小團(tuán)山尾礦庫擴(kuò)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(tuán)山尾礦庫。小團(tuán)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(tuán)山尾礦庫使用標(biāo)高已經(jīng)達(dá)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(yùn)行正常。為滿足，尾礦的堆存需要，小團(tuán)山尾礦庫將擴(kuò)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(jìn)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(tuán)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(tuán)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(tuán)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(tuán)山尾礦庫現(xiàn)狀，利用庫尾已建尾礦庫的調(diào)蓄作用進(jìn)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(tuán)山尾礦庫安全的關(guān)鍵措施，盡量減少小團(tuán)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(jìn)行截排，其余的渝城公司尾礦庫以上及小團(tuán)山尾礦庫庫區(qū)的匯水面積產(chǎn)生的洪水經(jīng)小團(tuán)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(tuán)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。現(xiàn)狀排水井、排水隧洞運(yùn)行正常。

根據(jù)洪水計算成果，小團(tuán)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(qiáng)。

在現(xiàn)狀堆高2005m 時，小團(tuán)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(tuán)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(tuán)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(jìn)入渝城公司的尾礦庫和小團(tuán)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(tuán)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(jìn)行施工和封堵。排水井采用C25 混凝土對井座進(jìn)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(kuò)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(jìn)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(jìn)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(tuán)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(tuán)山尾礦庫，在經(jīng)小團(tuán)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(tuán)山尾礦庫的擴(kuò)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(jìn)行排洪。

通過對尾礦庫匯水面積進(jìn)行分區(qū)和洪水計算，結(jié)合已建的排洪設(shè)施，擴(kuò)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(tuán)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(yùn)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(tuán)山礦尾庫的排洪系統(tǒng)進(jìn)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。