CN110130376A - 一种尾矿回采地下水排水的方法 - Google Patents

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CN110130376A
CN110130376A CN201910382901.4A CN201910382901A CN110130376A CN 110130376 A CN110130376 A CN 110130376A CN 201910382901 A CN201910382901 A CN 201910382901A CN 110130376 A CN110130376 A CN 110130376A
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赵建海
严稳平
詹建华
崔军
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Wuhan Surveying Geotechnical Research Institute Co Ltd of MCC
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D19/00Keeping dry foundation sites or other areas in the ground
    • E02D19/06Restraining of underground water
    • E02D19/10Restraining of underground water by lowering level of ground water

Abstract

本发明提供一种尾矿回采地下水排水的方法。所述尾矿回采地下水排水的方法通过管井排水和真空深井、真空浅井立体组合进行抽水,在每个管井的周围建立多个真空井点,每个真空井点的直径为30~50mm,相邻两个真空井点的间距为2.5~3.5m,且邻近管井的真空井点距离管井的间距为2~4m;所述真空井点包括深度为6~8m的深井和深度3~5m的浅井,且深井与浅井交错布置,并合理控制抽排时间,以及真空井点的排列间距,可以快速排除粘性土尾矿中粉砂及粉土夹层地下水,快速降低各尾矿层的含水率。本发明能够快速降低尾矿层地下水水位及其含水率,该技术具有很好的应用价值,尤其适合尾矿库尾矿回采、垃圾填埋场内地下水的排水。

Description

一种尾矿回采地下水排水的方法
技术领域
本发明涉及尾矿回采及垃圾填埋场排水领域,具体是一种降低土层含水量的尾矿回采地下水排水的方法。
背景技术
很多过去因经济技术条件无法有效进行利用的矿产资源随尾矿储存于尾矿库内,随着矿山资源日益消耗,资源量不断降低,现有经济技术条件下很多尾矿可以进行回采利用,因此尾矿砂回采利用提上日程。但尾矿库回采开挖时,大部分回采区水位较高,尤其是尾矿库内部细颗粒堆积区,开挖运输作业无法持续有效进行,现有措施多是采取翻挖晾晒后进行回采,因尾砂层含水量大,沉陷敏感,普通机械设备难以正常作业,且尾矿因含水量高无法运输。在南方雨水较多情况下,晾晒时间一般超过半个月,有时更长,时间和经济效益难以保证。
目前针对地下水降排水最常用的方式为管井降排水和真空井点抽排水,一般情况下,都是单独用来进行地下水的降排工作。其中管井降水是在基坑周围布置一些单独工作的管井,地下水在重力作用下流入井中,用抽水设备将水抽走,管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机械等组成,其设备较简单,排水量大,降水较深。但是管井降水时间长,尾矿层间内薄层砂土内的地下水自流排水速率低,尤其薄层砂土不连续时,情况更甚,另外淤泥质土层内的水量无法排除。真空井点是指沿基坑四周或者将井点管沉入深于坑底的含水层内,井点管上部与总管连接,总管与上部抽水主机连接,利用抽水主机产生的真空作用将地下水从井点管内不断抽出,引到地面,并排往施工区以外,使每根井点管周围形成一个降水漏斗,由于许多降水漏斗曲线的重迭,可导致原地下水位的成片下降。真空井点降排水多数在地层较均匀情况下可以起到较好的效果;但当在尾矿水平交互沉积层中使用时,降水效果不理想。所以管井降排水和真空井点降排水的方式都难以达到满足回采及运输的含水量要求。
发明内容
为克服现有技术的不足,快速降低尾矿各层含水量,以便进行回采利用,本发明提供一种尾矿回采排水方法,该排水方法将管井降水、真空排水相结合,通过对排水顺序及时间的控制,有效的降低尾矿上下各层的含水量,从而可以快速满足回采要求,且受天气降有效小。
为了解决上述问题,本发明提供的一种尾矿回采地下水排水的方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)根据施工场地勘测的地质数据以及施工设计图在管井井位施工直径为130~150mm的管井,其管井的布置间距为10~15m,管井深度8~10m,并在每个管井内布置单独的抽水泵和排水管;
(2)在每个管井的周围建立多个真空井点,每个真空井点的直径为30~50mm,相邻两个真空井点的间距为2.5~3.5m,且邻近管井的真空井点距离管井的间距为2~4m;所述真空井点包括深度为6~8m的深井和深度3~5m的浅井,且深井与浅井交错布置;
(3)建立真空排水系统,在每个真空井点内布置井点管,并在每个井口设置控制阀门,每排深井内的井点管和每排浅井内的井点管分别串联后并联到真空抽水装置连接,并通过阀门控制抽排水顺序;
(4)在管井和真空井点布置好之后,开始进行抽水,首先通过步骤(1)中的管井和步骤(2)中的真空深井同时进行抽水,在抽水过程中真空抽水装置的真空度控制在0.7MPa以上;
(5)在步骤(4)中抽水达到48~60小时后,打开步骤(2)中布置的真空浅井井口的控制阀,增加浅井真空井点的抽水,当真空抽水装置的真空度小于0.5MPa时,停止抽水;
(6)在停止抽水后采取探井取样,测试不同深度土层含水量,当含水量满足要求后即可以进行回采开挖,当含水量不满足要求时,延长排水时间至满足要求为止。
本发明较优的技术方案:所述步骤(1)中管井的施工步骤如下:
a.按照井位平面设计测放井位,并采用钻机带清水钻进成孔,其钻孔过程中垂直度控制在1%以内,钻进至设计深度后终孔;
b.下井管,采用PVC管,其下部设置长度2~3m的滤水管,管外包3层100目尼龙网,井管下在井孔中央,其管顶外露出地面45~55cm,并在井管周围填中粗砂滤料,填充高度至原地下水位线以上,井口以下0.4m~0.6m填粘土压实,井管外露部分连接抽水管和水泵;
本发明较优的技术方案:所述步骤(2)中真空井点的施工步骤如下:
a.按照井位平面设计测放井位,并采用钻机带清水钻进成孔,其钻孔过程中垂直度控制在1%以内,钻进至设计深度后终孔;
b.下井管,采用钢管,连接方式采用焊接,井管下在井孔中央,管顶应外露出地面45~55cm;
c.用塑料布封住管口,铁锹铲砾均匀抛撒在井管四周,填充高度至原地下水位线以上,填砾后,井口以下0.5m用粘土封口压实,防止漏气而降低降水效果;
d.管路安装,沿井点管线外侧铺设集水毛管,并用止水胶带把干管连接起来,主干管连接水箱水泵,然后用胶管与主管连接好,再用10#铅丝绑好,防止管路不严漏气而降低整个管路的真空度;
e.置泵试抽水:洗井抽出的水浑浊含砂,应沉淀排放,当井出清水后,正式进行抽水试验,在试抽时,应检查整个管网的真空度保持在55.0KPa以上。
本发明较优的技术方案:所述步骤(6)中不同深度土层含水量的测试过程是在抽水前,通过在不同深度取土样,进行含水率测试并收集测试数据;在停止抽水后,再次在不同深度取土样,进行含水率测试,两者进行对比。
本发明较优的技术方案:所述步骤(3)中多排串联的深井井点管和多排串联的浅井井点管并联后与真空抽水装置连接。
本发明的原理是:本发明利用管井排除部分含水层重力水,辅以真空负压抽取尾矿层层间内重力水与结合水,加快排水速率,真空井点采取深井与浅井交错布置,分别用以排除不同深度尾矿内水分,通过深浅井排水顺序的控制有效且快速的降低尾矿含水量,一般粉砂层含水量小于20%,黏土含水量小于30%。
本发明的有益效果:
(1)本发明采用管井与真空抽水结合的方式进行排水,通过对井点的布置以及井管深度的设置,能够同时进行重力水和地层的结合水进行抽排,加快排水速率,大大提高降排水效率,降水时间短;
(2)本发明的真空井点采取深井与浅井交错布置,分别用以排除不同深度尾矿内水分,通过深浅井排水顺序的控制有效且快速的降低尾矿上下各层的含水量,满足直接开挖要求;
(3)本发明先采用管井排水和真空深井抽水同时对地层的重力水以及较深地层的结合水进行抽排;然后再加上真空浅井抽水继续对地层的重力水以及较浅地层的结合水进行抽排,并对抽排时间进行合理控制,通过对排水顺序及时间的控制,降低尾矿含水量,从而可以快速满足回采要求,且受天气降雨影响小;
本发明采用真空井点和管井技术的结合,再通过深浅井的立体组合以及地面抽水控制系统,快速的降低了尾矿含水率,满足回采要求;该技术具有很好的应用价值,尤其适合尾矿库尾矿回采及其垃圾填埋场内地下水的排水。
附图说明
图1是本发明的平面示意图;
图2是本发明的剖面图;
图3是A试验区的井点平面布置图;
图4是B试验区的井点平面布置图;
图5是C试验区的井点平面布置图;
图6是A试验区降水试验综合成果图;
图7是B试验区降水试验综合成果图;
图8是C试验区降水试验综合成果图。
图中:1—阀门,2—排水管,3—抽真空装置,4—真空深井,5—管井,6—真空浅井,7—尾矿层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例具体是针对某矿山开挖回采项目,该矿区地处赣西北山区向赣抚平原过渡地带,1#库址所在的沟谷较为曲折,总体走向为NW、SE,自西北向东南倾斜。下游出口处纵坡缓慢,谷底坡度约3~5°,横断面多呈“U”形,局部呈“V”型,沟谷两岸山坡一般在15~35°之间,近沟谷处坡度变陡,局部近直立状。沟谷两侧山体均较高,山顶标高约200~500m,沟底标高约160~320m,高差约40~340m。总体看,属低丘陵和山间凹地地貌单元。
2018年初,根据矿山生产经营发展需要及市场需求,计划将1#库内尾矿砂分期开挖出售。实际回采按计划方案(分1~3三个开挖区,先1#区、再2#区、后3#区,开挖深度设为5.14m、8.28m,10.49m)开挖时,发现1号、2号采区水位普遍较高,开挖运输作业无法持续有效进行,尤其是1#区1#排水井附近区域,尾砂层含水量大,沉陷敏感,普通机械设备难以正常作业。据现场实测,该地下水埋深0.90~4.60m之间,相当于标高261.19~267.16m。由于水量连续且较上层滞水大,因此会对坝体稳定性及相关生产活动产生较大影响,需要通过有效排渗设施及措施及时疏排。为实现年度回采计划要求,应矿山委托,本申请单位在1号采区3个代表性区域进行了降水试验研究,并结合试验研究结果,综合制定场地回采开挖方案。
根据场地内地下水分布的特征,并考虑到地层含水量对回采的影响,本次试验选取3处试验点进行降水试验。降水方法选择重点考虑以下几方面问题:1)降低地下水水位;2)降低土体含水量,因尾粉土、尾粉质粘土含水量高时,在运输过程中会发生液化,导致运输途中渗漏污染环境,因此必须控制含水量;3)考虑工效,降水时间太慢的话将严重影响回采效率,因此效率必须满足要求。潜水因地层渗透性较好,管井、真空井点降水均能满足要求,但对于层间滞水排水效率十分低下,尤其是尾粉土、粉质粘土中结合水在无外力条件下难以自然排除,因此必须综合考虑,采取轻型真空井点+管井降水。
综合库区闭库阶段勘察报告反映尾砂分布特征和水文地质性能,结合现场踏勘了解及以往工程经验,本工程降水试验工作初设如下:
试验A区:位于一号采区西部一号排水井与二号排水井的南侧15m×20m区域,标高约为266.26~266.70m,井横纵间距3~3.5m,呈矩形,共设有35处降水井点,选取三处为管井,三处管井不相邻,其井点平面布置图如图3所示;
其中真空井点的井管选取长度为6.5m和长度为3.5m的两种井管,交错分布,其井管的直径均为38mm,采用无缝钢管,下端2.0m为滤水管,花孔梅花状排列,外包3层100目尼龙网,滤料采用中粗砂,管口采用粘土封闭。使用透明钢丝蛇纹管与直径75mm主管连接,塑料膜密封带缠绕连接处密封。
管井井深8m,井径110mm,滤水管长2.0m,采用PVC管,外包3层100目尼龙网,滤料采用中粗砂。
试验B区:位于一号采区中部25m×25m区域,标高约为265.30~267.44m,井横纵间距5.0m,呈矩形,共设有25口降水井点,选取三处为管井,三处管井不相邻,其井点平面布置图如图4所示;
其中真空井点的井管长8.5m,直径38mm,采用钢管,下端2.0m为滤水管,外包3层100目尼龙网,滤料采用中粗砂,管口采用粘土封闭,与主管连接方式同A区。
管井井深11m,井径110mm,滤水管长2.0m,采用PVC管,外包3层100目尼龙网,滤料采用中粗砂。
试验C区:位于一号采区与二号采区东部相邻的20m×30m区域,标高约为265.71~266.28m,井横纵间距6~6.5m,呈矩形,共设有20口降水井点,选取三处为管井,三处管井不相邻,其井点平面布置图如图5所示;
其中真空井点的井管选取长度为6.5m、直径38mm,采用无缝钢管,下端2.0m为滤水管,花孔梅花状排列,外包3层100目尼龙网,滤料采用中粗砂,管口采用粘土封闭。使用透明钢丝蛇纹管与直径75mm主管连接,塑料膜密封带缠绕连接处密封。
管井井深6.5m,井径110mm,滤水管长2.0m,采用PVC管,外包3层100目尼龙网,滤料采用中粗砂。
三个试验区采用多排无压非完整井稳定流抽水试验,100型专用钻机成孔,专用真空抽水泵进行抽水,水表测量出水量。电测水位计量测水位。降水井和管井的各次观测同一时间进行,同时记录时间、水位降深和出水量。降水按1~2个落程进行相对稳定流抽水试验,降水稳定后进行恢复水位观测。抽水井施工完成后即对其水位进行2次观测,取平均值作为静止水位。
针对动水位及涌水量观测:正式抽水试验开始后按第5、5、5、5、10、10、10、10、15、15、30分钟观测,以后每30分钟观测一次,直到水位相对稳定。
稳定水位观测:要求每30分钟测定一次,三次所测数据相同或4小时内水位相差不超过2cm,即为稳定水位。
恢复水位观测:抽水试验结束或中途因故停泵,需进行恢复水位观测。
观测时间间距为:5、5、5、10、15、30分钟,以后每隔30分钟观测一次,直至恢复至稳定水位,观测精度要求同稳定水位的观测。
抽水试验中,在现场整理编制曲线图表,以及时了解试验进行情况,检查有无反常,其观测发现,试验A区,1次降水试验时间为2018.7.27上午5:30~2018.8.3下午14:30,平均降深为2.02m,出水量为121.09m3;恢复水位观测时间为2018.8.3下午14:30~2018.8.7上午5:30,水位恢复缓慢,不明显且不均匀,具体详见图6中的A试验区降水试验综合成果图。
试验B区1次降水试验时间为2018.7.12上午6:00~2018.7.16下午16:30,平均降深为1.50m,出水量为55.58m3;恢复水位观测时间为2018.7.16下午16:30~2018.7.19上午9:30,水位恢复缓慢,3口观测孔(B-1、B-2、B-3)水位平均上升1.12m。2次降水试验时间为2018.7.19上午9:30~2018.7.27下午21:30,平均降深为1.65m,出水量为117.544m3。恢复水位观测时间为2018.7.27下午21:30~2018.8.7上午6:00,水位恢复缓慢,3口观测孔水位平均上升1.31m。具体详见图7中的B试验区降水试验综合成果图。
试验C区1次降水试验时间为2018.7.9上午5:00~2018.7.16下午16:30,平均降深为0.77m,出水量为128.54m3;恢复水位观测时间为2018.7.16下午16:30~2018.7.19上午6:30,水位恢复缓慢,2口观测孔(C-2、C-3)水位平均上升0.30m。2次降水试验时间为2018.7.19上午6:30~2018.7.22上午10:30,平均降深为0.79m,出水量为95.07m3;恢复水位观测时间为2018.7.22下午10:30~2018.7.24下午18:00,水位恢复缓慢,2口观测孔(C-2、C-3)水位平均上升0.29m。具体详见图8中C试验区降水试验综合成果图。
三个试验区的试验结果如表1所示:
表1为A、B、C三个试验区的降水试验结果
本次降水试验采用的是群井降水试验,为了简化计算,选取周边观测孔附近钻孔进行抽水试验参数计算,参照已有勘察报告地质剖面临近钻孔,含水层厚度为40m,采用潜水非完整井计算。
申请人通过对A区和B区降水试验前后土层进行取样研究,测试不同深度土层含水量,将A区和B区降水处理前后进行对比,其对比结果如表3所示。
表3为A区和B区降水处理前后土工试验报告
通过取样研究发现,将A区井深采取6.5m和3.5m的长短井管交错布置,可以有效降低地下水水位和3m以上尾矿层的含水量。因该区受外界环境影响较小,试验效果良好,试验表明:连续抽排3天后,可使地表下3.0m以内尾砂层含水量迅速降低、基本达到满足开挖条件的效果(详见表3中的土工试验报告,降水后含水量最大降幅可由原49.1%降为25%左右,尾粉质黏土、尾黏土含水量得到较大的下降),但在3.0m以下深度因真空度显著下降,地下水静水位下降尚可,但尾粉土及尾粉质黏土含水量下降不大。后期水位恢复缓慢,说明地层渗透性弱,能满足降水后一定时间开挖作业要求。
B试验区因附近有排水沟影响,井点管按5m间距、井深8m布置时,出水量稳定,但水位降深不大,上部钎探显示含水量下降不明显;说明井管深度和间距太大,因此按3m间距加密布置5.5m短管后,当附近排水沟水量较小时,地表下3.0m尾砂层含水量降低不明显(详见表3中的土工试验报告,降水后含水量最大降幅可由原40.5%降为34.3%)。当排水沟水位高时,降排水效果不好,钎探也揭示尾矿层含水量降低不明显,说明临近截洪沟内地表水体向降水区内径向渗流补给,水沟内地表水多少对试验区降水影响较大。B区实验的结果表明井点间距和井深参数偏大,地表水对降低尾矿土层含水量影响大。
C试验区井点管按6~6.5m间距和孔深6.5m布置时,出水口水表显示出水量恒定,地下水水位下降明显,但钎探揭示地表3m以内尾粉土、尾粉质粘土含水量降低效果不明显。
通过上述试验测试及现场实践经验,库区降水参数建议按3m间距,6.5m深和3.5m深井管交错布置。
鉴于库区尾矿层含水条件复杂,各含水层渗透性差异大,常规降排水难以满足工程需要,为有效推进1#、2#区域回采作业进行,综合本次试验结果及作业特点(受降雨等气候影响较小;可24小时不间断工作,效率高;排水较干净,可直接排放等),将该矿区区内分块降水,其降水方式如下:
(1)根据施工场地勘测的地质数据以及施工设计图在管井井位施工直径为130~150mm的管井,其管井的布置间距为10~15m,并在每个管井内布置单独的抽水泵和排水管;
(2)在每个管井的周围建立多个真空井点,每个真空井点的直径为30~50mm,相邻两个真空井点的间距为3m,且邻近管井的真空井点距离管井的间距为3m;所述真空井点包括深度为6.5m的深井和深度3.5m的浅井,且深井与浅井交错布置;
(3)建立真空排水系统,在每个真空井点内布置井点管,并在每个井口设置控制阀门,每排深井内的井点管和每排浅井内的井点管分别串联后与真空抽水装置连接,并通过阀门控制抽排水顺序;
(4)在管井和真空井点布置好之后,开始进行抽水,首先通过步骤(1)中的管井和步骤(2)中的真空深井同时进行抽水,在抽水过程中真空抽水装置的真空度控制在0.7MPa以上;
(5)在步骤(4)中抽水达到48~60小时后,打开步骤(2)中布置的真空浅井井口的控制阀,增加浅井真空井点的抽水,当真空抽水装置的真空度小于0.5MPa时,停止抽水;
(6)在停止抽水后采取探井取样,测试不同深度土层含水量,当含水量满足要求后即可以进行回采开挖。
采用本发明中的方法在该矿区进行应用后,较之前翻晒晾干法效率有大幅提升,每层回采时间由原来20天时间缩短至一周时间,三个月即完成了全年的回采100万吨尾矿的要求。
以上所述仅为本发明的具体实施方案的详细描述,并不以此限制本发明,凡在本发明的设计思路上所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种尾矿回采地下水排水的方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
(1)根据施工场地勘测的地质数据以及施工设计图在管井井位施工直径为130~150mm的管井,其管井的布置间距为10~15m,管井深度8~10m,并在每个管井内布置单独的抽水泵和排水管;
(2)在每个管井的周围建立多个真空井点,每个真空井点的直径为30~50mm,相邻两个真空井点的间距为2.5~3.5m,且邻近管井的真空井点距离管井的间距为2~4m;所述真空井点包括深度为6~8m的深井和深度3~5m的浅井,且深井与浅井交错布置;
(3)建立真空排水系统,在每个真空井点内布置井点管,并在每个井口设置控制阀门,每排深井内的井点管和每排浅井内的井点管分别串联后并联到真空抽水装置连接,并通过阀门控制抽排水顺序;
(4)在管井和真空井点布置好之后,开始进行抽水,首先通过步骤(1)中的管井和步骤(2)中的真空深井同时进行抽水,在抽水过程中真空抽水装置的真空度控制在0.7MPa以上;
(5)在步骤(4)中抽水达到48~60小时后,打开步骤(2)中布置的真空浅井井口的控制阀,增加浅井真空井点的抽水,当真空抽水装置的真空度小于0.5MPa时,停止抽水;
(6)在停止抽水后采取探井取样,测试不同深度土层含水量,当含水量满足要求后即可以进行回采开挖,当含水量不满足要求时,延长排水时间至满足要求为止。
2.根据权利要求1所述的一种尾矿回采地下水排水的方法,其特征在于所述步骤(1)中管井的施工步骤如下:
a.按照井位平面设计测放井位,并采用钻机带清水钻进成孔,其钻孔过程中垂直度控制在1%以内,钻进至设计深度后终孔;
b.下井管,采用PVC管,其下部设置长度2~3m的滤水管,管外包3层100目尼龙网,井管下在井孔中央,其管顶外露出地面45~55cm,并在井管周围填中粗砂滤料,填充高度至原地下水位线以上,井口以下0.4m~0.6m填粘土压实,井管外露部分连接抽水管和水泵。
3.根据权利要求1所述的一种尾矿回采地下水排水的方法,其特征在于所述步骤(2)中真空井点的施工步骤如下:
a.按照井位平面设计测放井位,并采用钻机带清水钻进成孔,其钻孔过程中垂直度控制在1%以内,钻进至设计深度后终孔;
b.下井管,采用钢管,连接方式采用焊接,井管下在井孔中央,管顶应外露出地面45~55cm;
c.用塑料布封住管口,铁锹铲砾均匀抛撒在井管四周,填充高度至原地下水位线以上,填砾后,井口以下0.5m用粘土封口压实,防止漏气而降低降水效果;
d.管路安装,沿井点管线外侧铺设集水毛管,并用止水胶带把干管连接起来,主干管连接水箱水泵,然后用胶管与主管连接好,再用10#铅丝绑好,防止管路不严漏气而降低整个管路的真空度;
e.置泵试抽水:洗井抽出的水浑浊含砂,应沉淀排放,当井出清水后,正式进行抽水试验,在试抽时,应检查整个管网的真空度保持在55.0KPa以上。
4.根据权利要求1所述的一种尾矿回采地下水排水的方法,其特征在于所述步骤(6)中不同深度土层含水量的测试过程是在抽水前,通过在不同深度取土样,进行含水率测试并收集测试数据;在停止抽水后,再次在不同深度取土样,进行含水率测试,两者进行对比。
5.根据权利要求1所述的一种尾矿回采地下水排水的方法,其特征在于:所述步骤(3)中多排串联的深井井点管和多排串联的浅井井点管并联后与真空抽水装置连接。
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