某新型窗口式排水井的设计及应用

陈 欢,唐文超,张强强

（金建工程设计有限公司,山东烟台 264670）

某新型窗口式排水井的设计及应用

陈 欢,唐文超,张强强

（金建工程设计有限公司,山东烟台 264670）

针对传统窗口式排水井使用过程中存在的缺陷,提出了一种新型窗口式排水井。该新型窗口式排水井在窗口位置预埋异径管作为进水窗口,使用盲法兰进行封堵,不仅封堵方便、密封性较好,且泄流能力增大,使排水井更为稳定。

尾矿库；排水井；窗口式；盲法兰；封堵

排水井是矿山尾矿设施的重要构筑物之一,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排出,再经过排水涵管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[1]。目前,国内使用比较普遍的排水井主要有窗口式和框架式。一般而言,当排水构筑物所需的泄流量较小时,大多使用窗口式排水井。窗口式排水井系一次建成,于井壁不同标高处留有圆形或方形窗口,这种井具有结构整体性好、井径小时使用维护简便等优点。官家山、铜官山、锦屏、大吉山和东鞍山等均采用这种型式[2]。本文拟介绍一种新型的窗口式排水井,该新型排水井对传统窗口式排水井进行了改进,更适应尾矿库的实际排水状况。

1 传统窗口式排水井的局限

传统的窗口式排水井井身由钢筋混凝土制作而成,窗口封堵使用混凝土塞子。混凝土塞子规格一般为Φ300 mm×Φ350 mm×250 mm的圆台形,重达52 kg。安装时,需要两名工人才能将其从岸上搬到船上,再从船上安装到井身上,不仅搬运费力,且容易封堵不严而导致泄漏矿浆。且塞子施工时往往偏差较大,有可能安装不上。

钢管式排水井也是一种窗口式排水井,井身全部由钢管焊接或法兰连接而成,直径一般为Φ400 mm～Φ1 000 mm。其进水窗口为焊接在井筒侧壁上的钢管(直径小于井筒直径),泄流量较小。钢管式排水井的进水管封堵采用盲法兰,操作较简便。但由于钢管式排水井井身直径较小,壁厚较薄,重量也较轻,其抗倾覆能力要小于同直径的钢筋混凝土窗口式排水井。对于同壁度的钢管井身,随着井身直径的加大,其抗变形能力也随之变差。如新城金矿3#尾矿库的窗口式排水井在使用过程中就出现过倾斜。矿方管理人员使用斜拉索,防止其倾斜度继续加大。

2 对窗口式排水井的改进

研究上述排水井的局限,选取了窗口式排水井和钢管式排水井各自的优点,笔者提出一种新型的窗口式排水井。在钢筋混凝土窗口式排水井施工时,在窗口位置处预埋异径管[3],作为进水窗口。随着尾矿面的升高,再采用盲法兰对进水窗口进行封堵[4]。

经过改进后,该种新型的窗口式排水井有以下优点：1)窗口封堵方便。1个盲法兰重约10.5～23.3 kg (DN350,PN0.25 MPa～PN1.6 MPa)[4],可根据要求选择不同厚度的盲法兰,其重量约为相同直径窗口用的圆台形混凝土塞子重量的1/5～1/2。2)密封性较好。由于异径管和法兰均为工厂化制作的成品,表面较平整,标准化较好。采用法兰盘型式,法兰盘之间可设有橡胶垫圈,并用螺栓连接,其封堵的密封性要远好于圆台形混凝土塞子,安装也较容易。因此,改进后不会出现安装不上、封堵不严的情况。3)泄流能力增大。由于钢管的粗糙系数(n=0.011)要小于混凝土砌面的粗糙系数(n=0.014～0.017)[5]。当进水窗口直径为0.35 m时,钢制异径管的谢才系数C为66.05,水头损失系数λ为0.018;混凝土窗口的谢才系数C为48.17～37.10,水头损失系数λ为0.034～0.057。由此可见,同直径的新型窗口式排水井的泄流能力要略大于传统的混凝土窗口式排水井。两种窗口式排水井封堵型式对比见图1。

图1 两种窗口式排水井封堵型式对比

3 应用实例

云南某矿山尾矿库排洪设施设计采用井—管式,排洪设施进水构筑物采用3座框架式排水井。其中1#框架式排水井距离初期坝约480 m,初始进水标高比初期坝顶低4 m,根据洪水计算和调洪演算的结果,可满足尾矿库的防洪要求。

设计在坝前增设0#排水井,为便于窗口封堵,设计采用窗口式,用于排除尾矿库使用初期库内澄清水。0#排水井距离初期坝约290 m,满足澄清距离的要求。其初始进水标高比初期坝顶低12 m,可大大提前回水的时间,返回选矿厂生产工艺重复使用。此0#排水井可加快坝前尾砂排水固结,降低坝体内浸润线,增加坝体稳定。该窗口式排水井井径D=2 m,井筒高H=9 m,每层有6个窗口,1共12层,2层窗口中心高差ΔH=0.65 m。在窗口位置预埋异径管(DN300～350),DN350段设有法兰,窗口封堵采用 PN0.6 MPa的盲法兰盘,见图2、图3。

图2 新型窗口式排水井平面

图3 新型窗口式排水井剖面

此种新型窗口式排水井使用了钢制管件,在使用中应注意钢制管件的腐蚀问题。该0#排水井仅用于排初期回水,使用时间较短,设计中解决腐蚀问题的办法是在钢制管件的内壁和外侧刷不小于0.5 mm的环氧树脂或沥青,即可满足使用要求。

4 结论

综上所述,可以得出以下结论：1)对于尾矿库所需的排水构筑物泄流量较小时,可使用窗口式排水井。2)针对传统的窗口式排水井进水口封堵上的缺点,提出了一种在窗口上安装钢制异径管的窗口式排水井,并采用盲法兰对进水窗口进行封堵。该排水井稳定性较好,使用方便,进水口封堵较容易。3)针对钢制管件腐蚀性问题,在这种排水井使用过程中应注意钢制管件的防腐。

[1] 董俊恺,胡汝洲.悬挂环式挡板排水井[J].铀矿选冶,1981(3)：68-72.

[2] 尾矿设施设计参考资料编写组.尾矿设施设计参考资料[M].北京：冶金工业出版社,1980.

[3] 02S403,钢制管件[S].

[4] JB/T 81-1994,凸面板式平焊钢制管法兰[S].

[5] 高速水力学国家重点实验室(四川大学),吴持恭.水力学[M].3版.北京：高等教育出版社,2003.

Design and Application of a New Window-type Drainage Well

CHEN Huan,TANG Wenchao,ZHANG Qiangqiang

(Jinjian Engineering Design Co.,Ltd.,Yantai,Shandong 264670,China)

Present new window-type drainage well,according to defects of traditional window-type when use it.The new windowtype well embed taper pipe as inflow window at window position.Use blank flange to block off,not only convenient sealing and leakproofness,but also magnify discharge capacity so as to make drainage well more stable.

tailings pond;drainage well;window-type;blank flange;blocked

TV551.4+1

B

1004-4345(2014)05-0092-02

2013-12-18

陈 欢(1986—),男,工程师,主要从事工业固体废物处置堆存场的设计和研究工作。