管头、细粒尾矿库内沉管施工装置及方法

摘要

本发明提供了一种管头、细粒尾矿库内沉管施工装置及方法，涉及地基加固技术领域，本发明提供的管头包括外管、排浆组件和第一排气管；外管的顶部用于与排渗管连接；排浆组件设于外管内，且排浆组件用于与气泵连接以形成真空负压带；第一排气管用于与气泵连接，且第一排气管贯穿排浆组件并穿出外管，穿出外管的部分螺旋缠绕在外管的底部并设有多个排气孔。本发明提供的管头沉管阻力小，无需大型桩机，对施工平台要求较低，便于在细粒尾矿库的稀软滩面上施工，且管头顶部可直接与排渗管连接，无需套管，可一次成孔，施工工艺简单，可操作性强。

权利要求

1.一种管头，其特征在于，包括外管(1)、排浆组件(2)和第一排气管(3)；

所述外管(1)的顶部用于与排渗管(4)连接；

所述排浆组件(2)设于所述外管(1)内，且所述排浆组件(2)用于与气泵(5)连接以形成真空负压带；

所述第一排气管(3)用于与所述气泵(5)连接，且所述第一排气管(3)贯穿所述排浆组件(2)并穿出所述外管(1)，穿出所述外管(1)的部分螺旋缠绕在所述外管(1)的底部并设有多个排气孔；所述排浆组件(2)包括漏斗(21)、排浆管(22)和第二排气管(23)；

所述漏斗(21)倒置于所述外管(1)内且所述漏斗(21)的下开口处与所述外管(1)连接；

所述排浆管(22)连接于所述漏斗(21)的上开口处；

所述第二排气管(23)贯穿所述漏斗(21)侧壁且端部延伸至所述排浆管(22)内，所述第二排气管(23)用于与气泵(5)连接；

所述第一排气管(3)贯穿所述漏斗(21)。

2.根据权利要求1所述的管头，其特征在于，所述第二排气管(23)包括延伸部(231)和弯曲部(232)，所述延伸部(231)位于所述外管(1)内，所述弯曲部(232)的一端与所述延伸部(231)连接，另一端贯穿所述漏斗(21)侧壁并延伸至所述排浆管(22)内。

3.根据权利要求2所述的管头，其特征在于，所述排气孔的开孔方向向上。

4.一种细粒尾矿库内沉管施工装置，其特征在于，包括排渗管(4)以及如权利要求1－3任一项所述的管头，所述排渗管(4)与所述外管(1)顶部连接，且所述排渗管(4)的管壁开设有多个透水孔。

5.根据权利要求4所述的细粒尾矿库内沉管施工装置，其特征在于，还包括浮板本体(6)，所述浮板本体(6)具有用于下管的孔洞。

6.一种采用了如权利要求1－3任一项所述的管头的细粒尾矿库内沉管施工方法，其特征在于，包括：

采用浮板拼接成浮板本体(6)，作为沉管施工平台，并在施工平台预留下管孔洞；

将排渗管(4)与所述外管(1)的顶部连接，管头向下竖直立于孔洞中；

将所述排浆组件(2)和所述第一排气管(3)通过橡胶管与气泵(5)连接，气泵(5)向所述排浆组件(2)和所述第一排气管(3)通气。

7.根据权利要求6所述的细粒尾矿库内沉管施工方法，其特征在于，气泵(5)通气的同时，向所述排渗管(4)上部施压，加快沉管。

8.根据权利要求7所述的细粒尾矿库内沉管施工方法，其特征在于，沉管的同时，在所述排渗管(4)的上方逐个连接多段子排渗管(4)，直至到达预设沉管深度。

9.根据权利要求6所述的细粒尾矿库内沉管施工方法，其特征在于，气泵(5)的通气压力为0.8－1.6Mpa。

说明书

管头、细粒尾矿库内沉管施工装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及地基加固技术领域，尤其是涉及一种管头、细粒尾矿库内沉管施工装置及方法。

背景技术

[0002] 随着矿产资源综合利用水平及选矿工艺技术水平的日益提高，尾矿入库量逐年增多，而尾矿粒径越来越细。细粒尾矿入库后透水性差、固结时间长、力学强度低、滩面软弱。
尾矿堆积往往会遇到筑坝困难、坝体排渗不畅、稳定性差等问题。现有尾矿库排渗技术多采
用在堆积坝坡面钻孔施工水平向、竖直向排渗孔，受钻孔技术及施工作业点限制，排渗作用
范围有限。目前针对库内软弱滩面直接排渗的技术较少，难以有效解决尾矿库的排渗难题。

[0003] 现有专利中，申请号CN201711213048.0的发明专利公开了一种滩涂围垦吹填淤泥夹砂层地基加固结构及施工方法，首次公开日为2018年06月05日，其方法具体包括：在吹填
淤泥夹砂层地基四周插入双排钢板桩，双排钢板桩插入吹填淤泥层下部的一般软土层中。
在吹填淤泥层上方注入自凝灰浆，自凝灰浆凝固成自凝灰浆承载板。排水管的钢沉管桩机
及现有技术的其它操作均在形成的自凝灰浆承载板上进行，即承载板形成了具有布置施工
机械和材料的操作平台。但上述方法具有以下缺点：上述方法难以在尾矿库软弱滩面上实
现，因为尾矿库的运行是一个动态的过程，尾矿滩面随着生产放矿的运行逐渐升高，如果在
尾矿坝软滩面上采用上述方法，形成的承载板会随着尾矿滩面的升高而被尾矿淹没。这就
导致形成的工作平台无法应用，仍面临着软滩面不具备有承载力的工作平台的问题。

[0004] 另外，现有专利中，申请号CN201310609268.0的发明专利公开了一种尾矿库高效竖直排渗装置，首次公开日为2014年02月19日，其通过在尾矿库中竖直设置内壁布置通孔
且外覆滤布的排渗管，并通过水平或倾斜连接管与尾矿库排水暗管或排水斜槽连接，使尾
矿形成沿竖直设置的排渗管呈45°的漏斗式排渗结构。但上述装置具有以下缺点：在细粒尾
矿库中，尾矿滩面软弱，不具有竖直排渗管设置在尾矿库中的沉管机械的操作承载力。

[0005] 因此，现有技术均无法解决细粒尾矿软弱滩面的竖向排渗管的沉管问题。首先是由于细粒尾矿坝滩面稀软，不具有放置施工设备、材料及上施工人员的承载力；其次是稀软
滩面以下均为含水率很高的饱和细尾矿，即使采用浮板等具有满足施工承载力要求的工作
平台，采用桩机沉管，其重量较大，高度较高，对工作平台提出了更高的要求，而沉管也需采
用套管，无法一次成管，在稀软的尾矿库内，施工难度较大，施工工艺较复杂。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种管头、细粒尾矿库内沉管施工装置及方法，可以在细粒尾矿库的稀软滩面上施工，施工工艺简单，可操作性强。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

[0008] 第一方面，本发明提供一种管头，包括外管、排浆组件和第一排气管；

[0009] 所述外管的顶部用于与排渗管连接；

[0010] 所述排浆组件设于所述外管内，且所述排浆组件用于与气泵连接以形成真空负压带；

[0011] 所述第一排气管用于与所述气泵连接，且所述第一排气管贯穿所述排浆组件并穿出所述外管，穿出所述外管的部分螺旋缠绕在所述外管的底部并设有多个排气孔。

[0012] 进一步地，所述排浆组件包括漏斗、排浆管和第二排气管；

[0013] 所述漏斗倒置于所述外管内且所述漏斗的下开口处与所述外管连接；

[0014] 所述排浆管连接于所述漏斗的上开口处；

[0015] 所述第二排气管贯穿所述漏斗侧壁且端部延伸至所述排浆管内，所述第二排气管用于与气泵连接；

[0016] 所述第一排气管贯穿所述漏斗。

[0017] 进一步地，所述第二排气管包括延伸部和弯曲部，所述延伸部位于所述外管内，所述弯曲部的一端与所述延伸部连接，另一端贯穿所述漏斗侧壁并延伸至所述排浆管内。

[0018] 进一步地，所述排气孔的开孔方向向上。

[0019] 第二方面，本发明还提供一种细粒尾矿库内沉管施工装置，包括排渗管以及上述方案所述的管头，所述排渗管与所述外管顶部连接，且所述排渗管的管壁开设有多个透水
孔。

[0020] 进一步地，还包括浮板本体，所述浮板本体具有用于下管的孔洞。

[0021] 第二方面，本发明还提供一种采用了上述方案所述管头的细粒尾矿库内沉管施工方法，包括：

[0022] 采用浮板拼接成浮板本体，作为沉管施工平台，并在施工平台预留下管孔洞；

[0023] 将排渗管与所述外管的顶部连接，管头向下竖直立于孔洞中；

[0024] 将所述排浆组件与所述第一排气管通过橡胶管与气泵连接，气泵向所述排浆组件和所述第一排气管通气。

[0025] 进一步地，气泵通气的同时，向所述排渗管上部施压，加快沉管。

[0026] 进一步地，沉管的同时，在所述排渗管的上方逐个连接多段子排渗管，直至到达预设沉管深度。

[0027] 进一步地，气泵的通气压力为0.8－1.6Mpa。

[0028] 本发明提供的管头、细粒尾矿库内沉管施工装置及方法能产生如下有益效果：

[0029] 在使用上述管头时，首先将管头的顶部与排渗管连接并进行沉管操作，与此同时，气泵为第一排气管和排浆组供气，第一排气管能够将外管外壁附近的尾矿浆吹开，在外管
周围形成空气薄层从而减小沉管阻力，排浆组件能够在管头端部因为射流原理形成真空负
压带，进入外管的浆料因此真空负压带产生的压力差而压入排浆组件并排出。

[0030] 相对于现有技术来说，本发明第一方面提供的管头沉管阻力小，无需大型桩机，对施工平台要求较低，便于在细粒尾矿库的稀软滩面上施工，且管头顶部可直接与排渗管连
接，无需套管，可一次成孔，施工工艺简单，可操作性强。

[0031] 本发明第二方面提供的细粒尾矿库内沉管施工装置包括排渗管以及上述管头，相对于现有技术来说，发明第二方面提供的细粒尾矿库内沉管施工装置对工作平台要求较
低，可以在细粒尾矿库的稀软滩面上施工，降低施工难度。

[0032] 本发明第三方面提供的细粒尾矿库内沉管施工方法，解决了细粒尾矿软弱滩面的竖向排渗管的沉管问题，采用浮体拼接形成浮地尾矿库稀软滩面上的工作平台，工作平台
可靠，不会受到尾矿滩面升高的影响，且施工过程中不需要采用重量较大的桩机沉管，施工
难度小，施工工艺简单。

附图说明

[0033] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0034] 图1为本发明实施例提供的管头的透视图；

[0035] 图2为本发明实施例提供的沉管施工剖面图；

[0036] 图3为图2的A处局部放大示意图；

[0037] 图4为本发明实施例提供的细粒尾矿库内沉管施工方法的流程图。

[0038] 图标：1－外管；2－排浆组件；21－漏斗；22－排浆管；23－第二排气管；231－延伸部；232－弯曲部；3－第一排气管；4－排渗管；5－气泵；6－浮板本体。

具体实施方式

[0039] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术
人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0040] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、
“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0041] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。

[0042] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

[0043] 本发明第一方面的实施例在于提供一种管头，如图1所示，包括外管1、排浆组件2和第一排气管3；外管1的顶部用于与排渗管4连接；排浆组件2设于外管1内，且排浆组件2用
于与气泵5连接以形成真空负压带；第一排气管3用于与气泵5连接，且第一排气管3贯穿排
浆组件2并穿出外管1，穿出外管1的部分缠绕在外管1的底部并设有多个排气孔。

[0044] 以下对外管1和第一排气管3进行具体说明：

[0045] 排浆组件2和第一排气管3可以与同一个气泵5连接，也可以与不同的气泵连接。在至少一个实施例中，如图2所示，一个气泵5同时为排浆组件2和第一排气管3供气，以降低对
施工平台承载能力的要求。

[0046] 外管1和第一排气管3可以采用钢管，具体可以为圆形钢管、方形钢管，等等。当二者为圆形钢管时，外管1的直径可以为160mm，第一排气管3的直径可以为12mm。当然，二者的
材料以及直径并不局限于上述范围，二者的材料也可以采用其他具有良好强度的金属，外
管1的直径可以在160mm上下浮动，第一排气管3的直径可以在12mm上下浮动。

[0047] 第一排气管3包括进气部和螺旋排气部，进气部的一端通过橡胶管与气泵5连接，另一端与螺旋排气部连接，进气部自外管1内贯穿排浆组件2并穿出外管1，螺旋排气部螺旋
缠绕在外管1的底部，且沿着自身的延伸方向开设有多个排气孔，螺旋排气部可以与外管1
的底部焊接。使用时，多个排气孔将第一排气管3内的高压气体排出，对外管1周围的尾矿浆
产生冲击，从而在外管1周围形成空气薄层减小沉管阻力。

[0048] 具体地，为了进一步减小沉管阻力，排气孔的开孔方向向上。排气孔向上排气时，能够在外管1周围形成空气薄层从而减小沉管阻力，与此同时，尾矿浆给予第一排气管3一
个向下的反作用力，推动管头下沉，相比于向下排气或者侧面排气来说，沉管阻力更小，施
工更方便。

[0049] 以下对排浆组件2的结构进行具体说明：

[0050] 具体地，如图1和图3所示，排浆组件2包括漏斗21、排浆管22和第二排气管23；漏斗21倒置于外管1内且漏斗21的下开口处与外管1连接；排浆管22连接于漏斗21的上开口处，
用于排出漏斗与外管1之间的浆料；第二排气管23贯穿漏斗21侧壁且端部延伸至排浆管22
内，第二排气管23用于与气泵5连接；第一排气管3贯穿漏斗21。

[0051] 具体在使用时，第二排气管23伸入排浆管22的端部排出高压气体，从而在第二排气管23下方的漏斗21内部形成真空负压带，进入外管1内的浆料因此真空负压带产生的压
力差而被压入排浆管22，并通过排浆管22排出。上述排浆组件2结构简单，排浆成本低，且能
够实现快速排浆。

[0052] 其中，如图1和图3所示，第二排气管23包括延伸部231和弯曲部232，延伸部231位于外管1内，弯曲部232的一端与延伸部231连接，另一端贯穿漏斗21侧壁并延伸至排浆管22
内。上述第二排气管23结构简单，可稳定的向排浆管22内供气，保证浆料连续从排浆管22排
出。

[0053] 延伸部231沿竖直方向延伸，其一端通过橡胶管与气泵5连接，另一端与弯曲部232连接。漏斗壁上设有小孔，弯曲部232穿过小孔并延伸至排浆管22内。

[0054] 另外，为了便于漏斗21与外管1以及漏斗21与排浆管22的连接，漏斗21的下开口处可以与外管1焊接，漏斗21的上开口可以与排浆管22焊接。

[0055] 本发明第二方面的实施例在于提供一种细粒尾矿库内沉管施工装置，如图3所示，本发明第二方面的实施例提供的细粒尾矿库内沉管施工装置包括排渗管4以及上述管头，
排渗管4与外管1的顶部连接，且排渗管4的管壁开设有多个透水孔。

[0056] 相对于现有技术来说，发明第二方面的实施例提供的细粒尾矿库内沉管施工装置对工作平台要求较低，可以在细粒尾矿库的稀软滩面上施工，降低施工难度。

[0057] 排渗管4可以与外管1采用多种方式连接。具体地，排渗管4可以与外管1丝扣连接，或者排渗管4与外管1采用电熔接头的方式，等等。

[0058] 以下对细粒尾矿库内沉管施工装置的一种优选方式进行具体说明：

[0059] 如图2所示，上述细粒尾矿库内沉管施工装置还包括浮板本体6，浮板本体6具有用于下管的孔洞。浮板本体6不会受到尾矿滩面升高的影响，保证施工平台的稳定，同时浮板
本体6还可满足施工设备、材料、人员的承载力要求。

[0060] 具体地，浮板本体6可以采用浮板拼接而成，或者是采用浮桶等具有一定浮力的结构拼接而成，且各个浮力结构之间形成用于下管的孔洞。

[0061] 本发明第三方面的实施例在于提供一种采用了上述管头的细粒尾矿库内沉管施工方法，如图4所示，包括：

[0062] 步骤S101：采用浮板拼接成浮板本体6，作为沉管施工平台，并在施工平台预留下管孔洞；

[0063] 步骤S201：将排渗管4与外管1的顶部连接，管头向下竖直立于孔洞中；

[0064] 步骤S301：将排浆组件2与第一排气管3通过橡胶管与气泵5连接，气泵5向排浆组件2和第一排气管3通气。

[0065] 本发明第三方面的实施例提供的细粒尾矿库内沉管施工方法，解决了细粒尾矿软弱滩面的竖向排渗管的沉管问题，采用浮体拼接形成浮地尾矿库稀软滩面上的工作平台，
工作平台可靠，不会受到尾矿滩面升高的影响，且施工过程中不需要采用重量较大的桩机
沉管，施工难度小，施工工艺简单。

[0066] 在一些实施例中，气泵5通气的同时，向排渗管4上部施压，加快沉管，提高施工效率。

[0067] 具体地，由于管头的沉管阻力小，施压设备可以采用小型桩机。

[0068] 在一些实施例中，沉管的同时，在排渗管4的上方逐个连接多段子排渗管，直至到达预设沉管深度。上述步骤避免一次性连接过长的排渗管4，更便于施工操作。

[0069] 排渗管4与子排渗管的长度可以相同，二者的长度可以在3m左右。当然，二者的尺寸均可依据现场需求而调整。

[0070] 在至少一个实施例中，气泵5的通气压力为0.8－1.6Mpa。具体可以为0.8Mpa、1.0Mpa、1.2Mpa、1.4Mpa、1.6Mpa，压强的大小可以根据实际情况进行调整。

[0071] 以下对上述细粒尾矿库内沉管施工方法进行详细的说明：

[0072] 1.采用浮体拼接成浮板本体6，作为沉管施工的工作平台。在平台中心预留孔洞用来作为沉管施工的下管位置。浮体可采用浮桶或其它相似的具有浮力的物体；

[0073] 2.将外管1的顶部与3m每根的排渗管电熔连接，管头向下竖直立于孔洞中心；

[0074] 3.将排浆管22与橡胶管连接并延长至管外，第一排气管3以及第二排气管23通过橡胶管连接至气泵5，启动气泵5，气泵5的通气压力为0.8－1.6Mpa，高压气体通过螺旋排气
部上开的排气孔将外管1外壁附近的尾矿浆吹开，在管壁外侧形成一定的空气层。并且第二
排气管23向排浆管22内排放高压气体，因高压气体的进入而在漏斗内部形成真空负压带，
进入外管1内的浆料因此真空负压带产生的压力差而被压入排浆管22；

[0075] 4.气泵5通气的同时，采用小型桩机在排渗管上部施加压力，加快沉管，沉管的同时，在排渗管4的上方逐个连接多段子排渗管4，直至到达预设沉管深度。

[0076] 综上所述，本发明提供的管头、细粒尾矿库内沉管施工装置及方法具有以下优点：

[0077] 1.管头沉管阻力小，无需大型桩机，对施工平台要求较低，便于在细粒尾矿库的稀软滩面上施工。

[0078] 2.沉管无需套管，将管头与排渗管连接后，启动气泵5供气，沉管下沉并将各个子排渗管与最下端的排渗管依次连接直至沉管深度，即可完成排渗管的沉管。

[0079] 3.采用浮体拼接形成浮于尾矿库稀软滩面上的工作平台，工作平台可靠，即可满足施工设备、材料、人员的承载力要求，又不会受到尾矿滩面升高的影响。

[0080] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。