尾矿库排水构筑物的设计

尾矿库排水构筑物设计

一、排水构筑物的类型

（一）、排水构筑物的类型及布置

1、井-涵洞（隧洞）式排水系统

2、斜槽-涵洞（隧洞）式排水系统

3、开敞式溢流道

4、分洪截洪式

（二）进水口形式

1、塔式

2、斜槽式

3、开敞式

（三）、输水部分形式

1、隧洞式

2、涵洞管式

3、陡坡明渠

（四）、出口形式

1、挑流式

2、底流消能

二、排水构筑物的布置

排水构筑物的布置的一般原则：

（1）选择良好的地形条件和地质条件，以节省处理费用；

（2）应以长度最短为宜；

（3）应按排水流量和跌差区分流速范围，当高流速时，应满足高流速的相应要求；

（4）交通方便，有利施工和管理；

（5）出口布置应有利于环保要求，便于水质处理。一般应位于工业、民用水的下游；

（6）应考虑沟道的行洪能力，且和下游河道衔接简单可靠。

进水口位置选择：

进水口位置应能满足尾矿库不同使用阶段的防洪安全和水质澄清要求。它和堆积坝（包括主坝和付坝）之间的距离、高差应能满足滩长（规范要求的最短距离）、安全超高（规范要求的最小超高）、澄清距离、调洪库容、调蓄库容等的要求。

三、排水构筑物的水力计算

（一）排水井的水力计算

1、框架式排水井的水力计算

（1）泄洪能力计算

堰流：Q=ML（2g）1/2H1.5

孔流：Q=2/3μb（2g）1/2（H21.5-H11.5）

Q-流量系数；

H-进口水头；

L-溢流长度；

μ-流量系数（对孔流）；

b-孔口宽度；

H1，H2-孔口顶部和底部的水头。

各种不同情况的流量系数

a、圈梁与拱板齐（堰流状态）：

L=πd－tn

d-进水圈直径；

t-立柱宽度；

n-立柱个数。

B、拱板在圈梁之上0.9m处（拱板高度0.3m，圈梁间距3m）（堰流状态）L=πd－tn

d、t、n各值有可能改变。

C、拱板在圈梁之上2.1m处

水头较低时：拱板顶溢流同b；

水头增加一定时：圈梁与拱板间为孔流；

水头再增加时：圈梁顶部也进水，为孔流与堰流混合。

D、塔顶全部周长溢流

此时溢流长度L=πd

2、窗口式排水井的水力计算

（1）全淹没窗口井自由流泄流量公式

Q=2.7n cωc∑（H i）0.5

N c-同一横断面上的窗口数；

ωc-一个排水窗口的面积；

H i-全淹没窗口的计算水头。

（2）非淹没窗口井自由流泄流量公式

Q=n c AD c2.5

A-圆孔堰流系数，以H/D C值查表，取最大值为1.5；

D C-排水窗口直径。

注：以上为赵景程提供的公式。

3、砌块式排水井的水力计算

排水塔进水流量公式的选择

塔径及井径的确定

塔径及井径按以下公式确定：

H/R＜0.9

Q=0.5d2(2g×0.9H2)0.5

Q-泄流量；

H-堰上水头；

R-塔径；

d-断面直径；

H2-上游水头至所论断面间的高差；

其中0.9H2表示为入射流收缩、摩阻、纵向变形损失之和。

（二）消力井（池）的水力计算

消力井计算无合适公式，可按直落式跌水的经验公式估算，也可参照以成工程的经验确定。

1、落差100m，流量22m3/s，消力井深4.8m；

2、落差142m，流量22m3/s，消力井深6.0m；

3、落差21.5m，流量57m3/s，消力井深1.63m；

4、落差14m，流量20m3/s，消力井深1.00m；

（三）涵（隧）洞的水力计算

隧洞流态设计

按明流隧洞设计，进口呈宽顶堰流态，洞身比降按陡坡设计，即隧洞比降i＞i k（临界坡降），进口水深为h k（临界水深），洞后为正常水深h0，通过推算水面线由h k变为h0的长度约为60m（从水工试验得出）。

1、正常水深h0

按明渠公式计算，

Q=C（Ri）0.5

C=1/n×R y

y可取1/6；

n-粗糙率；

R-水力半径，W/X，W为断面积，X为湿周，即过水边界周长；

i-隧洞坡降；

通过计算得出R值，由R值计算出X值，进而算出h0。

2、临界水深h k

按下式计算临界水深h k

（αQ2）/g=(W K)3/B K

式中，α- 动能系数，一般取1.05~1.1

对矩形断面

h k=（αq2/g）1/3

q-单宽流量，q=Q/B K

X K=B K+2 h k

W K= B K h k

R K= W K/ X K

加下标k表示临界水深时对应的各参数。

（四）排水斜槽的水力计算

1、排水斜槽的形状

斜槽多为矩形，槽顶为一活动盖板，随着尾矿滩面和水位的上升，盖板逐一盖上，库内尾矿面低于最上一块盖板高程，泄洪时水位高程高于盖板高程。

2、排水斜槽进水流态

进水时，既有盖板顶部的进流，又有二边侧墙变水头的进流，流态十分复杂，水流互相干扰，根据广东石人嶂钨矿梅坑尾矿库斜槽进水水工模型试验的结果，斜槽泄流的流态主要分为堰流、堰孔过渡、孔流三种流态，各种流态的界限和流量经验公式见下表。

1、堰流：

当H/D＜0.795时，斜槽泄流的流态表现为堰流，流量经验公式为：

Q=0.196（g）H03/1.2

当0.795＜H/D＜0. 95时

Q=57（H0/D）5.6

2、堰孔过渡：

当0. 95＜H/D＜1.198时

Q=3.656H01.78

3、半有压孔流：

H/D≥1.198

Q=13.655H00.927