结合排渗设施治理尾矿库冻土的管网系统及其施工方法技术方案

本发明专利技术公开了一种结合尾矿库排渗设施用于治理尾矿库冻土问题的管网系统及其施工方法。该管网系统包括导水管、横向排渗管及竖向联通管，横向排渗管的端头延伸出尾矿库与大气连通，该横向排渗管的中段通过竖向联通管与尾矿库的排洪设施相连通。该管网系统的施工方法，包括以下步骤：在尾矿库初期坝及排洪设施建设完毕后，开始堆积尾矿并预埋竖向联通管；当尾矿堆积标高高于初期坝坝顶标高后，预埋第一级导水管及横向排渗管，可选择性地预埋斜向联通管；随着尾矿堆积标高的上升，逐级增加导水管、竖向联通管、横向排渗管及斜向联通管的高程和数量，直至铺设完成。本发明专利技术结构简单、施工方便、成本较小、可高效治理尾矿库冻土问题。

Pipe network system for treating frozen soil of tailings dam combined with drainage facilities and construction method thereof

The invention discloses a pipe network system combined with a tailing pond drainage facility for treating the permafrost of a tailings reservoir and a construction method thereof. The network system includes an aqueduct, transverse drainage pipe and vertical pipe horizontal drainage Unicom, end pipe extends out of the tailings communicated with the air, the transverse drainage pipe in the middle of China Unicom tube and tailings by vertical drainage facilities connected. The construction method of the pipeline network system, which comprises the following steps: in the initial dam and the tailings drainage facilities after the construction began, accumulation of tailings and embedded vertical Unicom tailings tube; when the elevation is higher than the initial dam top elevation, buried first aqueduct and transverse drainage pipe, can be selectively embedded oblique communicating pipe with the rising; tailings elevation, increased gradually, the vertical and horizontal aqueduct closed tube drainage pipe and oblique elevation and the number of connections, until the completion of laying. The invention has the advantages of simple structure, convenient construction and small cost, and can effectively control the frozen soil problem of the tailings reservoir.

【技术实现步骤摘要】
结合排渗设施治理尾矿库冻土的管网系统及其施工方法
本专利技术属于矿山尾矿库领域，尤其涉及一种用于治理尾矿库冻土的管网系统及其施工方法。
技术介绍
冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。冻土涉及土、水、冰的物理性质耦合，同时涉及大气、冻土层及下部岩土体的热传导问题。尾矿库的冻土现象与自然界的冻土现象在本质上是一致的，都有冻结和融化过程，都可分为永久性冻土和季节性冻土，但也存在显著的差异性：1)自然界的地面基本是固定的，而尾矿堆积坝滩面是不断上升的，冰面上升与滩面上升同步进行，其上升速度有的低于季节性冻土深度，有的远超过季节性冻土深度；2)尾矿浆在滩面上排放时，自身温度4℃～10℃，呈饱和状态，在滩面流动时分级沉积，边渗透边泌水，进入冰冻层后进一步在冰下沉积。一般来说，季节冻土层除青藏高原外，春暖后在无覆盖的条件下当年内都会融化。对尾矿库而言，无覆盖的条件难以保持，因为尾矿库一般冬季采取冰层下放矿，堆积尾矿形成冻土，而春暖解冻以后，恢复坝前分散放矿。在冻土层未完全融化前进行分散放矿，相当于在尚未融化的冻土层上加了尾矿覆盖层。这时一般气温较低，被覆盖的冻土层的低温难以传导，只能保持原有的冻结状态，随着尾矿排放继续上升，加大冻土层的埋置深度成为深层冰冻层。深层冰冻层在平面沿某方向连续分布，垂直方向受季节影响为间断分布，埋置深度数米至数十米。沿水边线方向可以是连续的，也可以为不连续的。在垂直水边线方向的宽度，各个尾矿库会有所不同，与尾矿粒度、沉积滩纵坡、浸润线水位及坡降等因素有关。深层冰冻层受外界温度影响较小，尾矿覆盖导致低温难以传导出来，所以一般都维持冰冻状态。深层冰冻层坚硬，土颗粒被冰层胶结，但遇热融化。尾矿库深层冻土层的主要危害表现在以下几个方面：1)导致尾矿坝浸润线升高：对于浸润线较高的尾矿库，如果初期坝顶附近浸润线较高或逸出，可能形成坚硬冻土。由于坚硬冻土透水性差接近不透水，堆积坝渗流水被坚硬冻土阻隔，不能继续外渗形成壅水，导致坝坡浸润线上升。深层冰冻层位于堆积坝内，相当于不透水的隔水层，其上部来的渗流水流至此层时，受此冰冻层的阻隔，无法继续下渗，被迫转为水平渗流，直至此冰冻层下游侧边缘才能下渗，这就大幅度提高了堆积坝浸润线水位。2)降低排渗设施的降水效果：由于深层冰冻层隔水作用，不论是垂直排渗或水平排渗，还是前期预埋或后增设的排渗，都因为受水平冰冻层隔水的作用，很难形成垂直降水漏斗，大幅度降低排渗设施的降水效果。3)降低坝体的稳定性：浸润线埋深是影响尾矿坝坝坡稳定的重要因素，浸润线提高必然降低坝体边坡的稳定性。尤其是深层冰冻层在坝坡附近时，可导致坝坡长期渗水沼泽化，冻土解冻可能出现流冰甚至局部滑移。如果坝体浸润线在初期坝顶逸出，可能形成坚硬冻土，春暖来临时，上部松散冻土融化快，冰晶析水导致上部来水量大，而此时初期坝顶坚硬冻土融化慢且基本不透水，导致冻土上游水位上升快，渗透坡降增大，容易造成流土等渗流破坏，甚至导致坝体失稳。随着尾矿堆积标高的上升，库内深层冰冻层在长期高压、地热作用下，可能会出现融化，融化的冰冻层强度急剧降低，在距临空面厚度较小的条件下可能因此而导致坝体失稳。4)冻土对尾矿库构筑物的影响：土体在冻结时由于土中水冻结成冰，与周围迁移来的水冻结产生体积膨胀，土体冻胀会使排水管隆起、脱节甚至裂缝，排水管两侧冻胀不均匀时可使管线弯曲、偏斜。土体冻胀不均匀可导致溢流塔偏斜甚至倒塌。冻土在融化时强度降低，会产生大的沉降变形，如果构筑物基础在冻土层内，构筑物产生沉降变形，产生不均匀沉降会导致构筑物倾斜、裂缝甚至破坏。对于以上尾矿库深层冻土层的主要危害，现有一般的应对措施主要包括：1)冰冻期低水位运行：为了减轻冻土的危害，冰冻期前尾矿库应进行低水位运行。低水位运行有三大好处：一是能使坝体浸润线水位低，冰冻时松散冻土范围大；二是坚硬冻土远离坝坡，如果形成深层冰冻层，对坝体渗流和稳定影响小；三是扩大冬季冰下放矿的库容。2)冰冻期采取冰下放矿：为防止沉积滩形成矿浆冰冻块及流冰层，冬季高寒地区尾矿库采用水下放矿和冰下放矿。冰下放矿也应当进行多口放矿，以免一处尾矿堆满以堵塞管口，必要时还应在冰冻表层打孔放矿。3)冻土融化后才恢复坝前放矿：为防止冻土层特别是坚硬冰冻层被排放尾矿覆盖形成深层冰冻层，每年春暖冻土开始融化时，不要急于恢复坝前放矿，应待坚硬冻土全部融化后再恢复坝前放矿。沉积滩短的尾矿库更应当如此，以防深层冻土层危害。尽管按上述措施进行处理后，能够在一定程度上减小冻土问题，但也必然影响到矿山生产。特别是为防止深层冻土层的形成，在冻土融化后才能恢复坝前放矿的措施，这样将直接导致矿山大幅减产，甚至停产。对于冰冻期较长的地区，冻土层相对较厚，融化时间相应较长，减产或停产时间过长，经济损失往往难以承受。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种结构简单、施工方便、成本较小、可高效治理尾矿库冻土的管网系统，并提供一种施工方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种结合排渗设施治理尾矿库冻土的管网系统，该管网系统包括埋设于尾矿库内的导水管、横向排渗管及竖向联通管，所述的导水管沿不同高程设置有多条，多条导水管至少与一根横向排渗管连通；所述的横向排渗管的端头延伸出尾矿库与大气连通；所述的横向排渗管的中段通过竖向联通管与尾矿库底的排洪设施相连通。上述本专利技术的管网系统中，优选的，所述的多条导水管分别与相对应的位于不同高程处的多条横向排渗管连通，以形成更多的换气通道。上述本专利技术的管网系统中，优选的，所述的多条横向排渗管分别通过相对应的多条竖向联通管与所述排洪设施相连通，以保证整个管网系统能送入更多尾矿库库底的相对高温气体。上述本专利技术的管网系统中，优选的，沿不同高程设置的所述多条横向排渗管通过斜向联通管相互连通，所述斜向联通管至少与一根竖向联通管相连通，以形成一个更大的气流回路通道，气体热交换面积更大，热交换更均匀。上述本专利技术的管网系统中，优选的，沿不同高程设置的所述多条横向排渗管通过斜向联通管相互连通，所述斜向联通管与所述多条竖向联通管均保持连通，以便整个管网系统能通入更多尾矿库库底的相对高温气体，且形成一个更大的气流通道，气体热交换更加充分且均匀。上述本专利技术的管网系统中，优选的，对应连接于同一横向排渗管的导水管和竖向联通管与该横向排渗管相交于同一点，以使气体流动阻力更小，且施工更加方便。上述本专利技术的管网系统中，优选的，对应连接于同一横向排渗管的导水管和竖向联通管交汇于该横向排渗管与斜向联通管的交点处，以使气体流动阻力更小，且施工更加方便。上述本专利技术的管网系统中，优选的，所述斜向联通管的材质根据所受结构荷载及通气量确定为采用PE管；所述竖向联通管的材质根据所受结构荷载及通气量确定为采用PE管或钢筋混凝土管；所述导水管、横向排渗管、斜向联通管和竖向联通管上均匀布有渗滤通气孔，以使高温气体均匀渗透到冻土层中加速冻土的消融。本专利技术的管网系统中导水管开孔，常规的导水管一般不开孔而排渗管则开孔，这也与本专利技术有较大的不同；优选的，所述斜向联通管和竖向联通管上还可采用不开孔方案，或者斜向联通管和竖向联通管的开孔率要小于横向排渗管。斜向联通管和竖向联通管上不开孔或开孔较少，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结合排渗设施治理尾矿库冻土的管网系统，该管网系统包括埋设于尾矿库内的导水管(4)、横向排渗管(10)及竖向联通管(12)，所述的导水管(4)沿不同高程设置有多条，其特征在于：多条所述的导水管(4)至少与一根横向排渗管(10)连通，所述的横向排渗管(10)的端头延伸出尾矿库与大气连通，所述的横向排渗管(10)的中段通过竖向联通管(12)与尾矿库底的排洪设施(6)相连通。

【技术特征摘要】
1.一种结合排渗设施治理尾矿库冻土的管网系统，该管网系统包括埋设于尾矿库内的导水管(4)、横向排渗管(10)及竖向联通管(12)，所述的导水管(4)沿不同高程设置有多条，其特征在于：多条所述的导水管(4)至少与一根横向排渗管(10)连通，所述的横向排渗管(10)的端头延伸出尾矿库与大气连通，所述的横向排渗管(10)的中段通过竖向联通管(12)与尾矿库底的排洪设施(6)相连通。2.根据权利要求1所述的结合排渗设施治理尾矿库冻土的管网系统，其特征在于：多条所述的导水管(4)分别与相对应的位于不同高程处的多条横向排渗管(10)连通。3.根据权利要求2所述的结合排渗设施治理尾矿库冻土的管网系统，其特征在于：所述的多条横向排渗管(10)分别通过相对应的多条竖向联通管(12)与所述排洪设施(6)相连通。4.根据权利要求2所述的结合排渗设施治理尾矿库冻土的管网系统，其特征在于：沿不同高程设置的所述多条横向排渗管(10)通过斜向联通管(11)相互连通，所述斜向联通管(11)至少与一根竖向联通管(12)相连通。5.根据权利要求3所述的结合排渗设施治理尾矿库冻土的管网系统，其特征在于：沿不同高程设置的所述多条横向排渗管(10)通过斜向联通管(11)相互连通，所述的斜向联通管(11)与所述的多条竖向联通管(12)均保持连通。6.根据权利要求3所述的结合排渗设施治理尾矿库冻土的管网系统，其特征在于：对应连接于同一横向排渗管(10)的导水管(4)和竖向联通管(12)与该横向排渗管(10)相交于同一点。7.根据权利要求4或5所述的结合排渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁曦，王又武，刘石桥，袁平，
申请(专利权)人：中冶长天国际工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43