金永超
(長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖南 長沙 410000)
在平原、戈壁灘等地區(qū)因無足夠的山谷可用,通常在平地四周筑壩修建尾礦庫堆存尾礦,平地型尾礦庫通常采用一座排水井連接排水管的形式進(jìn)行排洪。平地型尾礦庫較山谷型尾礦庫匯水面積較小,同時(shí)尾礦庫運(yùn)行初期的調(diào)洪庫容較大,基本無排洪要求,此時(shí)排水系統(tǒng)滿足排尾礦澄清水要求即可。當(dāng)尾礦堆積標(biāo)高超過初期壩頂標(biāo)高后,尾礦庫的調(diào)洪庫容明顯減小,需較大尺寸的排水系統(tǒng)才能滿足排洪要求。通??蚣苁脚潘呐藕槟芰^大,但相對于窗口式排水井其結(jié)構(gòu)的整體性較差,結(jié)構(gòu)安全度相對較低,且井架底部承受的荷載最大。尾礦庫初期若尾礦水存儲在庫內(nèi)不外排,壩前尾砂不能較好地分級,庫底尾砂難以固結(jié),造成該區(qū)域尾砂的物理力學(xué)指標(biāo)較低,對尾礦壩后期的穩(wěn)定十分不利。如何有效解決平地型尾礦庫僅布置一座排水井的情況下,既能保證初期尾礦澄清水及時(shí)排放,加快尾砂的固結(jié),又能滿足后期尾礦庫防洪安全的要求,同時(shí)提高排水井結(jié)構(gòu)的安全性和壩體的穩(wěn)定安全性,仍是業(yè)界難以解決的難題。文章基于以上問題主要對一種組合式排水井進(jìn)行探究。
本文針對現(xiàn)實(shí)存在的問題,旨在探究一種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、安全性好的組合式排水井,以滿足尾礦庫各時(shí)期的排水、防洪需求。
為了解決上述技術(shù)問題,文章的設(shè)計(jì)思路為:一種組合式排水井,包括中空的井座,該井座頂部由設(shè)有連通的窗口式排水段和框架式排水段,窗口式排水段與井座內(nèi)腔連通。其中窗口式排水段可采用與現(xiàn)有窗口式排水井相同或類似的結(jié)構(gòu);框架式排水段可采用與現(xiàn)有框架式排水井相同或類似的結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步地,所述窗口式排水段和框架式排水段一體連接,窗口式排水段和井座一體連接,還包括與井座內(nèi)腔連通的排水管。基于上述思路,組合式排水井最為適合于平地型尾礦庫,尾礦庫內(nèi)僅設(shè)有一座組合式排水井,該排水井用于平地型尾礦庫中尾礦澄清水和洪水的排泄。
組合式排水井為窗口—框架組合式排水井結(jié)構(gòu),尤其適用于平地型尾礦庫僅能布置一座排水井的情況。根據(jù)初期壩頂標(biāo)高可將排水井分為兩部分,底部為窗口式排水段,很大程度增強(qiáng)了排水井結(jié)構(gòu)的整體性,提高了排水井結(jié)構(gòu)的安全度;排水井上部采用框架式排水段,大大增加了其排洪能力,確保尾礦庫的防洪安全;排水井窗口段和框架段的尺寸分別根據(jù)回水、排洪和結(jié)構(gòu)等要求確定;排水井井座底板和地基處理措施根據(jù)上述已定的井架結(jié)構(gòu)和荷載確定。
使用組合式排水井時(shí),平地型尾礦庫的初期尾礦水能夠及時(shí)通過排水井的窗口排出庫外,以達(dá)到加快固結(jié)庫底尾砂、提高壩前庫底細(xì)粒徑尾砂的強(qiáng)度和增加壩體安全穩(wěn)定性的目的,對后期尾礦壩堆高十分有利;隨著尾礦上升,逐步采用鋼筋混凝土封堵塞進(jìn)行封堵窗口式排水段,提高排水井封堵的結(jié)構(gòu)安全性,降低因封堵失效等原因造成排水井倒塌的風(fēng)險(xiǎn);尾礦堆積標(biāo)高超過初期壩頂后,尾礦澄清水和洪水能夠順利通過框架式排水段排出庫外,保證尾礦庫的防洪安全。
組合式排水井能夠分期建設(shè),這樣可減小排水井的尺寸,同時(shí)減少了初期投資。在尾礦庫投入使用初期,壩頂標(biāo)高以下構(gòu)建井座和窗口式排水段,這樣可增加排水井結(jié)構(gòu)的整體性,很大程度提高其結(jié)構(gòu)的安全度。在后期修建框架式排水段,增大其泄洪能力,保證尾礦庫的防洪安全,滿足尾礦庫各時(shí)期的排洪要求。
在使用初期,組合式排水井能夠滿足尾礦庫正常生產(chǎn)回水的需求,使得尾礦澄清水及時(shí)排出庫外,同時(shí)排水井的下部采用窗口式有利于結(jié)構(gòu)安全,增加了排水井的整體性,窗口式排水段的封堵塞的安裝方便快捷,降低因封堵失效等原因造成排水井倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。
在使用后期,框架式排水段不僅能將尾礦澄清水排至庫外,還可將洪水順利排出庫外,防止出現(xiàn)洪水漫頂?shù)任kU(xiǎn),保證尾礦庫的防洪安全。
同時(shí)該排水井的使用可加快壩前庫底區(qū)域尾礦的分級和固結(jié),提高該區(qū)域尾砂的物理力學(xué)指標(biāo),進(jìn)而提高壩體的抗滑穩(wěn)定性,有利于后期堆高。
圖1 組合式排水井結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 窗口式排水段封堵塞結(jié)構(gòu)示意圖
圖3 框架式排水段拱板結(jié)構(gòu)示意圖
本文探究的組合式排水井可較好的應(yīng)用于同類工程中,并有效的解決上述現(xiàn)實(shí)中的問題。該排水井包括中空的井座3,井座3頂部依次設(shè)有連通的窗口式排水段1和框架式排水段2,窗口式排水段1與井座3內(nèi)腔連通。其中,窗口式排水段1和框架式排水段2一體連接;窗口式排水段和井座一體連接,以提高組合式排水井的整體性。還包括與井座3內(nèi)腔連通的排水管4。
同類工程采用該種組合式排水井時(shí),首先,設(shè)計(jì)應(yīng)確定排水井的位置、窗口式排水段和框架式排水段尺寸,按設(shè)計(jì)要求對排水井位置進(jìn)行布置,并根據(jù)回水、排洪和結(jié)構(gòu)等要求分別計(jì)算設(shè)計(jì)排水井窗口式排水段和框架式排水段的斷面尺寸。然后需根據(jù)初期壩頂標(biāo)高確定窗口排水段的標(biāo)高,該標(biāo)高以下為窗口排水段,以上為框架式排水段。最后根據(jù)上述確定的排水井結(jié)構(gòu)(自重)及相應(yīng)荷載(風(fēng)荷載、地震荷載等)進(jìn)行排水井井座底板尺寸的計(jì)算,以及確定是否進(jìn)行地基處理,需要時(shí)確定相應(yīng)的地基處理措施。
組合式排水井施工時(shí),先進(jìn)行基礎(chǔ)開挖及地基處理(需要時(shí)),然后進(jìn)行井座的施工,井座修建完成后,按設(shè)計(jì)要求修建排水井的窗口式排水段和窗口封堵塞5,建好窗口式排水段后修建排水井框架式排水段和拱板6。優(yōu)選地,為了方便封堵操作施工,所示封堵塞5和拱板6的外壁上均設(shè)有吊環(huán)7。
在生產(chǎn)運(yùn)行過程中使用時(shí),初期通過窗口式排水段上的窗口進(jìn)行排水,隨著尾砂的升高,采用封堵塞5逐步封堵窗口,窗口段封堵完后使用框架式排水段,在使用框架式排水段過程中,隨著尾礦的逐漸升高,逐步添加拱板6封堵框架式排水段,確保洪水和澄清尾礦水通過排水系統(tǒng)排出。
本文探究的組合式排水井,在平地型尾礦庫僅布置一座排水井的情況下,既能保證初期尾礦澄清水及時(shí)排放,加快尾砂的固結(jié),又能滿足后期尾礦庫防洪安全的要求,同時(shí)提高排水井結(jié)構(gòu)的安全性和壩體的穩(wěn)定安全性。文章認(rèn)為該組合式排水井可應(yīng)用于同類工程中,有效的解決實(shí)際中存在的問題。