■梁遠(yuǎn)驥 ■廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510080

尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)作為確保尾礦庫(kù)安全的一個(gè)必要設(shè)施，其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)核心性的問(wèn)題。專(zhuān)家對(duì)當(dāng)前使用較為廣泛的排洪系統(tǒng)重點(diǎn)分析了半壓流、壓力流等基本流態(tài)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，排洪系統(tǒng)的進(jìn)水口斷面是影響堰流流量的主要參數(shù)，而排洪系統(tǒng)的進(jìn)水深度則是影響半壓力流量的主要參數(shù)，壓力流量的主要影響因素則是管洞斷面。在分析了流態(tài)隨著進(jìn)水口水頭的增加速度經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)堰流進(jìn)入半壓力流之后，增加的速度會(huì)呈現(xiàn)下降的狀態(tài)，且半壓力流的流量增加速度也會(huì)高于壓力流。如果在進(jìn)水口水深以及最大下泄流量時(shí)，提供合理的泄流關(guān)系曲線(xiàn)，根據(jù)該曲線(xiàn)來(lái)設(shè)計(jì)排洪系統(tǒng)是最佳的，能夠簡(jiǎn)化調(diào)洪的演算過(guò)程。文章最后對(duì)尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的步驟分析。

圖1 合理的泄流關(guān)系曲線(xiàn)

1 排洪系統(tǒng)的不可忽視性

同水庫(kù)排洪系統(tǒng)不同，尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)不但要確保能夠安全排除庫(kù)區(qū)的澄清水以及洪水，還要能夠保證尾砂不進(jìn)入到被排除出去，也就是我們通常說(shuō)的跑混。排洪系統(tǒng)包括了進(jìn)水構(gòu)筑物和排水構(gòu)筑物兩個(gè)部分［1］。前者主要是由排水井或者排水斜槽組成，進(jìn)水構(gòu)筑物最明顯一個(gè)優(yōu)勢(shì)是其能夠隨著尾礦的堆積而不斷地的升高，通過(guò)對(duì)進(jìn)水的高程以及平面位置進(jìn)行調(diào)整來(lái)保證尾礦庫(kù)中的澄清距離，從而實(shí)現(xiàn)尾砂不被泄漏的目的。當(dāng)尾礦庫(kù)使用了一定的時(shí)間之后，進(jìn)水構(gòu)筑物也差不多就會(huì)被尾砂掩埋，最終達(dá)到幾十甚至幾百米的厚度。因?yàn)槲驳V堆積壩所具有的特殊的工藝，因而決定了排洪系統(tǒng)在尾礦庫(kù)中具有的安全保障地位。尾礦庫(kù)中的排水系統(tǒng)是不可忽視的，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)當(dāng)尾礦庫(kù)的排洪系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題時(shí)，洪水就不能進(jìn)行正常的排泄，這時(shí)尾礦庫(kù)中的水位就會(huì)升高導(dǎo)致洪水漫過(guò)尾礦壩。因?yàn)槲驳V堆積壩的壩頂不允許過(guò)流，容易引發(fā)潰壩，對(duì)下游的群眾帶來(lái)生命和財(cái)產(chǎn)危險(xiǎn)。

(2)排洪系統(tǒng)排泄如果不順暢，尤其是在汛期尾礦庫(kù)內(nèi)的水位就會(huì)不斷的提高，尾礦堆積壩內(nèi)的浸潤(rùn)線(xiàn)因此也會(huì)升高，就會(huì)導(dǎo)致水從坡面溢出，導(dǎo)致滲透性的破壞，最終致使尾礦堆積壩失穩(wěn)或者坍塌［2］。

(3)由于排洪構(gòu)筑物一些結(jié)構(gòu)存在問(wèn)題，諸如澆排水管分縫處施工不佳，預(yù)制排水管搭接不良等等都會(huì)導(dǎo)致排洪系統(tǒng)漏水和漏砂，最終會(huì)使得排洪系統(tǒng)淤塞并且下游的環(huán)境受到污染。

從一些資料統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，我國(guó)尾礦庫(kù)病害事故中，排洪系統(tǒng)病害事故就達(dá)到了33%，而洪水漫頂占到了4%。我國(guó)的一些有色金屬礦山因?yàn)榕藕橄到y(tǒng)故障而導(dǎo)致的災(zāi)難在整個(gè)尾礦庫(kù)事故中也占到了一半?？梢?jiàn)，對(duì)于尾礦庫(kù)的排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是不可忽視的，值得我們重視。

2 尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1.1 進(jìn)水口調(diào)洪水深小

尾礦庫(kù)堆積壩的筑壩工藝包括中、下、上游法尾礦筑壩，而我國(guó)采用的多是上游尾礦筑壩。采用這種筑壩工工藝時(shí)，尾砂從堆積壩前到庫(kù)尾都會(huì)有水力分級(jí)的現(xiàn)象，粗顆粒就會(huì)沉積在壩前，而細(xì)顆粒則就會(huì)沉積到庫(kù)尾中，而尾礦的粒徑比較細(xì)，形成較小的沉積灘坡度，最低進(jìn)水口標(biāo)高到沉積灘頂?shù)母卟钶^小。一般而言，溝長(zhǎng)的尾礦庫(kù)不多，一般都是在300米長(zhǎng)，根據(jù)1%的沉積灘坡度來(lái)計(jì)算，除去澄清水的水深以及安全超高，進(jìn)水口的調(diào)洪水深為2米。

2.1.2 進(jìn)水口水頭占總水頭比例過(guò)高

由于尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)的調(diào)洪水的深度要比位置水頭的小，調(diào)洪水深也是由尾礦庫(kù)的灘長(zhǎng)以及灘坡度等來(lái)決定。最高洪水位到管洞的入口高程差就會(huì)轉(zhuǎn)化為排洪系統(tǒng)的流速水頭。排洪系統(tǒng)的水頭損失一般分為沿程水頭和局部水頭損失，一般是由排洪系統(tǒng)的位置的水頭來(lái)提供的。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 確定防洪標(biāo)準(zhǔn)

為了保障礦區(qū)下游人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全應(yīng)該制定合理的防洪標(biāo)準(zhǔn)。防洪標(biāo)準(zhǔn)主要有兩種，一種是保證大壩等建筑物安全設(shè)定的防洪標(biāo)準(zhǔn)，一種是在修筑建筑物時(shí)要使得防護(hù)對(duì)象避免洪水威脅而設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。這兩種標(biāo)準(zhǔn)因?yàn)槠溽槍?duì)的對(duì)象不同，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行區(qū)分。我國(guó)頒布的防洪標(biāo)準(zhǔn)是防洪系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，因而在設(shè)定防洪標(biāo)準(zhǔn)時(shí)要嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范制定。

2.2.2 排水構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)形式以及形態(tài)

尾礦庫(kù)在其運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中如果要確保洪水能順利的被排出，就應(yīng)該通過(guò)設(shè)置排水構(gòu)筑物來(lái)使得庫(kù)中的水量得到降低，這樣也就能夠達(dá)到對(duì)壩體浸潤(rùn)線(xiàn)降低的目的。暴雨的水量以及構(gòu)筑物的排泄能力如何影響著尾礦庫(kù)的防洪能力。準(zhǔn)確合理地計(jì)算洪水，能夠確保構(gòu)筑物泄流的能力，尾礦庫(kù)的安全也就能夠有所保證。

調(diào)洪演算:之所以要對(duì)調(diào)洪進(jìn)行演算是為了能夠在依據(jù)排水系統(tǒng)的情況下能夠更好地確定庫(kù)容以及泄洪的流量。構(gòu)筑物越小，庫(kù)容也就會(huì)需要越大，壩也就會(huì)更高。調(diào)洪采用的演算方法主要還是根據(jù)洪水過(guò)程線(xiàn)和構(gòu)筑物泄洪能力以及需水量的關(guān)系曲線(xiàn)來(lái)決定的，在計(jì)算好泄洪的過(guò)程線(xiàn)之后，才能更好的確定庫(kù)容以及泄流量［3］。另外，如果把洪水的過(guò)程設(shè)想為三角形，把排水過(guò)程設(shè)定為直線(xiàn)，以這種方法來(lái)進(jìn)行演算也是一個(gè)較好的方法，這種方法簡(jiǎn)單、快速。

排水構(gòu)筑物:排水系統(tǒng)構(gòu)筑物的設(shè)置要能夠在任何的時(shí)候澄清尾礦水，這是排水系統(tǒng)使用過(guò)程中所必須滿(mǎn)足的一個(gè)要求。洪水、庫(kù)容以及構(gòu)筑物的大小決定了構(gòu)筑物排洪能力的高低。排水構(gòu)筑物有排水斜槽、排水井和隧洞等形式，如果排水量不大可以選擇排水斜槽+排水管的形式，如果排水量中等可以選擇排水井+排水管形式，當(dāng)排水量過(guò)大的時(shí)候則可以使用大斷面隧洞或者是溢洪道形式。

3 結(jié)論

可以說(shuō)，尾礦庫(kù)中的排水系統(tǒng)是其安全的一個(gè)重要保障。其設(shè)計(jì)應(yīng)該對(duì)當(dāng)?shù)氐牡匦我约笆┕さ纫蛩丶右钥紤]。通過(guò)優(yōu)化排洪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠最大程度節(jié)省工程量，緩解庫(kù)內(nèi)防洪的壓力，確保下游居民生命以及財(cái)產(chǎn)的安全。

［1］李曉琴，萬(wàn)俊玲，王增輝，韓金峰.尾礦庫(kù)閉庫(kù)工程中排洪系統(tǒng)治理的探討［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2013(03):33-35，92.

［2］黨寧.尾礦庫(kù)排水井泄洪系統(tǒng)體型優(yōu)化試驗(yàn)研究［D］.西安理工大學(xué)，2010.

［3］劉瀚和，余國(guó)平.尾礦庫(kù)斜槽式排洪系統(tǒng)泄流能力探討［J］.金屬礦山，2012(03):131-133.