虹吸排渗系统在尾矿坝降水工程中的应用

　　【摘 要】尾矿坝是由尾矿堆积碾压而成的坝体，广泛的运用于矿山环境保护和治理中。其作用是用于堆存金属和非金属矿山进行矿石选别后排出的尾矿或工业废渣，这就 使得尾矿需要排渗，防止其形成泥石流。为确保尾矿坝加高工程的顺利实施，可以采用虹吸排渗系统来降低坝体内部的浸润线高度。因虹吸排渗系统具有不易堵塞、 主动排水、渗透性好的优点，对尾矿坝降水工程的有效实施和应用有着不可或缺的作用。
　　【关键词】虹吸排渗系统；尾矿坝；降水工程（期刊写作及投稿咨询编辑QQ：2719512773 ）
　　0 引言
　　目前，我国矿山约90%的尾矿坝都是采用上游式构筑的，此方法工艺简单，便于管理，并且投资运营成本低，减少企业的经济压力。近年来，随着尾 矿堆筑的高度不断增加，尾矿坝坝体内浸润线也相应抬升，导致尾矿坝坝面溢出水位升高，非常容易发生坝体破坏，降低坝体的稳定性，引发更大的安全事故，威胁 着国家和人们的生命财产安全。因此，必须加强尾矿坝排渗系统的建设，通过科学合理的排水设施达到降低坝内水位的目标，以保证尾矿坝的安全性和稳定性，促进 矿山采矿作业的有序进行。本文就以虹吸排渗系统为例，对尾矿坝降水工程的施工方法和效果做出简单的讨论与分析。
　　1 虹吸系统排渗的概述
　　虹吸是一种流体的力学现象，可以不借助泵而抽吸液体。其原理是管内最高点液体在自然重力的作用下向低位管口处进行移动，形成真空，在真空作用 下，高位管口的液体被吸进最高点，形成虹吸现象。虹吸原理被广泛的运用，小到家居排水，大到水利工程，方法简单，经济合理。虹吸排渗是虹吸现象的一种，其 排水机理也是利用自然的重力进而土体存在的毛细虹吸作用，使土坝颗粒沉淀，水分子挤入毛细管，使水土分离，达到防止堵塞的目的。虹吸排渗利用自然的“表面 张力”、“虹吸力”和“毛细力”，以达到迅速排水的作用。
　　虹吸排渗系统由虹吸井、水封槽、虹吸管路和观测井组成。虹吸井是虹吸排渗系统中最重要的降水设施，其成井质量要求非常的高。水封槽主要在虹吸 系统启动后保证排水管口的水位必须低于规定的标准水位高度，进一步确保虹吸系统要求的真空度。虹吸管可以采用DN57型PVC软管，虹吸管路的进水口应该 高于出水口，虹吸管路上设有抽真空装置，抽真空装置的抽气管应该与虹吸管路最高端的顶部相连。虹吸管路具有工程造价低、施工工期短、能源消耗低的优点。观 测井主要是用来观察虹吸排渗吸引的降水效果。虹吸排渗系统具有很多优点，如渗透性好，在开孔率大于25%时，有效吸收面积大；拱效压应力强，虹吸排渗采用 拱型结构设计，能承受12.0MPa的压力；施工工艺简单，只需要在尾矿坝下游坡面开沟施工即可，施工周期短，节省了工程量，投资运营成本低，经济合理。 虹吸排渗系统结构组成图如图1（a）和图1（b）。
　　2 虹吸排渗系统在尾矿坝降水工程中的应用
　　2.1 虹吸管的安放
　　由于尾矿坝是矿山环境保护和治理的重要设施之一，其具有的稳定性和安全性直接决定了矿山以及采矿人员的安全。为了确保虹吸管的真空度，并以便 维修，可以采用整根DN57型的PVC管。虹吸管应该安放在虹吸井出井口的位置，沿坝坡向下，直到水封槽。一般来说，虹吸管要埋于地面0.8m处。若在冬 天比较寒冷的矿山区，虹吸管埋深不小于坡面0.9m，以防止虹吸管冬季冻深和老化。
　　2.2 虹吸排渗系统的启动
　　虹吸系统的启动是在虹吸管出水口处，用水泵向管内注水，水注满后撤去注水装置，就可以利用重力开始虹吸排水了。就最近几年虹吸排水系统在尾矿 坝的应用来看，地下水位已经从虹吸系统启动前埋深的5m下降到现在的8m以下了，有效的促进了虹吸排渗系统的发展。在虹吸排水系统运行一段时间后，出现了 自动停止的现象，经工作人员对观察井地下水的检测发现，地下水位一直维持在埋深7.5m以下，没有发生任何变化，这就导致了在虹吸排渗过程中，没有充足的 水进行补充，最终导致虹吸排渗系统停止运行。虹吸排渗系统与其它降水设施相比，启动方便，操作简单，资金投入少，单服务期间的电费可以节约160万元，有 效的提高矿山企业的经济效益。在虹吸排渗系统运行时要注意以下几点：
　　1）为了确保出水口能够正常的工作，应该按时按质的对虹吸管出水口处的沉淀物进行清理，防止出水口的阻塞而影响正常的使用。另外，若想及时的 了解到水位面的位置，就应该在规定的时间内对观测井和虹吸井进行密切的观察和检测。往往是每隔两个小时就应该检测一次，若水位高于设计要求，应该检测虹吸 井是否全面启动；如果启动失灵，可以通过注水的方法使其重新启动。在发现问题时，一定要及时的找到发生故障的部位，快速地处理问题，避免对降水工作带来一 定的影响。
　　2）在虹吸排渗的水封槽中保持一定量的积水，确保必要的水位差。在北方冬季严寒的地区，应该充分考虑浅层尾矿砂冻胀现象对虹吸管路和水封槽的影响，虹吸管的埋深应该不小于标准冻结深度。
　　3）在降水量比较多的夏季，坝体下游的涌水量有所改变。可以增大虹吸管路的直径和排水速度，满足虹吸排渗设施的工作能力要求，进一步保证了尾矿坝的稳定和安全，使降水工程能够较好的实施，确保矿山地区的环境得到较好的治理。
　　2.3 虹吸井的施工与检测
　　施工现场可以采用多组对比试验，利用不同的扩孔、清水冲击钻成孔的施工工艺，确保虹吸井在尾矿中的成井质量，以保证虹吸井身的稳定性。当钻孔 完成后，迅速安防水泥无砂过滤管，用无纺布密封过滤管接头处，采用铁丝和竹片进行固定，周围用0.5-1mm的粗砂清洁滤料填充。在填充时要采用边填边用 大降深、反冲洗洗井方法，直到填料稳定，出水口出现清水，然后再利用将深法对成井质量进行逐个检测，进一步确保虹吸排渗系统的稳定性和可靠性，从而保证尾 矿坝降水工程的顺利实施。观察井的成井方法和虹吸井大同小异，需要采用150mm的井径。在注满水一小时内恢复原始水位，密切的检测成井的质量。
　　3 结束语
　　近年来，矿山为了提高回收率和产品质量，磨矿粒度越来越细，这就使得尾矿坝病害发生率高，稳定性较差。虹吸排渗系统自推广运行以来，排渗效果 十分良好，坝体地下水位埋深始终控制在设计规定范围以内，在尾矿坝降水工程上取得了较大的成效。尾矿堆积碾压形成尾矿坝的特定环境，为虹吸排渗原理降低水 位线创造了有利的条件。虹吸排渗系统因其操行性强、设计原理简单、成本投入低等优点，对我国尾矿坝降水工程的实施提供了强有力的保证，同时对我国矿区的安 全生产有极大的借鉴意义。