基于洪水計算與調(diào)洪演算評價尾礦庫排水系統(tǒng)

范向偉，喬連朋，劉靜靜

（1.河南天泰工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000；2.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

基于洪水計算與調(diào)洪演算評價尾礦庫排水系統(tǒng)

范向偉1，喬連朋2，劉靜靜1

（1.河南天泰工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000；2.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

尾礦庫排水系統(tǒng)是否能夠順利及時的將庫內(nèi)水排出是其發(fā)生安全事故的一個主要因素，因此尾礦庫排水系統(tǒng)的排水能力對其安全運行尤為重要。以DCG尾礦庫增容設(shè)計工程為例，對尾礦庫不同運行工況下進行洪水計算與調(diào)洪演算，并分析了不同運行工況下尾礦庫擬定排水系統(tǒng)的排水能力，計算與分析結(jié)果表明：在不同運行工況下，尾礦庫的排水系統(tǒng)均能將設(shè)計頻率下入庫內(nèi)洪水安全有序的排出，調(diào)洪所需庫容小于有效庫容，對應(yīng)工況下出現(xiàn)的最高洪水位低于相應(yīng)壩頂標(biāo)高，不會出現(xiàn)洪水漫壩現(xiàn)象，尾礦庫擬定的排水系統(tǒng)在不同運行狀況下能夠滿足防洪排水要求。

尾礦庫；洪水計算；調(diào)洪演算；坡面匯流；排水系統(tǒng)

Abstract:Whether the drainage system of thetailings reservoir can dischargesmoothly and timely is a key factor for the occurrence of safety accidents,therefore,the drainage capacity of the tailings drainage system is particularly important for its safe operation.Taking the DCG tailings reservoir capacity design project as an example,the flood calculation and flooding calculation are carried out under different operating conditions of the tailings pond,and analyzesits drainage capacity.The results show that the drainage system of the tailings reservoir can safely and order the flooding in the reservoir by the design frequencyunder the different operating conditions,and the storage capacity of the flood control is less than the effective storage capacity,and the highest flood The slope is lower than the corresponding dam height,there will not be flood flooding phenomenon,the prepared drainage systemof the tailings reservoir in different operating conditions is able to meet the flood control and drainage requirements.

Keywords:Tailings reservoir,flood calculation,flood control calculation,slope concentration and the drainage system

尾礦庫是礦山生產(chǎn)配套設(shè)施中的一種特殊建筑物，屬于礦山三大控制工程之一[1]。多方面因素的影響下，我國尾礦庫安全事故時有發(fā)生，造成嚴(yán)重后果，已經(jīng)引起了各方的高度重視。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，造成尾礦庫事故發(fā)生的主要因素之一是庫內(nèi)水位過高將極大地降低尾礦壩壩體的穩(wěn)定性，尤其是山洪暴發(fā)時，庫內(nèi)洪水不能及時排出，可能會發(fā)生洪水漫頂、沖毀壩體等事故[2]，因此在設(shè)計時通過洪水計算和調(diào)洪演算來保證尾礦庫安全運行至關(guān)重要。本文以DCG尾礦庫增容設(shè)計為例研究尾礦庫洪水計算及調(diào)洪演算在實際工程中的應(yīng)用。

1 尾礦庫增容設(shè)計工程概況

DCG尾礦庫原初期壩壩型為碾壓式透水堆石壩，子壩共為12級，總壩高48 m。擬建增容尾礦庫初期壩壩型為碾壓式透水堆石壩，壩址在原尾礦庫初期壩下游約493 m處，壩高21 m，堆積壩每級子壩高2 m，共堆積子壩25級，總高壩71 m，新增總庫容705.78萬m3，新增有效庫容為450.14萬m3，尾礦庫等別為三等庫。初期壩以上整個庫區(qū)總匯水面積約為1.336 km2，其中擬建初期壩至攔洪壩之間匯水面積為0.726 km2，攔洪壩以上匯水面積為0.61 km2。

2 設(shè)計洪水計算及調(diào)洪演算方法

2.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

增容后的尾礦庫運行時期防洪標(biāo)準(zhǔn)均按照1000年一遇即洪水頻率進行設(shè)防。

2.2 洪水計算的方法

該尾礦庫的匯水面積較小，屬于小流域洪水計算[3]庫區(qū)內(nèi)洪水來源主要為降水和尾礦礦漿排水，洪水的形成主要是坡面匯流[4]，故本文采用坡面匯流進行洪水計算。坡面匯流計算公式如下：

式中，△t為計算時段長，h；N0為山坡糙率；l為支流長度，km；L為流域長度，自分水嶺起，k；F為流域匯水面積，km2；P為一條等高線長度，km；d為相鄰等高線的高差，m；

術(shù)后復(fù)發(fā)與年齡、腫瘤直徑、血管包裹程度、手術(shù)切除程度等有關(guān)(P<0.05)，與性別、腫瘤質(zhì)地、病理分級、腫瘤形態(tài)、是否腦干水腫及術(shù)前KPS評分無關(guān)(P>0.05)，見表1。

2.3 調(diào)洪演算的方法

本文調(diào)洪演算采用水量平衡法，尾礦庫內(nèi)任一時段的水量平衡方程式如以下公式所示：

式中，Qs、Qz為時段始、終尾礦庫來洪流量，m3/s；qs、qz為時段始、終尾礦庫泄洪流量，m3/s；Vs、Vz為時段始、終尾礦庫的蓄洪量，m3。

3 設(shè)計洪水計算與調(diào)洪演算

根據(jù)尾礦庫運行情況，對不同運行工況進行計算分析。工況I：尾礦庫運行至850 m標(biāo)高前主支溝共同排水；工況II：尾礦庫在850～856 m標(biāo)高運行時主、支溝分別排水（尾礦庫在850～885 m標(biāo)高運行工況與尾礦庫在850～856 m標(biāo)高運行時相同，故只截取了部分運行工況進行計算分析）；工況III：尾礦庫在885～889 m標(biāo)高運行時，主溝單獨排水。

3.1 設(shè)計洪水計算與調(diào)洪演算計算參數(shù)

根據(jù)尾礦庫所在地區(qū)的水文資料獲得的相關(guān)參數(shù)取值，見表1。

表1 水文資料參數(shù)

根據(jù)尾礦庫的工程資料可得不同標(biāo)高情況下的匯流計算參數(shù)值，見表2。

表2 匯流參數(shù)計算

3.2 計算結(jié)果與分析

該尾礦庫的排水設(shè)施擬采用排水井-排水支隧洞-排水主隧洞-消力池型式排水。該尾礦庫排水過程形成自由泄流，排水井過水能力計算采用以下公式計算泄流量。

式中：Hy為溢流堰泄流水頭，m；bc為一個排水口的寬度，m；nc為同一個橫斷面上排水口的個數(shù)；

其中，bc=1.17；nc=8

表3 工況I運行下庫水位、泄流量、庫容表

根據(jù)地形圖結(jié)合理論計算，可得在不同運行工況下的調(diào)洪庫容與泄流量，三種運行工況下的洪水計算與調(diào)洪演算結(jié)果見表 3～表 8。

表4 工況I運行下調(diào)洪演算部分計算結(jié)果表

表5 工況II運行下庫水位、泄流量、庫容表

表6 工況II運行下調(diào)洪演算部分計算結(jié)果表

表7 工況III運行下庫水位、泄流量、庫容表

表8 工況III運行下調(diào)洪演算部分計算結(jié)果表

3.2.2 工況I運行下洪水計算與調(diào)洪演算分析

由以上計算結(jié)果可得，該尾礦庫最大泄流量為6.48 m3/s，所需調(diào)洪庫容為23971 m3＜64357 m3（有效庫容），最高洪水位為848.95 m＜850 m（壩頂標(biāo)高），故此該工況防洪、排水設(shè)施能夠滿足其的防洪排水要求。

3.2.3 洪水計算與調(diào)洪演算分析

工況II運行下，左側(cè)支溝與主溝的排水系統(tǒng)進入獨立工作階段，所以主溝和支溝要分別進行洪水計算與調(diào)洪演算。

由以上計算結(jié)果可得，該工況下主溝內(nèi)與支溝內(nèi)的最大泄流量分別為5.21 m3/s和5.09 m3/s，所需調(diào)洪庫容分別為10164 m3＜51465 m3（有效庫容）和5679 m3＜38356 m3（有效庫容），出現(xiàn)的最高洪水位分別為854.5 m＜856 m（壩頂標(biāo)高）和854.1 m＜856 m（壩頂標(biāo)高），故此該工況防洪、排水設(shè)施能夠滿足其的防洪排水要求。

3.2.4 工況III運行下洪水計算與調(diào)洪演算分析

工況III運行下，左側(cè)支溝退出工作，主溝正常運行，由以上計算結(jié)果可得，該工況下主溝內(nèi)的最大泄流量為7.53 m3/s，所需調(diào)洪庫容為29325 m3＜178914 m3（有效庫容），出現(xiàn)的最高洪水位為885.5 m＜889 m（壩頂標(biāo)高），故此工況條件下防洪、排水設(shè)施能夠滿足尾礦庫的防洪排水要求。

4 結(jié)語

通過上述對尾礦庫不同運行工況下進行洪水計算與調(diào)洪演算結(jié)果可知，在不同運行工況下，尾礦庫的排水系統(tǒng)均能將設(shè)計頻率下入庫內(nèi)洪水安全有序的排水出，調(diào)洪所需庫容小于有效庫容，對應(yīng)工況下出現(xiàn)的最高洪水位低于相應(yīng)壩頂標(biāo)高，不會出現(xiàn)洪水漫壩現(xiàn)象，尾礦庫不會因排水系統(tǒng)的排水能力問題引起安全事故，尾礦庫排水系統(tǒng)能夠滿足尾礦庫的防洪排水要求。

[1]魏勇，許開立，鄭欣.尾礦壩防洪計算方法研究[J].金屬礦山，2009（4）:26-28.

[2]韋歡文，王政錦，劉凱等.尾礦庫加高擴容防洪能力安全可靠性分析[J].礦山機械，2012（12）：86-89.

[3]陳家琦，張恭肅.小流域暴雨洪水計算[M].北京:水利電力出版社，1985.

[4]尾礦設(shè)施設(shè)計參考資料．尾礦設(shè)施設(shè)計參考資料[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1980：275-318.

Evaluation of Tailings Drainage System Based on Flood Calculation and Flood Regulating Calculation

Fan Xiangwei,QiaoLianpeng,Liu Jingjing

（Henan Tiantai EngineeringTechnologyCo.,Ltd，Zhengzhou 450000,Henan Henan Water Conservancyand Environmental Vocational College Zhengzhou 450000,Henan）

TV122+.5

A

1673-9000（2017）05-0014-04

2017-04-16

河南省職業(yè)教育教學(xué)改革研究項目（ZJB16267）；河南省水利科技攻關(guān)計劃項目（GG201533）。

范向偉（1982-），男，河南開封人，工程師，主攻方向：尾礦庫及水利水電工程設(shè)計研究。

喬連朋（1986-），男，河南安陽人，碩士研究生，助理講師，主攻方向：水利工程設(shè)計與施工。