某尾礦庫排水系統(tǒng)深埋管封堵工藝

周宇龍　袁子有　侯　攀　王立彬

(中冶京誠(秦皇島)工程技術有限公司)

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某尾礦庫排水系統(tǒng)深埋管封堵工藝

周宇龍袁子有侯攀王立彬

(中冶京誠(秦皇島)工程技術有限公司)

對于施工人員無法進入的尾礦庫排水系統(tǒng)深埋管的封堵，常規(guī)封堵方法無法實施，為此，根據某尾礦庫排水系統(tǒng)深埋管的特點，采用在庫內灘面垂直鉆孔確定排水管線，采用鋼軌結合灌漿的封堵工藝對排水系統(tǒng)深埋管進行封堵。詳細分析了該封堵工藝的實施流程，對于高效實施尾礦庫排水系統(tǒng)深埋管封堵有一定的參考價值。

尾礦庫排水系統(tǒng)封堵

尾礦庫是堆存金屬或非金屬礦山礦石選別后排放剩余廢棄料或其他工業(yè)廢渣的場所。尾礦庫中應設置合理的排水系統(tǒng)，便于排出庫內匯集的洪水和尾礦澄清水。排水系統(tǒng)是尾礦庫的重要組成部分，安全可靠的排水系統(tǒng)是保證尾礦庫安全運行的前提。尾礦庫排水系統(tǒng)一般包括進水構筑物和排水構筑物，進水構筑物一般采用排水井、排水斜槽等形式，排水構筑物一般采用排水管、隧洞、溢洪道等形式。若排水系統(tǒng)局部發(fā)生坍塌損壞可能導致以下嚴重后果：若損壞部位發(fā)生于庫內，由于尾砂埋深較大，水位較高，尾礦庫內的飽和尾砂在水力作用下會沿排水管線流向下游，不僅可能污染下游河道，而且會對下游居民的人身安全和財產安全構成威脅，進而威脅整個尾礦庫的安全；若損壞部位發(fā)生于堆積壩外坡，當庫內水壓大于堆積壩外坡覆蓋壓力時，在排水管線內水壓的作用下，堆積壩外坡會出現管涌，進而引發(fā)尾礦庫坍塌和潰壩等事故[1-3]。因此，有必要定期對排水系統(tǒng)進行檢修，發(fā)現排水系統(tǒng)存在無法修復的安全隱患時，需及時對其進行安全封堵。

對于管徑較大的排水管、隧洞或排水斜槽等排水系統(tǒng)，施工人員可進入排水系統(tǒng)內部進行封堵，封堵方式有剛性封堵和柔性封堵兩類，均能取得較好的效果。但對于施工人員及設備無法進入的排水系統(tǒng)，封堵困難較大。對于有壓狀態(tài)運行的排水系統(tǒng)，當發(fā)現有安全隱患時，若放空排水管線，由于內外水壓平衡被打破，在放空的過程中排水系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)很有可能發(fā)生破壞，在該類情況下，排水系統(tǒng)不宜放空。本研究以某尾礦庫為例，對滿水狀態(tài)的尾礦庫排水系統(tǒng)深埋排水管線的封堵工藝進行分析。

1　封堵工藝

對于有壓狀態(tài)運行的排水系統(tǒng)，經承載力計算后發(fā)現排水系統(tǒng)處于極限狀態(tài)，已無足夠的安全儲備滿足尾礦庫排水系統(tǒng)的安全運行時，需及時考慮對排水系統(tǒng)進行安全有效封堵。對于滿水狀態(tài)運行的深埋排水系統(tǒng)，在其處于極限狀態(tài)時，內外水壓相對處于平衡狀態(tài)，若放空排水系統(tǒng)，內部水壓消失后，排水系統(tǒng)將處于更不利的工況，薄弱環(huán)節(jié)將更有可能出現破壞，故在對排水系統(tǒng)進行封堵時，無法放空排水系統(tǒng)，施工人員便無法進入排水系統(tǒng)內部，極大增加了封堵難度。常規(guī)封堵方法通常需要施工人員進入排水系統(tǒng)內部布置封堵設施并實施封堵，對于施工人員無法進入排水系統(tǒng)的工況，無法采用常規(guī)封堵方法。

本研究封堵的主要思路為：首先根據已有的尾礦庫資料，初步確定排水管線的位置及埋深，通過在庫內灘面打勘探孔確定排水管線位置；然后由灘面向排水管涵鉆孔，通過下套管及管外固結灌漿對鉆孔進行保護，通過鉆孔向排水涵洞內放置鋼軌和灌注水下不分散C30細石混凝土進行封堵。需要說明的是，對排水系統(tǒng)深埋管進行封堵作業(yè)需在靜水中進行。本研究封堵工藝如圖1所示。

2　封堵工藝實施流程

2.1封堵長度計算

在進行封堵體長度計算時需考慮的因素有：①封堵體上游可能最大水頭；②由于施工人員無法進入排水系統(tǒng)，需通過鉆孔向排水隧洞內灌注混凝土，且在水中封堵，故排水系統(tǒng)內灌注混凝土的密實性和充滿度不宜控制，在選擇容許剪切應力時考慮上述因素。根據水工隧洞設計規(guī)范(SLSL279—2002)，等斷面封堵體長度的計算公式為

圖1　封堵工藝

式中，L為封堵體長度，m；k為安全系數；P為封堵體迎水面承受的總水壓，MN；[τ]為容許剪應力，MPa；A為封堵體剪切面周長，m。

2.2封堵位置選擇及管線定位

選擇封堵位置時需考慮的因素有：①內外壓力平衡；②封堵處抵抗力的平衡；③有滿足安全施工的作業(yè)平臺；④地質條件易于施工。由于排水管管徑相對于埋深較小，且原設計圖中排水系統(tǒng)坐標與實際管線坐標可能存在誤差，因此找準排水管線中心難度較大。為此，首先根據原設計圖紙及竣工資料提供的坐標信息，對排水洞線進行初步定位；然后根據初步定位坐標，垂直于排水管線方向布設5個鉆孔進行查找定位，并通過物探或視頻手段確定排水管線位置。

2.3鉆孔

利用定向鉆具鉆孔，首先在設計封堵段進行小孔鉆探，用φ325mm鉆頭開孔至巖石，下φ146mm鋼管護壁，在施工中應控制鉆孔的垂直度;然后采用φ130mm鉆頭鉆至管線埋深或有掉鉆時停鉆，利用物探透視等方法確定管線位置。鉆孔間距建議為5m，大孔、小孔間隔布置，大孔為灌注孔，根據小孔的鉆孔成果，調整大孔位置，大孔分別采用小型、中型、大鉆頭進行擴孔，成孔孔徑為610mm，套管為φ420mm卷焊鋼管，并進行壁外注漿，在此基礎上進行下套管及管外固結灌漿。待固結灌漿結束并有足夠強度后，采用φ325mm金鋼石鉆頭鉆進，采用特制金鋼石鉆頭將洞壁上下鋼筋混凝土鉆透。小孔為灌漿孔和抽檢孔，用于抽芯和高壓回填灌漿。

2.4灌漿

在大孔內放入2根鋼軌，鋼軌通過φ8mm、長500mm的鋼筋焊接固定，鋼軌對封堵體起到錨固作用，增加封堵體的安全性。在灌漿前應進行注漿試驗，并通過視頻對洞內情況進行探視，逐個對大孔灌注水下不分散C30細石混凝土，邊震動邊灌注，在此基礎上，利用小孔分別抽查及進行回填灌漿。

2.5封堵效果檢查

封堵完畢后，利用檢查孔進行抽芯，檢查灌注混凝土的質量，并根據下游出水情況判斷封堵效果。

3　結　語

以某尾礦庫為例，對施工人員無法進入且處于滿水狀態(tài)的尾礦庫排水系統(tǒng)深埋管道的封堵工藝進行了研究，采用尾礦庫庫內灘頂垂直鉆孔確定排水管線位置，用鋼軌結合灌漿的方式對排水系統(tǒng)深埋管道進行封堵，可供類似礦山參考。

[1]能肖文.水工隧道封堵體設計與施工探討[J].廣東水利水電，2007(2)：36-38.

[2]沃廷樞.尾礦庫手則[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

[3]沈樓燕.礦山尾礦庫排洪系統(tǒng)的“柔性封堵”[J].有色金屬：礦山部分，2002，54(6)：43-45.

2016-06-01)

周宇龍(1983—)，男，工程師，碩士，066004 河北省秦皇島市經濟技術開發(fā)區(qū)龍海道71號。