某尾矿库排水系统深埋管封堵工艺

周宇龙　袁子有　侯　攀　王立彬

(中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司)



某尾矿库排水系统深埋管封堵工艺

周宇龙袁子有侯攀王立彬

(中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司)

对于施工人员无法进入的尾矿库排水系统深埋管的封堵，常规封堵方法无法实施，为此，根据某尾矿库排水系统深埋管的特点，采用在库内滩面垂直钻孔确定排水管线，采用钢轨结合灌浆的封堵工艺对排水系统深埋管进行封堵。详细分析了该封堵工艺的实施流程，对于高效实施尾矿库排水系统深埋管封堵有一定的参考价值。

尾矿库排水系统封堵

尾矿库是堆存金属或非金属矿山矿石选别后排放剩余废弃料或其他工业废渣的场所。尾矿库中应设置合理的排水系统，便于排出库内汇集的洪水和尾矿澄清水。排水系统是尾矿库的重要组成部分，安全可靠的排水系统是保证尾矿库安全运行的前提。尾矿库排水系统一般包括进水构筑物和排水构筑物，进水构筑物一般采用排水井、排水斜槽等形式，排水构筑物一般采用排水管、隧洞、溢洪道等形式。若排水系统局部发生坍塌损坏可能导致以下严重后果：若损坏部位发生于库内，由于尾砂埋深较大，水位较高，尾矿库内的饱和尾砂在水力作用下会沿排水管线流向下游，不仅可能污染下游河道，而且会对下游居民的人身安全和财产安全构成威胁，进而威胁整个尾矿库的安全；若损坏部位发生于堆积坝外坡，当库内水压大于堆积坝外坡覆盖压力时，在排水管线内水压的作用下，堆积坝外坡会出现管涌，进而引发尾矿库坍塌和溃坝等事故[1-3]。因此，有必要定期对排水系统进行检修，发现排水系统存在无法修复的安全隐患时，需及时对其进行安全封堵。

对于管径较大的排水管、隧洞或排水斜槽等排水系统，施工人员可进入排水系统内部进行封堵，封堵方式有刚性封堵和柔性封堵两类，均能取得较好的效果。但对于施工人员及设备无法进入的排水系统，封堵困难较大。对于有压状态运行的排水系统，当发现有安全隐患时，若放空排水管线，由于内外水压平衡被打破，在放空的过程中排水系统的薄弱环节很有可能发生破坏，在该类情况下，排水系统不宜放空。本研究以某尾矿库为例，对满水状态的尾矿库排水系统深埋排水管线的封堵工艺进行分析。

1　封堵工艺

对于有压状态运行的排水系统，经承载力计算后发现排水系统处于极限状态，已无足够的安全储备满足尾矿库排水系统的安全运行时，需及时考虑对排水系统进行安全有效封堵。对于满水状态运行的深埋排水系统，在其处于极限状态时，内外水压相对处于平衡状态，若放空排水系统，内部水压消失后，排水系统将处于更不利的工况，薄弱环节将更有可能出现破坏，故在对排水系统进行封堵时，无法放空排水系统，施工人员便无法进入排水系统内部，极大增加了封堵难度。常规封堵方法通常需要施工人员进入排水系统内部布置封堵设施并实施封堵，对于施工人员无法进入排水系统的工况，无法采用常规封堵方法。

本研究封堵的主要思路为：首先根据已有的尾矿库资料，初步确定排水管线的位置及埋深，通过在库内滩面打勘探孔确定排水管线位置；然后由滩面向排水管涵钻孔，通过下套管及管外固结灌浆对钻孔进行保护，通过钻孔向排水涵洞内放置钢轨和灌注水下不分散C30细石混凝土进行封堵。需要说明的是，对排水系统深埋管进行封堵作业需在静水中进行。本研究封堵工艺如图1所示。

2　封堵工艺实施流程

2.1封堵长度计算

在进行封堵体长度计算时需考虑的因素有：①封堵体上游可能最大水头；②由于施工人员无法进入排水系统，需通过钻孔向排水隧洞内灌注混凝土，且在水中封堵，故排水系统内灌注混凝土的密实性和充满度不宜控制，在选择容许剪切应力时考虑上述因素。根据水工隧洞设计规范(SLSL279—2002)，等断面封堵体长度的计算公式为

图1　封堵工艺

式中，L为封堵体长度，m；k为安全系数；P为封堵体迎水面承受的总水压，MN；[τ]为容许剪应力，MPa；A为封堵体剪切面周长，m。

2.2封堵位置选择及管线定位

选择封堵位置时需考虑的因素有：①内外压力平衡；②封堵处抵抗力的平衡；③有满足安全施工的作业平台；④地质条件易于施工。由于排水管管径相对于埋深较小，且原设计图中排水系统坐标与实际管线坐标可能存在误差，因此找准排水管线中心难度较大。为此，首先根据原设计图纸及竣工资料提供的坐标信息，对排水洞线进行初步定位；然后根据初步定位坐标，垂直于排水管线方向布设5个钻孔进行查找定位，并通过物探或视频手段确定排水管线位置。

2.3钻孔

利用定向钻具钻孔，首先在设计封堵段进行小孔钻探，用φ325mm钻头开孔至岩石，下φ146mm钢管护壁，在施工中应控制钻孔的垂直度;然后采用φ130mm钻头钻至管线埋深或有掉钻时停钻，利用物探透视等方法确定管线位置。钻孔间距建议为5m，大孔、小孔间隔布置，大孔为灌注孔，根据小孔的钻孔成果，调整大孔位置，大孔分别采用小型、中型、大钻头进行扩孔，成孔孔径为610mm，套管为φ420mm卷焊钢管，并进行壁外注浆，在此基础上进行下套管及管外固结灌浆。待固结灌浆结束并有足够强度后，采用φ325mm金钢石钻头钻进，采用特制金钢石钻头将洞壁上下钢筋混凝土钻透。小孔为灌浆孔和抽检孔，用于抽芯和高压回填灌浆。

2.4灌浆

在大孔内放入2根钢轨，钢轨通过φ8mm、长500mm的钢筋焊接固定，钢轨对封堵体起到锚固作用，增加封堵体的安全性。在灌浆前应进行注浆试验，并通过视频对洞内情况进行探视，逐个对大孔灌注水下不分散C30细石混凝土，边震动边灌注，在此基础上，利用小孔分别抽查及进行回填灌浆。

2.5封堵效果检查

封堵完毕后，利用检查孔进行抽芯，检查灌注混凝土的质量，并根据下游出水情况判断封堵效果。

3　结　语

以某尾矿库为例，对施工人员无法进入且处于满水状态的尾矿库排水系统深埋管道的封堵工艺进行了研究，采用尾矿库库内滩顶垂直钻孔确定排水管线位置，用钢轨结合灌浆的方式对排水系统深埋管道进行封堵，可供类似矿山参考。

[1]能肖文.水工隧道封堵体设计与施工探讨[J].广东水利水电，2007(2)：36-38.

[2]沃廷枢.尾矿库手则[M].北京：冶金工业出版社，2013.

[3]沈楼燕.矿山尾矿库排洪系统的“柔性封堵”[J].有色金属：矿山部分，2002，54(6)：43-45.

2016-06-01)

周宇龙(1983—)，男，工程师，硕士，066004 河北省秦皇岛市经济技术开发区龙海道71号。