某尾矿库排水系统防洪能力验算及评价

某尾矿库排水系统防洪能力验算及评价
SerialNo.508
August.2011
现代矿业
M0DERNMINING
总笫508期
2011年8月第8期
某尾矿库排水系统防洪能力验算及评价
邰自安孙景敏冯煜彪陈亚杰
(河南省岩石矿物测试中心)
摘要介绍了某尾矿库排水系统,并对其进行了防洪能力验算.对尾矿库存在的问题进行
了分析,提出了一些有针对性的安全对策.
关键词尾矿库排水系统防洪
水是造成尾矿库溃坝事故的主要因素,库内水
位过高将极大地降低尾矿坝坝体的稳定性,特别是
雨季山洪暴发时,如不能及时排出库内洪水,可能会
发生洪水漫顶,冲毁坝体等事故I1].尾矿库的防洪
能力主要取决于排洪构筑物的泄洪能力及其结构,
通常采用理论计算的方法,评价分析防洪系统的泄
洪能力.
1尾矿库排洪系统概况
某矿山尾矿库为山谷型尾矿库,初期坝为碾压
式透水堆石坝,内坡找平层铺设土工布,坝两肩修筑
有浆砌石排水沟,初期坝蓄满后,利用库内的沉积尾
砂于坝前干滩上采用上游堆坝法堆筑.目前坝体总
高65m,堆积库容约110万Ill.尾矿库界定为三等
库.该库排洪系统采用斜槽排水井.排水涵管.排水隧洞型式,库内设排水井,1,2排水井为框架结构, 已被淹没;3井为连接井,与排水斜槽相连接.
2洪水计算J
该尾矿库的汇水面积较小,属于小流域洪水计
算.遵循国家规范要求,洪水计算按500a一遇,即0.2%洪水频率进行计算校核.库区内洪水来源主
要为自然降水和尾矿矿浆排水,根据该地区历年降水资料,按照水科院推理公式计算洪峰流量,简化推理公式
,
s:
筹,
H24:Kp,
:0.278一,
(2)
(3)
(4)
(5)
l,:2l二
,(6)J—T'\u,
式中,Q为设计频率P的洪峰流量,nl/s;S为频
率为P的暴雨量,mm/h;F为坝趾以上的汇水面积, km;L为由坝趾至分水岭的主河槽长度,km;m为
汇流参数;',为主河槽平均坡降;为产流历时内流
域平均人渗率,mm/h;,D为最大洪峰流量计算指数,可根据n值由最大洪峰流量计算系数表查取;n 为暴雨递减指数,丁≤1时,取=n,7>1时,取=
//,(,,17,可由当地水文手册查取);r为流域汇流历
时,h;为模比系数;为年最大24h降雨量均
值,mm,由当地水文手册查取;X,Y为计算指数,根
据n:由值计算系数表查;h为历时t的主雨峰
邰自安(1963一),男,所长,工程师,450012河南省郑州市金水
路28号地矿大厦ll楼.
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产生的迳流深,mlTl,hR=24日;24为历时24h的
降雨迳流系数.
先取n:n(≤1),由水文手册查出A,D,按式
(2),(4),(6)确定Sm,,L值,代入式(1),求出
洪峰流量q,再用式(5)计算流域汇流历时,当计
算的f≤1时,Q即为所求;若>1,则取n=17,2重
新计算.
经查尾矿库所在地区中小流域设计暴雨洪水图
集可知,该尾矿库所在地区年最大24h降雨量均值
为85him.洪水总量按下式计算:
=
1000aHIPF.(7)
该尾矿库现状坝高时汇水面积为0.18km2,沟长
373m.查得A=0.512,B=1.159,C=o.638,D=
0.322,水文基础数据见表1,洪水计算结果见表2.
邰自安孙景敏等:某尾矿库排水系统防洪能力验算及评价2011年8月第8期表1水文基础数据
尾矿库运重现期,汇水时间洪峰流量洪水总量
行阶段/a//24P/h/(m/s)/7im
生塑!:!竖::!:垄!兰:
3调洪演算
根据既定的排水系统确定所需的调洪库容及泄
洪流量].尾矿库的不同坝高,在满足最小安全超
高,最小干滩长度的情况下,对应的调洪库容不同, 得出相应的泄洪量,取其最大值.计算公式如下:
q=Q(1一),(8)
24P
式中,q为排水构筑物的泄流量,ITI/s;为现状坝
高时的调洪库容,1/1.
该库滩面冲积坡度为1.5%,干滩长度120FI1,确
定的安全超高为1.0m,调洪水深1.0m,经计算,尾矿库运行中期调洪库容为20970m,调洪后排水构筑物应泄流量按500a一遇中期为q=6.92m./s.
4排水设施泄洪能力验证
4.1排水斜槽排洪
该库排水斜槽坡度约21%,断面1.11TI×
1.5m,斜槽盖板为钢筋混凝土拱形盖板,拱高
0.51TI.当斜槽上水头较低时,为自由泄流,由水位以下的斜槽侧壁和斜槽盖板上缘泄流.按自由泄流状态下斜槽一管(或隧洞)式排水系统泄流计算. 水位未超过盖板上沿最高点时:
Q=Q2:0.80"m1(tan3+coq3)~/2gH.(9)
水位超过盖板上沿最高点时:
Q=Q+Q.(10)
Q1=ml(6+0.8Hcot3)g5.(11)
计算得()=7.12>6.92(m/s),即当水位未到
达斜槽拱形盖板上缘时,泄洪流量即可满足库内泄洪流量要求.
4.2排水涵管排洪
该库排水涵管内径1.5m,坡度约12%,按特定
断面形式下的明渠均匀流计算:
Q=AC,(12)
J2
式中,A为过水断面积,:(0一sin0);R为水力
半径,R=芋(1一);C为谢才系数,c:一1,
为排水隧洞水力坡降.
计算得排水涵管的泄洪流量:Q=15.88>6.92 (m/s),满足排洪要求.
4.3排水隧洞排洪能力验证
该库排水隧洞断面尺寸为1.5111×1.8m,坡度3%,隧}同泄洪能力按下式计算:
Q=叫c~/雨,(13)
式中,为过水断面面积,其他符号意义同前.
经计算得:Q=10.84>6.92(1/1/s),满足排洪
要求.
5安全对策
(1)在排水井内基座上部与窗口连接处实施钢
筋混凝土浇筑封堵,封堵长度不小于1.5m.
(2)随着堆积坝上升,原有排水涵管的承压越
来越大,发生断裂,坍塌的可能性越来越大,给尾矿库正常运行带来较大安全隐患,因此,应安排专职人员每天对尾矿汇水进行观测监测,发现有跑浑跑砂现象应立即停止尾矿排放,并在排水隧洞与排水涵管的连接处进行封堵,排水涵管的封堵(隧洞岩壁加锚杆钢筋混凝土封堵)长度不应小于3m,封堵后应立即施工排水隧洞的排水系统,使之满足库内洪水泄洪流要求,并进行闭库设计.
(3)排水构筑物的运行管理应高度重视,进行
重点监控和维护.对排洪构筑物状况应进行经常性检查,严防水面杂物漂浮,发现诸如变形,裂缝,淤堵,损毁等问题时,及时查明原因妥善处理,确保其畅通无阻.
(4)建议在排水涵管上游入口端以上设置拦渣
设施,防止杂物堵塞排水涵管,影响泄流.
(5)对坝肩排水沟,坝面排水沟要经常检查,维
修及清理沟内杂物,防止损毁和淤堵,保证泄流畅通.
6结语
通过科学选取计算参数,对该尾矿库的洪水计
算,调洪演算,排水设施泄洪能力等进行了验证,并
与国家有关标准进行了比较,判断出该库排洪系统
是安全的.
参考文献
[1]张明,等.尾矿手册[M].北京:冶金工业出版社.2011.
[2]北京有色冶金设计研究总院.尾矿设施设计参考资料[M].北京:冶金工业出版社.1980.
【3]时炜浅议尾矿库排洪系统设计[J].有色矿山,2002(5): 4346.
(收稿日期201l-06.24)
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