某尾矿库排水系统防洪能力验算及评价

某尾矿库排水系统防洪能力验算及评价SerialNo.508August.2011现代矿业M0DERNMINING总笫508期2011年8月第8期某尾矿库排水系统防洪能力验算及评价邰自安孙景敏冯煜彪陈亚杰（河南省岩石矿物测试中心）摘要介绍了某尾矿库排水系统,并对其进行了防洪能力验算.对尾矿库存在的问题进行了分析,提出了一些有针对性的安全对策.关键词尾矿库排水系统防洪水是造成尾矿库溃坝事故的主要因素,库内水位过高将极大地降低尾矿坝坝体的稳定性,特别是雨季山洪暴发时,如不能及时排出库内洪水,可能会发生洪水漫顶，冲毁坝体等事故II].尾矿库的防洪能力主要取决于排洪构筑物的泄洪能力及其结构,通常采用理论计算的方法，评价分析防洪系统的泄洪能力.尾矿库排洪系统概况某矿山尾矿库为山谷型尾矿库，初期坝为碾压式透水堆石坝，内坡找平层铺设土工布，坝两肩修筑有浆砌石排水沟，初期坝蓄满后，利用库内的沉积尾砂于坝前干滩上采用上游堆坝法堆筑.目前坝体总高65m,堆积库容约110万Ill•尾矿库界定为三等库.该库排洪系统采用斜槽排水井.排水涵管.排水隧洞型式,库内设排水井,1,2排水井为框架结构,已被淹没;3井为连接井,与排水斜槽相连接.洪水计算J该尾矿库的汇水面积较小,属于小流域洪水计算•遵循国家规范要求，洪水计算按500a一遇，即0.2%洪水频率进行计算校核.库区内洪水来源主要为自然降水和尾矿矿浆排水，根据该地区历年降水资料，按照水科院推理公式计算洪峰流量，简化推理公式s:筹，H24:Kp，:0.278一,(2)(3)(4)(5)1,:21二，(6)J—T'\u，式中,Q为设计频率P的洪峰流量,nl/s;S为频率为P的暴雨量,mm/h;F为坝趾以上的汇水面积，km;L为由坝趾至分水岭的主河槽长度,km;m为汇流参数;',为主河槽平均坡降;为产流历时内流域平均人渗率,mm/h;,D为最大洪峰流量计算指数,可根据n值由最大洪峰流量计算系数表查取;n为暴雨递减指数，丁W1时，取=n,7>l时，取=〃,(,,17,可由当地水文手册查取);r为流域汇流历时,h;为模比系数;为年最大24h降雨量均值,mm,由当地水文手册查取;X,Y为计算指数，根据n:由值计算系数表查;h为历时t的主雨峰邰自安(1963一),男,所长,工程师,450012河南省郑州市金水路28号地矿大厦11楼.136产生的迳流深,m1T1,hR=24日;24为历时24h的降雨迳流系数.先取n:n(Wl),由水文手册查出A,D,按式⑵,(4),(6)确定Sm,,L值,代入式(1),求出洪峰流量q,再用式(5)计算流域汇流历时，当计算的fW1时,Q即为所求;若>1,则取n=17,2重新计算.经查尾矿库所在地区中小流域设计暴雨洪水图集可知，该尾矿库所在地区年最大24h降雨量均值为85him.洪水总量按下式计算：1000aHIPF.(7)该尾矿库现状坝高时汇水面积为0.18km2，沟长373m.查得A=0.512,B=1.159,C=o.638,D=0.322,水文基础数据见表1,洪水计算结果见表2.邰自安孙景敏等:某尾矿库排水系统防洪能力验算及评价2011年8月第8期表1水文基础数据尾矿库运重现期,汇水时间洪峰流量洪水总量行阶段/a//24P/h/(m/s)/7im生塑!:!竖::!:垄!兰:调洪演算根据既定的排水系统确定所需的调洪库容及泄洪流量］.尾矿库的不同坝高,在满足最小安全超高,最小干滩长度的情况下,对应的调洪库容不同,得出相应的泄洪量,取其最大值.计算公式如下:q=Q(l—),(8)24P式中,q为排水构筑物的泄流量,ITI/s;为现状坝高时的调洪库容,1/1.该库滩面冲积坡度为1.5%,干滩长度120FI1,确定的安全超高为1.0m,调洪水深1.0m,经计算，尾矿库运行中期调洪库容为20970m,调洪后排水构筑物应泄流量按500a一遇中期为q=6.92m./s.排水设施泄洪能力验证排水斜槽排洪该库排水斜槽坡度约21%，断面1.11TIX1.5m,斜槽盖板为钢筋混凝土拱形盖板，拱高0.51TI.当斜槽上水头较低时，为自由泄流，由水位以下的斜槽侧壁和斜槽盖板上缘泄流.按自由泄流状态下斜槽一管(或隧洞)式排水系统泄流计算.水位未超过盖板上沿最高点时:Q=Q2:0.80"m1(tan3+coq3)~/2gH.(9)水位超过盖板上沿最高点时:Q=Q+Q.(10)Q1=ml(6+0.8Hcot3)g5.(11)计算得()=7.12>6.92(m/s),即当水位未到达斜槽拱形盖板上缘时,泄洪流量即可满足库内泄洪流量要求.排水涵管排洪该库排水涵管内径1.5m，坡度约12%,按特定断面形式下的明渠均匀流计算:Q=AC,(12)J2式中,A为过水断面积,:(0—sinO);R为水力半径,只=芋(1一);C为谢才系数,c:一1,为排水隧洞水力坡降.计算得排水涵管的泄洪流量:Q=15.88>6.92(m/s),满足排洪要求.4.3排水隧洞排洪能力验证该库排水隧洞断面尺寸为1.5111X1.8m,坡度3%,隧｝同泄洪能力按下式计算:0=叫c〜/雨,(13)式中,为过水断面面积,其他符号意义同前.经计算得:Q=10.84>6.92(1/1/s)满足排洪要求.安全对策在排水井内基座上部与窗口连接处实施钢筋混凝土浇筑封堵,封堵长度不小于1.5m.随着堆积坝上升,原有排水涵管的承压越来越大,发生断裂,坍塌的可能性越来越大,给尾矿库正常运行带来较大安全隐患,因此,应安排专职人员每天对尾矿汇水进行观测监测,发现有跑浑跑砂现象应立即停止尾矿排放,并在排水隧洞与排水涵管的连接处进行封堵,排水涵管的封堵(隧洞岩壁加锚杆钢筋混凝土封堵)长度不应小于3m,封堵后应立即施工排水隧洞的排水系统,使之满足库内洪水泄洪流要求,并进行闭库设计.排水构筑物的运行管理应高度重视,进行重点监控和维护.对排洪构筑物状况应进行经常性检查,严防水面杂物漂浮,发现诸如变形,裂缝,淤堵,损毁等问题时,及时查明原因妥善处理,确保其畅通无阻.建议在排水涵管上游入口端以上设置拦渣设施,防止杂物堵塞排水涵管,影响泄流.对坝肩排水沟,坝面排水沟要经常检查,维修及清理沟内杂物,防止损毁和淤堵,保证泄流畅通.结语通过科学选取计算参数,对该尾矿库的洪水计算,调洪演算,排水设施泄洪能力等进行了验证,并与国家有关标准进行了比较,判断出该库排洪系统