小團山尾礦庫擴容工程排洪設(shè)施設(shè)計優(yōu)化分析

申榮海，黃喬云

（1.會理縣五龍富民礦業(yè)有限責(zé)任公司，四川會理 615100；2.昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，云南昆明 650051）

1 概述

會理縣五龍富民公司于2006 年7 月正式成立，位于會理縣的綠水鎮(zhèn)五龍村四組，主要經(jīng)營銅鐵礦的精選以及加工跟購銷。公司使用的尾礦庫是小團山尾礦庫。小團山尾礦庫于2011 年設(shè)計，2013 年正式投入使用。原設(shè)計尾礦庫的最終使用標(biāo)高為2035m，總庫容為 1091.81 萬 m3，有效庫容 982.62 萬 m3，總壩高92m，尾礦庫屬三等庫，可以使用的服務(wù)年限大約為17.57 年。截止到2017 年10 月，小團山尾礦庫使用標(biāo)高已經(jīng)達到了2005m，堆積的尾礦為320 萬m3。設(shè)計排洪系統(tǒng)為排水井—排洪支隧洞—排洪主隧洞，現(xiàn)已建3 座排水井，鋼筋混凝土排水井外徑為3.5m，排水井高均為21m，排洪主、支隧洞斷面尺寸b×h＝2.4×3.0m，尾礦庫現(xiàn)正使用2 號排水井，1 號排水井已封堵并被尾礦淹沒，3 號排水井已建好待用，排洪系統(tǒng)隧洞現(xiàn)狀運行正常。為滿足，尾礦的堆存需要，小團山尾礦庫將擴容至2090m 標(biāo)高，總壩高147m，全庫容為3843.6 萬m3，屬二等庫，相應(yīng)的排洪系統(tǒng)也進行設(shè)計優(yōu)化，以確保尾礦庫的排洪安全。

2 排洪設(shè)施方案

小團山尾礦庫庫區(qū)地貌單元為中山、溝谷相間地形，兩側(cè)山坡地勢較緩，隨地形變化約25°～35°，庫區(qū)內(nèi)植被茂密。

庫尾約800m 分為兩個支溝，右側(cè)支溝為渝城公司已建尾礦庫，左側(cè)支溝為恒超公司的已建岔河尾礦庫，兩座尾礦庫現(xiàn)已停止排放尾礦，庫尾有少量澄清水，灘面已建干涸，生長雜草。上游左側(cè)支溝約900 建有恒超公司的白云尾礦庫，尾礦庫已停止使用，庫尾有少量澄清水，灘面已經(jīng)干涸，生長雜草。

小團山尾礦庫已建排洪系統(tǒng)沿庫區(qū)左岸山體布置，本次小團山尾礦庫排洪設(shè)施設(shè)計優(yōu)化充分考慮已建的排洪設(shè)施并結(jié)合小團山尾礦庫現(xiàn)狀，利用庫尾已建尾礦庫的調(diào)蓄作用進行設(shè)計。根據(jù)匯水面積分區(qū)，恒超公司岔河尾礦壩以上匯水面積較大，將雨季洪水截排在岔河尾礦壩以上是保障小團山尾礦庫安全的關(guān)鍵措施，盡量減少小團山尾礦庫入庫洪水，減輕庫內(nèi)排洪壓力。

尾礦庫現(xiàn)狀堆積壩以上匯水面積為7.65km2，本次設(shè)計考慮利用原有的排洪設(shè)施，并在原有排洪設(shè)施的基礎(chǔ)上優(yōu)化整體排洪設(shè)施的布置。新建排洪設(shè)施將恒超公司岔河尾礦壩以上匯水面積產(chǎn)生的洪水進行截排，其余的渝城公司尾礦庫以上及小團山尾礦庫庫區(qū)的匯水面積產(chǎn)生的洪水經(jīng)小團山尾礦庫內(nèi)的排洪設(shè)施排至初期壩下游。

3 洪水計算

在本次排洪系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計中，按照尾礦庫等別防洪標(biāo)準(zhǔn)均按庫等別取上限值，即堆壩標(biāo)高2005~2043m 防洪標(biāo)準(zhǔn)為500 年一遇洪水重現(xiàn)期，堆壩標(biāo)高2043~2090m 防洪標(biāo)準(zhǔn)為1000 年一遇洪水重現(xiàn)期。洪水計算分別采用綜合瞬時單位線法和推理公式法兩種方法，計算結(jié)果詳見表1、表2。

表1 綜合瞬時單位線法計算洪水結(jié)果

表2 推理公式法計算洪水結(jié)果

通過洪水計算可以發(fā)現(xiàn)，我們在使用綜合瞬時單位線法和推理公式法來計算洪水的時候，其洪峰的流量跟洪水的總流量基本上是一致的。在四川經(jīng)常有一些沒有資料的地區(qū)小流域，在這些小流域當(dāng)中，經(jīng)常使用的洪水計算的方法就是推理公式法。而且在這種方法當(dāng)中的各種參數(shù)跟等值線對于四川省的小河流域有非常好的針對性。洪水過程是單峰陡漲陡落，比較符合四川的流域特性，使用推理公式法所計算出來的結(jié)果是非常符合要求的。因此，我們將按照尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范的要求，把較大值作為排洪設(shè)計的一個最主要的依據(jù)。

4 排洪設(shè)施設(shè)計優(yōu)化

4.1 現(xiàn)狀排洪設(shè)施復(fù)核

小團山尾礦庫排洪設(shè)施為現(xiàn)狀正在使用的2 號排水井，排水井井架高H=21.0m，排水井外徑D=3.5m，排洪隧洞斷面尺寸b×h=2.4×3.0m。3 號排水井已建好待用，排洪設(shè)施嚴(yán)格按照設(shè)計施工圖建成?，F(xiàn)狀排水井、排水隧洞運行正常。

根據(jù)洪水計算成果，小團山尾礦庫現(xiàn)狀堆積標(biāo)高2005m 時，按全流域計算的500 年一遇洪峰流量為57.8m3/s，洪水總量為118.3 萬m3。計算結(jié)果比原設(shè)計偏大主要原因是：①匯水面積比原設(shè)計大1.14km2；②本次計算防洪標(biāo)準(zhǔn)采用500 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)；③本次計算采用四川省計算手冊推薦的推理公式和瞬時單位線法計算，針對性較強。

在現(xiàn)狀堆高2005m 時，小團山尾礦庫受庫尾已建的渝城公司尾礦庫和恒超公司岔河尾礦庫限制，調(diào)洪庫容僅為22.5 萬m3，經(jīng)復(fù)核計算，現(xiàn)狀使用的2 號排水井，最大下泄流量為20m3/s，經(jīng)調(diào)洪后仍不能滿足500 年一遇庫內(nèi)的排洪要求，須新建排洪設(shè)施滿足尾礦庫的排洪需要。

4.2 小團山尾礦庫排洪設(shè)施設(shè)計優(yōu)化

根據(jù)庫區(qū)匯水面積分區(qū)，恒超公司岔河尾礦壩以上匯水面積較大，且岔河尾礦庫具有一定的調(diào)蓄作用，在岔河尾礦庫新建排洪設(shè)施將上游的匯水截排至尾礦庫下游，減小小團山尾礦庫的入庫洪水量。通過岔河尾礦庫上游截排后，剩余的進入渝城公司的尾礦庫和小團山尾礦庫的洪水便可通過已建的2 號排水井安全泄洪，待下游小團山尾礦庫堆積尾礦淹沒岔河尾礦庫壩頂標(biāo)高后，統(tǒng)一由新建的岔河尾礦庫排洪設(shè)施排泄庫內(nèi)洪水。

庫區(qū)巖層以石灰?guī)r為主，山體穩(wěn)定，尾礦庫庫內(nèi)已建排水井-排水隧洞均按照設(shè)計進行施工和封堵。排水井采用C25 混凝土對井座進行封堵。已建排水井利用單獨的排水支洞與主洞連接，相互影響較小。已建排洪隧洞多為塊狀致密結(jié)構(gòu)的Ⅲ類巖石，f=10 左右，并采用C20 現(xiàn)澆混凝土襯砌，襯砌厚度0.3m，且埋藏較深。尾礦庫擴容對已建的排水主洞和支洞影響較小。

在恒超公司岔河尾礦庫內(nèi)左岸新建2 座排水井，排水井荷載均按照150t/m2設(shè)計，其中5 號排水井進水口標(biāo)高2046m，井架高度H=24m，井架外徑D=4.5m，6 號排水井進水口標(biāo)高2069m，井架高度H=21m，井架外徑D=3.5m。排水井與排水主洞采用豎井和排水支洞相連接，與5 號排水井配套的豎井深度15m，豎井外徑D=5.5m，C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與6 號排水井配套的豎井深度39m，豎井外徑D=3.8m，C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。排水主洞將從已建排水隧洞向上游延伸與排水支洞連接，排水主洞和排水支洞為城門洞型，斷面尺寸b×h=2.4×3.0m，C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，洞身襯砌厚度0.5m，雙層配筋形式，排水主洞縱坡i=0.10，排水支洞縱坡i=0.025，排水主洞和排水支洞總長度L=408m。

渝城公司尾礦庫以上匯水面積較小，僅為1.5km2，庫內(nèi)已建的排水涵管隨著小團山尾礦庫的堆高，出口將被淹沒。本次設(shè)計在尾礦庫右岸新建側(cè)槽式溢洪道，排泄雨季庫內(nèi)的洪水至下游小團山尾礦庫，在經(jīng)小團山尾礦庫內(nèi)排洪設(shè)施排至初期壩下游。新建側(cè)槽式溢洪道由溢流堰、側(cè)槽、泄水道、消能構(gòu)筑物組成。溢流堰由漿砌石砌成（M7.5 砂漿砌MU30 塊石），堰頂寬度0.4m，長度 35m；側(cè)槽為矩形，漿砌石結(jié)構(gòu)，凈斷面 b×h＝2.0×1.6m，壁厚0.4m，縱坡i≥1%，延伸至庫內(nèi)最小干灘；泄水道為永久性建筑，沿右壩肩山體修筑，漿砌石結(jié)構(gòu)，凈斷面b×h＝2.0×1.5m，至現(xiàn)狀堆積標(biāo)高2075m，共需修筑250m；消能構(gòu)筑物采用跌坎消能，出口接已建的回水池。

隨著小團山尾礦庫的擴容，將淹沒庫尾的渝城公司尾礦庫（壩頂標(biāo)高2075m）和恒超公司岔河尾礦庫（壩頂標(biāo)高2050m），調(diào)洪庫容增大，此時將利用庫內(nèi)的5、6 號排水井進行排洪。

通過對尾礦庫匯水面積進行分區(qū)和洪水計算，結(jié)合已建的排洪設(shè)施，擴容工程在尾礦庫區(qū)左岸設(shè)置3~6 號排水井—排洪支隧洞—主隧洞的排洪方式，能滿足小團山尾礦庫在不同設(shè)防頻率下的泄洪安全，保障尾礦庫能安全運行。

5 結(jié)語

尾礦庫在設(shè)計的過程當(dāng)中非常重要的一個環(huán)節(jié)就是排洪系統(tǒng)的設(shè)計與研究，本文主要就小團山礦尾庫的排洪系統(tǒng)進行了相應(yīng)的研究與討論。使用的是排水井—排水隧洞這樣的設(shè)計，這種方式能夠安全、有效地排泄入庫洪水，可以保證整個尾礦庫的泄洪安全。