Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．５４０ Ａｐｒｉｌ．２０１４ 现代矿业 总第５４０期 Ｍ０ＤＥＲＮ ＭＩＮＩＮＧ ２０１４年４月第４期 尾矿库排水管封堵技术研究 徐牧明 于 浩 （中冶集团武汉勘察研究院有限公司） 摘要通过工程案例分析了尾矿库内排水管的破坏影响因素以及其对坝体的破坏机理与影 响，并论述目前常用的管内封堵技术和注浆封堵技术，分析了目前封堵方法存在的弊端，并采用数 值模拟分析提出了封堵长度的确定方法，同时对封堵材料的选择、封堵施工注意的要点、封堵效果 的检测提出了建议，为国内外同类尾矿库排水封堵工程积累了经验，可为类似工程设计、施工及事 故分析提供参考。 关键词排水管破坏机理管内封堵注浆封堵长度 排水管是尾矿库排水系统常用的构筑物之一， 容易产生破坏且不易修复，２０００年以后较少采用， 特别是坝下埋管。但随着矿山对库容量需求的加 大，很多尾矿库进行了加高扩容，排水管结构强度不 能满足上覆荷载的要求，造成了原设计排水管破坏 事故增多，需重新设置排水系统，并对原排水管进行 水井连接处发生横向断裂。导致结构强度降低的因 素很多，例如当尾矿水对建筑材料有腐蚀性时未进 行防腐设计，施工质量不合格等，江铜银山铅锌矿因 施工质量造成排水管断裂。 １．２水平剪力作用 尾矿堆积过程中较少出现较大的水平荷载，水 平剪力主要来自外部荷载，破坏模式主要为横向断 裂。如大吉山尾矿库水平管上覆尾砂厚２４ ｃｍ时， 拖拉机碾压引起排水管的侧移，使接头出现断裂。 １．３不均匀沉降 封堵处理。尾矿坝具有行业特殊性，排水管封堵理 论及技术在现行规范未明确规定，封堵事故时有发 生，因此，研究排水管封堵技术具有必要性。 １排水管破坏因素 排水管破坏影响因素较多，主要有３种：①结构 造成不均匀沉降的原因包括地基土不均匀、上 部荷载不均匀、地基或桩基处理不当，一般易产生横 强度不能满足荷载要求；②受水平剪力作用；③不均 匀沉降…。其破坏模式表现为横向断裂和纵向断 裂，一般以横向断裂居多。 １．１结构强度 向断裂。排水管呈线状分布，长度较大，地基土不均 匀易沉降，导致排水管横向断裂，如寿王坟尾矿库排 水管地基为砂卵石，局部基岩露头，出现土岩组合地 基，未进行合理处理导致排水管横向断裂；东乡尾矿 库排水管置于冲洪积和残坡积地层上，地层交界处 产生不均匀沉降导致横向断裂；金堆城木子沟尾矿 库排水管位于淤泥质粉质黏土和基岩过渡地段，产 排水管设计时应经过结构计算，强度能满足荷 载要求。由于尾矿库进行加高扩容，堆积高度超过 原设计最终高度，排水管的土压力源于库区内逐渐 堆积的尾矿压力，排水管的荷载（包括土压力和外 水压力）逐渐加大，导致结构强度不能满足荷载要 生不均匀沉降导致，钢筋全部断裂。 地基均匀时，因上覆尾矿堆积高度不同，造成土 压力不均也可形成地基不均匀性沉降，导致排水管 横向断裂。 求。通常加高设计时，需重新设置排水系统，在排水 管破坏之前进行封堵。结构强度不能满足荷载要求 时，其破坏模式纵向断裂和横向断裂均有发生。对 于方形排水管或断面尺寸较大（直径大于 １ ５００ ｍｍ）的圆形排水管易产生纵向断裂，如铜官 山尾矿库 １ ５００ ｍｍ圆形钢筋混凝土排水管产生 纵向断裂，杨家杖子尾矿库超高堆积后铸铁管在排 徐牧明（１９７１一），男，高级工程师，４３００８０湖北省武汉市青山 区冶金大道１７号。 排水管地基或桩基处理不当，未完全消除不均 匀沉降，引起横向断裂，如铜山尾矿库。 ２ 排水管破坏对坝体破坏机理及影响 排水管破坏对坝体破坏机理为“渗流一流土一 漏失”，排水管内水位低于浸润线水位，尾砂先发生 潜蚀作用，形成“漏斗状松散体”，局部水力比降加 １７３ Ｂ．Ｂ 广 凝土 排渗管 塑料管 水管管内封堵示意ｆ单位３一坝萼 体 产排生水的系不统前良影：的ｍ响ｍ临 瑁） 时 姜 她， 使用时问理不均长为，对修 ．２注浆封堵 一 去排水功能消除产 ，水管完全失 鬻 ’ 徐牧明 于 浩：尾矿库排水管封堵技术研究 黄石金铜矿业冯家山尾矿库设置了３座排水 ２０１４年４月第４期 线（控制浸润线按坝高４０ ｍ时下游坝坡浸润线的 最小埋深４．０ ｍ考虑）以下，说明注浆后对浸润线 抬升无影响。考虑渗流分析与实际边界条件的偏 差，封堵长度取Ｌ＝２１０ ｍ。封堵前排水管出口流量 为３ ｍ ／ｈ，水质浑浊夹带尾砂。采用水泥砂浆和高 水材料进行注浆封堵，封堵后实测浸润线未抬升，封 堵效果良好，至今使用正常。 井，排水管为０．６ ｍ×０．８ １ＴＩ（ｂ×ｈ）混凝土方管，长 ２７１．３ ＩＴＩ，排水管发生断裂破坏，大量尾砂流入库外， 形成一直径达８ ｍ的塌陷区，需进行注浆封堵处理。 图３为注浆封堵长度１２０ ｍ和１９６ ｍ时的渗流 分析图，可以看出，封堵长度Ｌ＜１２０ ｍ时，浸润线 在坝坡有出逸。Ｌ＞１９６ ｍ时，浸润线在控制浸润 碧 １０ 惺 ５ －５ ８０ ９０ １００ １ １０ ｌ２Ｏ １３Ｏ １４０ ｌ５Ｏ １６０ １７０ ｌ８０ １９０ ２００ ２１０ ２２０ ２３０２４０ ２５０ ２６０２７０ ２８０ 距离，ｍ ｆａ）Ｌ＝１２０ ｍ 目 ｒ Ｉ ／ ｊ ， ． 越 惶 高＝＝＝ｆ；ｆ—］ ‘ 距离，ｍ （ｂ）Ｌ＝１９６ ｍ Ｉ ｊ ｌ ． 一 １ Ｉ 一１０ ０ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ １００ ｌ１０ １２０ １３０ １４０ ｌ５０１６０１７０ ｌ８０ ｌ９０２００２１０ ２２０ ２３０２４０ ２５０ ２６０２７０ ２８０ 图３冯家山尾矿库注浆封堵渗流分析图 ３．２．２ 封堵材料的选择 封堵材料应具有以下特点：①充填饱满，不产生 收缩孔隙；②具有化学、物理稳定性和耐久性；③有 定的强度；④有足够的流动性和可控凝固性 ］。 可供选择的充填材料有混凝土、水泥砂浆、高水 过程中空气的排出；⑤注浆时下套管，防止钻穿后尾 矿涌进排水管形成新的塌陷。 ３．２．４封堵效果检测 可根据封堵后排水管出口的出水量检测封堵效 果，同时布置检测钻孔检测排水管内是否充满和充 一材料等，通过对比分析，混凝土具有较高强度，但流 动性差，不易充填饱满；水泥砂浆有一定强度，流动 填的强度，并通过对比分析封堵前后浸润线情况校 核封堵长度。 性好，但顶部不能完全充填饱满；高水材料与水搅拌形成高结晶水物质，常温常压下不脱水，流动性好， 凝固时间可控制，凝固时有一定的膨胀性，可确保管 道密封，凝固材料的强度可达４ ＭＰａ以上，可确保排 ４ 结 语 （１）排水管的破坏影响因素主要有３种：①结 构强度不能满足荷载要求；②受水平剪力作用；③不 均匀沉降。其破坏模式表现为横向断裂和纵向断 水管的强度要求，且施工方便，可根据流动长度实验 确定其重量配合比。 ３．２．３封堵施工过程 封堵施工一般采用以下工艺流程：排水管进出 口采用混凝土封堵挡墙，待挡墙施工完成后，采用水 泥砂浆或高水材料对中问管道进行注浆充填。根据 裂，一般以横向断裂居多。排水管破坏对坝体的破 坏机理为“渗流一流土一漏失”，排水管破坏后，未 及时处理陷坑将逐渐扩大，严重影响坝体安全和污 染环境。 （２）管内封堵应考虑其结构强度以及封堵后期 对浸润线、渗流破坏的影响。 排水管工程特殊性重点关注以下问题：①排水管内 有一定的出水量，致使设计水泥砂浆或高水材料的 配合比水量增大，影响浆体的强度和流动性；②排水 管埋藏深度大，保证注浆孔准确性，可充分利用已有 排水设施；③保证注浆的连续性；④注浆时确保充填 （３）注浆封堵长度可根据渗流分析确定，以坝 坡不存在出逸点和浸润线低于控制浸润线为控制原 则，并通过浸润线检测进行校核；封堵材料应具有易 充填饱满、较好的稳定耐久性、足够的强度和流动性 及可控凝固性的特点；在施工过程中注意影响施工 饱满，合理配备注浆管径和布置排气孑Ｌ，以利于注浆 质量的重点问题；封堵施工完成后（下转第１７８页） １７５ 总第５４０期 现代矿业 ２０１４年４月第４期 ＪＤＴ一５型陀螺测斜仪。钻孔钻进１７１ ｍ深度后，下 人套管，套管下至预定深度后，及时在套管内下 ￣ｂ１４６ ｍｍ止浆塞密封止水。距孔底４～５ ｍ处拉 塞，先用注浆泵压清水，检查止浆效果，合格后压注 ０．６：１的单液水泥浆，至孔口返浆为止，养护７２ ｈ， 转入下一工序。 ４．２注浆液的制备 所需原浆，密度为１．１０～１．３０ ｇ／ｅｍ 。 ５注浆效果检验 为检查注浆段的注浆堵水质量，对ｚ１ 孔进行 分段压水试验。试验段为２４０～５６７ ｍ，段高３２７ ｍ； 用泥浆泵和注浆泵进行分段洗井，累计洗井８．５ ｈ， 固管和岩帽段注浆采用单液水泥浆，由水泥、 水、食盐、三乙醇胺配制而成，三乙醇胺加入量为水 泥重量的０．０５％，食盐加入量为水泥重量的０．５％。 固管采用水灰比为０．６：１的单液水泥浆，岩帽段采 用水灰比为１：１的单液水泥浆。 黏土水泥浆是综合注浆，材料主要由黏土、水 泥、水玻璃组成，黏土为主要成分。滦县本地赋存大 量黏土，可以就地取材，价格低廉。黏土水泥浆水泥 加入量为１００—２５０ ｋｇ／ｍ ，黏土浆密度为１．１７～ １．２２ ｇ／ｃｍ ，水玻璃加人量为ｌ０～４０ ｌＭｍ 。将采集 到的黏土运至堆土场地，然后用ＴＢＷ８５０／５０泥浆泵 高压循环射流造成土浆，存于储浆池内，经过连续搅 拌均匀后，在使用时充分循环黏土浆液，通过除砂器 除去沉淀杂质进入原浆池内，并用排污泵不断循环， 使黏土浆保持悬浮状态，并测定黏度、密度，调配成 直至孔内返出清水为止。用止浆塞封闭隔离止水， 塞位为２３８ ｍ，压水试验前用６ ＭＰａ压力检查止浆 塞封闭隔离情况，隔离合格使用ＢＱ－３５０型注浆泵 压水，用卸压阀和０～１６ ＭＰａ压力表调整控制压力， 并保证压力平稳。用容积法测量吸水量和秒表计 时，压水试验大于１ ｈ。分２级压水，第一压程为 ３．５ ＭＰａ，第二压程为５ ＭＰａ。 岩层渗透系数为 Ｋ＿０．５２７ ｌｇ ． （３） 采用承压转无压完整式大井法计算注浆后井筒 涌水量： Ｑ：１．３６６Ｋ ｌｇ Ｋ＿＿， （４） ｒＲ＝１０Ｈ肛． 分段压水试验计算结果见表３。 （５） 表３分段压水试验计算结果 ６结论 验总结所得。通过对１ 进风井注浆参数设计及注 浆施工，并取得良好的注浆效果，为进一步完善金属 矿山井筒注浆工艺提供参考。 参考文献 （１）井筒基岩段进行地表预注浆，在井筒周围 形成帷幕，有效封水，并对破碎围岩进行了加固，改 善了井筒施工条件，为井筒快速安全掘砌提供条件， 从而加快井建速度，缩短整体基建工期。 （２）通过注浆孔、注浆段高、浆液配比、注浆量 等注浆参数的设计并进行注浆施工，注浆结束后，对 ｚ１ 孔进行分段压水试验，采用承压转无压完整井大 井法计算注浆后井筒涌水量，预计井筒剩余涌水量 ［１］ 王勇茗．陕西华县西沟地区钼矿控矿因素成矿类型及成矿潜 力［Ｄ］．西安：长安大学，２００６． ［２］ 赵厚胜．井筒地面预注浆施工技术［Ｊ］．煤炭技术，２０００（９）： ８８．８９． 为０．６６ ｍ ／ｈ，注浆治水效果明显。 （３）目前，地表预注浆工程多在煤矿井筒建设 过程中采用，注浆规范中的数据多根据煤矿注浆经 （上接第１７５页）对施工效果进行检测。 参考文献 ［３］顾建华，周 萌，邱启红，等．顾桥煤矿南区进风井地面预注浆 施工工艺［Ｊ］．河北能源职业技术学院学报，２００８（３）：６１－６９． （收稿Ｅｌ期２０１３—１２－１６） ［２］乔云航，崔晓明，肖圣博．谈桌尾矿库排水系统封堵技术措施 ［Ｊ］．山西建筑，２０１３（５）：１０７－１０９． ［３］《地基处理手册》编委会．地基处理手册［Ｍ］．２版．北京：中国 建筑工业出版社，２０００． ［１］ 范恩让，徐政．影响尾矿库排洪涵洞安全的因素与对策［Ｊ］．甘 肃 台全，２００８（２）：２７－２８． １７８ （收稿日期２０１３—１２—１８）
