一种不追求精准对接的垂直水平联合排渗系统住尾矿库排渗中的应用

摘要 在以往尾矿库排渗工程中，采用垂直-水平联合排渗时，垂直排渗均采用大口径排渗井，并要求水平排渗管于垂直排渗井严格对接，以保证排渗疏干效果。由于要求水平排渗管与排渗井严格对接，施工难度很大，使其应用受到限制。本文通过工程实例介绍了一种不追求精准对接的垂直-水平联合排渗方法，该方法具有施工简便、工程造价低、排渗效果明显等优点，对于类似尾矿库排渗工程具有一定的参考价值。

关键词 尾矿坝 垂直-水平联合排渗 浸润线 精准对接

0 前言

尾矿坝的正常运行一直以来是每个冶金矿山企业的能否正常生产的关键因素之一。众所周知，如果出现尾矿坝溃坝、泄露事故，不但给所在地人民生产财产造成巨大损失，同时会造成巨大的环境污染。因此，尾矿坝的安全历来受到政府各级安监部门、环保部门的密切关注。

尾矿坝内浸润线高低，往往是尾矿坝安全稳定的决定因素。根据以往经验，几乎所有溃坝事件，都与尾矿坝排水不畅，坝体内浸润线过高有关。例如2006年4月40日陕西镇安尾矿库溃坝事件、2008年9月8日山西襄汾尾矿库溃坝事件等，都是由于尾矿坝没有排水设施，坝体被浸润线过高导致尾矿坝溃坝。由此可见，疏干坝体内地下水，降低其浸润线，对尾矿坝安全稳定地运行至关重要，尾矿坝排渗设施也就成为不可或缺的重要设施。

常见尾矿坝的排渗设施有水平排渗、垂直排渗及垂直水平联合排渗三种类型。

水平排渗是在坝体不同高度设置水平排渗管，将坝体内地下水直接排出的一种型式。在该型式中，水平排渗管可以在坝体堆积过程中预先埋设，也可在后期通过水平钻孔埋设，该方法的特点是造价低廉，施工方便。但对大多数情况下，尤其对于上游法堆积的尾矿坝，其堆积过程中会形成粗细颗粒以薄层互层状组合的结构（俗称“千层饼”），其中的细颗粒往往是粘粒级的隔水层（也称“夹泥层”），因此造成尾矿坝体水平渗透系数远小于垂直渗透系数，这也使得单一的水平排渗设施的排渗效果大打折扣。

垂直排渗是在尾矿坝坝基或沉积滩部位，设置竖向渗水井。竖向渗水井可采用外裹滤层的钢管井、钢筋混凝土管井、无砂混凝土管井碎石盲井及袋装砂井等。渗入井内的水采用水泵抽走。竖向排渗型式的优点是可以将“夹泥层”贯穿，沟通上下各土层的渗水。缺点是长期需要电力，并需要人工维护。

垂直-水平联合排渗，是在竖向渗水井底部设置水平排渗管将井内渗水以自流的方式排出坝体。这种型式集中了单纯的水平排渗和垂直排渗的优点，排渗效果明显，但这种型式的排渗系统施工难度较大，特别是要求水平排渗管和垂直排渗井精准对接，对施工精度要求极高。

本文介绍的是一种不追求精准对接的垂直-水平联合排渗系统。

1 工程概况

窄巷沟尾矿库位于中村镇东。设计有效库容157万m3，设计最终堆积高程700m，坝体总高度87m；尾矿库设计等级为三等。初期坝为透水堆石坝，坝高15m，坝体坡比1∶2.1，坝顶长度50m，宽度4m。尾矿堆积子坝坡比为1∶3.0，干面滩长度约为60m。

尾矿库地层主要由尾中砂、尾细砂及尾粉质粘土组成，库底地层为天然碎石。详见图1。

堆积坝堆存至高程654m时，坝体中部以下出现大面积渗水，高程634m以下有多处溢出点，中下部坝面严重沼泽化。为降低尾矿库内浸润线，增强尾矿坝的稳定性，业主决定对尾矿坝进行排渗处理。

2.尾矿库排渗设计方案

设计采用垂直-水平联合排渗方案。先施工垂直排渗孔，后施工水平排渗孔，水平排渗孔施工时可能碰到垂直排渗孔，也可能从两个垂直排渗孔之间穿过。总之，该方案只要求垂直水与平排渗孔在立面方向能够搭接，而不追求其精准对接。具体方案如下：

在初期坝顶共布置水平排水孔6个，间距约10m，长度42～50m。水平排渗孔向下游缓倾，坡度为5%。水平排渗管采用壁厚δ≥5mm、外直径Φ=90mm的PVC过滤管。在尾矿堆积坝645.40m高程的马道设置垂直排渗孔1排，共155个，垂直排渗孔间距0.5m，孔深17m，平行坝面呈直线布置。垂直排渗管采用δ≥3mm、外直径Φ=90mm的PVC过滤管。详见图2及图3。

3.排渗施工主要工艺及施工顺序

（1）垂直排渗孔施工

①排渗管制作

分管壁打孔和缠裹纱网两个步骤进行。管壁打孔采用手持式电钻钻孔，或用直径Φ=10mm的钢筋烧至高温，在管壁穿孔。孔间距40mm，呈梅花形布置，孔隙率约5%。打孔完成后，在管壁外用70目尼龙纱网紧密缠裹2层，并沿纵向每间隔50cm，用直径大于2mm的铁丝缠扎牢固。

②成孔

采用XY-1型钻机或150型钻机成孔。钻进过程采用套管进行护壁。施工应间隔一个孔位进行，共分2批完成。

③插入排渗管

成孔完成后，立即将排渗管分段插入，并确保到达孔底，每段之间要牢固连接，可用铁丝通过管壁小孔缠扎。

④填滤料

在排渗管周围填入级配良好的粗、砾砂，并采取措施使填料均匀、连续分布。

（2）水平排渗孔施工

①排渗管制作

水平排渗管制作方法同垂直排渗管。在管壁外用70目尼龙纱网紧密缠裹4层，并沿纵向每间隔30cm，用直径大于2mm的铁丝缠扎牢固。

②成孔

选用了具有正反双向旋转性能的GPL-150型水平钻机钻进，配备φ150mm×10mm×1.8m套管反转护壁、φ127mm×1.8m螺旋钻杆正转排渣成孔工艺。先用罗盘精密调整钻机钻进方向，然后固定钻机。采用合金钻头送水钻进成孔，达到设计深度并排净管内钻渣后，全部拔出螺旋钻杆和套管，建成导向孔；然后用封砂器做钻头，进行第二次送水钻进成孔，直到设计孔深。

③洗孔

二次成孔后，送水至套管顶部，空转螺旋钻杆，排净套管内的尾砂土，并全部拔出螺旋钻杆。

④插入排渗管

成孔后立即分段插入水平排渗管，并确保到其达孔底，每段之间要牢固连接，可用铁丝通过管壁小孔缠扎。排渗管插入后，立即分段拔出套管，拔管过程中要采取有效措施，防止排渗管与套管一起拔出。

4.排渗效果监测

施工结束一个月后，对各水平排渗孔流量及个浸润线观测孔水位进行观测，观测结果分别见表1及表2。

由表1观测数据可见，各水平排渗孔出水量明显，换算为昼夜流量为110.1～336.7m3/d。另外，中东部水平排渗孔流量较大，符合山谷型尾矿库中部大渗流量，靠山体渗流量小的一般规律。

由表2观测结果可见，增设垂直-水平联合排渗系统后，浸润线下降明显。据现场查看，尾矿坝中下部溢出点完全消失，沼泽化趋势得到有效控制。

5.结语

通过本工程实例可以看出，垂直排渗孔与水平排渗孔虽未精准对接，但垂直排渗孔依靠其数量大、孔间距小的特点，贯通了上下不透水或微透水尾矿夹泥层，在尾矿坝中上游形成一个类似截水墙的构造，将上游地下水汇聚于此，然后通过水平排渗孔排除坝外。另外，垂直排渗孔依靠其密集的布置，有效的减小了其与水平排渗孔之间的渗透距离（其理论渗透距离为0～1倍的垂直排渗孔间距）。

实践证明，本工程所采用的这种不追求精准对接的垂直-水平联合排渗方法，施工简便，工程造价低，排渗效果明显，可对类似条件的尾矿库排渗工程提供有益的借鉴。