CN113565172B - 一种露天矿排土场地下水库抽注水井建设方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种露天矿排土场地下水库抽注水井建设方法，抽注水井由下至上依次包括一根底管，多根中间管及一根顶管，实现由下至上将各段连接为整体；施工流程包括如下步骤：S1：以抽注水井设计的位置为圆心，向外围铺设毛石陇，在圆心位置安装抽注水井的底管；S2：在底管上继续放置一段中间管，之后堆高毛石堆；S3：继续堆叠多段中间管，开始地下水库的建设；S4：正常排弃露天矿排弃物料，形成排土场；S5：持续堆叠中间管，在抽注水井周围构筑倒梯形的表层集水堆；S6：安装顶管和井盖，形成完整的抽注水井。本发明可实现抽注水井构筑与露天矿正常排土协调配合，施工方便；同时收集排土场内渗水，降低排土场内岩土含水率，提高边坡稳定性。

Description

一种露天矿排土场地下水库抽注水井建设方法
技术领域
本发明属于矿业生产与环保领域，具体涉及一种露天矿排土场地下水库抽注水井建设方法。
背景技术
露天矿地下水库可以将生产过程产生中的矿坑水储存起来，避免矿坑水外排造成的土壤、水体污染问题，并为矿区经济发展提供水资源保障。但是露天矿排土场由大量松散物料堆积而成，岩土体胶结性差，地下水库建成后再施工抽注水孔极易出现塌孔、漏液等事故，导致成孔困难和布孔成本显著升高，尤其是要求较大孔径的大流量抽水孔，成孔难度极高。目前公开的抽水井建设方案中，对露天矿正常生产均有一定的干预，为促进露天矿地下水库工程的发展，有必要研发一种与露天矿排土作业相协调且经济合理的地下水库抽注水系统布置方法。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种露天矿排土场地下水库抽注水井建设方法，以解决露天矿利用排土场建设地下水库对正常生产造成的不利影响。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种露天矿排土场地下水库抽注水井建设方法，抽注水井由下至上依次包括一根底管，多根中间管及一根顶管，底管、中间管及顶管的外层均为同直径可透水的混凝土直管，且混凝土直管均内嵌固定有管体表面密布圆孔的等直径钢管，其中底管部分的钢管底部与外圈的混凝土直管相齐平，顶部钢管高出外圈的混凝土管1m，且钢管的顶部露出位置也开有圆孔；中间管部位内嵌的钢管底部的水平位置高于外圈混凝土直管底部的水平位置1m，钢管的顶部高于外圈混凝土直管顶部1m，且钢管的顶部露出位置开设有圆孔；顶管部位内嵌的钢管的底部同中间管相同，其水平位置高于外圈混凝土直管1m，且顶部同样高出外圈混凝土直管，高出位置同样开孔，顶管上方配有井盖，中间管底部钢管处的圆形凹槽对接下方中间管或底管顶部的钢管形成的圆形凸起，依靠重力实现由下至上将各段连接为整体；具体的施工流程包括如下步骤：
S1：以抽注水井设计的位置为圆心，向外围呈圆周分散铺设圆环形和径向辐射的毛石陇，在圆心位置安装抽注水井的底管，且在其底部用混凝土加以固定，在底管周边堆垒高度稍低于底管顶部的毛石堆使底管进一步固定；
S2：在底管上继续放置一段中间管，之后继续堆高毛石堆，且高度低于该中间管顶部2-3m；
S3：继续堆叠多段中间管至设计高度，同时排弃疏水性好的砂砾岩类物料，作为地下水库建设的库体物料，水分储存于砂砾岩类物料缝隙间，地下水库的大石块掩埋住已经安装完成的中间管，保持其稳固性；
S4：当中间管安装高度超过地下水库建设高度后，继续分段安装中间管，并从地下水库上表面开始正常排弃露天矿剥离物料，形成排土场各台阶，继续向上排弃物料时，沿着抽注水井周围，在排土场各台阶上层预留一坑，用同样疏水性好的砂砾岩物料填充，作为集水堆，接着继续排弃物料，掩埋已经安装完成的抽注水井和集水堆，安装过程中实时监测井筒安装情况，并及时校正保证其竖直；
S5：持续堆叠安装中间管，待接近排土场最终高度15m时，开始在抽注水井周围30m范围构筑倒圆台形的表层集水堆，表层集水堆内由下而上逐层铺设隔水层、透水层、隔离层、过滤层、注水管路和生态景观层；
S6：达到排土场设计高度时，安装顶管和井盖，形成完整的抽注水井，在井内布置水泵、管路、监测设备等。
更进一步的，步骤S5中表层集水堆的各层结构为：底面和侧面依次铺设粘土、土工布构建隔水层，其中粘土层厚度1-2m；隔水层上回填毛石至排土场最终水平以下1.8-2.1m处，形成透水层，作为注水由周边向井筒水平渗流的通道；透水层上铺设厚度8-10cm的透水混凝土作为隔离层；隔离层上铺设厚度0.9-1.1m的级配良好的砂砾岩土作为过滤层，拦截注水中的杂质；在过滤层上部设多条环状注水管路，让水由管路的开孔渗入过滤层中；最上部铺设厚度为0.3-0.5m的表土，栽种喜水植物，构建水-土-植相结合的表面生态景观层。
更进一步的，步骤S3中中间管的安装分为3个阶段，先安装约等于台阶高度1/6的中间管，用石块掩埋住以保持其稳定；再安装约等于台阶高度1/2的中间管，正常排土掩埋；排土时形成约等于台阶高度1/3的凹坑，安装中间管，再回填石块，形成排土场各台阶顶部的集水堆。
优选的，步骤S1中毛石陇沿圆周均匀设置8-12条，每条高度2-3m，顶宽3m，长度延伸至设计的地下水库边缘。
优选的，所述混凝土直管直径为1～2m，厚度100～200mm，长度5～10m/根，且内嵌钢管的圆孔直径为30～50mm，密度为20～30个/m2。
优选的，顶管顶部钢管露出混凝土直管的长度、开孔数量均少于中间管和底管的顶部钢管。
本发明采用大直径管作为抽水、注水和监测集中通道，效率高、可靠性好；采用大直径井筒形成设备安装空间，可以提供更大的抽注水系统安装容错空间，并可以通过后续设备安装校正保证抽注水系统正常运行。利用井筒分段的自重和嵌套效果保持上段井筒的稳定，降低了系统安全难度；内嵌钢管的开孔可以作为起吊环使用，更加方便起吊安装工序。利用最上台阶集水坑回填的物料汇集、暂存和过滤矿坑水，使水通过井筒自流至地下水库，回填物料起过滤净化作用，矿坑水净化处理成本低，且易于更换。设置阶段集水系统，汇集、暂存排土场各台阶的水，并通过中间管入渗至抽注水井内并最终汇集于地下水库，提高水资源收集效果，降低排土场内岩土含水率，保证边坡稳定。
附图说明
图1是底管的结构示意图；
图2是中间管的结构示意图；
图3是顶管的结构示意图；
图4是施工初始阶段的示意图；
图5是底管和毛石陇结构的俯视图；
图6是台阶集水堆的结构示意图；
图7是完工状态的示意图。
图中，1-底管，2-中间管，3-顶管，4-井盖，5-混凝土直管，6-钢管，7-毛石陇，8-毛石堆，9-地下水库，10-集水堆，11-排土场，12-圆孔，13-抽注水井，14-表层集水堆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种露天矿排土场地下水库抽注水井建设方法，所述抽注水井13由下至上依次包括一根底管1，多根中间管2及一根顶管3，底管1、中间管2及顶管3外层均为同直径可透水的混凝土直管5，且混凝土直管5均内嵌固定有管体表面密布圆孔12的等直径钢管6。其中如图1所示，底管1部位内嵌的钢管6底部与外圈的混凝土直管5底部相齐平，钢管6顶部高出外圈混凝土直管5顶部1m，且钢管6的顶部露出位置也开设有圆孔12；如图2所示，中间管2部位内嵌的钢管6底部的水平位置高于外圈混凝土直管5底部的水平位置1m，钢管6的顶部高于外圈混凝土直管5顶部1m，且钢管6的顶部露出位置同样开设有圆孔12；如图3所示，顶管3部位内嵌的钢管6的底部同中间管2相同，其水平位置高于外圈混凝土直管5底部1m，且钢管6顶部同样高出外圈混凝土直管5，高出位置同样开孔。为了降低制作成本，简化制作工艺，顶管3顶部钢管6露出混凝土直管5的长度、开孔数量均少于中间管2和底管1的顶部钢管6，因为顶管3无上部管连接要求，顶部钢管6只需满足吊装的需求即可。顶管3上方配有井盖4，中间管2底部钢管6处的圆形凹槽可对接下方中间管2或底管1顶部钢管6形成的圆形凸起，依靠重力实现由下至上将各段连接为整体，如图1、2、3所示。同时，作为优选的方案，所述混凝土直管5直径为1～2m，管壁厚度100～200mm，长度5～10m/每根，且钢管6的圆孔12直径为30～50mm，密度为20～30个/m2。将外圈的混凝土直管5尺寸设置为以上尺寸，是为了实现水分运输的最大效率，同时兼顾施工难度，且圆孔12的密度设置过小不利于水的透过，过大则难以保持钢管6整体的刚度。
具体的施工流程包括如下步骤：
S1：如图4所示，以抽注水井13设计的位置为圆心，向外围呈圆周分散铺设圆环形和径向辐射的毛石陇7，在圆心位置安装抽注水井13的底管1，且在底管1底部用混凝土加以固定，在底管1周边堆垒高度稍低于底管1顶部的毛石堆8，使底管1进一步固定。作为一种更加优选的方案，同时为了节省物料，可以将毛石陇7沿圆周设置8-12条，每条高度2-3m，顶宽3m，长度延伸至设计的地下水库9边缘，如图5所示。
S2：在底管1上继续放置一段中间管2，之后继续堆高毛石堆8，且高度低于该中间管2顶部2-3m，如图4所示。
S3：继续堆叠多段中间管2至地下水库9设计高度，同时排弃疏水性好的砂砾岩类物料，作为地下水库9建设的库体物料，水分储存于砂砾岩类物料缝隙间，地下水库9的疏水砂砾岩类物料掩埋住已经安装完成的中间管2，保持其稳固性；中间管2的安装分为三个阶段，先安装约等于台阶高度1/6的中间管2，用石块掩埋住以保持其稳定；再安装约等于台阶高度1/2的中间管2，正常排土掩埋；排土时形成约等于台阶高度1/3的凹坑，安装中间管2，再回填石块。
S4：当中间管2安装高度超过地下水库9建设高度后，继续分段安装中间管2，并从地下水库9上表面开始正常排弃露天矿剥离物料，形成排土场11的台阶，当地下水库9堆满物料之后继续向上层排弃物料，每向上排弃20-30m物料，以抽注水井13为圆心，20m为半径，在抽注水井13周边形成凹坑，深度3-5m；在凹坑内回填疏水性好的砂砾岩类物料，填满凹坑后继续向上堆砌，利用推土机在抽注水井13周围形成3-5m高的隆起，至此形成阶段性的集水堆10，如图6所示；集水堆10同样起到储水作用，水分储存在毛石块的缝隙间。中间管2安装过程中采用测斜仪等设备实时监测井筒安装情况，并及时校正保证其竖直。
S5：持续堆叠安装中间管2，待接近排土场11最终高度15m时，开始在抽注水井13周围30m范围构筑倒圆台形的表层集水堆14，表层集水堆14内由下而上逐层铺设隔水层、透水层、隔离层、过滤层、注水管路和生态景观层；具体的铺设方式是：
表层集水堆14的底面和侧面依次铺设粘土、土工布构建隔水层，其中粘土层厚度1-2m，防止注水过程中水渗入排土场11内部；其上回填毛石至排土场11最终水平以下1.8-2.1m处，形成透水层，作为注水由周边向井筒水平渗流的通道；其上铺设厚度8-11cm的透水混凝土作为隔离层，防止注水过程中过滤层中的细颗粒随水进入透水层；其上铺设厚度为0.9-1.1m的级配良好的砂砾岩土作为过滤层，拦截注水中的杂质；在过滤层上部设多条环状注水管路，让水由管路的开孔渗入过滤层中；最上部铺设厚度为0.3-0.5m的表土，栽种喜水植物，构建水-土-植相结合的表面生态景观层。
S6：达到排土场11设计高度时，安装顶管3和井盖4，形成完整的抽注水井13，在井内布置水泵、管路、监测设备等，如图7所示。

Claims (6)

1.一种露天矿排土场地下水库抽注水井建设方法，其特征在于，所述抽注水井(13)由下至上依次包括一根底管(1)、多根中间管(2)及一根顶管(3)，底管(1)、中间管(2)及顶管(3)的外层均为同直径可透水的混凝土直管(5)，且混凝土直管(5)均内嵌固定有管体表面密布圆孔(12)的等直径钢管(6)，其中底管(1)部位内嵌的钢管(6)底部与外圈的混凝土直管(5)底部相齐平，钢管(6)顶部高出外圈的混凝土直管(5)1m，且钢管(6)的顶部露出位置也开有圆孔(12)；中间管(2)部位内嵌的钢管(6)底部的水平位置高于外圈混凝土直管(5)底部的水平位置1m，钢管(6)的顶部高于外圈混凝土直管(5)顶部1m，且钢管(6)的顶部露出位置同样开设有圆孔(12)；顶管(3)部位内嵌的钢管(6)底部同中间管(2)相同，其水平位置高于外圈混凝土直管(5)底部1m，且钢管(6)顶部同样高出外圈混凝土直管(5)，高出位置同样开圆孔(12)，顶管(3)上方配有井盖(4)，中间管(2)底部钢管(6)处的圆形凹槽对接下方中间管(2)或底管(1)顶部的钢管(6)形成的圆形凸起，依靠重力实现由下至上将各段连接为整体；
具体的施工流程包括如下步骤：
S1：以抽注水井(13)设计的位置为圆心，向外围呈圆周分散铺设圆环形和径向辐射的毛石陇(7)，在圆心位置安装抽注水井(13)的底管(1)，且在底管(1)底部用混凝土加以固定，在底管(1)周边堆垒高度稍低于底管(1)顶部的毛石堆(8)，使底管(1)进一步固定；
S2：在底管(1)上继续放置一段中间管(2)，之后继续堆高毛石堆(8)，且高度低于该中间管(2)顶部2～3m；
S3：继续堆叠多段中间管(2)至地下水库(9)的设计高度，同时排弃疏水性好的砂砾岩类物料，作为地下水库(9)建设的库体物料，水分储存于砂砾岩类物料缝隙间，地下水库(9)的石块掩埋住已经安装完成的中间管(2)，保持其稳固性；
S4：当中间管(2)安装高度超过地下水库(9)建设高度后，继续分段安装中间管(2)，并从地下水库(9)上表面开始正常排弃露天矿剥离物料，形成排土场(11)各台阶，继续向上排弃物料时，沿着抽注水井(13)周围，在排土场(11)各台阶上层预留一坑，用同样疏水性好的砂砾岩物料填充，作为集水堆(10)，接着继续排弃物料，掩埋已经安装完成的抽注水井(13)和集水堆(10)，中间管(2)安装过程中实时监测井筒安装情况，并及时校正保证其竖直；
S5：持续堆叠安装中间管(2)，待接近排土场(11)最终高度15m时，开始在抽注水井(13)周围30m范围构筑倒圆台形的表层集水堆(14)，表层集水堆(14)内由下而上逐层铺设隔水层、透水层、隔离层、过滤层、注水管路和生态景观层；
S6：达到排土场(11)设计高度时，安装顶管(3)和井盖(4)，形成完整的抽注水井(13)，在井内布置水泵、管路、监测设备。
2.根据权利要求1所述的一种露天矿排土场地下水库抽注水井建设方法，其特征在于，步骤S5中表层集水堆(14)各层结构为：底面和侧面依次铺设粘土、土工布构建隔水层，其中粘土层厚度1～2m；隔水层上回填毛石至排土场(11)最终水平以下1.8～2.1m处，形成透水层；透水层上铺设厚度8～11cm的透水混凝土作为隔离层；隔离层上铺设厚度为0.9～1.1m的级配良好的砂砾岩土作为过滤层；在过滤层上部设多条环状注水管路，让水由管路的开孔渗入过滤层中；最上部铺设厚度为0.3～0.5m的表土，栽种喜水植物，构建水-土-植相结合的表面生态景观层。
3.根据权利要求1或2所述的一种露天矿排土场地下水库抽注水井建设方法，其特征在于，步骤S3中中间管(2)的安装分为3个阶段，先安装等于台阶高度1/6的中间管(2)，用石块掩埋住以保持其稳定；再安装等于台阶高度1/2的中间管(2)，正常排土掩埋；排土时形成等于台阶高度1/3的凹坑，安装中间管(2)，再回填石块，形成排土场(11)各台阶顶部的集水堆(10)。
4.根据权利要求3所述的一种露天矿排土场地下水库抽注水井建设方法，其特征在于，步骤S1中毛石陇(7)沿圆周均匀设置8～12条，每条高度2～3m，顶宽3m，长度延伸至设计的地下水库(9)边缘。
5.根据权利要求1或2所述的一种露天矿排土场地下水库抽注水井建设方法，其特征在于，所述混凝土直管(5)直径为1～2m，厚度100～200mm，长度5～10m/根，且内嵌钢管(6)的圆孔(12)直径为30～50mm，密度为20～30个/m2。
6.根据权利要求1或2所述的一种露天矿排土场地下水库抽注水井建设方法，其特征在于，顶管(3)顶部钢管(6)露出混凝土直管(5)的长度、圆孔(12)数量均少于中间管(2)和底管(1)的顶部钢管(6)。
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