相邻两排所述排水插板交错设置。
可选地，所述第一盲沟和所述第二盲沟为多组，多组所述第一盲沟沿所述坝基面的横向铺设，多组所述第二盲沟沿所述坝基面的纵深方向铺设。
可选地，所述排水插板设置在所述尾矿坝子坝上，所述第一盲沟和第二盲沟设置在初期坝的坝顶标高以上。
可选地，所述第一盲沟的坡向朝向所述初期坝的方向，所述第一盲沟的坡向与水平方向的夹角不小于1％。
可选地，尾矿坝的坝面上设置有坝面排水沟，所述第一盲沟与所述坝面排水沟连通。
可选地，所述坝面排水沟由中间方向坡向所述尾矿坝两侧的坝肩方向，所述坝面排水沟的坡向与水平方向的夹角不小于1％。
可选地，所述第二盲沟沿横向方向坡向与其相交的第一盲沟方向，所述第二盲沟的坡向与水平方向的夹角不小于1％。
可选地，所述尾矿坝上设置有坝肩排水沟，所述坝面排水沟与所述坝肩排水沟连通。
(三)有益效果
本发明提供的尾矿坝排渗加固系统通过第一排渗部、第二排渗部以及反滤加筋垫层的配合，并将排水插板、第一盲沟插入尾砂中，能够有效地降低尾矿坝浸润线高度，在尾矿坝坝体上形成了纵向和横向联合的三维空间排渗通道，确保尾矿渗水排泄通畅，加速了尾矿固结，还能够起到加固边坡的作用。同时该排渗加固系统还具有结构简单，施工难度较小，对坝体扰动较小，工程成本低，排渗性能可靠的优点。进而能够确保尾矿坝的渗透稳定性和抗滑稳定性，保障尾矿库的安全生产和运营。
附图说明
图1为本发明实施例提供的尾矿坝排渗加固系统的示意性剖视图；
图2为本发明实施例提供的尾矿坝排渗加固系统的示意性俯视图；
图3为本发明实施例提供的第一盲沟与反滤加筋垫层的示意性剖视图。
附图标记说明：
1、排水插板；2、尾砂；3、第一盲沟；4、第二盲沟；5、反滤加筋垫层；6、初期坝；7、坝面排水沟；8、坝肩排水沟；9、集渗池；10、浸润线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合参见图1与图2，本发明实施例中所述的“纵向”是指垂直于尾矿坝所在水平面的方向；“横向”是指尾矿坝的宽度方向；“纵深方向”是指从初期坝6指向坝面的方向。
结合参见图1至图3，本发明提供一种尾矿坝排渗加固系统。尾矿坝排渗加固系统包括第一排渗部、第二排渗部和反滤加筋垫层5；第一排渗部包括至少一块排水插板1，排水插板1的至少一端插入尾砂2中，第二排渗部包括至少一组沿尾矿坝子坝的坝基面铺设且相交的第一盲沟3和第二盲沟4，第一盲沟3的至少一端插入尾砂2中。
本发明实施例提供的尾矿坝排渗加固系统通过第一排渗部、第二排渗部以及反滤加筋垫层5的配合，并将排水插板1、第一盲沟3插入尾砂2中，能够有效地降低尾矿坝浸润线10高度，在尾矿坝坝体上形成了纵向和横向联合的三维空间排渗通道，确保尾矿渗水排泄通畅，加速了尾矿固结，还能够起到加固边坡的作用。同时该尾矿坝排渗加固系统还具有结构简单，施工难度较小，对坝体扰动较小，工程成本低，排渗性能可靠的优点。进而能够确保尾矿坝的渗透稳定性和抗滑稳定性，保障尾矿库的安全生产和运营。
尾矿坝是为形成堆贮各种矿石尾料的场库所建的大坝。一般先建一定高度的初期坝6，待尾矿料堆积至各坝顶时，再向上逐级修建若干个趾坝，各个趾坝之间的高度差约3～10m。
具体来说，本发明实施例所提供的排水插板1至少为一块，且排水插板1为沿着纵向方向设置在尾矿坝的坝体中，排水插板1的至少一端插入尾矿坝坝体的尾砂2中，另一端可与坝面平齐。这样一来就在纵向为尾矿坝提供了渗水排泄的通道，能够起到加速尾矿坝纵向方向上的尾矿固结的作用。
在本实施例中，排水插板1通过套管施工的工艺被插入尾砂2中。每块排水插板1沿着横向方向的宽度约10～50cm，打入尾砂2的深度约5～20m。
当然，排水插板1的一端可以沿着纵向方向竖直地插入尾砂2中，也可以沿着与纵向方向具有一定夹角的方向插入尾砂中。
本实施例提供的排水插板1可以由如下材料制成：将土工材料加工成三维格构式排水网，在其双面粘结高强粗旦非织造纺粘针刺聚丙烯土工布。选用非织造土工布的原因在于：土工格构网空隙率高，能够直接形成尾矿水的排渗通道，筋条结构刚性大，在上部尾矿高荷载作用下能保持良好排水性能。
排水网外部包裹的高强粗旦非织造纺粘针刺聚丙烯土工布，等效孔径在0.06～0.26mm之间，垂直渗透系数约2×10-3m/s左右，起到了很好的反滤排水的作用，防止排水插板1被细小颗粒尾砂2淤堵、板结失效。此外，其自身又具有良好的抗拉性、抗穿刺性，同时还具有良好的耐强酸、强碱腐蚀性，能确保排水插板1的良好排水性和耐久性。
在优选的实施方式中，沿坝面的纵深方向设置有多排排水插板1，每排包括多个排水插板1。
如图1、图2所示，通过沿着坝面的纵深方向设置多排排水插板1并在每排中设置多个排水插板1，能够从不同位置对于尾矿坝在纵向方向上的渗水排泄起到良好的促进作用。具体来说，当多个排水插板1沿着坝面的横向设置成一排时，相邻两个排水插板1之间的间距可以设置为1～10m；当沿着坝面的纵深方向设置多排排水插板1时，相邻两排排水插板1之间的排间距可以设置为1～5m，每排中相邻两个排水插板1之间的间距同样可以设置为1～10m；当多个排水插板1沿着坝面的横向及纵深方向设置时，则可按照前述间距来设置多个排水插板1。
进一步地，相邻两排排水插板1交错设置。如前所述排水插板1共有三种布置方式，在第二种和第三种布置方式中，相邻两排排水插板1相互交错地设置。例如，在每级尾矿坝子坝上设置的多排排水插板1可以以梅花状的形式交错设置。
第二排渗部是沿着尾矿坝子坝的坝基面铺设的，其中，第一盲沟3和第二盲沟4相互连通地铺设在尾矿坝的子坝上。其中，第一盲沟3的至少一端插入尾砂2中，另一端可插入尾砂2中或者伸出坝面。第一盲沟3插入尾砂2中的长度约为30～80m。
例如，当设置一级尾矿坝子坝时，可将第一盲沟3的一端插入该级尾矿坝子坝中；当设置多级尾矿坝子坝时，可将第一盲沟3的一端插入该级尾矿坝子坝中或者下一级的尾矿坝子坝中。具体地插入方式可根据实际情况灵活选择。
在优选的实施方式中，第一盲沟3和第二盲沟4为多组，多组第一盲沟3沿尾矿坝子坝的坝面的横向铺设，多组第二盲沟4沿尾矿坝子坝的坝面的纵深方向铺设。
如图1、图2所示，通过在相邻两级尾矿坝子坝上的排水插板1之间设置多组相互连通第一盲沟3和第二盲沟4能够加强相邻两排排水插板1之间的尾砂2排渗水性能，进一步降低尾矿坝的浸润线10高度，加速尾砂2的固结。具体来说，当多组第一盲沟3沿着坝面的横向设置时，相邻两组第一盲沟3之间的间距可以依据坝面的横向宽度灵活设置；当多个第二盲沟4沿着坝面的纵深方向设置时，相邻两组第二盲沟4之间的间距可以设置为30～100m。
本实施例提供的第一盲沟3和第二盲沟4可以由高孔隙率塑料镂空芯体外包裹土工布制成。这种材料具有良好的排水性、抗压性、柔韧性和耐久性，且施工方便。第一盲沟3和第二盲沟4外包高强粗旦非织造纺粘针刺聚丙烯土工布，采用预埋铺设或筑坝后期套管施工工艺打入尾矿坝的坝体。
由此，第一排渗部和第二排渗部构成了三维空间的排渗系统，能进一步的有效降低尾矿坝的浸润线10，加速尾砂2的排水固结，进一步增强坝体渗流稳定性和边坡稳定性。
在本实施例中，反滤加筋垫层5铺设于第二排渗部的下方。设置反滤加筋垫层5的目的在于：由于沉积滩面尾砂2含水量较大，排渗固结较差，滩面强度较低，铺设第一盲沟3和第二盲沟4的施工作业较为困难，以及在后期上部尾矿荷载作用下易造成第一盲沟3和第二盲沟4的尾砂2基础不均匀沉降，导致第一盲沟3和第二盲沟4形成反坡，不能有效将渗水导排至库外，从而影响第一盲沟3和第二盲沟4的整体排渗效果。因此在第一盲沟3和第二盲沟4组成的第二排渗部的下方可预先铺设反滤加筋垫层5。
本实施例中的反滤加筋垫层5可以是一层非织造土工布，或一层双向土工格栅，或非织造土工布与双向土工格栅复合而成的反滤加筋垫层。非织造土工布采用高强粗旦非织造纺粘针刺聚丙烯土工布，土工格栅采用具有高抗拉性能的双向肋条土工格栅，聚丙烯非织造土工布可以起到排水反滤以及加筋作用，土工格栅能对尾砂2起到锁结、加筋作用，增大尾砂2摩擦力，扩散应力，提高盲沟的尾砂2基础的承载力，减小不均匀沉降，从而确保水平排渗盲沟网络的排渗效果。而且由于非织造土工布和土工格栅的高抗拉拔性能，可以传递尾砂2内部不平衡拉应力，提高尾砂2内部抗剪强度物理力学指标，同时起到加固尾矿坝边坡，进一步增强尾矿坝边坡的渗流稳定性和抗滑稳定性。当然，非织造土工布也可选用聚酯非织造土工布。
在本实施例中，排水插板1设置在所述尾矿坝子坝上，第一盲沟3和第二盲沟4设置在初期坝6的坝顶标高以上。
此外，第一盲沟3的坡向朝向初期坝6的方向，第一盲沟3的坡向与水平方向的夹角不小于1％。换而言之，顺着初期坝6向尾矿坝的坝面的方向，第一盲沟3的高度逐渐升高。这样设置的目的在于保证第一盲沟3中的渗水能够在重力的作用下流向库外。
在优选的实施方式中，尾矿坝的坝面上设置有坝面排水沟7，第一盲沟3与坝面排水沟7连通；坝面排水沟7由中间坡向尾矿坝两侧的坝肩方向，坝面排水沟7的坡向与水平方向的夹角不小于1％。换而言之，从坝面的中间位置向坝面两侧的位置，坝面排水沟7的高度逐渐降低。通过设置坝面排水沟7并将第一盲沟3与坝面排水沟7连通能够及时地将渗水沿着第一盲沟3及坝面排水沟7流向库外。
此外，第二盲沟4沿横向方向坡向与其相交的第一盲沟3的方向，第二盲沟4的坡向与水平方向的夹角不小于1％；尾矿坝上设置有坝面排水沟7，坝面排水沟7与坝肩排水沟8连通。
换而言之，第二盲沟4上的位置较低的一端是与第一盲沟3连通的，这样能够保证渗水流入第一盲沟3中，形成了横向与纵深方向连通的渗水通道，再通过第一盲沟3流入坝面排水沟7中，最后再排到坝肩排水沟8中，进而将渗水能够完全地排出。
进一步地，在靠近初期坝的位置处还设置有集渗池9，集渗池9用以收集经第一排渗部、第二排渗部排出的渗水，能够起到保护环境、防止环境二次污染的作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种尾矿坝排渗加固系统，其特征在于，包括第一排渗部、第二排渗部和反滤加筋垫层(5)；
所述第一排渗部包括至少一块排水插板(1)，所述排水插板(1)的至少一端插入尾砂(2)中；
所述第二排渗部包括至少一组沿尾矿坝子坝的坝基面铺设且相交的第一盲沟(3)和第二盲沟(4)，所述第一盲沟(3)的至少一端插入所述尾砂(2)中；
所述反滤加筋垫层(5)铺设于所述第二排渗部的下方。
2.如权利要求1所述的尾矿坝排渗加固系统，其特征在于，沿坝面的纵深方向设置有多排所述排水插板(1)，每排包括多个所述排水插板(1)。
3.如权利要求2所述的尾矿坝排渗加固系统，其特征在于，相邻两排所述排水插板(1)交错设置。
4.如权利要求1所述的尾矿坝排渗加固系统，其特征在于，所述第一盲沟(3)和所述第二盲沟(4)为多组，多组所述第一盲沟(3)沿所述坝基面的横向铺设，多组所述第二盲沟(4)沿所述坝基面的纵深方向铺设。
5.如权利要求1-4中任一项所述的尾矿坝排渗加固系统，其特征在于，所述排水插板(1)设置在所述尾矿坝子坝上，所述第一盲沟(3)和第二盲沟(4)设置在初期坝(6)的坝顶标高以上。
6.如权利要求5所述的尾矿坝排渗加固系统，其特征在于，所述第一盲沟(3)的坡向朝向所述初期坝(6)的方向，所述第一盲沟(3)的坡向与水平方向的夹角不小于1％。
7.如权利要求6所述的尾矿坝排渗加固系统，其特征在于，尾矿坝的坝面上设置有坝面排水沟(7)，所述第一盲沟(3)与所述坝面排水沟(7)连通。
8.如权利要求7所述的尾矿坝排渗加固系统，其特征在于，所述坝面排水沟(7)由中间方向坡向所述尾矿坝两侧的坝肩方向，所述坝面排水沟(7)的坡向与水平方向的夹角不小于1％。
9.如权利要求5所述的尾矿坝排渗加固系统，其特征在于，所述第二盲沟(4)沿横向方向坡向与其相交的第一盲沟(3)方向，所述第二盲沟(4)的坡向与水平方向的夹角不小于1％。
10.如权利要求7所述的尾矿坝排渗加固系统，其特征在于，所述尾矿坝上设置有坝肩排水沟(8)，所述坝面排水沟(7)与所述坝肩排水沟(8)连通。
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