排渗管井在尾矿库中的应用

金永超

(长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000)

1 引言

排渗管井降水在我国建筑、市政、路桥、矿山等各类工程中应用较为成熟，降水效果明显，多数工程是为了降低地下水位，确保开挖边坡的稳定安全。矿山行业为存储选矿厂排出的尾矿需修建尾矿库，我国大多数尾矿库均采用湿法堆存，故尾矿库的浸润线埋深是影响坝体稳定安全的重要因素。从安全角度出发采取降水措施，可提高尾矿坝的抗滑稳定安全；但从环保角度出发，尾矿水下渗至周边后，对周边生态环境造成一定的影响。本文结合某黄金矿山工程实例，旨在研究一种既能降低尾矿库浸润线埋深，保证尾矿坝稳定安全，又能达到保护环境的排渗方案，即在尾矿库周边设置排渗管井。

2 排渗管井方案

某黄金矿山的尾矿库位于沿海地区，库底的海砂层渗透性较强，库内尾矿水能较快地通过该层下渗至库周，在库周尾矿渗水不能及时自动排出，既影响了尾矿坝稳定安全，又抬高了周边的地下水位，对周边植物造成一定影响。排渗管井方案是指在尾矿库下游修建排渗管井，通过排渗管井将尾矿渗水及时汇集并抽排至库区以外，消除下渗尾矿渗水对周边田地的影响，同时起到降低坝体浸润线的效果，加快尾砂固结，保证尾矿库坝体的稳定安全。

在布置排渗管井时需考虑以下三个因素：

(1)排渗管井的间距应满足影响半径的要求；(2)排渗管井对地下水位的降深应满足最小埋深的要求(3)排渗管井的出水量需大于坝体渗水量。

3 坝体渗流量分析

根据工勘报告和工程实际情况，文章建立尾矿库坝体渗流有限元计算模型，采用达西渗透定律及水流连续性方程，考虑到土和水的压缩性，采用二维有限元渗流计算得到各坝段的渗流量。

该尾矿库45.0 m标高洪水工况水位线为44.2 m，尾矿库东、西、南、北四个坝段典型剖面渗流量计算结果见表1。

表1 各坝段坝体渗流量表

备注: 单井出水量均为6.4×10-3m3/s，满足要求。

4 排渗管井计算

4.1 工程地质条件

该工程库区地层从上至下分别为中砂(海砂)层、含有机质粉质粘土层、粉质粘土层、砾质粘性土层、强风化花岗岩层和中风化花岗岩层，其中中砂层分布于上层，渗透性较强，分布厚度变化较大0.6～8.7 m，下部其它各层渗透性较弱，其中粉质粘土层分布深度约4.0～12.0 m。

4.2 出水量及水位降深

文章根据《给水排水设计手册》(第03册 城镇给水)相关章节进行排渗管井的计算分析，排渗管井出水量采用下式计算(计算示意图见图1)：

(1)

图1 排渗管井出水量计算示意图

通过上式可计算出地下水为潜水含水层的完整井出水量，适用于地下水流为层流，S≤0.5H，排渗管井远离河流的情况。

文章考虑排渗管井之间相互影响，采用公式(1)进行排渗管井出水量计算，单井出水量为6.4×10-3m3/s。经计算，排渗管井内水位降深需大于5.35 m，不同影响范围对应的水位降深见图2。

图2 排渗管井影响范围和水位降深的关系曲线

根据坝体渗流量和排渗管井出水量，文章对设置的排渗管井能否将尾矿渗水及时排出进行复核，经计算均能达到预期的效果，具体结果见表1。

4.3 排渗管井布置

结合本工程实际情况和计算分析，排渗管井内水位降深需大于5.35 m，影响范围内最小水位降深为2.0 m。尾矿库四周共设35座排渗管井，每座井间距110 m，其中每个转角布置1座，东坝段6座，西坝段8座，南坝段8座，北坝段9座。

排渗管井采用预制无砂混凝土管，井深H=10 m，内径D=0.5 m，壁厚d=0.2 m。为防止细粒径尾矿被渗水携带，导致坝体基础沉降，文章考虑在排渗管井外包15 kN/m土工布两层。

4.4 抽排设施

该工程尾矿库周边地势平坦(南高北低，坡度约0.2%)，且海砂层开挖埋管施工难度大，排渗管井的渗水不能靠自流排出。因此，要求每座排渗管井设置一台潜水泵(流量20 m3/h、扬程15 m)，井内水位降深要求大于5.35 m，将井内渗水自动抽至排水沟。潜水泵安装时须垂直吊挂，进水口与井底距离不小于0.5 m，并加设过滤网；沿尾矿库四周修建浆砌石排水沟，矩形断面B×H=1.0×1.0 m，壁厚0.3 m，通过排渗管井和排水沟将尾矿渗水及时排至库外。

5 结语

本文经过计算分析，在尾矿库四周设置排渗管井后，可有效地将地层中的尾矿渗水及时截排至库外，起到了降低地下水位的效果，既能保护周边的环境，消除下渗尾矿水对周边田地的影响，又可提高尾矿坝的抗滑稳定性，保证尾矿库的稳定安全。文章研究的排渗管井可应用于同类工程中，为解决类似问题提供参考。