本发明涉及尾矿库坝体排渗技术领域，尤其涉及一种利用采矿废石降低尾矿库坝体浸润线的排渗系统及其施工方法。
背景技术：
浸润线作为尾矿库的生命线，对于衡量尾矿库坝体稳定性具有重要作用。在我国的矿山工程中，由于坝体内部浸润线抬高，导致渗透水从坝体内部溢出，在坝面形成沼泽地，引起管涌，进而危害坝体稳定性的案例不在少数。自2005年以来，我国尾矿库溃坝事故多达40余起，有学者对全世界范围内三千多个尾矿库进行了统计，发现平均每年就有2-5个尾矿库发生溃坝。特别是被称为迄今为止全世界最大的“9·8”尾矿库事故给下游人民造成了极大地人员伤亡和财产损失。因此由于尾矿库浸润线过高致使坝体发生渗透破坏，引起坝体失稳的问题不容忽视。
目前降低尾矿库坝体内浸润线的方法主要有竖井、虹吸井、轻型井点、辐射井、垂直沙袋井、铺设联合排渗管道等。竖井是在尾砂堆积子坝时实施，竖井一般仅适用于较厚的矿泥夹层，且大多需要专门人员管理，且渗入井内的水需用水泵抽吸耗费电力，堆坝后期容易产生变形。虹吸井经常发生断流，需人工频繁处理；轻型井点、辐射井需用水泵抽水，浸润线波动频繁，投入成本高，且在施工后期，井位往往容易发生倾斜；垂直沙袋井工程量较大，一次性投入费用高；铺设联合排渗管道施工工艺较为复杂，由于以往的排渗措施大多是在筑坝过程中施工，这就增加了施工的难度。对于三相联合排渗系统，由于需要用竖向排渗井将不同层位中的水导流出坝坡外，这就需要每层都设水平的排渗管道或排渗孔，这是整个排渗系统施工的关键环节，必须严格控制，如果水平排渗工序的施工出现问题，必然会影响到最终排渗效果，严重时会危及坝体安全。因此联合排渗方法仅适用于尾矿放矿紊乱，堆积坝中矿泥夹层较多，隔水层较明显的坝体。
技术实现要素：
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提出了一种利用采矿废石降低尾矿库坝体浸润线的排渗系统及其施工方法，利用采矿过程中挖掘出来的废石组成的废石柱来提高坝内渗流水的渗流速度，加速尾矿砂的排水固结，提高尾矿库的稳定性。
本发明提供了一种利用采矿废石降低尾矿库坝体浸润线的排渗系统，包括：沿坝中轴线方向设置在坝体内部的废石柱、沿坝中轴线方向设置在坝体内部尾砂沉积滩面的横向排渗盲沟以及垂直于坝中轴线方向设置在坝体内部的纵向排渗管道；
其中，横向排渗盲沟和纵向排渗管道均与废石柱底部相连接；
所述纵向排渗管道与横向排渗盲沟垂直相交；
所述废石柱包括由外向内设置的骨架、土工布和采矿废石，所述废石柱直径大于或等于所述尾矿库初期坝坝顶宽度，废石柱高度不低于坝内最高水位并与坝顶平齐；
所述横向排渗盲沟内铺土工布并填充废石；
所述纵向排渗管道向坝面外侧倾斜，且将与横向排渗盲沟交汇处的纵向排渗管道一端打孔作为进水口，纵向排渗管道另一端作为出水口，并与尾矿库坝体排水明沟相连接。
本发明提供的排渗系统，主要是在尾矿坝构筑的同时，充分利用采矿废石在坝体内部沿坝中轴线方向分层构筑多条废石柱以及与废石柱相交的横向排渗盲沟和纵向排渗管道，用这些大直径(一般为6m-10m)废石柱替代构筑坝体的部分尾砂，利用废石与废石之间的孔隙来增大尾矿坝整体的排渗能力，并通过排渗盲沟和排渗管道将废石柱内的渗水排放到尾矿库坝体排水明沟里，从而达到降低坝体浸润线的目的；因为该废石柱并不与排渗井等其他常规排渗措施冲突，所以可以在常规措施基础上进一步提升尾矿坝的排渗能力。
同时，利用采矿废石所堆筑的废石柱与尾矿砂混合筑坝，因为废石的刚度、内摩擦角等力学性能比尾矿砂要好，所以形成的废石柱不仅具有良好的渗透性能，能够有效降低坝体浸润线，加速尾矿坝的排水固结，而且更加坚固，从而提高尾矿坝的稳定性。
进一步的，所述废石柱选用级配不良的废石构筑，所述废石粒径小于废石柱直径的二分之一。
为了保证尾矿库坝体的稳定性和废石柱的渗透性能，用于构筑废石柱的废石需选用级配不良(土中各种粒组的相对含量，用土粒总重的百分数表示，称为土粒的级配。例如，土粒的粒级集中在某一粒级附近，粒径分布范围较窄，土质较均匀，称之为级配不良；土颗粒大小相差较为悬殊，土粒不均匀，就称之为级配良好)的废石，不均匀系数cu控制在1.27-2.3之间(cu值越小，级配越不好，废石粒径分布范围越狭窄，渗透性越好)，且每颗废石粒径要小于废石柱直径的二分之一，一般情况下，废石粒径的优选范围为10-500毫米。
进一步的，紧挨尾矿库初期坝的废石柱与其相邻废石柱的中心间距为废石柱直径的2倍；其他两两相邻废石柱之间的中心间距均相等，取值为废石柱直径的2-3倍。
为了保证尾矿库坝体的稳定性，并且保证两两相邻的废石柱之间有足够的渗水路径，紧挨尾矿库初期坝的废石柱与其相邻废石柱的中心间距需设置为废石柱直径的2倍；而其他两两相邻废石柱则等间距设置即可，其中心间距的取值为废石柱直径的2-3倍。
进一步的，当所述尾矿库初期坝坝顶宽度大于其纵向长度的三分之一时，废石柱以沿坝中轴线单排等间距方式设置；当所述尾矿库初期坝坝顶宽度小于或等于其纵向长度的三分之一时，废石柱以沿坝中轴线两侧双排等间距方式设置。
考虑到废石柱对坝体稳定性的影响，为了保证尾矿库坝体的稳定性，并将每根废石柱的排渗效果最大化，废石柱可以采用多种设置方式，一般情况下，当所述尾矿库初期坝坝顶宽度大于其纵向长度的三分之一时，将废石柱以沿坝中轴线单排等间距方式设置；当所述尾矿库初期坝坝顶宽度小于或等于其纵向长度的三分之一时，可以将废石柱以沿坝中轴线两侧双排或多排等间距方式设置。
进一步的，所述纵向排渗管道按1％-3％的坡度向坝面外侧倾斜设置。
为了方便纵向排渗管道中的水流排出坝体，必须保证纵向排渗管道的进水口平面高于出水口平面，且采用1％-3％的坡度(例如，坡度3％是指水平距离每100米,垂直方向上升(下降)3米)向坝面外侧倾斜设置纵向排渗管道。
进一步的，所述横向排渗盲沟的截面形状为倒梯形。
本发明还提供了一种利用采矿废石降低尾矿库坝体浸润线的排渗施工方法，包括：
步骤s1：根据地质勘查报告以及尾矿库基础设计资料，获取尾矿坝基础信息；
其中，所述尾矿坝基础信息至少包括尾矿库初期坝坝顶宽度、坝中轴线方向、坝内最高水位和尾矿坝高度；
步骤s2：在坝体内利用采矿废石沿坝中轴线方向构筑废石柱；
其中，废石柱包括由外向内设置的骨架、土工布和采矿废石，所述废石柱直径大于或等于所述尾矿库初期坝坝顶宽度，废石柱高度不低于坝内最高水位并与坝顶平齐；
步骤s3：在坝体内的尾砂沉积滩面平行于坝中轴线方向开挖盲沟，内铺土工布并填充废石，构成横向排渗盲沟，所述横向排渗盲沟与所述废石柱底部相连接；
步骤s4：在所述废石柱底部垂直于坝中轴线方向铺设纵向排渗管道，所述纵向排渗管道向坝面外侧倾斜铺设，且将与横向排渗盲沟交汇处的纵向排渗管道一端打孔作为进水口，纵向排渗管道另一端作为出水口，并与尾矿库坝体排水明沟相连接。
在具体施工中，先采用铁丝网或竹条等材料制作废石柱骨架，并在骨架内铺设土工布(土工布的作用为防砂渗水)，最后向土工布内填充采矿废石，由此构成废石柱。因为废石柱的构筑与尾矿坝构筑同时进行，所以废石柱采用分层构筑方式，尾矿坝构筑多高，废石柱也构筑多高，两者顶部平齐，但是废石柱的高度不低于尾矿坝内最高水位。
为了在保持废石柱排渗性能的同时，保证废石柱的坚固性，每个废石柱的直径一般情况下根据尾矿库初期坝坝顶宽度决定，即废石柱直径与坝顶宽度相等；但是，当坝顶宽度太小时(一般为小于2米时)，废石柱的直径可以进行调整，保证大粒径(以500毫米为上限)的废石颗粒的粒径调配，废石柱直径可以适当增大，增大幅度不超过1米。
其中的横向排渗盲沟，则设置在坝体内的尾砂沉积滩面，与废石柱底部相连接，且横向排渗盲沟与废石柱连接处的盲沟面积略大于废石柱底面面积。横向排渗盲沟将各个废石柱相互连接起来，进一步提升了废石柱的排渗能力。
纵向排渗管道铺设在每一根废石柱底部，与横向排渗盲沟垂直连接。为了将废石柱和横向排渗盲沟中的液体排入排水明沟，将纵向排渗管道与横向排渗盲沟交汇处的管道一端打孔(即将此处管道打孔设置为花管样式的滤水管)作为进水口，方便废石柱和横向排渗盲沟中的液体流入纵向排渗管道。同时，为了避免尾矿砂进入纵向排渗管道，在该纵向排渗管道外层还可以包裹土工布，起到防砂渗水的效果。为了方便纵向排渗管道中的液体顺利流入坝体排水明沟，所有纵向排渗管道可以按照1％-3％的坡度向坝面外侧倾斜铺设。
进一步的，所述废石柱选用级配不良的废石构筑，所述废石粒径小于废石柱直径的二分之一。
一般情况下，优选的废石粒径范围为10-500毫米。
进一步的，紧挨初期坝的废石柱与其相邻废石柱的中心间距为废石柱直径的2倍；其他两两相邻废石柱之间的中心间距均相等，取值为废石柱直径的2-3倍。
进一步的，在所述步骤s2中，当所述尾矿库初期坝坝顶宽度大于其纵向长度的三分之一时，废石柱以沿坝中轴线单排等间距方式设置；当所述尾矿库初期坝坝顶宽度小于或等于其纵向长度的三分之一时，废石柱以沿坝中轴线两侧双排等间距方式设置。
有益效果
本发明提供的一种利用采矿废石降低尾矿库坝体浸润线的排渗系统及其施工方法，利用原本没有经济价值的废石制成废石柱联合横向排渗盲沟以及纵向排渗管道等装置，组成一个能够自流的排渗体系。这种采矿废石具有良好的渗透性能，可以提高尾矿坝内渗流水的渗流速度，提升尾矿坝的抗液化能力，缩小坝体的液化区域，而且成本低廉，施工简便，便于推广，具有极高的商业价值；同时，通过对废石柱规格参数以及排布方式的限定，不仅能加速尾矿砂的排水固结，还能提高尾矿库的稳定性；再者，通过利用采矿废石在尾矿库坝体内部堆筑出废石柱，减少了采矿废石与空气的接触，减少了采矿废石中硫化物的氧化，从而减少了酸性矿山废水的排放，有利于环境保护。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种利用采矿废石降低尾矿库坝体浸润线的排渗系统的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的排渗系统中废石柱与横向排渗盲沟连接处的局部剖面图；
图3是图2的a-a向视图；
图4是图2的b-b向视图；
图5是本发明实施例二提供的一种利用采矿废石降低尾矿库坝体浸润线的排渗施工方法的步骤示意图；
附图标记：100-废石柱，200-横向排渗盲沟，300-纵向排渗管道，400-尾砂，101-骨架，102-土工布，103-采矿废石，301-花管样式的滤水管，d1-尾矿库初期坝坝顶宽度，d-废石柱直径，l1-紧挨尾矿库初期坝的废石柱与其相邻废石柱的中心间距，l-其他两两相邻废石柱的中心间距。
具体实施方式
为了方便更好的理解本发明方案的内容，下面结合具体实施例对本发明方案内容进行详细阐述。
实施例一
如图1所示，本发明实施例一提供的一种利用采矿废石降低尾矿库坝体浸润线的排渗系统包括：沿坝中轴线方向设置在坝体内部的废石柱100、沿坝中轴线方向设置在坝体内部尾砂沉积滩面的横向排渗盲沟200以及垂直于坝中轴线方向设置在坝体内部的纵向排渗管道300；其中，横向排渗盲沟200和纵向排渗管道300均与废石柱100底部相连接；所述纵向排渗管道300与横向排渗盲沟200垂直相交；所述废石柱100包括由外向内设置的骨架101、土工布102和采矿废石103(如图2所示)，所述废石柱直径d大于或等于所述尾矿库初期坝坝顶宽度d1，废石柱高度不低于坝内最高水位并与坝顶平齐；所述横向排渗盲沟200内铺土工布102并填充采矿废石103，其中，横向排渗盲沟的截面形状为倒梯形，且横向排渗盲沟200与废石柱100连接处的盲沟面积略大于废石柱底面面积(如图3所示)；所述纵向排渗管道300向坝面外侧倾斜，且将与横向排渗盲沟200交汇处的纵向排渗管道100一端打孔作为进水口(即将此处管道打孔设置为花管样式的滤水管301)，纵向排渗管道另一端作为出水口，并与尾矿库坝体排水明沟相连接。为了防止尾砂进入纵向排渗管道300，在纵向排渗管道300的外表面可以包裹有土工布102(如图4所示)，从而达到防砂渗水的效果。
为了保证尾矿库坝体的稳定性和废石柱的渗透性能，用于构筑废石柱的废石需选用级配不良的废石，且每颗废石粒径要小于废石柱直径d的二分之一，一般情况下，废石粒径的筛选范围为10-500毫米。
为了保证尾矿库坝体的稳定性，并且保证两两相邻的废石柱之间有足够的渗水路径，紧挨尾矿库初期坝的废石柱与其相邻废石柱的中心间距l1需设置为废石柱直径d的2倍；而其他两两相邻废石柱则等间距设置即可，其中心间距l的取值为废石柱直径d的2-3倍；同时，为了将每根废石柱的排渗效果最大化，废石柱可以采用多种设置方式，一般情况下，当尾矿库初期坝坝顶宽度大于其纵向长度的三分之一时，废石柱以沿坝中轴线单排等间距方式设置；当尾矿库初期坝坝顶宽度小于或等于其纵向长度的三分之一时，废石柱以沿坝中轴线两侧双排等间距方式设置。
为了方便纵向排渗管道300中的水流排出坝体，必须保证纵向排渗管道的进水口平面高于出水口平面，且采用1％-3％的坡度向坝面外侧倾斜设置纵向排渗管道。
综上所述，本发明提供的一种利用采矿废石降低尾矿库坝体浸润线的排渗系统，利用原本没有经济价值的采矿废石制成废石柱联合横向排渗盲沟以及纵向排渗管道等装置，组成一个能够自流的排渗体系。这种采矿废石具有良好的渗透性能，可以提高尾矿坝内渗流水的渗流速度，提升尾矿坝的抗液化能力，缩小坝体的液化区域，而且成本低廉，施工简便，便于推广，具有极高的商业价值；同时，通过对废石柱规格参数以及排布方式的限定，不仅能加速尾矿砂的排水固结，还能提高尾矿库的稳定性；再者，通过利用采矿废石在尾矿库坝体内部堆筑出废石柱，减少了采矿废石与空气的接触，减少了酸性矿山废水的排放，有利于环境保护。
实施例二
图5示出了本发明实施例二提供的一种利用采矿废石降低尾矿库坝体浸润线的排渗施工方法的步骤，包括：步骤s1：根据地质勘查报告以及尾矿库基础设计资料，获取尾矿坝基础信息；
其中，所述尾矿坝基础信息至少包括尾矿库初期坝坝顶宽度、坝中轴线方向、坝内最高水位和尾矿坝高度；
步骤s2：在坝体内利用采矿废石沿坝中轴线方向构筑废石柱；
其中，废石柱包括由外向内设置的骨架、土工布和采矿废石，所述废石柱直径大于或等于所述尾矿库初期坝坝顶宽度，废石柱高度不低于坝内最高水位并与坝顶平齐；
步骤s3：在坝体内的尾砂沉积滩面平行于坝中轴线方向开挖盲沟，内铺土工布并填充废石，构成横向排渗盲沟，所述横向排渗盲沟与所述废石柱底部相连接；
步骤s4：在所述废石柱底部垂直于坝中轴线方向铺设纵向排渗管道，所述纵向排渗管道向坝面外侧倾斜铺设，且将与横向排渗盲沟交汇处的纵向排渗管道一端打孔作为进水口，纵向排渗管道另一端作为出水口，并与尾矿库坝体排水明沟相连接。
在本实施例的实际施工中，先采用铁丝网或竹条等材料制作废石柱骨架，并在骨架内铺设土工布(土工布的作用为防砂渗水)，最后向土工布内填充采矿废石，由此构成废石柱。因为废石柱的构筑与尾矿坝构筑同时进行，所以废石柱采用分层构筑方式，尾矿坝构筑多高，废石柱也构筑多高，两者顶部平齐，但是废石柱的高度不低于尾矿坝内最高水位。
为了在保持废石柱排渗性能的同时，保证废石柱的坚固性，每个废石柱的直径一般情况下根据尾矿库初期坝坝顶宽度决定，即废石柱直径与坝顶宽度相等；但是，当坝顶宽度太小时(一般为小于2米时)，废石柱的直径可以进行调整，保证大粒径(以500毫米为上限)的废石颗粒的粒径调配，废石柱直径可以适当增大，增大幅度不超过1米。因为级配不良的废石渗水性好，故本实施例中废石柱选用级配不良的废石构筑，所述废石粒径小于废石柱直径的二分之一，一般情况下，优选的废石粒径范围为10-500毫米。为了保证每根废石柱之间都有足够的排水路径，紧挨初期坝的废石柱与其相邻废石柱的中心间距为废石柱直径的2倍；其他两两相邻废石柱之间的中心间距均相等，取值为废石柱直径的2-3倍。且当尾矿库初期坝坝顶宽度大于其纵向长度的三分之一时，废石柱以沿坝中轴线单排等间距方式设置；当尾矿库初期坝坝顶宽度小于或等于其纵向长度的三分之一时，废石柱以沿坝中轴线两侧双排等间距方式设置。
其中的横向排渗盲沟，则设置在坝体内的尾砂沉积滩面，与废石柱底部相连接，且横向排渗盲沟与废石柱连接处的盲沟面积略大于废石柱底面面积，该横向排渗盲沟的截面形状为倒梯形。横向排渗盲沟将各个废石柱相互连接起来，进一步提升了废石柱的排渗能力。
纵向排渗管道铺设在每一根废石柱底部，与横向排渗盲沟垂直连接。为了将废石柱和横向排渗盲沟中的液体排入排水明沟，将纵向排渗管道与横向排渗盲沟交汇处的管道一端打孔(即将此处管道打孔设置为花管样式的滤水管)作为进水口，方便废石柱和横向排渗盲沟中的液体流入纵向排渗管道。同时，为了避免尾矿砂进入纵向排渗管道，在该纵向排渗管道外层还可以包裹土工布，起到防砂渗水的效果。为了方便纵向排渗管道中的液体顺利流入坝体排水明沟，所有纵向排渗管道可以按照1％-3％的坡度向坝面外侧倾斜铺设。
关于上述方法实施例中各个步骤的具体实施细节和描述可参照上述装置实施例中各个模块的具体工作原理的相应部分的描述，此处不再赘述。
综上所述，本发明提供的一种利用采矿废石降低尾矿库坝体浸润线的排渗施工方法，利用原本没有经济价值的采矿废石制成废石柱联合横向排渗盲沟以及纵向排渗管道等装置，组成一个能够自流的排渗体系。这种采矿废石具有良好的渗透性能，可以提高尾矿坝内渗流水的渗流速度，提升尾矿坝的抗液化能力，缩小坝体的液化区域，而且成本低廉，施工简便，便于推广，具有极高的商业价值；同时，通过对废石柱规格参数以及排布方式的限定，不仅能加速尾矿砂的排水固结，还能提高尾矿库的稳定性；再者，通过利用采矿废石在尾矿库坝体内部堆筑出废石柱，减少了采矿废石与空气的接触，减少了酸性矿山废水的排放，有利于环境保护。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。