关于尾矿库排洪系统设计以及应用

 

尾矿库的排洪勘察设计对消除尾矿库的安全隐患有着重要作用。本文从尾矿库排洪的特点、防洪标准、以及洪水计算中存在的问题,针对防洪标准的确定、排水构筑物型式的选择以及尾矿库排洪设施综合利用等方面来展开论述。

尾矿设施包括尾矿坝、排洪系统、尾矿输送系统及回水系统四部分,其中尾矿坝、尾矿输送系统和回水系统都是在自身正常运行状态下保证矿山正常持续生产的环节,排洪系统一般情况下不参与正常生产,但都是确保整个尾矿库安全的重要保证,因此,尾矿库的洪水计算与排水构筑物的设计同样重要。

 

 

城镇、工厂、矿山都面临着雨洪排除问题,排洪工程控制的面积增大、战线长,投入资金较高,对整个工程项目的可行性、经济性影响较大。尤其是矿山开发的日益增多,矿山排洪及尾矿库排洪,工程量大,建设资金多。排洪工程设计的很重要。但是,多年以来,矿山排洪工程设计并没有引起足够的重视,防洪设计标准不一、水文资料不清、排水构筑物泄流流态不好、工程没有得到综合利用等都是排洪设计中常见的问题。

尾矿库排洪设计原则与具体措施

尾矿库排洪工程相对于水电部门的排水构筑物,一般具有以下不同之处:

第一，工程单一,通常不方便综合利用；

第二，泄水机率少,泄洪时间短；

第三，集流面积小,泄流流速大；第四，对排洪的标准没有引起足够的重视。

选择合适正确的防洪标准

防洪标准与矿区人民生命财产和生产安全密切相关,也是企业经济能力的一种反应。按照不同的防护对象防洪标准分为两种,一种为确保大坝等水工建筑物自身安全而采用的防洪标准,另一种是修筑水工建筑物所要防护的对象免除一定洪水威胁的防洪标准。

 

两种标准,防护对象不同,设计时不能混淆选取。过去采用的防洪标准比较混乱,标准不一。针对上述情况,国家制订并于1995年出版GB5020-94国家标准,统一了防洪标准并强制性执行,各行业、各部门制订的标准应该与国家标准相一致。

 

是防洪设计的最基本的依据。但是矿山企业错误的认为矿山排洪大多是汇水面积不大的小流域,防洪标准不用太高,尤其是在企业资金困难时,做为只有资金投入而无直接经济回报的排洪系统,无法引起企业重视,企业希望降低防洪标准,甚至并不实施防洪工程,以节约建设资金。

 

事实并非如此,实践证明，按照正确的防洪标准设防,不仅可以减少事故隐患,而且可以确保矿山企业的正常持续生产,这实际也是一种间接经济效益产出。设防标准的选择必须严格执行国家规范规定。

 

 

计算洪水

尾矿库洪水计算是要确定设计洪水的洪峰流量、洪水总量和洪水过程线,以供尾矿库排洪设计使用。尾矿库设计洪水频率应根据尾矿库的等别,综合考虑库容、坝高、使用年限及对下游可能造成的危害等因素确定。

 

由于矿山排洪大多是汇水面积不大的小流域,暴雨往往是点暴雨控制、24小时设计暴雨控制、洪峰流量控制。洪峰流量及洪水总量数值的大小和精度,直接影响到工程建设投资。过去这一问题未得到应有的重视,认为各省都有水文手册,套用几个经验公式就可以解决问题。实际上,水文手册特别是省水文手册,有它的代表性和局域性,对小流域汇水面积洪水计算一般不能套用。

 

排水构筑物结构形式及流态

为了使尾矿澄清水及暴雨洪水有计划、安全地排出坝外,必须设置排水构筑物,减少库内水量,降低坝体浸润线,这对确保坝体和尾矿库的安全运行起着决定性的作用。依据暴雨的来水量、排水构筑物的泄流能力和调洪库容来确定尾矿库的防洪能力。正确的洪水计算、有保证的排水构筑物泄流能力和一定的调洪库容,是确保尾矿库安全运行的必要条件。

 

调洪演算

尾矿库调洪演算的目的是根据既定的排水系统确定所需的调洪库容及泄洪流量。对一定的来水过程线,排水构筑物愈小,所需调洪库容就愈大,坝也就愈高。设计中应通过确定各种标准下的几种不同尺寸的排水系统的调洪演算结果,合理地确定坝高及排水构筑物的尺寸,以便使整个工程造价最小。数解法与图解法是尾矿库调洪演算两种主要的方法。

 

排水构筑物尾矿库排水系统

进水构筑物的布置,应满足排水系统在使用过程中任何时候均能澄清尾矿水的要求。洪水决定着排水构筑物的排水能力、调洪库容和排水构筑物的形式及尺寸。排水井、排水斜槽、排水管、隧洞、溢洪道及山坡截洪沟等是常见的几种形式。

应根据排水量大小、尾矿库地形地质条件、使用要求及施工条件等多方面因素来选择排水系统的形式,经技术经济比较确定。小流量一般采用排水管,中等流量的排水一般可选择排水管或隧洞,大流量的排水比较适合采用隧洞或溢洪道。对于大、中型工程来说,隧洞排洪通常比排水管经济可靠,在地形地质条件允许的情况下,应优先选用。

 

隧洞和排水管的进水头部采用排水井或排水斜槽。排水井有井圈叠装式、窗口式、框架挡板式和砌块式等。前二者适用于小流量的排水,后二者适用于大、中流量的排水。排水斜槽则适用于中、小流量的排水。有色金属矿山尾矿库排洪多采用排洪隧洞。

 

以往人们认为只要能泄水就行，矿山排水构筑物进水口头部、隧洞体形及水流流态没有得到足够重视。在流态设计上可以设计为压力流,也可以设计为无压流。采用压流还是无压流,应根据矿区水文特征及要求、地质条件、施工条件分析比较后确定。

 

排洪系统整治与综合利用

系统整治

 

沉积滩面的整治：平整滩面，完善库内洪水的引排，使得库尾两条支沟和库首较高，通过库中部排水沟并最终由排洪涵管排出库内积水，并使尾矿库的安全超高满足要求。

 

尾矿库的防渗治理：采用铺设土工膜进行防渗处理，同时还要结合土地还林还草、环境保护进行综合治理的方案，做到治理和环境相和谐。

建立监测系统：对尾矿坝位移进行监测-推荐北京天玑科技尾矿库监测系统

对岸边的堆渣边坡进行清方处理，清方后的堆渣放在库内堆积。并对库首岸边的顺向边坡进行锚固措施，以解除边坡可能的滑动对截洪沟和排洪涵洞的威胁。

 

综合利用

发电、灌溉、养鱼是一般中小型水利工程综合效益的一种体现。某些有色矿山排洪系统设有拦洪坝,形成的拦洪库有一定的调洪库容,但却不便直接将调洪库容作为兴利库容使用,原因是山区河流坡度陡,流速急,汇流时间短。

 

若将调洪库容蓄水使用,汛期一旦洪水来临,来不及将调洪库容内的蓄水排出,极有可能导致洪水漫坝,危及下游安全。尽管可以通过加高坝顶标高使其增加一部分库容作为兴利库容,但由于工程量加大,是否可行,需经过技术经济比较才能确定。

 

在某些管理有序、水文预报及时的单位,可以在非汛期利用调洪库容蓄水作为矿山的调节水源,也可以进行农业灌溉、养鱼等。除非有特殊要求，大部分无拦洪坝的排水系统,多将洪水与尾矿澄清水合用一个排水系统排放,以达到节省基建投资的目的。

 

总之，随着城镇、工矿建设的迅猛发展,排洪工程愈来愈多,随着人们对环境保护及水土保持认识水平的不断提高,矿山排洪工程日益得到重视,在进行尾矿山排洪工程设计时,应严格按照国家及各部委的相关规范标准,结合行业特点,设计出经济合理、符合实际、流态良好、体形良好、满足建设要求，真正的消除尾矿库的安全隐患。