某在用尾矿库排洪系统改建的优化设计

徐 微

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410019）

1 样例尾矿库简介

某尾矿库位于浙江省龙泉市，库区属亚热带季风气候型，温暖湿润，四季分明，雨量充沛，常年气温为16℃～25℃。全年有两个雨季：5月～6月为梅雨期，8月～9月为台风雨期。年平均降水量1500mm～1800mm。常年主导风向为东北风，夏季为西南风，库区下游地表水系发育。

尾矿库1988年建成投产，初期坝采用碾压堆石坝，坝顶标高282m，坝高24m。后期采用尾砂上游法堆坝，尾矿平均堆积边坡1：4，尾矿最终堆积标高360m，总坝高102m，总库容278×104m3。因其下游有重要设施，原设计时将其等级提升为二等。

2 排洪系统改建缘由

库内排洪系统采用D=1.4m排水斜槽-D=2m连接井-D=1.2m排水管，库内排水斜槽和排水管的结构强度均按尾矿后期堆积至360m标高考虑。

尾矿库的尾矿堆至约351m标高时，对尾矿库排洪系统（斜槽—排水管）进行检测，检测报告表明排洪系统部分段有破损情况，存在安全隐患，一旦结构强度不能承受将会发生垮塌、溃坝等事故。如若对排洪系统进行内衬加固，会使得排洪系统尺寸缩小，不能满足原设计防洪能力要求，因此只能新建排洪系统以满足尾矿库正常运行需求。

3 排洪系统改建方案优化

改建考虑了新建排水井—隧洞系统和新建排水井—排水管系统两种方案。

尾矿库的尾矿堆至约351m标高时，对尾矿库排洪系统（斜槽—排水管）进行检测，检测报告表明排洪系统部分段有破损情况，存在安全隐患，一旦结构强度不能承受将会发生垮塌、溃坝等事故。如若对排洪系统进行内衬加固，会使得排洪系统尺寸缩小，不能满足原设计防洪能力要求，因此只能新建排洪系统以满足尾矿库正常运行需求。

4 排洪系统改建方案优化

改建考虑了新建排水井—隧洞系统和新建排水井—排水管系统两种方案。

新建排水井接隧洞方案：在库尾现有斜槽进口处建D=3.0m排水井接B×H=2.0m×2.0m排水隧洞，隧洞沿库区左岸山体通往堆积坝下游然后接坝肩明渠，隧洞全长约440m，后接明渠长度约360m。

新建排水井—排水管方案：在库尾现有斜槽处建D=3.0m排水井接D=1.5m排水管沿库左岸地形线通往堆积坝下游，出最上子坝以后排水管出口接坝肩明渠。其中排水管全长约357m，后接明渠长度约400m。

设计综合比较两种排洪系统方案，原排洪系统部分段有破损情况，存在安全隐患，须尽快建成新排洪系统以降低风险，而隧洞施工工期相对较长；隧洞施工对岩石条件要求较高，排水管施工在地表较安全便捷。因此，本次设计拟采用新建排水井—排水管作为新的排水系统。

5 水文计算

根据《尾矿设施设计规范》（GB50863-2013）[1]，尾矿库防洪标准按1000年一遇，尾矿库地形特征系数如表1所示，设计暴雨参数参照《浙江省短历时暴雨》（浙江省水文勘测局，2003年2月）。

表1 尾矿库地形特征系数表

根据尾矿库地形特征系数和暴雨参数，计算该尾矿库库内洪水如表2。

表2 洪水计算结果表

6 调洪演算

沉积滩平均坡度结合原设计及实测数据，本次设计取2%，死水位取357.0m。调洪库容计算结果如表3。

表3 调洪库容计算表

通过内径3.0m排水井和内径1.5m排水管排洪，泄流过程线如图1所示，调洪演算结果见表4。

图1 泄流过程曲线图

表4 调洪演算结果表

调洪演算结果干滩长度大于100m，安全超高大于1.0m，满足二等库最小安全超高和最小干滩长度要求。

7 明渠泄流能力验算

新建排水管出口接坝肩明渠，明渠全长约400m，经过子坝坝坡段一般断面为B×H=1.5m×1.2m，平台段一般断面为B×H=1.5m×1.6m，采用钢筋混凝土结构，其中明渠平台段最小坡度为3%，坝坡段及经过山坡段最小坡度为10%。水位安全超高取根据《溢洪道设计规范》（SL253-2018）取0.5m。截水沟沟断面设计均按相应洪峰流量考虑，泄流能力采用明渠均匀流泄流公式Q=1/nAi0.5R0.667进行计算。明渠水力计算结果见表5。

表5 明渠水力计算结果表

经计算，坝坡段明渠过流能力9.92m3/s，平台段明渠过流能力9.81m3/s，均大于设计频率排水管最大下泄流量9.31m3/s，泄流能力满足排洪要求。

8 结语

排洪系统作为尾矿库不可或缺的一个部分，其可靠度直接影响尾矿库的防洪安全及稳定安全。对某尾矿库库内排洪系统工程进行改建，采用新建排水井—排水管作为库内排洪系统，及时解决了现库内排洪系统存在破损情况的安全隐患。同时改建后的排洪系统在设计频率洪水情况下，安全超高和干滩长度富余度更大，使得尾矿库的防洪安全更有保障。