弓长岭尾矿坝水平自流式排渗工程施工技术方法

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  【摘要】本文结合弓长岭尾矿坝水平自流式排渗工程实践,简要说明了水平自流式排渗工程施工技术方法。
  
  【关键词】自流式排渗工程;施工技术方法
  
  Technical construction methods of Gongchangling level gravity-type row of tailings dam seepage
  Zhang Li-guo
  (Liaoning Metallurgical and Geological Exploration Bureau Team 401AnshanLiaoning114000)
  【Abstract】In the article, the level of gravity-type Gongchangling tailings dam seepage drainage engineering practice, a brief description of the level of gravity-type row of seepage construction technical methods.
  【Key words】Gravity seepage drainage works; Construction technical methods 
  
  1. 概述
  
  自从一九七六年第一批竖式排渗井在首钢大石河尾矿坝上应用以后,全国先后有十余座尾矿坝采用了竖井泵式排渗,打破了以往采用底褥式、虹吸式、水塔等排渗方法,解决了尾矿坝的安全生产隐患问题。
  但是,目前采用的泵式排渗井,也有其缺点。为了达到降低尾矿坝侵润线,把坝中的水排出去,有效的疏干坝体,往往采用液位信号装置,实行自动抽水排渗。可是由于种种原因,液位信号装置大部分未能正常工作,每次排渗基本上都采用人工手动定时抽水。而排渗井渗入井内水量有限,一般为每日几十立方米,故此井内水,开动泵后几分钟就抽干了,并未使尾矿坝的侵润线更有效地降低。
  鉴于以上情况,一九八二年我单位与鞍钢矿山公司,鞍山黑色冶金矿山设计研究院,根据尾矿坝的实际情况,联合设计出了尾矿坝自流式排渗工程施工方案,通过到全国各地考察,设计了一套合适于尾矿坝水平顶管机及其附属用具、成井工艺及施工工序。
  在一九八三年,首先在鞍钢齐大山选矿厂周家沟尾矿坝上进行了试验。经过我单位及鞍钢矿山公司、设计院三方面努力,水平排渗井获得了成功,并且于八四年十月,通过冶金部鞍钢矿山公司、鞍山黑色冶金矿山设计研究院、鞍钢齐大山选矿厂的初步鉴定,认为尾矿坝采用自流式排渗方法可行,并进行推广应用。
  为此,一九八五年至一九八六年,我单位施工了鞍钢矿山公司弓长岭尾矿坝十七眼水平自流式排渗井。九0年至九一年又与本钢南芬尾矿坝施工了二十三眼水平自流式排渗井。根据鞍山黑色冶金矿山设计研究院设计要求和鞍钢矿山公司弓长岭选矿厂使用单位鉴定,此项水平排渗工程达到了设计和使用要求。
  图1尾矿坝剖面图示
  本文就弓长岭尾矿坝水平自流式排渗工程施工这一新技术,简要地说明其施工技术方法。
  
  2. 尾矿坝概况
  
  弓长岭尾矿坝位于辽阳市弓长岭岭平山镇西北2公里左右。始建于一九五九年,尾矿堆积场地建立在三面环山一面有出口的山崖地里。在山口处构筑基本坝截断山口,形成三面环山一面是坝的大型尾矿堆积场地。选矿后废并的尾矿粉以水力形式放在基本坝里,以后逐年逐月地用尾矿粉堆积成尾矿坝。
  到目前为止,弓长岭尾矿坝已筑成第五期子坝,最大标高达到110米,尾矿坝长205米,坝宽105米。为了保证坝体安全,降低坝体侵润线的降深,于一九八0年在标高80米处施工了十五眼竖式排渗井,进行泵式排渗,这些竖式排渗井已经基本报废。弓长岭尾矿坝体剖面如图1所示。
  
  3. 水平自流式排渗井排渗原理
  
  水平自流式排渗井是在吸收了泵式排渗井优点基础上而发展出来的一项新技术,这一新技术弥补了泵式排渗井的不足,把尾矿坝排渗技术推向前进。
  水平自流式排渗井排渗原理是:尾矿坝内的渗流水经过竖式渗水井集中起来,再通过设在竖式渗水井下部相通的水平导管自流排除坝外,达到降低尾矿坝侵润线的目的,保护坝体的稳定性。尾矿坝水平自流式排渗井排渗原理如图2所示。
  图2水平自流式排渗井排渗原理图示
  
  4. 水平自流式排渗井工程施工技术方法
  
  4.1顶进设备。我单位施工时采用的顶进设备是我公司机械厂生产的液压顶管机。它是由双液压油缸及回转机构、电气控制三部分组成。
  水平液压顶管机主要性能为:液压顶额定压力为484公斤/厘米2,顶压行程为800毫米,顶进速度为8.28-15.84米/小时,具有前顶后拔及回转钻进等功能。
  4.2安装及固基。 在尾矿坝上安装固定顶管机,使设备稳定是比较困难的,因为尾矿粉粒度细微,相互间无胶结,饱水时呈糊状,振动时则液化,所以安装必须牢固,使顶管机在顶进时不能前后左右偏移:
  (1)修筑水平顶管机地盘,长15米,宽7米,按设计地面高程用推土机推平。
  (2)利用北京Ⅰ型铁塔底盘做为水平顶管机台,采用桩基固定。管桩规格为108毫米或127毫米,长3000~3500毫米,每组机台不得少于40根桩。桩子用YKC钻机打进。
  (3)底盘安装平稳,用桩基管与底盘用电焊焊接牢固。
  (4)水平顶管机的安装仰角为34、23、、,达到水平管斜率为百分之一,要求用水准仪操平,用经纬仪测出顶进方向线,方位角,水平顶管井口标高,井口起点标高,并将数据记载在设计安装剖面图上。
  (5)安设排水槽,水源箱及沉淀箱。图3.过滤管图示
  图4.通水连结器与竖井相交示意图
  图5.泵式与自流式排渗井昼夜之内水位变化示意图
  4.3顶进工艺。
  顶进是排渗工程的基础,必须严格执行操作规程,不能盲目地顶进,以免发生水平管偏斜。
  (1)水平顶进管结构采用159毫米和130毫米钢管。
  (2)第一根管头要带锥度。
  (3)管子连接采用丝扣连接和电焊焊接。
  (4)顶进时压力控制要均匀,不得忽大忽小。双缸顶进,两缸要达到等速,便于准确地控制水平顶进时内压力和防止水平管偏斜。
  (5)顶进压力如果出现突然升高等异常反应,要立刻停止顶进,分析原因,采取措施后再确定顶进方法。
  (6)要有专门人员观察压力表变化情况,随着顶进深度记录顶进压力数据。
  (7)顶进压力应小于120公斤/厘米2,若超过应用掏粉钻具掏取矿粉或带水冲粉,减少管内阻力,干式掏粉和带水冲粉,不准超过水平管长度,防止井壁坍塌,破坏原来尾矿粉结构。
  (8)顶进20~30米之内,测量人员跟踪测量水平顶管仰角变化,若超过设计仰角,应拔出水平管,重新顶进。
  4.4水平钻孔方位的确定(找管法)。
  由于八十年代没有水平测斜仪,所以水平顶管顶进后,顶进管偏离原设计轨迹多少也无法知道,而采用物探地面测量,又因水平管距地表深度大,一般在30米左右,矿粉磁性干扰量不准,所以在这种情况下,我们采用了测量、钻探、物探相结合的方法确定了水平管的位置。
  (1)水平管顶到终点后,测量人员给出水平管头所在位置,包括水平管长度、水平管终点方位标高、预见水平管深度。
  (2)在水平管头往里1米,用XJ-100型钻机、110毫米钻具、42毫米钻杆,泥浆护孔进行钻探找管。
  (3)接近预计碰管深度时,应注意井内异常变化,进行综合分析判断。
  (4)钻完孔后,物探用电法和三分量磁法,把测头下入孔内测量,测量出数据做出曲线图,判断出水平管深度位置及偏离原设计方位距离。
  (5)根据物探测量得出的数据,确定孔位,钻探在其位置上打孔验证。
  (6)当钻具与水平管相碰时,测量人员用经纬仪测出标高,导出水平管的深度标高,测量出水平管的方位。
  (7)找管钻机安装要水平、固定、周正,倾角确保900,否则易出现水平管方位误差。
  (8)在水平管纵向上,距离1米和2米打两孔,来验证所找管位置的准确性,做为成竖井井位的依据。
  注:电字以4分钱计算。
  4.5竖式渗水井的施工方法。水平管终点管头位置确定后,距离水平管头0.9米的地面位置,由测量测出竖井的中心位置,确保水平管头与渗水井的最大井径留0.3米的余量。施工竖式渗水井所用设备为CF-30型冲击钻机,竖井口径为1.2米,孔深30米,护壁采用水压法和泥浆压井法冲击成井,钻具采用抽筒式和全面冲击钻头,施工技术要点如下:
  (1)钻机安装要平稳、滑车、钻具、井口中心在一条直线上;
  (2)井口采用1.5米,长1.2米园筒,作为井口管,保护井口不受水冲击而坍塌。
  (3)冲击钻进时,要按操作规程操作。
  (4)下钻时,要一面冲击,一面下钻,防止井壁缩径。
  (5)每次进尺约0.3~0.5米,不宜贪多,冲程不宜贪大,放绳不要过多,要随着进尺,不断地均匀地少放绳勤放绳。
  (6)要勤起钻捞砂,不能打懒钻。
  (7)下钻一定要慢,防止一下子把钻具下到矿泥层中而被夹住,提钻时速度不能太快,防止发生孔底抽吸过大而造成井内涌砂,造成孔壁坍塌。
  (8)遇到矿层泥时,一个是钻具要来回上下多次地提升、冲击,直到把矿泥层穿过,另一个是采用小径钻具先冲击过去矿泥层,然后再用大径钻具冲击扩孔。
  (9)竖式渗水井的过滤管规格为800毫米,抽条式外绕10号镀锌铁线和包两层尼龙纱网,纱网规格为60目,与水平管相交处采用网格肋骨式天窗,外包铁纱网和60目尼龙网,过滤管如图3所示
  (10)竖式渗水井打到预定深度后,立即下入过滤管。下管时,要求定向,即将天窗中心对准水平管头方位,在每根管上打直线,测量人员用经纬仪定向,保证下完管后,水平管与天窗中心对准,不发生转动错位。
  (11)下完管后,立即投砾料,砾料要先进行水洗,砾料规格为0.3-0.5毫米,四周均匀围填,井口用粘土压实。
  (12)成井后,用空压机和二氧化碳洗井,直到水清砂净为止。
  (13)打竖式渗水井前,先把水平管起点管口堵死,防止渗水井打到与水平管平行深度时,矿粉或液浆顺水平管口漏出而使竖井坍塌,造成施工困难。
  4.6顶送通水联结器,实现平竖井相交。水平顶管达到预定深度,竖式渗水井成井后,最关键的是送通水联结器,它的好坏直接关系着整个水平自流式排渗井的成败。所以,要求严格细致。采用通水联结器规格为100-106×5,不绕丝包网,为圆孔式过滤器。方法是用水平钻机50钻杆送入水平管内,直至穿过800毫米井管天窗,见图4所示,从而使竖式渗水井中具有一定水压的汇水,经过通水联结器,由水平管中流出,实现自流排渗,从此渗入渗水井中多少水就流出多少水,总保持一定水位,降低了尾矿坝侵润线,保证尾矿坝安全。
  
  5. 水平自流式排渗井经济及技术效果
  
  不论泵式机械排渗井还是水平自流式排渗井,其目的都是为了排出尾矿坝中水,达到降低侵润线。但是,就其两种排渗形式来讲,其经济及技术效果是不同的,泵式机械排渗井,由于渗入井内水有限,每次抽几分钟,井内水就被抽干了,并未使侵润线更有效地降低,而水平自流式排渗井就不同了,渗入竖井中的水,渗入多少,经过水平管流出多少,使井内水位总保持在设计位置上,有效地降低了尾矿坝侵润线(见泵式与自流式排渗井昼夜之内水位变化示意图5);从另一方面来说,水平自流式排渗井在经济上也是非常优越的,我们以弓长岭尾矿坝两种排渗形式做了比较,参见表1。
  从表1经济及技术效果对比中看出,虽然水平自流式排渗井初期投入施工费用高于泵式机械排渗井,但是它每年可以节约数十万元经营费用,而且技术效果明显优越,对尾矿坝排渗效果好。长远来说,如果水平自流式排渗井在更多的尾矿坝上应用,那么就会创造出更高的经济效益。
  
  参考文献
  [1]鞍钢矿山公司齐大山选矿厂尾矿坝自流式排渗井试验技术总结
  
  [文章编号]1006-7619(2010)02-26-111
  [作者简介]
  张立国(1962-)男,汉族,辽宁锦州人,工程师,辽宁省冶金地质勘查局四0一队勘探总工程师,探矿工程专业,从事岩心钻探技术管理及研究推广、岩土工程、地质灾害处理施工管理技术工作。
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