尾礦庫泄洪能力水工模型研究

賀懋茂

摘?要：尾礦庫的排洪勘察設(shè)計(jì)能有效消除尾礦庫中存在的安全隱患，文章主要是分析了尾礦庫排洪設(shè)計(jì)的原則以及具體措施，在此基礎(chǔ)上講解了排洪系統(tǒng)的整治以及綜合利用情況，望能為有關(guān)人員提供一定的幫助和參考。

關(guān)鍵詞：尾礦庫;排洪;排水

1?緒論

尾礦庫指的是筑壩攔截谷口或者為圍地構(gòu)成、專門用來儲(chǔ)存金屬非金屬礦山進(jìn)行礦石選別后所排除尾礦的重要場所，排洪設(shè)施是煤礦庫最主要的安全措施，它的主要功能是回水面積內(nèi)的洪水能夠安全有效地排放到庫外，它的安全可靠性會(huì)直接影響到尾礦庫的整體安全。

2?礦庫排洪構(gòu)筑物型式分析

尾礦庫泄洪建筑物一般由進(jìn)口建筑物和輸水建筑物組成。泄洪建筑物型式的選擇應(yīng)綜合考慮尾礦庫的泄洪能力、地形、地質(zhì)條件、運(yùn)行要求和當(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)條件。經(jīng)濟(jì)相比之下，取水建筑物的基本類型是排水井、排水溝、溢洪道。排水井是一種常見的取水建筑物，框架排水井由現(xiàn)澆梁柱組成，梁和柱采用預(yù)制薄鋼板拱門。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，取水量大，操作簡單。自20世紀(jì)60年代末以來，它得到了廣泛的應(yīng)用。窗式排水井整體性好，堵孔簡單，但取水量小，豎井作用不能充分發(fā)揮。疊置環(huán)排水井和塊排水井分別通過預(yù)制井環(huán)和預(yù)制塊逐層加高，可以起到豎井內(nèi)的補(bǔ)水作用，但不能充分發(fā)揮豎井的作用，不僅是取水構(gòu)筑物，還有輸水的結(jié)構(gòu)。尾礦庫水位上升，進(jìn)水口位置向上移動(dòng)。排放通道的排放容量小，并且在排放容量小的情況下經(jīng)常使用。溢洪道通常用于一次性尾礦庫的排水和進(jìn)水結(jié)構(gòu)。為了減小排放深度，通常使用寬而淺的溢洪道。山坡截水溝也是一種取水結(jié)構(gòu)和輸水結(jié)構(gòu)，水可以沿整個(gè)溝渠進(jìn)入。暴雨容易破壞陡坡上的防洪溝。尾礦池的輸水結(jié)構(gòu)的基本類型包括排水管、隧道、溜槽、山坡截水溝等。排水管是一種常見的輸水結(jié)構(gòu)，通常埋在尾礦庫的底部。由于負(fù)荷大，它通常是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。排水溝蓋板由鋼筋混凝土板制成，箱體由鋼筋混凝土和砂漿制成。當(dāng)鋼筋混凝土溜槽的間隙較大時(shí)，它具有良好的整體性、較高的承載能力和較高的成本。砂漿砌筑排水溝是用砂漿砌筑而成的，用作溝渠的底壁和側(cè)壁，并覆蓋有鋼筋混凝土板。它的整體性差，承載能力低，適用于低尾礦存儲(chǔ)。尾礦需要特殊的鑿巖工藝，具有較大的間隙和良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，是大中型尾礦池常見的輸水結(jié)構(gòu)。當(dāng)洪水流量大且地質(zhì)條件良好時(shí)，隧道方案通常更經(jīng)濟(jì)。壩坡排水溝渠有兩種類型。一是在山坡與壩坡交界處設(shè)置壩基截流溝，以防止山坡上的暴雨匯流沖刷壩基。二是在壩體下游邊坡上設(shè)置縱橫排水溝，影響壩體表層的雨水和壩體表層雨水的安全性。家庭尾礦池通常采用與尾礦池相同的排洪系統(tǒng)。當(dāng)尾礦池高程高于選礦廠的高程時(shí)，礦井的回水應(yīng)充分利用。礦頭回水和排洪系統(tǒng)也可單獨(dú)設(shè)置，在尾礦壩集水面積大，溝長的情況下，為避免尾礦壩大洪水入流面積造成的過大壓力，實(shí)現(xiàn)雨水和污水的分流，排水隧道式分洪系統(tǒng)可配備擋土墻。

3?泄洪設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)分析

影響尾礦庫泄洪設(shè)計(jì)的主要參數(shù)有：尾礦庫水位、尾礦庫匯水面積、主河平均坡度、尾礦沖淤坪坡度、澄清距離、最小干灘長度、河床寬度、河床寬度等，最小安全超高根據(jù)尾礦庫總庫容、壩高，尾礦庫防洪能力及尾礦庫等級(jí)可分為1、2、3、4、5級(jí)。兩者相等時(shí)，以高者為準(zhǔn);算術(shù)差大于一時(shí)，將高者降為一級(jí)。如果尾礦庫遭到破壞，下游重要城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)或鐵路干線將遭受嚴(yán)重災(zāi)害，一級(jí)可提高設(shè)計(jì)水平，尾礦庫水位確定洪水頻率、最低安全超高標(biāo)準(zhǔn)值，以及最小長度。因此，尾礦庫的設(shè)計(jì)是以泄洪系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。在設(shè)計(jì)尾礦庫前，應(yīng)準(zhǔn)確確定尾礦庫的等級(jí)。尾礦池的集水面積是指壩頭上方盆地中的面積。在設(shè)計(jì)泄洪系統(tǒng)之前，應(yīng)獲取尾礦池所在山谷的地形圖，包括流域范圍。連接壩址上方的盆地后，使用平面儀器必須根據(jù)包含分水嶺的地形圖計(jì)算尾礦池的集水面積。沒有分水嶺，分水嶺的邊界不能根據(jù)地形圖隨意劃定，不然生態(tài)環(huán)境會(huì)受到嚴(yán)重影響，根據(jù)洪水計(jì)算的數(shù)據(jù)性，環(huán)境水源會(huì)逐步趨近枯竭。一般實(shí)際的防洪情況與設(shè)計(jì)的排水結(jié)構(gòu)難以相符，容易導(dǎo)致洪澇災(zāi)害，例如堤壩沖毀，淹沒尾礦池。尾礦庫的安全與超高同尾礦沖積層的坡度相關(guān)聯(lián)。在符合最小干灘長度的要求小，尾礦庫的最小安全超高由尾礦沖積高原的坡度決定。由公式計(jì)算出邊坡距離，澄清距離為確保尾礦水澄清的最小距離。澄清距離受到尾礦庫水面長度的影響，所以其應(yīng)滿足要求，才能確保尾礦水經(jīng)庫的排水系統(tǒng)流經(jīng)排水渠。設(shè)計(jì)洪水位的枯灘長度即枯灘的最小長度。洪水設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)之一就是枯灘的最小長度，其對(duì)最佳洪水位的高程有決定性影響。實(shí)測中得到的干沙灘長度被認(rèn)為是干沙灘的最小長度。依照實(shí)測干灘長度與防洪計(jì)算，才可以確保干灘最小長度的準(zhǔn)確性，不然會(huì)影響企業(yè)尾礦池管理并出現(xiàn)差錯(cuò)。五級(jí)尾礦庫的徐曉干灘長度即40m，第四級(jí)尾礦庫的最小干灘長度為50m，第三級(jí)尾礦庫的最小干灘長度為70m，第二級(jí)的最小干灘長度一級(jí)尾礦庫為100m，一級(jí)尾礦庫的最小干灘長度為100m，分級(jí)尾礦池設(shè)計(jì)洪水水位的最小干灘長度應(yīng)大于或等于規(guī)定值。最小安全超高是本規(guī)范規(guī)定的安全超高的最小允許值。第五類尾礦庫最小安全超高為0.4m，第四類尾礦庫最小安全超高為0.5m，第三類尾礦庫最小安全超高為0.7m，第二類尾礦庫最小安全超高為1.0m，第一類尾礦庫最小安全超高為1.5m，最小安全超高不應(yīng)小于規(guī)范要求，對(duì)于差值和設(shè)計(jì)洪水不同a級(jí)尾礦庫的設(shè)計(jì)應(yīng)符合最小灘長度與安全超高的規(guī)定。防洪蓄水能力是指沉積灘面低于最佳洪水水位的空間，尾礦庫底部高于正常水位的空間，以及水位最高時(shí)由正常水位形成的存儲(chǔ)能力。在側(cè)坡上畫尾礦沉降坡度線，然后測量每條輪廓線和相應(yīng)沉降坡度線圍起來的面積，將平均高度乘以平均值得到兩條輪廓線之間的體積，然后增加各層的堆積為了獲得大壩高度的防洪和蓄水能力，防洪尾礦庫的大小直接影響著泄洪結(jié)構(gòu)斷面的大小，合理的防洪儲(chǔ)存能力設(shè)計(jì)可以使排水系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)合理。尾礦庫的長度能否滿足干灘長度和澄清距離的要求往往被忽略。尾礦庫長度過短，最小干灘長度和最小安全超高可能達(dá)不到規(guī)范要求，澄清距離可能達(dá)不到規(guī)范要求要求。因此，大量未分類尾礦水隨排水系統(tǒng)排出尾礦庫，造成環(huán)境污染。礦庫長度不能滿足干灘長度和澄清距離要求時(shí)，應(yīng)減少尾礦壩，尾礦庫最終設(shè)計(jì)高程滿足干灘長度和澄清距離要求。