關于尾礦庫排洪系統設計以及應用

尾礦庫的排洪勘察設計對消除尾礦庫的安全隱患有著重要作用。本文從尾礦庫排洪的特點、防洪標準、以及洪水計算中存在的問題,針對防洪標準的確定、排水構筑物型式的選擇以及尾礦庫排洪設施綜合利用等方面來展開論述。

尾礦設施包括尾礦壩、排洪系統、尾礦輸送系統及回水系統四部分,其中尾礦壩、尾礦輸送系統和回水系統都是在自身正常運行狀態下保證礦山正常持續生產的環節,排洪系統一般情況下不參與正常生產,但都是確保整個尾礦庫安全的重要保證,因此,尾礦庫的洪水計算與排水構筑物的設計同樣重要。

城鎮、工廠、礦山都面臨著雨洪排除問題,排洪工程控制的面積增大、戰線長,投入資金較高,對整個工程項目的可行性、經濟性影響較大。尤其是礦山開發的日益增多,礦山排洪及尾礦庫排洪,工程量大,建設資金多。排洪工程設計的很重要。但是,多年以來,礦山排洪工程設計并沒有引起足夠的重視,防洪設計標準不一、水文資料不清、排水構筑物泄流流態不好、工程沒有得到綜合利用等都是排洪設計中常見的問題。

尾礦庫排洪設計原則與具體措施

尾礦庫排洪工程相對于水電部門的排水構筑物,一般具有以下不同之處:

第一，工程單一,通常不方便綜合利用；

第二，泄水機率少,泄洪時間短；

第三，集流面積小,泄流流速大；第四，對排洪的標準沒有引起足夠的重視。

選擇合適正確的防洪標準

防洪標準與礦區人民生命財產和生產安全密切相關,也是企業經濟能力的一種反應。按照不同的防護對象防洪標準分為兩種,一種為確保大壩等水工建筑物自身安全而采用的防洪標準,另一種是修筑水工建筑物所要防護的對象免除一定洪水威脅的防洪標準。

兩種標準,防護對象不同,設計時不能混淆選取。過去采用的防洪標準比較混亂,標準不一。針對上述情況,國家制訂并于1995年出版GB5020-94國家標準,統一了防洪標準并強制性執行,各行業、各部門制訂的標準應該與國家標準相一致。

是防洪設計的最基本的依據。但是礦山企業錯誤的認為礦山排洪大多是匯水面積不大的小流域,防洪標準不用太高,尤其是在企業資金困難時,做為只有資金投入而無直接經濟回報的排洪系統,無法引起企業重視,企業希望降低防洪標準,甚至并不實施防洪工程,以節約建設資金。

事實并非如此,實踐證明，按照正確的防洪標準設防,不僅可以減少事故隱患,而且可以確保礦山企業的正常持續生產,這實際也是一種間接經濟效益產出。設防標準的選擇必須嚴格執行國家規范規定。

計算洪水

尾礦庫洪水計算是要確定設計洪水的洪峰流量、洪水總量和洪水過程線,以供尾礦庫排洪設計使用。尾礦庫設計洪水頻率應根據尾礦庫的等別,綜合考慮庫容、壩高、使用年限及對下游可能造成的危害等因素確定。

由于礦山排洪大多是匯水面積不大的小流域,暴雨往往是點暴雨控制、24小時設計暴雨控制、洪峰流量控制。洪峰流量及洪水總量數值的大小和精度,直接影響到工程建設投資。過去這一問題未得到應有的重視,認為各省都有水文手冊,套用幾個經驗公式就可以解決問題。實際上,水文手冊特別是省水文手冊,有它的代表性和局域性,對小流域匯水面積洪水計算一般不能套用。

排水構筑物結構形式及流態

為了使尾礦澄清水及暴雨洪水有計劃、安全地排出壩外,必須設置排水構筑物,減少庫內水量,降低壩體浸潤線,這對確保壩體和尾礦庫的安全運行起著決定性的作用。依據暴雨的來水量、排水構筑物的泄流能力和調洪庫容來確定尾礦庫的防洪能力。正確的洪水計算、有保證的排水構筑物泄流能力和一定的調洪庫容,是確保尾礦庫安全運行的必要條件。

調洪演算

尾礦庫調洪演算的目的是根據既定的排水系統確定所需的調洪庫容及泄洪流量。對一定的來水過程線,排水構筑物愈小,所需調洪庫容就愈大,壩也就愈高。設計中應通過確定各種標準下的幾種不同尺寸的排水系統的調洪演算結果,合理地確定壩高及排水構筑物的尺寸,以便使整個工程造價最小。數解法與圖解法是尾礦庫調洪演算兩種主要的方法。

排水構筑物尾礦庫排水系統

進水構筑物的布置,應滿足排水系統在使用過程中任何時候均能澄清尾礦水的要求。洪水決定著排水構筑物的排水能力、調洪庫容和排水構筑物的形式及尺寸。排水井、排水斜槽、排水管、隧洞、溢洪道及山坡截洪溝等是常見的幾種形式。

應根據排水量大小、尾礦庫地形地質條件、使用要求及施工條件等多方面因素來選擇排水系統的形式,經技術經濟比較確定。小流量一般采用排水管,中等流量的排水一般可選擇排水管或隧洞,大流量的排水比較適合采用隧洞或溢洪道。對于大、中型工程來說,隧洞排洪通常比排水管經濟可靠,在地形地質條件允許的情況下,應優先選用。

隧洞和排水管的進水頭部采用排水井或排水斜槽。排水井有井圈疊裝式、窗口式、框架擋板式和砌塊式等。前二者適用于小流量的排水,后二者適用于大、中流量的排水。排水斜槽則適用于中、小流量的排水。有色金屬礦山尾礦庫排洪多采用排洪隧洞。

以往人們認為只要能泄水就行，礦山排水構筑物進水口頭部、隧洞體形及水流流態沒有得到足夠重視。在流態設計上可以設計為壓力流,也可以設計為無壓流。采用壓流還是無壓流,應根據礦區水文特征及要求、地質條件、施工條件分析比較后確定。

排洪系統整治與綜合利用

系統整治

沉積灘面的整治：平整灘面，完善庫內洪水的引排，使得庫尾兩條支溝和庫首較高，通過庫中部排水溝并最終由排洪涵管排出庫內積水，并使尾礦庫的安全超高滿足要求。

尾礦庫的防滲治理：采用鋪設土工膜進行防滲處理，同時還要結合土地還林還草、環境保護進行綜合治理的方案，做到治理和環境相和諧。

建立監測系統：對尾礦壩位移進行監測-推薦北京天璣科技尾礦庫監測系統

對岸邊的堆渣邊坡進行清方處理，清方后的堆渣放在庫內堆積。并對庫首岸邊的順向邊坡進行錨固措施，以解除邊坡可能的滑動對截洪溝和排洪涵洞的威脅。

綜合利用

發電、灌溉、養魚是一般中小型水利工程綜合效益的一種體現。某些有色礦山排洪系統設有攔洪壩,形成的攔洪庫有一定的調洪庫容,但卻不便直接將調洪庫容作為興利庫容使用,原因是山區河流坡度陡,流速急,匯流時間短。

若將調洪庫容蓄水使用,汛期一旦洪水來臨,來不及將調洪庫容內的蓄水排出,極有可能導致洪水漫壩,危及下游安全。盡管可以通過加高壩頂標高使其增加一部分庫容作為興利庫容,但由于工程量加大,是否可行,需經過技術經濟比較才能確定。

在某些管理有序、水文預報及時的單位,可以在非汛期利用調洪庫容蓄水作為礦山的調節水源,也可以進行農業灌溉、養魚等。除非有特殊要求，大部分無攔洪壩的排水系統,多將洪水與尾礦澄清水合用一個排水系統排放,以達到節省基建投資的目的。

總之，隨著城鎮、工礦建設的迅猛發展,排洪工程愈來愈多,隨著人們對環境保護及水土保持認識水平的不斷提高,礦山排洪工程日益得到重視,在進行尾礦山排洪工程設計時,應嚴格按照國家及各部委的相關規范標準,結合行業特點,設計出經濟合理、符合實際、流態良好、體形良好、滿足建設要求，真正的消除尾礦庫的安全隱患。

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