CN110219356A - 尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统，属于尾矿坝排渗技术领域，包括监测预警系统、充气系统和排水系统；监测预警系统包括埋置在尾矿库中的渗压计或测压管和微电脑处理系统，渗压计或测压管与微电脑处理系统相连，微电脑处理系统与充气系统和排水系统分别相连；充气系统包括空气压缩机和充气管；所述的排水系统包括阳极电极和阴极排水管。本发明还公开了尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗方法。本发明利用微电脑控制系统，根据系统的设定，在适当时刻自动启动充气系统和排水系统，减少人为响应时间，提高了应急效率。

Description

尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统及方法

技术领域

本发明属于尾矿坝排渗技术领域，具体涉及尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统及方法。

背景技术

我国如今已成为一个矿业大国，12种大宗矿产每年尾矿排放量约3亿t(全球矿石开采品位逐年下降，提取同等数量的金属所需矿石量增加，尾矿比例和数量也逐年增大)，除小部分作为矿山充填或综合利用外，有相当部分尾矿采用构筑尾矿库的方式储存。

尾矿库作为矿山的三大基础工程之一，也是金属、非金属矿山的重大危险源，在世界93种事故、公害的隐患中，尾矿库事故名列第18位。目前为止，我国有1.2万多座尾矿库，其中不乏危库和病库。自2005年以来，我国尾矿库溃坝事故达40多起，给下游人民生命财产和周边环境带来巨大的灾难。

尾矿坝溃坝的重要原因之一是浸润线过高，特别是在洪水季的暴雨天气中，浸润线会迅速升高，严重影响尾矿坝的安全性。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统，利用上截下排的思想，使用双重措施，快速降低尾矿库浸润线，对于提高尾矿库稳定性，保障人民生命财产安全具有重要意义；本发明的另一目的在于提供尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统，包括监测预警系统、充气系统和排水系统；所述的监测预警系统包括埋置在尾矿库中的渗压计或测压管和微电脑处理系统，所述的渗压计或测压管与微电脑处理系统相连，微电脑处理系统与充气系统和排水系统分别相连；所述的充气系统包括空气压缩机和充气管；所述的排水系统包括阳极电极和阴极排水管。微电脑控制系统将测得的浸润线数据与预先设定的警戒线(可参考GB50863-2013尾矿设施设计规范中给出的浸润线的最小埋深)进行对比。当渗压计或测压管测得的浸润线数据超过警戒线之后，警报器发出警报，同时自动启动充气系统和排水系统。

进一步地，所述的充气管为多孔管，管身规则设置开孔，每个开孔对应一铁盖板，铁盖板一侧通过转轴与充气管连接，另一侧通过磁铁与充气管连接。

进一步地，当所述的充气管未充气时，铁盖板紧贴在孔洞上，防止尾矿砂进入充气管，当充气管充气后，在气压作用下铁盖板自动打开充气。

进一步地，所述的充气管的开孔直径可为12～15mm。

进一步地，所述的充气管预先埋置在尾矿库上侧，在干滩面上竖直打入充气管或者在子坝坝面上倾斜打入充气管；所述的充气管截断初始浸润线。

进一步地，所述的阳极电极和阴极排水管的数量相等，分别接在电源的正负极上，其中，所述的阴极排水管布置在充气管的下侧。

进一步地，尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗方法，包括如下步骤：

1)安装监测预警系统，将渗压计或测压管预先埋入尾矿库中合适位置处，并将渗压计或测压管接入微电脑控制系统；

2)在尾矿库上侧，干滩面上或子坝坝面处按间距钻孔打入一层或多层充气管，使充气管截断初始浸润线，将充气管接入空气压缩机；

3)在尾矿库上侧，干滩面上按间距成对打入阳极电极和阴极排水管，将阳极电极和阴极排水管分别接在电源的正负极上；

4)通过监测预警系统监测尾矿库浸润线，微电脑控制系统将测得的浸润线数据与预先设定的预警阀值进行对比，当发现浸润线超过预警阀值后，自动启动充气系统和排水系统；当浸润线低于设定的安全阀值后，自动关闭充气系统和排水系统。

发明原理：在尾矿库上侧充入高压气体，根据饱和土的封气特性，气压得以积聚，直至压力达到将土体孔隙中的水排开。气排水作用发生之后，气体会优先选择阻力最小的路径扩散，因此就形成含有压气体的非饱和土区域。土体的渗透性随饱和度的下降而快速下降，形成非饱和截水帷幕，从而截断尾矿库上侧汇水或减少上侧水流向下侧的入渗，同时在尾矿库下侧设置排水管，根据电渗原理进行快速排水，带有正电荷的水在电场力的作用下向阴极排水管移动并排出，达到降低尾矿库浸润线、提高尾矿库稳定性的效果。

有益效果：与现有技术相比，本发明的一种尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗方法，将充气阻渗方法用于尾矿库上侧，可以截断或减少尾矿库上侧水的下渗，阻止浸润线的持续上升；利用电渗的方法，可有效迅速排出尾矿库下侧水。利用上截下排的思想，使用双重措施，可在紧急情况下快速降低尾矿库浸润线，该方法具有环保高效等优点。作为一种快速避险措施，只在浸润线超过警戒线之后启动，节约能源。同时利用微电脑控制系统，根据系统的设定，在适当时刻自动启动充气系统和排水系统，减少人为响应时间，提高了应急效率。

附图说明

图1是尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗方法的结构布置示意图一；

图2是尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗方法的结构布置示意图二；

图3是充气管示意图；

图4是充气管局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-4所示，附图标记为：渗压计1、空气压缩机2、充气管3、阳极电极4、阴极排水管5、初始浸润线6、充气截水后浸润线7、子坝8、初期坝9、开孔301、铁盖板302、磁铁303。

尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统，由监测预警系统、充气系统、排水系统组成。

监测预警系统由埋置在尾矿库中的渗压计1或测压管和微电脑处理系统组成，渗压计或测压管预先埋入尾矿库中，并将测得的数据通过有线或无线的方式传输给微电脑控制系统，微电脑控制系统将测得的浸润线数据与预先设定的警戒线(可参考GB50863-2013尾矿设施设计规范中给出的浸润线的最小埋深)进行对比。当渗压计1或测压管测得的浸润线数据超过警戒线之后，警报器发出警报，同时自动启动充气系统和排水系统。

充气系统由空气压缩机2和充气管3组成。充气管3为多孔管，管身规则设置开孔301，每个开孔301对应一铁盖板302，铁盖板302一侧通过转轴与充气管3连接，另一侧通过磁铁303与充气管3连接。

充气管3未充气时，铁盖板302紧贴在孔洞上，防止尾矿砂进入充气管3，当充气管3充气后，在气压作用下铁盖板302自动打开充气。充气管3的直径和开孔率可通过实验确定，充气管3的开孔直径可为12～15mm，当充气管3长度较长时，可分段制作，各段之间通过螺纹连接。

为截断尾矿库上侧来水，充气管3预先埋置在尾矿库上侧，可以在干滩面上竖直打入充气管3，也可以在初期坝9上的子坝8坝面上倾斜打入充气管3，充气管3可由微电脑控制系统自动启动或手动启动进行充气。

如图1-2所示，充气管3布置在尾矿库上侧，可以在干滩面上竖直打入充气管3，也可以在子坝8坝面上倾斜打入充气管3，充气管3截断初始浸润线6，充气管3的间距，位置，充气压力可以通过实验和数值计算确定。

排水系统由阳极电极4和阴极排水管5组成，阳极电极4和阴极排水管5的数量相等，分别接在电源的正负极上，阴极排水管5布置在充气管3下侧，根据电渗原理在电场力的作用下快速排出尾矿库下侧的积水，降低浸润线6。

排水系统使用的阴极排水管5可以是槽孔管、可更换滤芯排渗管、外包土工布排水管等各种排水管，为使排水管能够导电，管材使用钢材。

根据需要，可以在尾矿库不同高度处埋设多层阴极排水管5，没有通电时，阴极排水管5作用普通排水管使用，通电后可以进行电渗排水。电渗排水可由微电脑控制系统自动启动或手动启动，阳极电极4和阴极排水管5的距离、通电电压等参数可通过计算确定。启动充气系统和排水系统后，可将尾矿库的浸润线从初始浸润线6降低到充气截水后浸润线7，从而保证尾矿库的安全。

尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗方法，包括如下步骤：

1)安装监测预警系统，将渗压计1或测压管预先埋入尾矿库中合适位置处，并将渗压计1或测压管接入微电脑控制系统；

2)在尾矿库上侧，干滩面上或子坝8坝面处按间距钻孔打入一层或多层充气管3，使充气管3截断初始浸润线6，将充气管3接入空气压缩机2；

3)在尾矿库上侧，干滩面上按间距成对打入阳极电极4和阴极排水管5，将阳极电极4和阴极排水管5分别接在电源的正负极上；

4)监测预警系统时时监测尾矿库浸润线6，微电脑控制系统将测得的浸润线数据与预先设定的预警阀值进行对比，当发现浸润线超过预警阀值后，自动启动充气系统和排水系统；当浸润线低于设定的安全阀值后，自动关闭充气系统和排水系统。

Claims (7)

1.尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统，其特征在于：包括监测预警系统、充气系统和排水系统；所述的监测预警系统包括埋置在尾矿库中的渗压计(1)或测压管和微电脑处理系统，所述的渗压计(1)或测压管与微电脑处理系统相连，微电脑处理系统与充气系统和排水系统分别相连；所述的充气系统包括空气压缩机(2)和充气管(3)；所述的排水系统包括阳极电极(4)和阴极排水管(5)。

2.根据权利要求1所述的尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统，其特征在于：所述的充气管(3)为多孔管，管身规则设置开孔(301)，每个开孔(301)对应一铁盖板(302)，铁盖板(302)一侧通过转轴与充气管(3)连接，另一侧通过磁铁(303)与充气管(3)连接。

3.根据权利要求2所述的尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统，其特征在于：当所述的充气管(3)未充气时，铁盖板(302)紧贴在孔洞上，防止尾矿砂进入充气管(3)，当充气管(3)充气后，在气压作用下铁盖板(302)自动打开充气。

4.根据权利要求1所述的尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统，其特征在于：所述的充气管(3)的开孔直径可为12～15mm。

5.根据权利要求1所述的尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统，其特征在于：所述的充气管(3)预先埋置在尾矿库上侧，在干滩面上竖直打入充气管(3)或者在子坝(8)坝面上倾斜打入充气管(3)；所述的充气管(3)截断初始浸润线(6)。

6.根据权利要求1所述的尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统，其特征在于：所述的阳极电极(4)和阴极排水管(5)的数量相等，分别接在电源的正负极上，其中，所述的阴极排水管(5)布置在充气管(3)的下侧。

7.权利要求1-6中任意一项所述的尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗系统的尾矿库中快速降低浸润线的充气截水减渗方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)安装监测预警系统，将渗压计(1)或测压管预先埋入尾矿库中，并将渗压计(1)或测压管接入微电脑控制系统；

2)在尾矿库上侧，干滩面上或子坝(8)坝面处按间距钻孔打入一层或多层充气管(3)，使充气管(3)截断初始浸润线(6)，将充气管(3)接入空气压缩机(2)；

3)在尾矿库上侧，干滩面上按间距成对打入阳极电极(4)和阴极排水管(5)，将阳极电极(4)和阴极排水管(5)分别接在电源的正负极上；

4)通过监测预警系统监测尾矿库浸润线，微电脑控制系统将测得的浸润线数据与预先设定的预警阀值进行对比，当发现浸润线超过预警阀值后，自动启动充气系统和排水系统；当浸润线低于设定的安全阀值后，自动关闭充气系统和排水系统。