尾矿库泄洪能力水工模型研究

贺懋茂

摘 要：尾矿库的排洪勘察设计能有效消除尾矿库中存在的安全隐患，文章主要是分析了尾矿库排洪设计的原则以及具体措施，在此基础上讲解了排洪系统的整治以及综合利用情况，望能为有关人员提供一定的帮助和参考。

关键词：尾矿库;排洪;排水

1 绪论

尾矿库指的是筑坝拦截谷口或者为围地构成、专门用来储存金属非金属矿山进行矿石选别后所排除尾矿的重要场所，排洪设施是煤矿库最主要的安全措施，它的主要功能是回水面积内的洪水能够安全有效地排放到库外，它的安全可靠性会直接影响到尾矿库的整体安全。

2 矿库排洪构筑物型式分析

尾矿库泄洪建筑物一般由进口建筑物和输水建筑物组成。泄洪建筑物型式的选择应综合考虑尾矿库的泄洪能力、地形、地质条件、运行要求和当地的建设条件。经济相比之下，取水建筑物的基本类型是排水井、排水沟、溢洪道。排水井是一种常见的取水建筑物，框架排水井由现浇梁柱组成，梁和柱采用预制薄钢板拱门。本实用新型结构合理，取水量大，操作简单。自20世纪60年代末以来，它得到了广泛的应用。窗式排水井整体性好，堵孔简单，但取水量小，竖井作用不能充分发挥。叠置环排水井和块排水井分别通过预制井环和预制块逐层加高，可以起到竖井内的补水作用，但不能充分发挥竖井的作用，不仅是取水构筑物，还有输水的结构。尾矿库水位上升，进水口位置向上移动。排放通道的排放容量小，并且在排放容量小的情况下经常使用。溢洪道通常用于一次性尾矿库的排水和进水结构。为了减小排放深度，通常使用宽而浅的溢洪道。山坡截水沟也是一种取水结构和输水结构，水可以沿整个沟渠进入。暴雨容易破坏陡坡上的防洪沟。尾矿池的输水结构的基本类型包括排水管、隧道、溜槽、山坡截水沟等。排水管是一种常见的输水结构，通常埋在尾矿库的底部。由于负荷大，它通常是钢筋混凝土结构。排水沟盖板由钢筋混凝土板制成，箱体由钢筋混凝土和砂浆制成。当钢筋混凝土溜槽的间隙较大时，它具有良好的整体性、较高的承载能力和较高的成本。砂浆砌筑排水沟是用砂浆砌筑而成的，用作沟渠的底壁和侧壁，并覆盖有钢筋混凝土板。它的整体性差，承载能力低，适用于低尾矿存储。尾矿需要特殊的凿岩工艺，具有较大的间隙和良好的结构稳定性，是大中型尾矿池常见的输水结构。当洪水流量大且地质条件良好时，隧道方案通常更经济。坝坡排水沟渠有两种类型。一是在山坡与坝坡交界处设置坝基截流沟，以防止山坡上的暴雨汇流冲刷坝基。二是在坝体下游边坡上设置纵横排水沟，影响坝体表层的雨水和坝体表层雨水的安全性。家庭尾矿池通常采用与尾矿池相同的排洪系统。当尾矿池高程高于选矿厂的高程时，矿井的回水应充分利用。矿头回水和排洪系统也可单独设置，在尾矿坝集水面积大，沟长的情况下，为避免尾矿坝大洪水入流面积造成的过大压力，实现雨水和污水的分流，排水隧道式分洪系统可配备挡土墙。

3 泄洪设计的相关参数分析

影响尾矿库泄洪设计的主要参数有：尾矿库水位、尾矿库汇水面积、主河平均坡度、尾矿冲淤坪坡度、澄清距离、最小干滩长度、河床宽度、河床宽度等，最小安全超高根据尾矿库总库容、坝高，尾矿库防洪能力及尾矿库等级可分为1、2、3、4、5级。两者相等时，以高者为准;算术差大于一时，将高者降为一级。如果尾矿库遭到破坏，下游重要城镇、工矿企业或铁路干线将遭受严重灾害，一级可提高设计水平，尾矿库水位确定洪水频率、最低安全超高标准值，以及最小长度。因此，尾矿库的设计是以泄洪系统为基础的。在设计尾矿库前，应准确确定尾矿库的等级。尾矿池的集水面积是指坝头上方盆地中的面积。在设计泄洪系统之前，应获取尾矿池所在山谷的地形图，包括流域范围。连接坝址上方的盆地后，使用平面仪器必须根据包含分水岭的地形图计算尾矿池的集水面积。没有分水岭，分水岭的边界不能根据地形图随意划定，不然生态环境会受到严重影响，根据洪水计算的数据性，环境水源会逐步趋近枯竭。一般实际的防洪情况与设计的排水结构难以相符，容易导致洪涝灾害，例如堤坝冲毁，淹没尾矿池。尾矿库的安全与超高同尾矿冲积层的坡度相关联。在符合最小干滩长度的要求小，尾矿库的最小安全超高由尾矿冲积高原的坡度决定。由公式计算出边坡距离，澄清距离为确保尾矿水澄清的最小距离。澄清距离受到尾矿库水面长度的影响，所以其应满足要求，才能确保尾矿水经库的排水系统流经排水渠。设计洪水位的枯滩长度即枯滩的最小长度。洪水设计的关键参数之一就是枯滩的最小长度，其对最佳洪水位的高程有决定性影响。实测中得到的干沙滩长度被认为是干沙滩的最小长度。依照实测干滩长度与防洪计算，才可以確保干滩最小长度的准确性，不然会影响企业尾矿池管理并出现差错。五级尾矿库的徐晓干滩长度即40m，第四级尾矿库的最小干滩长度为50m，第三级尾矿库的最小干滩长度为70m，第二级的最小干滩长度一级尾矿库为100m，一级尾矿库的最小干滩长度为100m，分级尾矿池设计洪水水位的最小干滩长度应大于或等于规定值。最小安全超高是本规范规定的安全超高的最小允许值。第五类尾矿库最小安全超高为0.4m，第四类尾矿库最小安全超高为0.5m，第三类尾矿库最小安全超高为0.7m，第二类尾矿库最小安全超高为1.0m，第一类尾矿库最小安全超高为1.5m，最小安全超高不应小于规范要求，对于差值和设计洪水不同a级尾矿库的设计应符合最小滩长度与安全超高的规定。防洪蓄水能力是指沉积滩面低于最佳洪水水位的空间，尾矿库底部高于正常水位的空间，以及水位最高时由正常水位形成的存储能力。在侧坡上画尾矿沉降坡度线，然后测量每条轮廓线和相应沉降坡度线围起来的面积，将平均高度乘以平均值得到两条轮廓线之间的体积，然后增加各层的堆积为了获得大坝高度的防洪和蓄水能力，防洪尾矿库的大小直接影响着泄洪结构断面的大小，合理的防洪储存能力设计可以使排水系统更加经济合理。尾矿库的长度能否满足干滩长度和澄清距离的要求往往被忽略。尾矿库长度过短，最小干滩长度和最小安全超高可能达不到规范要求，澄清距离可能达不到规范要求要求。因此，大量未分类尾矿水随排水系统排出尾矿库，造成环境污染。矿库长度不能满足干滩长度和澄清距离要求时，应减少尾矿坝，尾矿库最终设计高程满足干滩长度和澄清距离要求。