一种尾矿库底部排渗和顶部排洪相结合的系统的制作方法

1.本发明涉及一种尾矿库或土质边坡的排渗排洪系统，具体涉及一种尾矿库底部排渗和顶部排洪相结合的系统，属于采矿工程及矿山岩土工程技术领域。


背景技术：

2.尾矿库作为矿山的三大基础工程之一，也是金属非金属矿山的重大危险源，在世界93种事故、公害的隐患中，尾矿库事故名列第18位。我国每年排放尾矿量超过10亿t，有尾矿库1.2万余座，绝大部分为上游式筑坝法形成的尾矿库，由于上游式筑坝法形成的尾矿库存在子坝地基不均匀、排渗系统易淤堵、坝内浸润线高和坝坡地震动力稳定性差等特点，加之于经济技术与管理原因，尾矿库安全形势严峻。统计表明排水不良、浸润面高是尾矿坝事故主要原因之一。
3.排洪设施是矿山尾矿库的重要构筑物之一，降落在尾矿库汇水面积内的雨雪水和尾矿澄清水大都通过它，随后经过排水涵管(排水斜槽)或隧洞等构筑物排出库外，以确保尾矿坝不致被洪水漫顶并使尾矿澄清水返回选矿厂重复使用。排洪设施常用的基本型式有排水井－排水涵管(隧洞)、排水斜槽－排水涵管和溢洪道等型式，其型式根据排水量大小、地形地质条件、使用要求以及施工条件等因素来选择。
4.排渗设施也是其重要组成部分，其功能是：加快坝前尾矿排水固结，降低坝体(初期坝 堆积坝)的浸润线，提高坝体强度，增强坝体的稳定性，提高尾矿库的安全度。如果尾矿库的排渗措施不力，排渗效果不好，会造成坝体浸润线升高，坝体压力过大，坝体极易产生渗透破坏，引起坝体的失稳。因此，通常认为控制浸润线就是尾矿坝的“生命线”。当前尾矿库通常采用的排渗设施为排渗褥垫(碎石或土工席垫)、排渗管(或盲沟)及排渗井等型式的水平和垂直排渗系统，一般由集渗设施和导渗设施组成。集渗设施主要采用砂砾石反滤料、打孔排渗管或复合土工材料组成，导渗设施一般采用dn100～dn300的hdpe管。
5.但是目前所存在的排渗和排洪系统大多采用分开布置，排渗系统与排洪系统两套系统，相互逐渐没有联系，不能更好地发挥作用，排渗管采用传统材质hdpe使用寿命并不长且一旦排渗系统发生淤堵或者管道损坏，无法有效修复，只能新增一套系统，浪费人力物力。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种底部排渗与排洪设施相结合的系统。本装置能够用于尾矿库岩质边坡、或排土场等，本发明通过以下技术方案实现。
7.一种尾矿库底部排渗和顶部排洪相结合的系统，包括排渗系统、排洪系统、导排系统和控制系统，所述排渗系统与排洪系统连通，所述排洪系统与导排系统相连，通过控制系统实现排渗系统和排洪系统的自动启闭；
8.所述排渗系统包括位于堆积坝内沿水平方向呈s形排布的水平排渗管，所述水平排渗管的管道内部设有竖直排渗管，流入竖直排渗管的孔隙水以及靠自重流入水平排渗管
的孔隙水均通过水平排渗管进入排洪系统中；
9.所述排洪系统包括依据不同降水量区间划分的多级排洪系统，每级排洪系统中设有两根竖直的排洪管，两根排洪管分别位于s形的水平排渗管的两端转弯处并与水平排渗管相通，水平排渗管和相连的排洪管之间设有真空泵；排洪管上设有测压仪用于监测降水后管道内的水压，排洪管的上端伸出至堆积坝外，排洪管的顶端设有抽水泵，根据监测到的水压对应至降水量区间并自动启动相应级别的排洪系统，通过排洪系统中的抽水泵使降水通过排洪管进入导排系统排至坝体外；
10.所述导排系统包括主导排管，排洪系统中排洪管的底部与主导排管连通；
11.当排渗系统出现淤堵造成排水缓慢，控制系统启动真空泵加速排渗速率，当控制系统启动排洪系统进行排洪时，控制系统将排渗系统关闭，进入排渗系统和排洪系统中的积水通过主导排管排出。
12.优选的，所述水平排渗管、竖直排渗管、排洪管和主导排管均采用聚乙烯涂层的钢管，延缓动力变形，延长使用寿命。
13.优选的，所述排洪管为粗管道，方便人员进行维修。
14.优选的，所述水平排渗管的外部从里至外依次包裹有水平管土工席和水平管土工布，水平管土工布的上方铺设有水平管反滤层，所述水平排渗管的上半部开设有均匀排布的水平管渗水孔；所述竖直排渗管的外部从里至外依次包裹有竖直管土工席、竖直管土工布和竖直管反滤层，所述竖直排渗管上开设有均匀分布的竖直管渗水孔，有效防止排渗系统发生物理及化学淤堵。
15.优选的，所述s形的水平排渗管水平向右呈30-50
°
的倾斜角度安装，增加排渗面积，方便孔隙水的收集，所述水平排渗管的每根横管内设有两根竖直排渗管。
16.优选的，所述水平排渗管与排洪管相连的横管上设有真空泵，真空泵的排气管与排洪管相连，所述真空泵和排洪管之间设有阀门，真空泵和阀门均通过控制系统实现自动启闭，真空泵可加速孔隙水流动，从而增加坝体内液体的排渗速率。
17.优选的，所述每级排洪系统中的排洪管与水平排渗管的连接处设有阀门，阀门通过控制系统自动启闭实现排渗系统和排洪系统的连通和切断。
18.优选的，所述排洪系统依据尾矿库所在地区进行分级和降水量区间的划分，根据降水量区间从低到高依次对应每级排洪系统。
19.优选的，所述每级排洪系统中排洪管还与储水箱相连，靠近储水箱底部的连接处设有阀门，阀门通过控制系统自动启闭，储水箱的高度低于水平排渗管的高度。
20.优选的，所述每级排洪系统之间设有信号收发器，其与排洪系统中的测压仪串联，用于将信号逐级传递实现排洪系统逐级开启；
21.降雨后当测压仪测得压力达到最低降水量区间，测压仪将信号传递至信号收发器，再进一步传输至控制系统，控制系统启动对应级别的排洪系统进行排洪，同时关闭与其相连的排渗系统；当测压仪测得压力达到更高一级降水量区间时，信号收发器将信号传递至下一级，控制系统启动对应下一级别的排洪系统进行排洪，即有两个级别的排洪系统同时进行排洪，按照上述排洪方式，实现自动逐级递增排洪。
22.本发明的有益效果是：
23.(1)本系统能够用于尾矿库或边坡底部排渗，强降雨排洪，是一种二种相结合的系
统，解决了传统排渗系统、排洪系统存在的问题；
24.(2)本系统水平排渗管采用的是s型的布置方式，大大的增加了排渗系统工作面积，提高了整个系统的排渗能力。
25.(3)本系统排渗系统、排洪系统及主导排管均采用聚乙烯涂层的钢管，解决了传统管道发生氧化生锈寿命缩短从而影响排渗或排洪系统正常工作的问题，同时也解决了部分尾矿库排渗系统存在使用hdpe管存在寿命或者动力变形问题；
26.(4)本系统给排渗系统设置了真空泵，解决了传统排渗系统由于淤堵造成的系统排水缓慢的情况；
27.(5)本系统在排渗管道周围包裹了土工席、土工布，还增加了防滤层，可防止排渗系统发生物理及化学淤堵。
28.(6)本系统所有启动装置及阀门均为全自动，通过通讯信号关联传输，按设定规则自动启动和关闭，提高了系统的可靠性。
29.(7)本系统中排洪管道设计为粗管道，当系统出现故障时，可供维修人员进行维修，提高了系统的可用性。
30.(8)本系统设置了强降雨状态下分级应急排洪系统，该系统可根据尾矿库具体所在地区进行数值区间设定及系统各项装置选择，提高了尾矿库整体的坝体稳定性，降低事故发生概率，另一方面，分级可根据情况而定，从而降低了排洪的成本，节省人力物力，实现了绿色节能的目的。
附图说明
31.图1是本发明纵向剖面示意图；
32.图2是本发明横向剖面示意图；
33.图3是本发明水平排渗管道横向剖面图；
34.图4是本发明水平排渗管纵向剖面图；
35.图5是本发明竖直排渗管道横向剖面图；
36.图6是本发明竖直排渗管纵向剖面图；
37.图7是本发明排洪系统应急系统分级示意图；
38.图中：1-四级抽水泵、2-四级测压仪、3-四级排洪管、4-四级真空泵、5-第一阀门、6-第二阀门、7-四级储水箱、8-第十三阀门、10-主导排管、11-第三阀门、12-三级储水箱、13-第十四阀门、14-第四阀门、15-水平排渗管、16-第五阀门、17-二级储水箱、180第十五阀门、19-第六阀门、20-第十六阀门、21-第七阀门、22-一级储水箱、23-第八阀门、24-初期坝、25-堆积坝、26-三级真空泵、27-二级真空泵、28一级真空泵、29-三级排洪管、30-二级排洪管、31-一级排洪管、32-一级抽水泵、33-一级测压仪、34-二级抽水泵、35-二级测压仪、36-三级抽水泵、37-三级测压仪、38-竖直排渗管、39-水平管反滤层、40-水平管土工布、41-水平管土工席、42-第九阀门、43-第十阀门、44-水平管渗水孔、45-竖直管反滤层、46-竖直管土工布、47-竖直管土工席、48-第十一阀门、49-竖直管渗水孔、50-四级排洪系统、51-三级排洪系统、52-二级排洪系统、53-一级排洪系统、54-第十二阀门、55-四级信号收发器、56-三级信号收发器、57-二级信号收发器。
具体实施方式
39.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
40.实施例1：如图1-2所示，本尾矿库包括初期坝24和堆积坝25，在堆积坝25上设置排渗系统、排洪系统、导排系统和控制系统，所述排渗系统与排洪系统连通，所述排洪系统与导排系统相连，通过控制系统实现排渗系统和排洪系统的自动启闭；
41.所述排渗系统包括位于堆积坝25内沿水平方向呈s形排布的水平排渗管15，所述水平排渗管15的管道内部设有竖直排渗管38，流入竖直排渗管38的孔隙水以及靠自重流入水平排渗管15的孔隙水均通过水平排渗管15进入排洪系统中；
42.所述排洪系统包括依据不同降水量区间划分的多级排洪系统，每级排洪系统中设有两根竖直的排洪管，两根排洪管分别位于s形的水平排渗管15的两端转弯处并与水平排渗管15相通，水平排渗管15和相连的排洪管之间设有真空泵；排洪管上设有测压仪用于监测降水后管道内的水压，排洪管的上端伸出至堆积坝25外，排洪管的顶端设有抽水泵，根据监测到的水压对应至降水量区间并自动启动相应级别的排洪系统，通过排洪系统中的抽水泵使降水通过排洪管进入导排系统排至坝体外；
43.所述导排系统包括主导排管10，排洪系统中排洪管的底部与主导排管10连通；
44.当排渗系统出现淤堵造成排水缓慢，控制系统启动真空泵加速排渗速率，当控制系统启动排洪系统进行排洪时，控制系统将排渗系统关闭，进入排渗系统和排洪系统中的积水通过主导排管10排出。
45.其中水平排渗管15、竖直排渗管38、排洪管和主导排管10均采用聚乙烯涂层的钢管，解决了传统管道发生氧化生锈寿命缩短从而影响排渗或排洪系统正常工作的问题，同时也解决了部分尾矿库排渗系统存在使用hdpe管存在寿命或者动力变形问题。排洪管为粗管道，当系统出现故障时，可供维修人员进行维修，提高了系统的可用性。
46.如图3-6所示，所述水平排渗管15的外部从里至外依次包裹有水平管土工席41和水平管土工布40，水平管土工布40的上方铺设有水平管反滤层39，水平管反滤层39由200毫米到300毫米粗粒砂铺设，所述水平排渗管15的上半部开设有均匀排布的水平管渗水孔44；所述竖直排渗管38的外部从里至外依次包裹有竖直管土工席47、竖直管土工布46和竖直管反滤层45，所述竖直排渗管38上开设有均匀分布的竖直管渗水孔49。正常情况下孔隙水可通过水平管渗水孔44进入水平排渗管15，s形的水平排渗管15水平向右呈30-50
°
的倾斜角度安装，实现大面积收集孔隙水，水平排渗管15的每根横管内设有两根竖直排渗管38，孔隙水可通过竖直管渗水孔49流入竖直排渗管38，流入竖直排渗管38的孔隙水以及靠自重流入水平排渗管15的孔隙水均可通过水平排渗管15进入排洪管中，通过排洪管自重流入主导排管10中，进而排出坝体外，有效防止排渗系统发生物理及化学淤堵。
47.具体的，水平排渗管与排洪管相连的横管上设有真空泵，真空泵的排气管与排洪管相连，所述真空泵和排洪管之间设有阀门，真空泵和阀门均通过控制系统实现自动启闭，真空泵可加速孔隙水流动，从而增加坝体内液体的排渗速率。
48.具体的，每级排洪系统中的排洪管与水平排渗管的连接处设有阀门，阀门通过控制系统自动启闭实现排渗系统和排洪系统的连通和切断。
49.具体的，每级排洪系统中排洪管还与储水箱相连，靠近储水箱底部的连接处设有阀门，阀门通过控制系统自动启闭，储水箱的高度低于水平排渗管的高度。
50.具体的，每级排洪系统之间设有信号接收发射器，其与排洪系统中的测压仪串联，用于将信号逐级传递实现排洪系统逐级开启；
51.降雨后当测压仪测得压力达到最低降水量区间，测压仪将信号传递至信号接收发射器，再进一步传输至控制系统，控制系统启动对应级别的排洪系统进行排洪，同时关闭与其相连的排渗系统；当测压仪测得压力达到更高一级降水量区间时，信号接收发射器将信号传递至下一级，控制系统启动对应下一级别的排洪系统进行排洪，即有两个级别的排洪系统同时进行排洪，按照上述排洪方式，实现自动逐级递增排洪。
52.实施例2：本实施例其余部分与实施例1相同，其中排洪系统依据尾矿库所在地区进行分级和降水量区间的划分，根据降水量区间从低到高依次对应每级排洪系统。具体依据尾矿库所在地区将排洪系统分成四级，如图7所示，分别为四级排洪系统50、三级排洪系统51、二级排洪系统52和一级排洪系统53，其对应的降水量区间分别为a、b、c和d，其区间竖直逐渐递增，四级排洪系统50和三级排洪系统51之间设有四级信号收发器55，三级排洪系统51和二级排洪系统52之间设有三级信号收发器56，二级排洪系统52和一级排洪系统53之间设有二级信号收发器57。
53.上述信号收发器和测压仪是串联的关系，只有两个信号同时发生，才能形成回路将信号成功传递给控制系统，信号收发器所传递的信号代表上一级排洪系统的开启状态，如果上个排洪系统是处于正常工作状态，信号收发器才处于工作状态，如果上一级未工作，信号收发器是处于关闭状态，不会给控制系统传递信息。
54.如图1所示，四个级别的排洪系统之间间隔分布，即每级排洪系统中的排洪管虽然都是位于s形水平排渗管15的转弯处，但不是在相邻的转弯处，此外，如图2所示，也可根据实际情况，将其设置为相邻的。本实施例中排洪系统的具体设置如下：
55.四级排洪系统50内有两根四级排洪管3，位于水平排渗管15同一横管的两端，四级排洪管3和水平排渗管15相连通的两侧上分别设有第一阀门5和第二阀门6，水平排渗管15和四级排洪管3相连的横管上设有四级真空泵4，四级真空泵4的排气管与四级排洪管3相连，四级真空泵4和四级排洪管3之间设有第九阀门42，四级排洪管3上设有四级测压仪2，四级排洪管3的顶端设有四级抽水泵1，四级排洪管3还与四级储水箱7相连，靠近四级储水箱7底部的连接处设有第十三阀门8。
56.三级排洪系统51内有两根三级排洪管29，位于水平排渗管15同一横管的两端，三级排洪管29和水平排渗管15相连通的两侧上分别设有第三阀门11和第四阀门14，水平排渗管15和三级排洪管29相连的横管上设有三级真空泵26，三级真空泵26的排气管与三级排洪管29相连，三级真空泵26和三级排洪管29之间设有第十阀门43，三级排洪管29上设有三级测压仪37，三级排洪管29的顶端设有三级抽水泵36，三级排洪管29还与三级储水箱12相连，靠近三级储水箱12底部的连接处设有第十四阀门13。
57.二级排洪系统52内有两根二级排洪管30，位于水平排渗管15同一横管的两端，二级排洪管30和水平排渗管15相连通的两侧上分别设有第五阀门16和第六阀门19，水平排渗管15和二级排洪管30相连的横管上设有二级真空泵27，二级真空泵27的排气管与二级排洪管30相连，二级真空泵27和二级排洪管30之间设有第十一阀门48，二级排洪管30上设有二级测压仪35，二级排洪管30的顶端设有二级抽水泵34，二级排洪管30还与二级储水箱17相连，靠近二级储水箱17底部的连接处设有第十五阀门18。
58.一级排洪系统53内有两根一级排洪管31，位于水平排渗管15同一横管的两端，一级排洪管31和水平排渗管15相连通的两侧上分别设有第七阀门21和第八阀门23，水平排渗管15和一级排洪管31相连的横管上设有一级真空泵28，一级真空泵28的排气管与一级排洪管31相连，一级真空泵28和一级排洪管31之间设有第十二阀门54，一级排洪管31上设有一级测压仪33，一级排洪管31的顶端设有一级抽水泵32，一级排洪管31还与一级储水箱22相连，靠近一级储水箱22底部的连接处设有第十六阀门20。
59.上述阀门还有真空泵均通过控制系统实现自动启闭，当排渗系统出现淤堵时，控制系统启动真空泵，在水平排渗管15和竖直排渗管38中形成负压，该压力可加速尾矿库尾砂孔隙中的孔隙水流动，从而增加坝体内液体的排渗速率，真空泵的排气管与排洪管相连，可将气体通过排洪管排出坝体。
60.储水箱也通过控制系统控制，其作用相当于一个沉淀装置，排渗系统流进来的的孔隙水会伴随有细粒尾砂，在储水箱里让这些细粒尾砂先发生沉淀，再定期排出沉淀后的水，避免细粒尾砂在管道里面发生沉淀堵塞，排除的时候通过控制系统控制其阀门的启闭即可。控制系统为常见的控制装置，其形式可以根据需求改变，例如通过电脑操作。
61.按照降水量启动上述排洪系统，具体实施为：以降雨所产生的水压为监测值，当降雨后测压仪测得压力达到降水量区间a对应的压力区间时，直接启动四级排洪系统50进行工作；当测压仪测得压力达到降水量区间b对应的压力区间时，将信息直接传递到三级排洪系统51，此时四级排洪系统50和三级排洪系统51同时工作；当测压仪测得压力值达到降水量区间c对应的压力区间时，将信息直接传递到二级排洪系统52，此时四级排洪系统50、三级排洪系统51和二级排洪系统52同时工作；当测压仪测得压力值达到降水量区间d对应的压力区间时，将信息直接传递到一级排洪系统53，此时四级排洪系统50、三级排洪系统51、二级排洪系统52和一级排洪系统53同时工作；
62.排洪系统具体工作流程为，以四级排洪系统50为例，当降雨量过大，四级测压仪2测得水压达到其作业启动区间时，四级测压仪2将信号传递给四级信号收发器55、控制系统接收信号后传递至第九阀门42、第一阀门5、第二阀门6、第十五阀门8，接收到信号后第九阀门42、第一阀门5、第二阀门6关闭，第十五阀门8自动打开，即将四级真空泵4与四级排洪管3之间的通道关闭，还有排渗系统与其的通道都关闭，控制系统接收信号后还将信号传递给四级抽水泵1，四级抽水泵1启动作业，将降水通过四级排洪管3，再通过四级排洪管3进入主导排管10，将降水排至坝体外。当降水量继续增加时，三级排洪系统51接收到四级收发器55信息的同时接收到本系统三级测压仪37信号，开始启动三级排洪系统51作业，流程与四级排洪系统50一致，以此类推，可根据实际情况启动其他级别的排洪系统。
63.应该理解，上述实施例的描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化均属于本发明的保护范围。