有排渗竖井的尾矿库存在放矿水时的渗流分析.pdf

J ～ 有排渗竖井的尾矿库 存在放矿水 时的渗流分析 1 前 言 中南工业大学 、 渗流是影响尾矿岸安全的重 要 因 素 之 一 。如 无排渗设施 ，则 浸润线的位置较 高， 容易使坝休失去稳定性，甚至发 生 溃 坝 事 故。排渗方法很多， 自流式排渗竖井是一种 行之有效的方法。该方法是t与坝轴平行按 一 定间距设置几排竖井，渗透水可从井底流 到坝外。 在分散放矿的过程中，干滩上有大量矿 浆水沿滩面流向库池。凡有矿浆水流过的地 方，滩面长期处于饱和状态，矿 浆 中 的 水一 堕 整 垫兰 查塞 兰 垄 由 l滩面 渗入 坝 体 。 因此，在渗流计算中，虚 当考虑放矿水对浸 润线位置的影 响。 耳前，针对有自流式排渗竖井的尾矿库 存在放矿水的情况，尚缺乏精确的渗流计算 方法。本文试图用解析方法建立上述情况的 浸润 线方程 。 2 浸润 线方程 2 ． 1 基本 方程 如 图 1，初期 坝为堆 石透 水 坝，Ⅱ n． 为 排渗竖井，O ， A 为干滩，实曲线l 表示有 排 渗竖井时的浸润线，虚线 2为无排渗竖井时 图1 浸 润线 示意 图 的浸 润线。设库底水平 且不 透水， 可以近似 作 为平 面渗流 问题处理 。 如 果在 坝顶分 散放矿 ，它相 当于 沿沉积 滩段有一连续降水补给，矿浆水在重力作用 下向下渗透，使渗流量沿浸润线不断增加。 设沉积滩的矿浆水是均匀下渗的，任一断面 x 处的单宽 流量为 q q l x 1 式 中q ． 为起始断 面 x0 的单宽渗 流量 。 压 降是 由水 的重力造 成的， 按照 达西 定 律，可得平面定常渐变渗流基本 微分方程为 』 ． ． q 一k y 2 一 。 q X 式 中k 为渗透系 数 设 为常数，这就 是 裘 皮 特 Du p u i t 公式 。 一 ； 一 宵台矿山一l 3 ． ， } * 一 矿 ～ 托 铲 ～ 尾 ～ * 骨 ， ， _， v ． 一 ● 一 一 一 ～ 维普资讯 将式 1代入式 2得存在放矿水 时的渗流计算的基本微分方程为 q ⋯k y 軎 3 2 ． 2 0 A段的浸澜线 方程 将 式 3积分 得 胜 c x 一 则y ； 一 2 ／ k q l x B 其 中B霄， k 2 ． 3 An 段的 浸润 线方程 4 5 设n 为左起第一排排渗竖井的 位 置，对 -TAn ．式 3 成 为 ⋯k ． 旦 6 q 2 一 k y ‘ 吉 式 中 q l L l q L l k 日 C o n s t 常 数 7 同样，将式6积分 得 y 。 h 3 ～ 2 ／ k q 2 x d 8 其 中 ；L1 L 。 一L n 式中h 。 为左起第一排排渗竖井的 出 渗 点 高 度 ． 2 ． 4 常数q 、 、H 及h o 的确定 式 4 、 8中，L 、L z 、L n 、 k 及 霄 或B 均是 已知数，q 、q z 、H 及h n 则是 待定的。首先求H与H- 及q 间的关系。 圉2 将迎水坡 转化戚 等效 矩形示 意圉 如 图 2， 我们 应考虑到尾矿 坝迎水坡不 楔形抖 转化成宽为A L ,高为H 的等效 矩 形 休，这个矩形体和原楔形体一样，消耗 同样 太小的水头，渗透相同 流 量。确 定△ L 最 常用的公式为T K 米情 路夫公式，即 △LH ml ／ 12 m 9 将式 2积分 并代 入式9 得 _ H - 一 鼍 ． q I 啬“ o 在式 4中令 y；h t h 为xL I 时 的 浸润线 的纵坐标，见 图 1及xL L 得 q k ／ 2 L 1 H 一 b 。 一目 L 。 1 1 b z h n 一 s ／ k q o L Ⅱ 一L 2 1 2 于是 ，我们 得到 了连系参 量q 、 q z 、 h 2 、 H 及h 。 的 4 个方程式 7、 1 0 I 、 1 1 及 1 2 。 为了得到我们所需 要的第 五个方 程，可以利用解析几何的知识 f l X ‘ 0l 『 _ ． 田3 以坐标系琢点为顶点的抛耪钱 如图 3 ，如果抛物线的顶点0 - 为坐桁 系 的原点，则抛物线的方程为 一2 p x 1 3 式中P 为焦点参数。如果把y 轴f句 左 平 移P ／ 2 J 即原点由0 移至焦 点0 ，则 抛物线 的 方 程变 为 y 。 一2 p x 1 一p 1 2 一2 p x 1 十P G4 式中 x 为新 坐 标系0 x y 中 原抛物线上 一 点 是 铅 垂面所产 生的影 响。将尾矿坝 迎水 坡的 的横坐 标 市 渗竖 井曲 尾 矿捍 舟在 旅矿术 时 柏 挚巍分 析 毫甓 胃 叫 ； 3 维普资讯 回到图 I ，式 8 为一抛物线方程 。 如无排渗竖井，嘲摄f 阿 线 为爵 I 中的虚线2 ， 虚线 2 是抛物鲤，其顼点为D ，焦 点 为B 。 有排渗竖井耐，彀搁线为图 l - 中的实曲线I ， 曲线 l 也是抛物线，其顶点为D ，焦点为n 。 如将图 I中的Y 轴向右平 移6 L L L 。 的距离，即将原点O 移至抛物线的焦点n ， 则原抛 物线 1 在 新 坐标系 中的方程 将变 为 y Z h 一 z ／ k q x l L l L j L D L l L 。 L0 式 中x 为原 抛物线 l 在新 坐标系 中的 横坐标 。 简化 上式 得 Y 。 一 2 ／ k q 2 x l h I 5 比较式 1 4 及 1 5 得 q z ／ k h 口 1 6 于是， 由式7 、 I 1 、 1 2 及 1 6 得q 。 ，q ，h 。 、h 2 及H的计 算公 式 ， 它 们 是 h 一d ／ F I 7 a 一 6 ’ H1 [ 一d 一 ．H1 H i B L l t I2 m ． 。‘ 13 L ． HI ] 1 7 6Ll L 2 一L D q k h 。 一k [ 3 L 1 8 H 2 H i 一 { } ．h o2 m 望 2 m B L ‘ l I l I 。 1 9 5 h2 h口 一2 h口 L。 一 L。 2 0 q。 kh D 2 1 2 ． 5排渗竖井 间的浸润线方程 如 图 4 ，设有 3 挪排渗竖井，每两排井 的 间距 均为 l 第 一 、二排排 渗竖井 间单宽 流 量 设 为 q 2 C o n s t ，则 由式 2得 Y h 0 { 一2 h 0 x一6一1 2 2 由式 1 6 得 田4 摊渗 竖并 摊弼示 意田 h 口 2 q I i ／k 2 3 当x 8 时，Yh 故由式 2 2 得 h D 2 一l ／ l 2 h 。 2 4 5 式中h 。 由式 1 7 确 定。 于是，式 2 2 及 2 4 便 构成了第一 排井 与第 二排 井 间浸澜 线的方程，显然 ，它 是 抛物线 。 同理，第n I 排与第n 排排渗井间浸润 线 的方程 由下 列二式 决定 Y 一2 h D [ x一8～ nI 1 h 2 5 5 h 。 一l ／ l h； c 。 一 l ， 2 6 5 其中h 。 。 一 ， ， 为第 Ⅱ一I 排排渗竖井的 渗 出点高度，它 由式 2 4 5， 2 6 5逐 渐 推 出 。 2 ． 6 最后一 排排 渗竖井与初期 坝间的 浸 润 线 方程 设 图 4中第三排排 渗竖井 与初期 坝 间的 单宽 流量为 q 。 ， 利用式 2及等 式 q s ／k h 。 得浸 润线 方程为 Y 。 h 一2 h 3 xLl L2 2 7 式中h 。 为此区间浸润线的逸出点高度，可 由 式 2 7 导出，令 x LI L2 一Lo i I l ， yh 【 得h 一E L 口 一 i I 1 ／ [ L 口 一 i 1 1 3 h i 2 8 至此。 我们 已经求 得了整 个尾矿 库 内各 段 的浸 润线方程。 如 果无排 渗竖井 ，则将 L 。 0 及q z k h 代 入式8得出整个AB 段 的浸 润 线 方 程 一 4 有色矿山l { 维普资讯 为 存在放矿水 Y ho 一2 h D x LI L 2 2 9 式中h 。 为尾矿坝的逸出点的高度。 应该指 出，式 1 7 ～ 1 9 中 的B 是 指整个 千滩 表面均被一 薄层水覆盖 时的 育／ K值。如 果只 是部 分干滩被 薄层 水覆 盖，则 B 应改为B ，B 。 与目 的比值关系应根据各尾矿 库的具体情况确定。 此外， 由于 与k间尚缺 乏理论 上 的 联 系．因此B W／ k 值需由实验确 定。下 面， 我们介绍一种用实测流量法确定B 值的 简 易 方法。 3 用实测流量法确定B 值 大冶白雉山选厂尾矿库的有关参数见表 1及 图 5。 固5 白雉 山选 厂尾 矿库 筒固 寰1 白雉 山选 厂尾矿库基 本参 数 先求h o 、h m h m h 。 ‘ 和h D 5 。 将6L L 2 一L o 0及L 0代 入 式 1 7 得h 0 一 士 X 0 ． 9 8 8X 4 3 士 0 ． 9 8 84 3 。 4 3 ] 2 5． 7 1 9 m 再求 h 如 图 6， 由于第 一 、 二排排 渗 竖井 的顶上 被一薄层水覆盖 ，可视为存翟 补 给水。利用式 1 7 a 计算时，图 6中的h 。 视为式 1 7 a 中的H ，h 。 视为式 1 7 a 中 的h 。 ， 将 66 0 m，H2 6 ． 7 1 9 m，L l 6 0 m 代入式 1 7 B 中，得 h 一 6 0 面 丽 ，J ． 2 I 1 l r 囝B 白雉山尾矿库计算筒囝 类似地 ，利用式 1 7 a 求h 时，需 把 b 视为式 1 7 a 中的H ，h o s 视为该式中 的 h 。 ， 由式 1 7 B 得 h o 3 皇一6 O 、 ／ 6 0 h o B l B X 6 0 ／ 2 式中B 是在 干滩不全部被矿浆水覆盏 时 的B 值 ，它需要 根据 各尾 矿库 的实际情 况取值 。 白雉山选厂尾矿库的实际情况是，沿干 滩宽度 安放着z 0 余根放矿管，但实际上只开 放 4～ 6根 放矿管 。矿浆水 向库 池流动 的过 程中， 自动形式沟槽，不是 漫 滩 流 动。另 外，2 0 余根放矿管交替放矿，有时，尚未形 成稳 定的浸 润线 之前 ， 又改为 其 它 管 子 放 矿，因此，放矿水实际上只覆盖干滩约1 ／5 的面积，取B B ／ 5 ，将B 。 B ／ 5 代入上式 h { 一6 0 、 ／ 6 0 。 h 日 3 ／ 5 日X 6 0 同理 h o l 6 0 。 h e 日X 6 0 ／ 56 0 fi - h 。 时， 我们利用式 2 4 ， 将其中的 h D 改为h 0 ” h o 改为 h 口 ‘ ，1 d B6 3 m， 于 是 得h Q 5 一8 3 6 3 b ． 由式 1 6 得总 的单宽 流量为 q k h o h o 2 h o a h o ‘ h D i 由实 测得到 的单宽 流量为 q 2 ． 7 0 3 X1 0 一 ‘ m ／ s 有排{ 每竖井的尾矿库存在放矿水时的漆流分析一囊镒蔷 一 6 5 维普资讯 由实测得到的x 方向 的 渗 透系数k z 1 ． 5 5 2 7 x1 0 m ／ B ， k x k 7 1 4，故 k√ k x k y O ． 7 7 6 1 0 一 。 m／ s 。 将q 、k 的实测值代入上式，并利用已知 的h o 2 6 ． 7 1 9 m得 禁 2 6 ． 7 1 9 h 口 2 十 h 。 。 J 1 。 ‘0 7 7 6 0 ． 1一 。 ‘ 。。 ‘ 。 。 。 。 。 。 ‘ h。 5 将 前 面导 出的h m h h h o 5 代 入上式便 可求 得B 。 为 了简化 计算 ，可采用近似 法 。因 为B 一 般 为小量，可忽略不计。h h o 5 均 很 小，可 略去 。经 过这样 的简化 后，可得 到 关 于 p 的 一 次代数 方程 ，易于求 出p 。对 于 本 倒，通 过试算得B ≈ 1 ／2 0 ，可将它直接代 入h m h 。 。 ，h h o 6 的关系式 加以验 证。 B 值确 定后， 利 用 式 4 ， 8、 1 6 ～ 2 0 ， 2 5 和 2 7 可 求 得 各 段授润线 的方程 。 4 算 倒 例 l，见 图 7，已 知L 13 5 0 m，L 2 3 05m ， H 1 79 m ， k 1 ．4 6 5 xl O ’ ‘ e m／ 8 ， m。 1 ／o ． 0 6 ，无排渗竖井，求浸润线 方 程 库底坡度为2 ． 6 ％，可近似按水平问 题 处 理 。 为了和传统的计算结果相比较，我们假 设放矿水使千滩垒表面均被一薄层水覆盖， 按照前面的计算，p ≈l ／2 0 ，则 } l_ 1 2m 2．0 6 L - L 2 Hi 6 9 3 ． 3 5 m 由式 1 7 得 L 。 0 h o 一6 9 3 ． 3 5 C 6 9 3 ． 3 5 7 9 。 3 5 0 ／ 2 O 3 5 0 ／ 2 0 2 ／ 2 ． 0 6 x 7 9 3 9 ． 8 1 6 m 由式 2 9 及上式 结果 得 Y 9 ． 8 1 6 一 29 ． 8 i 6 xL1 一L2 于是 ，我们得到 了本倒 AB 段浸润 线 的 方 程 式 。 令x 一 xL l L 则 x 代表 浸澜 线上某 点至初 期坝脚 的水 平距 离的绝对值 。 l 圈7无排渗竖井 的尾矿库示意 图 利用浸润线方程计算浸润 线A B 段 的 位 置，列入表2 。为方便比较，表2 还列入了用 传统有限元法得到的同一问题的计算结果。 裹2 解 析法 与有 限元法 的结 果对 比 n l 解 析 法 有阻元法 铡 2 ， 利用授澜线方程，可以验算图 l 中L 。 的设计值是 否合理 。 白雉山尾矿库坝高的最 终 值 为1 1 3 ． 5 m 设计值 ， 当千滩 长为 1 0 m时， 由 式 1 5 及 1 7 可得浸润 线方程 计算过程略。 尾矿坝的背水坡为一坡度 为1 ／mt m 5的直 线，此直 线与浸 润线的垂直 距离 称 为浸润线 的埋深 。埋深最 小处，浸润 线摄 易逸出，第一排排渗竖井应设置 在 这 个 位 置 。 利用求最小值的方法，我们求 出埋深最 一 6 6 一 有色矿山一1 9 口 3 ． 6 维普资讯 铲舢 嘲 。 砷 ． ． _ 。 ． ． 讳t 蚺。 吨 l 麴 查 怠 j 铜绿山矿井下使用 “ 三合一 胶结充填料 在长沙矿 山研究院的协助下，湖北大冶有色盒 属公司铜绿山矿在全国矿 山中率先在井下采场使用 “ 三合一 肢结 充填料获得成功 这种充 填料是由散装水泥、冶炼炉渣 选矿尾 砂三种 物料在经过无数次试验后 ，按一定 比例配翩 而成的。克服了炉渣表面光滑、密度大而产生 的沉 淀离析现 象。具有胶结性能好、防瀑能力 大、抗压 强度高、成 本低等优点，对安全回采矿柱、补充矿 原 减少矿石损失等能起积极作用。 冯斌 加拿大镍矿利用 电视摄像机 提高采矿效率 小型电视摄像机能够为矿 山工程师 提 供 准 确 的、详细柏第一手地质资料 ，以便作出保证矿石回 采 必不 司 少 的分 析。 多功能R C 9 3 型摄像机是在 里 新 B e e s 仪 器 的基础上研制的，现正在由加拿大国际镍公司进行 一 系列的岩脉层检测工作 ‘ 现代化采矿效率标志着准确勘测圈定矿界及有 效回采高质量的矿石。 矿山工程师用岩层的数据模型米探涣 I 优质矿床 并模拟矿 山开采来优化设计过程。 制作这些复杂的模型，以便探测矿层所 需要的 可见的应力场记录，记录的结果留作 以 后 进 行 复 壹 。电视记录结果揭示校准模型的应力场及模 拟矿 区的 新开采巷遭 以前桂铡矿房矿石品位需要评估，而现在 用 R C c3 3 系统提高了岩石颜色的清晰度 ， 来细盔 岩石的 岩性是完全可能的了。 复制的清晰颜色用来测定矿物的成分，且能观 察到绘制曲岩石的节理密度立体图，这进一步提高 了勘 探的精 确度 。 随着探出的优磺矿床开始开采，回采过程往往 发生 冒顶或 由于断裂构造中大量的水造成中断 通过使 用摄像机来检浈 f 在不能达到回采区段的 矿 石 结构 ， 因此 ，在 出现 回采 疑难 问题 之前 来 测 定 断裂 和对 它们采 取 措施 是 司 能的 。 完全可以更换的镜头提供高能量的照明、变焦 镜头、广角镜头，能在直弪5 0 ra m 的炮孔 中作 弪 向 观察 ，这 已证明具有高分辨能力的摄像机对矿山技 术人员是极有价值的器具 这种坚固的防水的摄像机最适合条件艰苦的地 区，并完全可以在遥远的地区配备一彩色监视议和 VC R装置对所有记录的结果进行遥控。 目前 ，这一系统正在帮助矿山设计开采工作 ， 将来的应用看来 舍更进一步提高矿石的回采效率． 邱云胜译 白S o u t h AF r i c a n Mi n i n g ，1 9 9 2 ， 1 O l 2 9． 气动爆破孔排水泵 美国精密爆破服务公司 Pr e c i s i o n B l a s t i Ⅱ g S e r v i c e s 目前正向国外为爆破孔 排 永 系 统 有 限公司销售L a n e 泵 L a n e 泵是 一 种 气 动 爆 骏 孔 排水泵，其特点是设计紧凑和空气需要量很少 这 种排水泵被说成是无 比的装置，它利用低压、低容 量的压缩空气有效地从爆破孔内排水。该装置由下 列部件组成不锈钢泵体 一个能扩张和能更换的 橡皮套筒、一条排水款管、一条带有不锈钢管网的 小处 距初期 坝脚 的水 平距 离 为 1 6 5 ． O 2 m。 L 。 的设计值 为2 4 3 ． 7 m，它与1 6 5 ． 0 7 2 m比 较 接 近，而 且前 者大于后 者，故L 。 的设计值是 台理 的，也 说明我们 计算 浸润 线位置 的方法 是可靠的 。 长沙矿冶研究院裘家骧和王炳荣同志提 供实测数据，并参加有益的 讨 论，耀 表 谢 意 l 参考文献 略 责任 编辑康 晓葛 动态与文摘 _ 6 7 维普资讯