基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，該結(jié)構(gòu)包括布設(shè)于尾礦庫下游的初期壩和設(shè)于初期壩上游的截滲壩，截滲壩上游堆存細(xì)粒尾礦，初期壩和截滲壩之間堆存粗粒尾礦；利用水力分級使粗顆粒尾礦先沉積、再逐層堆積形成尾礦庫支承體。該結(jié)構(gòu)應(yīng)用時，先建造截滲壩，并在其上游堆存尾礦，使靠近截滲壩的區(qū)域內(nèi)形成粗粒尾礦沉積灘；同時在截滲壩下游建造初期壩，開始在下庫中堆存粗粒尾礦，在上庫中堆存細(xì)粒尾礦；下庫有效沉積灘尾設(shè)置成尾礦水的臨時滯留區(qū)：并設(shè)置泵船將細(xì)粒尾礦提升至上庫堆存；最后沿用常規(guī)的上游筑壩法在兩級壩結(jié)構(gòu)上堆存尾礦。本發(fā)明能充分結(jié)合各種筑壩法的優(yōu)勢，提高尾礦庫運(yùn)營的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。
【專利說明】基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種尾礦庫初期壩及其應(yīng)用，尤其涉及一種基于改進(jìn)上游式筑壩的尾礦庫初期壩及其在尾礦堆積筑壩中的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]用以貯存金屬、非金屬礦山進(jìn)行礦石選別后排出的尾礦的場所成為尾礦庫，尾礦壩則是攔擋尾礦和水的尾礦庫外圍構(gòu)筑物，通常指初期壩和尾礦堆積壩的總體。初期壩指的是用土、石材料等筑成，作為尾礦堆積壩的排滲或支撐體的壩。尾礦堆積壩是指生產(chǎn)過程中用尾礦堆積而成的壩。
[0003]在目前已經(jīng)應(yīng)用的尾礦堆壩方法中，最早有一次性筑壩、上游式筑壩，隨后開始出現(xiàn)下游式筑壩和中線式筑壩，到21世紀(jì)以后，由于礦山迅速發(fā)展，出現(xiàn)了尾礦干堆、膏體排放等多種方法。
[0004]我國冶金礦山約90%的尾礦壩是采用上游式筑壩(參見圖1)，上游式筑壩(簡稱上游法)是指:當(dāng)庫內(nèi)尾礦沉積灘面升至常規(guī)初期壩21壩頂時，在沉積灘上就近取砂，平行初期壩軸線向上游堆筑子壩14，形成新的放礦空間，將放礦管移到子壩14壩頂繼續(xù)放礦，待尾礦沉積灘面升到子壩14壩頂時，再進(jìn)行下一級子壩14的堆筑(參見圖1)。堆積壩4按沉積灘11的灘面逐漸向上游方向堆筑推進(jìn)，直至后期堆積體達(dá)到最終的堆積標(biāo)高。上游式筑壩中，其特點(diǎn)是子壩14位置不斷向上游推移。為降低浸潤線，大部分上游式筑壩都設(shè)計有水平排滲系統(tǒng)，通過水平排滲盲溝9和導(dǎo)水管10排滲，有一定效果，但由于壩體是由流動礦漿中的尾礦顆粒自然沉積而成，沉積灘內(nèi)往往含有較多細(xì)泥夾層，降低了其垂直滲透系數(shù)，因此上游式筑壩浸潤線22水位一般較高，壩體穩(wěn)定性較差，特別是靠近常規(guī)初期壩21附近的堆積壩4段浸潤線是影響壩體穩(wěn)定的主要因素。
[0005]為解決上游式筑壩的不足，趙暉及張明鑒分別提出了自己的改進(jìn)思路。
[0006]趙暉在1998年提出了“一種尾礦壩及灰渣壩的雙壩安全堆筑法”(參見圖2)，其特點(diǎn)是以雙低初期壩為初期壩，在內(nèi)初期壩32、外初期壩31的基礎(chǔ)上按傳統(tǒng)堆壩方法，或?qū)捛鄯?、多渠槽法或集中排放礦漿及灰漿，在兩座初期壩上輪流交替堆壩，逐漸升高，在內(nèi)初期壩32、外初期壩31之間的地基表面設(shè)底部反濾排滲層36，在內(nèi)初期壩32的外壩坡增設(shè)外坡面排滲層33，并與底部反濾排滲層36相連，以加強(qiáng)排滲。
[0007]這種改進(jìn)思路在一定程度上改善了常規(guī)上游式筑壩法的不足，加速了尾礦疏干固結(jié)，降低了壩體的浸潤線37，增強(qiáng)了其穩(wěn)定性，但由于兩級壩的存在，也引入以下幾個弊端:第一，兩初期壩均為常規(guī)壩前放礦，但由于外壩體34的庫身長度有限，一般僅粗粒尾礦能夠沉積，而大部分細(xì)粒尾礦則會在尾部形成澄清區(qū)，內(nèi)壩體35 —般高于外壩體34，此澄清區(qū)直接浸泡內(nèi)壩體35坡面，形成淤泥區(qū)，影響內(nèi)壩體35的正常放礦，同時也對內(nèi)壩體35的穩(wěn)定性構(gòu)成了威脅；第二，此思路的關(guān)鍵在于降低外壩體34的浸潤線，但由于外壩體34采用的是水力分級，存在大量細(xì)泥夾層，垂直滲透系數(shù)低，排滲速度慢，因此外壩體浸潤線無法快速下降，尾礦疏干較慢，難以達(dá)到預(yù)期效果，特別是在暴雨情況下，雨水入滲速度慢，影響尾礦的疏干固結(jié)。
[0008]張明鑒在1995年提出了“一種建設(shè)尾礦壩堆筑壩的雙壩上游法”，其工程構(gòu)成是建立上、下兩個初期壩，在兩壩體之間的地基上設(shè)置反濾排滲體系。尾礦堆筑方法是在上初期壩肩上方的任一側(cè)或兩側(cè)設(shè)尾礦分級站，前期經(jīng)分級濃集的尾礦漿底流在上初期壩、下初期壩的上游坡進(jìn)行排放，以形成滲透性強(qiáng)的沉積層，保護(hù)上、下壩體的上游坡及兩壩之間地基的反濾排滲體系，待形成一定長度和面積的干灘后轉(zhuǎn)入正常分級排放作業(yè)。濃集分級的溢流則可先存放于另一池塘，后期直接排入庫內(nèi)。
[0009]這種改進(jìn)思路在結(jié)構(gòu)上與趙暉的思路基本一致，在結(jié)構(gòu)上都采用了兩級壩的形式，同時在兩初期壩之間的地基上設(shè)反濾排滲層，以加強(qiáng)該區(qū)尾礦的排滲。放礦工藝上則有所不同，采用了尾礦分級站進(jìn)行前期分級，因此尾礦滲透性相對較好。但是，該方案也存在以下缺點(diǎn):第一，該方案增加了分級站的基建投資，且分級站又給生產(chǎn)帶來了很多麻煩，如分級站的移動不便、操作管理難度大、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高等；第二，兩壩體之間的尾礦僅設(shè)置了底部排滲，排滲效果較為有限，難以確保該區(qū)尾礦的快速、充分疏干。
[0010]由上可見，現(xiàn)有的上游式筑壩法及其改進(jìn)雖然具備一定優(yōu)勢，但仍然存在一些不足，改進(jìn)措施尚不夠完善，其堆積壩的主要材料是非飽和土，而非飽和土的相關(guān)研宄也不成熟，特別是其滲流問題，其滲流參數(shù)及計算方法都有待進(jìn)一步研宄和分析論證。因此，為了更好地發(fā)揮上游筑壩法的優(yōu)勢，彌補(bǔ)其不足，我們有必要對上游筑壩法作進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化，以更好地保證尾礦庫的穩(wěn)定，同時使投資成本控制在合理范圍，并保證操作使用方便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能充分發(fā)揮現(xiàn)有上游式筑壩法的優(yōu)勢，且能大大提高尾礦庫運(yùn)營的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)，還相應(yīng)提供該尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)在尾礦庫堆積筑壩中的應(yīng)用。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)，該尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)包括布設(shè)于尾礦庫下游的初期壩和布設(shè)于初期壩上游的截滲壩，所述截滲壩的上游庫區(qū)設(shè)為主要堆存細(xì)粒尾礦的上庫(或稱細(xì)顆粒永久堆存庫)，所述初期壩和截滲壩之間的庫區(qū)設(shè)為主要堆存粗粒尾礦的下庫(或稱粗顆粒沉積庫)，下庫中逐層堆積的粗粒尾礦形成尾礦庫支承體。
[0013]上述本發(fā)明的技術(shù)方案主要基于以下原理:首先，選礦廠排出尾礦一般為粗顆粒、細(xì)顆粒混合的尾礦，由于受細(xì)顆粒尾礦的影響，這種粗、細(xì)顆粒混合的尾礦堆積體不僅固結(jié)緩慢、強(qiáng)度低，而且不利于堆積體的穩(wěn)定。因此，本發(fā)明在常規(guī)上游筑壩法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用劃分上、下庫的兩級壩結(jié)構(gòu)，使下庫作為粗顆粒沉積庫，在下庫中利用水力沖積過程的水力分級作用使粗顆粒尾礦先在下庫中沉積，逐層堆積后形成尾礦庫支承體，并在下庫中優(yōu)選設(shè)置強(qiáng)排滲系統(tǒng)，使支承體充分固結(jié)；而上庫則作為細(xì)顆粒尾礦堆存庫，上庫中的尾礦水可被中部的截滲壩截流，進(jìn)而排出尾礦庫外，充分保證尾礦庫的運(yùn)營安全。
[0014]上述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選的，所述下庫中靠近截滲壩的尾部設(shè)置成未澄清尾礦水及所夾帶細(xì)粒尾礦的臨時滯留區(qū)。為實(shí)現(xiàn)在下庫主要堆存粗粒尾礦，在下庫的粗顆粒沉積區(qū)的庫內(nèi)不宜預(yù)留尾礦水澄清區(qū)，而是改為在靠近所述截滲壩下游坡腳的位置設(shè)置幾個小面積的礦漿區(qū)(即臨時滯留區(qū))，以容納未澄清尾礦水及其所夾帶的細(xì)粒尾礦，這樣便可為后續(xù)機(jī)械分離或人力分離出下庫中的細(xì)顆粒尾礦提供相應(yīng)的場地空間。
[0015]上述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)中，更優(yōu)選的，所述臨時滯留區(qū)內(nèi)設(shè)有將該區(qū)域內(nèi)的細(xì)粒尾礦提升至上庫堆存的泵船(或挖泥船)。此種泵船提升的工作方式在本尾礦庫的建造施工領(lǐng)域尚屬首次應(yīng)用，具有獨(dú)創(chuàng)性，其優(yōu)越性體現(xiàn)在:泵船可隨臨時滯留區(qū)內(nèi)水位的不斷上升而向上浮移，這不僅有效替代了原有的旋流分級方式，而且徹底解決了原有旋流分級方式需要不斷向上迀移旋流分級設(shè)備的技術(shù)難題，大大簡化了后續(xù)的堆壩和運(yùn)營過程，減小了設(shè)備投入成本。
[0016]上述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)中，考慮到截滲壩與初期壩距離的確定與下庫中有效沉積灘的長度相關(guān)，因此，為了能更好地形成未澄清尾礦水及所夾帶細(xì)粒尾礦的臨時滯留區(qū)，避免下庫中發(fā)生尾礦水澄清以致細(xì)尾砂(泥沙)沉底，同時為了使泵船能更好地將細(xì)粒尾礦提升至上庫，所述截滲壩距初期壩的距離根據(jù)地形條件優(yōu)選確定在總壩高(總壩高是指尾礦庫設(shè)計最終堆積標(biāo)高與初期壩原始地面之間的高差)的2?3倍。
[0017]上述的基于強(qiáng)排滲上游法的尾礦庫堆積壩中，優(yōu)選的，所述初期壩采用堆石壩或土石混合壩，所述截滲壩優(yōu)選采用透水堆石壩，所述截滲壩的壩頂還可優(yōu)選設(shè)截滲墻，截滲墻與截滲壩連成一體，截滲墻與截滲壩的總截滲高度(從滲流引出管到截滲墻頂?shù)母叨?優(yōu)選為此處上覆尾礦堆積高度的1/2?2/3，截滲墻的厚度優(yōu)選為2m?5m。通過設(shè)置截滲墻可以更充分截斷上庫中的滲水，增強(qiáng)截滲效果，加速上庫中的尾礦固結(jié)。
[0018]上述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選的，對于初期壩和截滲壩之間距離長、庫容大導(dǎo)致上、下庫難以平衡上升的，可在所述下庫中設(shè)置一道以上的放礦措施壩(優(yōu)選I?2道，以滿足兩庫均衡上升的要求為準(zhǔn))，所述放礦措施壩的高度控制在2m?5m。此種優(yōu)選方案特別適用于大型或特大型尾礦庫，因為對于大型或特大型尾礦庫而言，其需要形成大體積的支承棱體，這樣設(shè)計出的下庫庫身往往較長，一次性形成支承棱體所需時間也相對太長，這會導(dǎo)致上庫和下庫中的堆積標(biāo)高相差太大，不能均衡上升。為此，通過在下庫中設(shè)置放礦措施壩可先行在下庫中堆積粗粒尾礦支承體，以避免上、下庫尾礦堆積標(biāo)高相差太大。
[0019]上述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)中，所述初期壩的高度應(yīng)根據(jù)尾礦庫整體需要來決定，其主要根據(jù)總庫容的需要確定，因為初期壩的高度對形成總庫容有明顯的影響。在本發(fā)明中，初期壩的高度不一定很高，其高度還可根據(jù)排滲需要確定，一般高于中線式或下游式筑壩時的一級濾水?dāng)r砂壩即可。
[0020]上述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選的，所述細(xì)粒尾礦主要是指粒徑范圍在0.037mm以下的尾礦顆粒；所述粗粒尾礦主要是指粒徑范圍在0.032mm以上的尾礦顆粒。
[0021]作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，包括以下步驟:
[0022](I)根據(jù)尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)的設(shè)計選址，先在設(shè)計的相應(yīng)地段施工建造所述截滲壩，并在截滲壩上游形成的上庫中堆存尾礦；
[0023](2)在上庫堆存尾礦的過程中，使上庫靠近截滲壩的區(qū)域內(nèi)形成粗粒尾礦沉積灘，以降低上庫截滲壩壩前區(qū)域的浸潤線；
[0024](3)在上庫中堆存尾礦的過程中，開始在截滲壩的下游位置施工建造初期壩，使所述初期壩和截滲壩之間形成下庫；
[0025](4)當(dāng)上庫中尾礦的堆積標(biāo)高超過截滲壩壩頂一定高度后，開始同時在上庫和下庫中堆積尾礦；在下庫中主要堆存粗粒尾礦，下庫中的粗粒尾礦在其有效沉積灘內(nèi)沉積，有效沉積灘尾設(shè)置成未澄清尾礦水及所夾帶細(xì)粒尾礦的臨時滯留區(qū):在所述臨時滯留區(qū)內(nèi)設(shè)置泵船，使泵船將該區(qū)域內(nèi)的細(xì)粒尾礦提升至上庫堆存；這樣可使下庫中主要堆存粗粒尾礦，上庫中主要堆存細(xì)粒尾礦；
[0026](5)當(dāng)下庫中尾礦的堆積標(biāo)高與上庫中的尾礦堆積標(biāo)高減小至設(shè)定高度時，開始沿用常規(guī)的上游筑壩法在所述尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)上堆存尾礦。
[0027]上述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，優(yōu)選的，所述步驟(4)中，上庫中尾礦的堆積標(biāo)尚超過截滲現(xiàn)現(xiàn)頂標(biāo)尚的具體尚度優(yōu)選為1m?20m。
[0028]上述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，優(yōu)選的，所述步驟(5)中，所述設(shè)定高度可根據(jù)具體操作需要確定，優(yōu)選5m以內(nèi)(特別優(yōu)選2m以內(nèi))。
[0029]上述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，優(yōu)選的，在下庫堆存粗粒尾礦的過程中，同時在下庫內(nèi)開挖設(shè)置強(qiáng)排滲系統(tǒng)，具體包括集滲井和輻射式排滲盲溝，在截滲壩內(nèi)預(yù)埋有滲流引出管，在下庫內(nèi)鋪設(shè)反向?qū)苁蛊溥B通至所述滲流引出管。對于尾礦性質(zhì)好，粒度粗的尾礦，也可直接采用常規(guī)的水平排滲系統(tǒng)，即“水平排滲盲溝+導(dǎo)水管”。所述集滲井沿豎直方向布置，所述輻射式排滲盲溝以集滲井為中心呈輻射狀布置，分層布置，坡向集滲井，集滲井底部設(shè)有反向?qū)埽孪蛏嫌蔚慕貪B壩，截滲壩內(nèi)設(shè)有滲流引出管，集滲井收集的滲水通過反向?qū)軐?dǎo)入截滲壩內(nèi)的滲流引出管，滲流引出管與尾礦庫排洪系統(tǒng)相連；其排滲路徑為輻射式排滲盲溝-集滲井-反向?qū)?滲流引出管-排洪系統(tǒng)。下庫需要特別加強(qiáng)初期排滲，通過強(qiáng)排滲系統(tǒng)將下庫中排滲方向改為引至截滲壩，導(dǎo)致滲透壓力反向，這樣可實(shí)現(xiàn)灘面滲流向上游截滲壩流動，從而可降低下滑力，削減整個壩體的滲透壓力，對壩體穩(wěn)定性有利。輻射式排滲盲溝的設(shè)置長度，可根據(jù)下庫中的滲流控制長度及堆積尾礦的滲透影響半徑綜合確定。這樣可確保下庫尾礦充分、快速的疏干固結(jié)，使得下庫浸潤線基本貼近地表，為整個尾礦庫的安全穩(wěn)定提供了保障。
[0030]上述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選的，所述上庫和/或下庫還可設(shè)置常規(guī)的水平排滲系統(tǒng)，具體包括水平排滲盲溝和導(dǎo)水管，水平排滲盲溝平行壩軸線布置，導(dǎo)水管垂直于壩軸線布置，并與水平排滲盲溝相連，其排滲路徑為水平排滲盲溝至導(dǎo)水管。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0032](I)本發(fā)明基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)保留了現(xiàn)有上游筑壩法的各項優(yōu)點(diǎn)，例如工藝簡單、設(shè)備簡單、管理操作方便、運(yùn)行費(fèi)用和施工成本低、邊坡相對固定、運(yùn)行期可防止邊坡裸露及揚(yáng)塵。
[0033](2)本發(fā)明基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)中設(shè)有初期壩，其主要功能在于堆積較粗粒度的尾礦，并形成整個尾礦庫的堅實(shí)支承體(這并不是要求初期壩形成的下庫中全部堆存粗粒尾礦，一般只需形成相對大的支承棱體即可)，這便大大提高了壩體的穩(wěn)定性和尾礦庫的安全性。
[0034](3)本發(fā)明的技術(shù)方案中下庫主要堆存粗粒尾礦，這不僅能夠增加下庫中作為支承棱體的粗粒尾礦含量，同時大幅減少了細(xì)泥夾層的形成，有利于下庫排滲，提高支承棱體承載強(qiáng)度。
[0035](4)本發(fā)明基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)中在初期壩的上游還設(shè)有一截滲壩，并通過對尾礦庫后期排滲設(shè)施的合理布局和設(shè)置，起到同時解決上庫和下庫排滲問題的技術(shù)效果，使下庫與上庫的固結(jié)排滲問題得到總體、綜合的考慮。
[0036](5)本發(fā)明基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)中在下庫設(shè)有強(qiáng)排滲系統(tǒng)，可以確保上庫尾礦充分、快速的疏干固結(jié)，最大程度降低下庫浸潤線，進(jìn)而大幅提高了應(yīng)用運(yùn)營期整個尾礦庫的安全穩(wěn)定性。
[0037](6)本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案中通過用泵或挖泥船將下庫中的細(xì)粒尾礦提升至上庫堆存，取消了在下庫庫尾大面積澄清區(qū)，由于本發(fā)明只設(shè)置少量泵船工作區(qū)，將細(xì)尾礦持續(xù)不斷的抽至上庫，因此上庫壩坡受澄清區(qū)浸泡的影響較小，避免了澄清區(qū)對上庫下游坡的浸泡，不會形成大面積淤泥區(qū)，有利于上庫的正常放礦，提高了上庫的穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中上游式筑壩的堆壩原理示意圖。
[0039]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中一種尾礦壩及灰渣壩的雙壩安全堆筑法原理示意圖。
[0040]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫堆積壩的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖例說明:
[0044]1、初期壩；2、截滲壩；3、截滲墻；4、堆積壩；5、輻射式排滲盲溝；6、集滲井；7、反向?qū)埽?、滲流引出管；9、水平排滲盲溝；10、導(dǎo)水管；11、沉積灘；12、下庫；13、上庫；14、子壩；15、臨時滯留區(qū)；16、泵船；17、放礦管；18、下庫浸潤線；19、上庫浸潤線；21、常規(guī)初期壩；22、上游式筑壩浸潤線；31、外初期壩；32、內(nèi)初期壩；33、外坡面排滲層；34、外壩體；35、內(nèi)壩體；36、底部反濾排滲層；37、浸潤線。

【具體實(shí)施方式】
[0045]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0046]實(shí)施例1:
[0047]一種如圖4所示本發(fā)明的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)，該尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)包括布設(shè)于尾礦庫下游的初期壩I和布設(shè)于初期壩I上游的截滲壩2，截滲壩2的上游庫區(qū)設(shè)為主要堆存細(xì)粒尾礦的上庫13，初期壩I和截滲壩2之間的庫區(qū)設(shè)為主要堆存粗粒尾礦的下庫12 ;下庫12是利用水力沖積過程的水力分級作用使粗顆粒尾礦先在下庫中沉積、再經(jīng)逐層堆積粗粒尾礦形成尾礦庫支承體。下庫12中靠近截滲壩2的尾部設(shè)置成未澄清尾礦水及所夾帶細(xì)粒尾礦的臨時滯留區(qū)15。臨時滯留區(qū)15內(nèi)設(shè)有將該區(qū)域內(nèi)的細(xì)粒尾礦提升至上庫13堆存的泵船16。細(xì)粒尾礦主要是指粒徑范圍在0.037mm以下的尾礦顆粒；粗粒尾礦主要是指粒徑范圍在0.032mm以上的尾礦顆粒。
[0048]截滲壩2距初期壩I的距離控制在總壩高的2?3倍；總壩高是指尾礦庫設(shè)計最高堆積標(biāo)高與原始地面之間的高差。截滲壩2為透水堆石壩，截滲壩2的上部還設(shè)有截滲墻3，截滲壩2的底部設(shè)有滲流引出管8，下庫12中開挖預(yù)留有集滲井6，集滲井6通過反向?qū)?與滲流引出管8連通。下庫12中可根據(jù)需要可設(shè)置放礦措施壩，放礦措施壩的高度控制在2m?5m。上庫13通過放礦管17進(jìn)行放礦，根據(jù)需要可在截滲壩2上方設(shè)置若干子壩14，上庫13中不斷放礦堆積將形成沉積灘11。
[0049]一種本實(shí)施例的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，具體包括以下步驟:
[0050](I)根據(jù)尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)的設(shè)計選址，先在設(shè)計的相應(yīng)地段施工建造所述截滲壩2，并在截滲壩2上游形成的上庫13中通過放礦管17堆存尾礦；放礦方式與常規(guī)上游式筑壩放礦方式一致；
[0051](2)在上庫13堆存尾礦的過程中，使上庫13靠近截滲壩2的區(qū)域內(nèi)形成粗粒尾礦沉積灘；以形成較好的滲流條件，便于降低上庫13堆積壩的浸潤線；
[0052](3)在上庫13中堆存尾礦的過程中，開始在截滲壩2的下游位置施工建造初期壩I，使初期壩I和截滲壩2之間形成下庫12 ;
[0053](4)當(dāng)上庫13中尾礦的堆積標(biāo)尚超過截滲現(xiàn)2現(xiàn)頂標(biāo)尚1m?20m后，開始同時在上庫13和下庫12中堆積尾礦；且在下庫12中主要堆存粗粒尾礦，在上庫13中主要堆存細(xì)粒尾礦；使下庫12中的粗粒尾礦在其有效沉積灘內(nèi)沉積，有效沉積灘以外的上游區(qū)域設(shè)置成未澄清尾礦水及所夾帶細(xì)粒尾礦的臨時滯留區(qū)15:在臨時滯留區(qū)15內(nèi)設(shè)置泵船16，使泵船16將該區(qū)域內(nèi)的細(xì)粒尾礦提升至上庫13堆存；在下庫12堆存粗粒尾礦的過程中，同時在下庫12內(nèi)逐步施工集滲井6和輻射式排滲盲溝5，在截滲壩2內(nèi)預(yù)埋有滲流引出管8，在下庫12內(nèi)鋪設(shè)反向?qū)?使其連通至滲流引出管8 ;
[0054](5)當(dāng)下庫12中尾礦的堆積標(biāo)高與上庫13中的尾礦堆積標(biāo)高減小至設(shè)定高度時，開始沿用常規(guī)的上游筑壩法在所述尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)上堆存尾礦。
[0055]上述本實(shí)施例的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用后，最終將形成如圖3所示的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫堆積壩，其在上庫13中還設(shè)有多條水平排滲盲溝9和導(dǎo)水管10組成常規(guī)排滲系統(tǒng)，在后續(xù)尾礦庫的堆壩及運(yùn)營過程中，當(dāng)下庫12堆積標(biāo)高超過截滲壩2壩頂標(biāo)高后，可以只在上庫13中排放尾礦，上庫13滲流水將被截滲壩2 (墻)切斷，不進(jìn)入下庫12，這相當(dāng)于消除了下庫支承棱體滲流水的主要供水源，極大程度降低了下庫12中的下庫浸潤線18，上庫浸潤線19與下庫浸潤線18在截滲壩2所在區(qū)域處相交，使得下庫堆積體浸潤線水位接近原始地面，為尾礦壩支承體的充分固結(jié)創(chuàng)造了最優(yōu)條件，并為尾礦庫形成安全可靠的支承體提供了前提，有利于大大提高尾礦壩的安全穩(wěn)定性能，也為充分利用土地資源和堆高壩創(chuàng)造了條件。
[0056]實(shí)施例2:
[0057]某公司所屬的尾礦庫主要由主溝和南溝兩條溝谷形成，主溝長且溝面較寬闊，南溝狹窄，最窄處與主溝形成埡口。
[0058]原對比方案:
[0059]原設(shè)計擬在埡口處進(jìn)行中線式筑壩，主溝也采用中線式筑壩，尾礦先在主溝堆存，待接近埡口時啟用南溝。尾礦庫主溝用中線式筑壩，用旋流器進(jìn)行粗細(xì)粒尾礦分級，但是設(shè)計參數(shù)沒有經(jīng)過旋流器試驗確定，平面布置有盲目性，導(dǎo)致旋流器溢流的細(xì)粒尾礦堆積庫容不夠，甚至尾礦水無法澄清；此后主溝改用上游式筑壩，南溝仍想維持用旋流器進(jìn)行中線式筑壩，考慮到尾礦庫擴(kuò)容的需要，需將南溝邊坡往下游移動，即往下游擴(kuò)容。尾礦庫向下游擴(kuò)容，以往一般采用中線式筑壩較多，或采用當(dāng)?shù)夭牧现?。然而，中線式筑壩的核心問題是不能形成固定邊坡，這不只會存在暴雨拉溝、刮風(fēng)揚(yáng)塵的風(fēng)險，其設(shè)計參數(shù)的確定也比較困難，特別是在特大暴雨及強(qiáng)地震條件下難以預(yù)計后果；而采用當(dāng)?shù)夭牧蠑U(kuò)容則工程量太大，經(jīng)濟(jì)上不可取。經(jīng)分析，決定采用本發(fā)明基于兩級上游式的尾礦庫初期壩。
[0060]一種如圖5所示本發(fā)明的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)，該基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)包括布設(shè)于尾礦庫下游的初期壩I和布設(shè)于初期壩I上游的截滲壩2，截滲壩2的上游庫區(qū)設(shè)為主要堆存細(xì)粒尾礦的上庫13，初期壩I和截滲壩2之間的庫區(qū)設(shè)為主要堆存粗粒尾礦的下庫12 ;下庫12中逐層堆積的粗粒尾礦形成尾礦庫支承體。下庫12中靠近截滲壩2的尾部設(shè)置成未澄清尾礦水及所夾帶細(xì)粒尾礦的臨時滯留區(qū)15。臨時滯留區(qū)15內(nèi)設(shè)有將該區(qū)域內(nèi)的細(xì)粒尾礦提升至上庫13堆存的泵船16。
[0061]本實(shí)施例中，截滲壩2距初期壩I的距離為325m，初期壩I的高度為36.5m。本實(shí)施例中的截滲壩2設(shè)置成一透水堆石壩，截滲壩2的底部設(shè)有滲流引出管8。另外在下庫12中還設(shè)有多條水平排滲盲溝9和導(dǎo)水管10，以便于及時將下庫12中堆積尾礦的水分疏干，使下庫12中的粗粒尾礦堆存體更好地充當(dāng)合并后整個尾礦庫的支承棱體。
[0062]上述本實(shí)施例的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，包括以下步驟:
[0063](I)根據(jù)尾礦庫初期壩的設(shè)計選址，先在設(shè)計的相應(yīng)地段施工建造上述截滲壩2，并在截滲壩2上游形成的上庫13中堆存細(xì)顆粒為主的尾礦；
[0064](2)在上庫13堆存尾礦的過程中，使上庫13靠近截滲壩2的區(qū)域內(nèi)形成粗粒尾礦沉積灘；
[0065](3)在上庫13中堆存尾礦的過程中，開始在截滲壩2的下游位置施工建造初期壩I，使初期壩I和截滲壩2之間形成下庫12 ;
[0066](4)當(dāng)上庫13中尾礦的堆積標(biāo)尚超過截滲現(xiàn)2現(xiàn)頂標(biāo)尚(約1m左右)后，開始同時在上庫13和下庫12中堆積尾礦；且在下庫12中主要堆存粗粒尾礦，在上庫13中主要堆存細(xì)粒尾礦；下庫12中的粗粒尾礦在其有效沉積灘內(nèi)沉積，有效沉積灘以外的上游區(qū)域設(shè)置成未澄清尾礦水及所夾帶細(xì)粒尾礦的臨時滯留區(qū)15:在臨時滯留區(qū)15內(nèi)設(shè)置泵船16，使泵船16將該區(qū)域內(nèi)的細(xì)粒尾礦提升至上庫13堆存；
[0067](5)當(dāng)下庫12中尾礦的堆積標(biāo)高與上庫13中的尾礦堆積標(biāo)高減小至設(shè)定高度(約5m以內(nèi))時，開始沿用常規(guī)的上游筑壩法在尾礦庫初期壩上堆存尾礦。
[0068]由上可見，本發(fā)明的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)是在深入分析上游式筑壩的工作運(yùn)營機(jī)理和利弊的基礎(chǔ)上，充分吸收各種尾礦堆壩方法的優(yōu)點(diǎn)提出的。上庫主要堆積細(xì)粒尾礦，下庫主要堆積粗粒尾礦，不僅尾礦堆積規(guī)律較為清楚，而且設(shè)計參數(shù)較為明確。下庫以粗粒尾礦形成支承體，并在堆壩過程中形成固定邊坡，這為提高后續(xù)尾礦堆壩過程中的安全性、防止邊坡裸露都提供了重要前提和基礎(chǔ)。
[0069]本發(fā)明的上述技術(shù)方案是立足于大型或重要尾礦庫提出的，尤其是中、細(xì)粒級尾礦筑壩，但對小型尾礦庫同樣適用，其工程量與中線式筑壩或下游式筑壩的工程量相近，但技術(shù)效果明顯更優(yōu)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)，其特征在于:該尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)包括布設(shè)于尾礦庫下游的初期壩(I)和布設(shè)于初期壩(I)上游的截滲壩(2)，所述截滲壩(2)的上游庫區(qū)設(shè)為主要堆存細(xì)粒尾礦的上庫(13)，所述初期壩(I)和截滲壩(2)之間的庫區(qū)設(shè)為主要堆存粗粒尾礦的下庫(12);下庫(12)是利用水力沖積過程的水力分級作用使粗顆粒尾礦先在下庫中沉積、再經(jīng)逐層堆積粗粒尾礦形成尾礦庫支承體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述下庫(12)中靠近截滲壩(2)的尾部設(shè)置成未澄清尾礦水及所夾帶細(xì)粒尾礦的臨時滯留區(qū)(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述臨時滯留區(qū)(15)內(nèi)設(shè)有將該區(qū)域內(nèi)的細(xì)粒尾礦提升至上庫(13)堆存的泵船(16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述截滲壩(I)距初期壩(2)的距離根據(jù)地形條件確定為總壩高的2?3倍；總壩高是指尾礦庫設(shè)計最終堆積標(biāo)高與初期壩(I)原始地面之間的高差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述截滲壩(2)為透水堆石壩，所述截滲壩(2)的底部設(shè)有滲流引出管(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述下庫(12)中根據(jù)需要設(shè)置有放礦措施壩，所述放礦措施壩的高度控制在2m?5m ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述細(xì)粒尾礦主要是指粒徑范圍在0.037mm以下的尾礦顆粒；所述粗粒尾礦主要是指粒徑范圍在0.032mm以上的尾礦顆粒。
8.一種如權(quán)利要求1?7中任一項所述基于強(qiáng)排滲上游式的尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，具體包括以下步驟: ①根據(jù)尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)的設(shè)計選址，先在設(shè)計的相應(yīng)地段施工建造所述截滲壩(2)，并在截滲壩(2)上游形成的上庫(13)中堆存尾礦； ②在上庫(13)堆存尾礦的過程中，使上庫(13)靠近截滲壩(2)的區(qū)域內(nèi)形成粗粒尾礦沉積灘； ③在上庫(13)中堆存尾礦的過程中，開始在截滲壩(2)的下游位置施工建造初期壩(I)，使所述初期壩(I)和截滲壩(2)之間形成下庫(12); ④當(dāng)上庫(13)中尾礦的堆積標(biāo)高超過截滲壩(2)壩頂一定高度后，開始同時在上庫(13)和下庫(12)中堆積尾礦；在下庫(12)中主要堆存粗粒尾礦，使下庫(12)中的粗粒尾礦在其有效沉積灘內(nèi)沉積，有效沉積灘尾設(shè)置成未澄清尾礦水及所夾帶細(xì)粒尾礦的臨時滯留區(qū)(15):在所述臨時滯留區(qū)(15)內(nèi)設(shè)置泵船(16)，使泵船(16)將該區(qū)域內(nèi)的細(xì)粒尾礦提升至上庫(13)堆存，使上庫(13)中主要堆存細(xì)粒尾礦； ⑤當(dāng)下庫(12)中尾礦的堆積標(biāo)高與上庫(13)中的尾礦堆積標(biāo)高減小至設(shè)定高度時，開始沿用常規(guī)的上游筑壩法在所述尾礦庫兩級壩結(jié)構(gòu)上堆存尾礦。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于:所述步驟④中，上庫(13)中尾礦的堆積標(biāo)高超過截滲壩(2)壩頂一定高度具體為1m?20m。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的應(yīng)用，其特征在于:在下庫(12)堆存粗粒尾礦的過程中，同時在下庫(12)內(nèi)逐步施工集滲井(6)和輻射式排滲盲溝(5)，在截滲壩⑵內(nèi)預(yù)埋有滲流引出管(8)，在下庫(12)內(nèi)鋪設(shè)反向?qū)?7)使其連通至所述滲流引出管(8)。
【文檔編號】E02D17/18GK104480949SQ201410776664
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】袁曦, 王又武, 陳章友, 劉石橋, 周成湘, 薛順明, 張修照 申請人:中冶長天國際工程有限責(zé)任公司