一种在用尾矿库中重新构建排洪系统的新方法

技术领域

本发明属于矿山尾矿库排洪系统治理技术领域，具体涉及一种在用尾矿库中重新构建排洪系统的新方法，特别适合对尾矿库原排洪系统损坏后的排水涵管进行改造，以重新构建排洪系统。

背景技术

尾矿库排洪系统的主要功能就是控制库区集水区域洪水安全、有效排出库外，防止洪水诱发导致的溃坝事故，对尾矿库的安全运行起至关重要的作用。

目前，对于汇水面积较大的尾矿库排洪多数采用“排水井+排水涵管”型式的排洪系统，尤其对于运行年限较长的尾矿库，排洪系统的安全保障十分重要，一旦排洪系统出现安全隐患，如排水井井身倾斜、排水涵管结构损坏等，需要及时进行排洪系统治理。

中国专利申请201610715699.9公布了一种适应于上游法干式尾矿库的排洪系统。排洪系统包括排洪竖井、调洪集水池、回水孔、反滤层，具体结构如下：排洪竖井的外围修建调洪集水池，排洪竖井采用金属结构井身和钢筋混凝土井座的上下组合结构，井身开回水孔，井身周围设反滤层。该排洪系统能够调洪集水池收集洪水，快速加大排洪竖井处的洪水水深，使得排洪竖井迅速达到井口堰流的状态，增大泄流能力，减少排洪时间，并且能排尽尾矿库内所有洪水。这样减少了库区内洪水的入渗，避免因为洪水的入渗深度大，而出现的饱和尾矿软弱夹层或不稳定浸润线。但该排洪系统只适于在上游法干式尾矿库排洪系统中应用，难以适应汇水面积大的在用尾矿库在暴雨季节快速、大流量排洪的需要。

当前，矿山尾矿库排洪系统治理比较普遍的方案为新建一套排洪系统，但新建一套完整的排洪系统施工周期长、难度大，难以满足排洪系统抢险治理的时效性，而且对企业的运营成本负荷较大。

发明内容

本发明的目的就是针对在用尾矿库排洪系统损坏后，新建排洪系统施工周期长、难度大等问题，通过对尾矿库原排洪系统中的排水涵管进行改造，而提供一种施工便捷、经济有效、安全稳定的在用尾矿库中重新构建排洪系统的新方法，以适应快速、高效、安全重新构建排洪系统的需要，并降低尾矿库排洪系统新建过程中的施工难度。

为实现本发明的上述目的，本发明一种在用尾矿库中重新构建排洪系统的新方法采用以下技术方案实施：

本发明一种在用尾矿库中重新构建排洪系统的新方法，重新构建的排洪系统由钢质刃角沉井、消力井、桩基础、环形承台、新排洪井组合构成；消力井在钢质刃角沉井内分层下挖，并采用钢筋混凝土浇筑护壁形成净圆形断面；桩基础呈圆环形布设在钢质刃角沉井外围；环形承台浇铸并支撑在桩基础之上；新排洪井构建、支撑在环形承台上，并采用以下步骤实施：

S1施工准备工作

首先根据损坏尾矿库排洪井位置、原排水涵管埋设位置，确定需要重新构建排洪系统布设位置；在库内通过土方作业填筑至需要重新构建排洪系统布设位置的联络道路和施工平台；

S2钢质刃角沉井自重下沉封底

待联络道路、施工平台填筑和测量放线完成后，进行钢质刃角沉井自重下沉封底；所述的钢质刃角沉井的刃脚处焊接角钢，钢质刃角沉井下沉达到设计标高，在中心位置和两侧采用触探的方法探寻原排水涵管位置，钢质刃角沉井下沉至设计标高且沉降稳定后，采用混凝土进行封底，要求下一步施工前封底混凝土强度不低于设计强度的75％；

S3注浆区域打孔注浆

注浆孔沿钢质刃角沉井外围环向内外分层布置，自外向内依次采用倾斜注浆，并构成注浆区域，注浆孔采用孔口封闭、自下而上的上行式孔内阻塞注浆；注浆完成后，注浆体渗透系数不小于1吕荣，注浆体强度不小于2MPa；

S4消力井施工

消力井在钢质刃角沉井内封底向下分层开挖，用钢筋混凝土浇筑护壁形成圆形基坑断面；基坑下挖范围内对原排水涵管进行切割，采用人工凿除原排水涵管与消力井搭接处的混凝土，保留钢筋，将原排水涵管与消力井下部钢筋搭接，再用混凝土浇铸封闭；

S5桩基础施工

在已填筑好的施工平台内布设桩基础，所述的桩基础沿消力井周围和原排水涵管两侧对称布置，桩基础须进入下方基础持力层；

S6环形承台施工

环形承台在已填筑好的施工平台上施工，所述的环形承台采用钢筋混凝土结构，在绑扎钢筋前，先将桩基础桩头浮浆部分凿除，桩体及其主筋埋入到环形承台内部，环形承台的混凝土一次浇注完成，混凝土入槽宜采用平铺法；混凝土浇筑后强度不低于设计值的70％后进行上部新排洪井施工；

S7新排洪井施工

新排洪井在环形承台上进行施工，新排洪井井身为钢筋混凝土结构，根据《尾矿设施设计规范》(GB 50863-2013)计算出新排洪井内径R，井身结构参数须满足防排洪要求。

研究表明，所述的钢质刃角沉井采用C35钢筋混凝土结构为宜。根据《尾矿设施设计规范》(GB 50863-2013)等相关规定计算出相关尺寸参数，新排洪井内径记为R，则钢质刃角沉井的内径为1.5～2.0R，壁厚δ为0.35～0.5m，高度3.0～5.5m；钢质刃角沉井的刃角焊接角钢，角钢尺寸∠(200～500)mm*(200～500)mm*(9～12)mm，即：角钢尺寸∠200mm*200mm*9mm～∠500mm*500mm*12mm，以∠200mm*200mm*10mm～∠500mm*500mm*10mm为佳。在此结构参数下，既能满足下沉要求，又能达到设计的强度要求、排水量要求。

为提高地基稳定性，满足重新构建排洪系统的可靠性要求，以钢质刃角沉井、消力井、新排洪井的共同中轴线为半径，注浆区域范围在Dr＝4～6R，注浆孔孔径φ＝90～130mm，沿环形平面分层布置，层数2～3，分层间距φ

所述的消力井在钢质刃角沉井内分层下挖，分层下挖高度0.5m～1.0m，并采用C25钢筋混凝浇筑土护壁，护壁厚度0.2m～0.3m，高度0.5m～1.0m，护壁浇筑后形成净断面直径为1.0m～2.0m圆形断面。

为提高基础稳定性，所述的桩基础为C40钻孔灌注桩，桩身直径在500～700mm范围，以600mm为佳；布桩区域直径为2R～4R，桩长L＝10～20m，具体可依据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)等规定验算确定。

进一步地，所述的新排洪井为C35钢筋混凝土结构，内径1.8～2.3m，壁厚0.27～0.34m。

进一步地，所述的环形承台为C35钢筋混凝土结构，内直径D

进一步地，S3步骤中，注浆压力0.23～0.28MPa，以0.25MPa为佳；停止注浆压力在0.7～0.8MPa范围，以0.75MPa为佳。

进一步地，在消力井底部浇筑C20混凝土垫层5，垫层5厚度45～55cm，一般为50cm。

本发明一种在用尾矿库中重新构建排洪系统的新方法采用以上技术方案后，具有下列积极效果：

(1)本发明通过钢质刃角沉井对原排水涵管进行改造，在注浆区域通过注浆孔进行注浆施工，提高地基稳定性，再进一步通过桩基础提高基础稳定性，钢质刃角沉井下沉至原排水涵管正上方后，将钢质刃角沉井结构优化为消力井，然后修建环形承台和新排洪井达到排洪系统治理的目的，有效缩短施工周期，在保障排洪系统安全可靠性的同时，提高经济效益。

(2)本发明利用库内尾砂的流变性质，通过钢质刃角沉井自重下沉，在钢质刃角沉井内建立院排水涵管改造施工空间，具有操作性强、施工可靠的优点。

(3)本发明在原排水涵管的基础上利用沉井改造，能有效缩短施工周期，降低施工成本，既能满足尾矿库正常排尾的要求，也能保证强降雨季节排洪的需要，具有良好的经济效益。

(4)本发明通过桩基础、环形承台等结构，同传统排洪井的单一基础相比，基础稳定性提高，更具有安全可靠性。

(5)工业试验研究表明，采用本发明方法，能够有效控制库区集水区域洪水安全、快速排出库外，防止洪水诱发导致的溃坝事故，保证尾矿库的安全运行。

(6)采用本发明方法，比新建一套排洪系统施工成本降30％～40％，施工效率快45％以上，应用效果显著。

附图说明

图1为本发明一种在用尾矿库中重新构建排洪系统的新方法剖面图；

图2本发明本发明一种在用尾矿库中重新构建排洪系统的新方法的俯视图。

附图标记：1-钢质刃角沉井；2-角钢；3-1-注浆区域；3-2-注浆孔；4-消力井；5-垫层；6-桩基础；7-环形承台；8-新排洪井；9-原排水涵管。

具体实施方式

为进一步描述本发明，下面结合附图对本发明一种在用尾矿库中重新构建排洪系统的新方法作进一步详细描述。

由图1所示的本发明一种在用尾矿库中重新构建排洪系统的新方法剖面图并结合图2看出，本发明方法重新构建的排洪系统由钢质刃角沉井1、消力井4、桩基础6、环形承台7、新排洪井8组合构成，在消力井4基坑的下部还设有垫层5。

实施例中，某选矿厂在用尾矿库排洪井根据监测发现井身倾斜，存在严重安全隐患。结合企业生产和尾矿库库内汇水的实际情况，采用本发明一种在用尾矿库中重新构建排洪系统的新方法，以达到消除排洪系统隐患的目的。具体采用以下步骤实施：

第一步：钢质刃角沉井1自重下沉封底

首先在库内通过土方作业填筑联络道路和施工平台，待联络道路、施工平台填筑和测量放线完成后，进行钢质刃角沉井1自重下沉封底，实施例中钢质刃角沉井1的内径为3m，钢质刃角沉井1刃脚焊接∠200mm*200mm*10mm角钢2，增大下沉的破砂能力，自重下沉封底过程可通过机械均匀挖砂以配合控制下沉速度，钢质刃角沉井1下沉达下沉达原排水涵管的管顶标高2m范围内，在中心位置和两侧采用触探的方法探寻原排水涵管9，钢质刃角沉井1下沉至设计标高后且沉降稳定后，采用C35混凝土进行封底，要求下一步施工前封底混凝土强度不低于设计强度的75％。

第二步：注浆区域打孔注浆

在注浆区域3-1通过注浆孔3-2进行注浆施工。注浆深度、注浆范围等区域参数根据实际情况确定。实施例中的注浆深度5.7m，注浆区域3-1的外围直径10m，注浆孔3-2在注浆区域3-1内平面环向分两层布置，注浆孔3-2环向层间距1.5m，自外向内依次采用倾斜注浆，倾斜角度60°，注浆压力0.25MPa，停止注浆压力为0.75MPa，采用孔口封闭、自下而上的上行式孔内阻塞注浆，注浆应由低压、较大注入量开始，至终压、较小注入量结束，且注浆终压应不小于设计压力，要求注浆完成后注浆体渗透系数不小于1吕荣，注浆体强度不小于2MPa。

第三步：消力井4施工

消力井4在钢质刃角沉井内1封底向下分层开挖，开挖尺寸为直径3.0m的圆形断面，采用分层开挖的形式，分层高度为0.5m，在基坑向下开挖的过程中用钢筋混凝土浇筑护壁，护壁厚度0.25m，高度0.5m，护壁浇筑后形成净断面直径为1.5m圆形基坑断面，消力井4底部浇筑C20混凝土垫层5，垫层5厚度50cm。基坑下挖范围内原排水涵管9需要进行切割，原排水涵管9上游沿着基坑壁，下游留0.75m在基坑内，并采用人工凿原排水涵管9混凝土，保留钢筋，与消力井4钢筋搭接。

第四步：桩基础6施工

桩基础6在已填筑好施工平台进行布桩，沿消力井4周围和原排水涵管9两侧对称布置，桩基础6采用C40钻孔灌注桩，桩身直径600mm，布桩区域外围直径6.5m，桩长记L，须进入下方基础持力层。

第五步：环形承台7施工

环形承台7在已填筑好施工平台施工，采用C35钢筋混凝土结构，净空直径D

第六步：新排洪井8施工

新排洪井8在环形承台7上进行施工，新排洪井8井身为C35钢筋混凝土结构，内径2.0m，壁厚0.3m，外径2.6m，井身结构参数须满足防排洪要求。

本发明方法在该选矿厂在用尾矿库应用后的计算结果表明，与新建一套排洪系统相比，采用本发明方法重新构建排洪系统，施工成本降低38.5％，施工效率快51.0％，而且安全、可靠，经受住了暴雨季节的考验，取得了意想不到的技术效果。

需要进行说明的是，本发明术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的部件或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。