郭金宏

(黑龍江省冶金設(shè)計規(guī)劃院，哈爾濱150040)

0 引言

當尾礦庫使用至中、后期，進水構(gòu)筑物大部分被尾礦砂掩埋，排洪系統(tǒng)多屬于隱蔽性較強的建筑物，而且事故率較高，難以修復(fù)，損失嚴重。因此，在設(shè)計時應(yīng)進行多方案比選，做到設(shè)計選型合理化［1］。

1 尾礦庫排洪系統(tǒng)工作方式

尾礦庫的排洪系統(tǒng)與一般水庫排洪系統(tǒng)有所不同。壩上排放口的位置在使用過程中是不斷改變的，進水構(gòu)筑物與排礦口之間的距離應(yīng)始終能滿足安全排洪和尾礦不得以澄清的要求。因此，尾礦庫的排洪系統(tǒng)應(yīng)具有控制尾礦庫的庫水位，使尾礦庫有足夠的調(diào)洪庫容、合適的沉積灘長和必要的澄清距離，同時兼作回收庫內(nèi)的尾礦澄清水。汛期能夠及時安全的排泄尾礦庫洪水，確保尾礦庫的防洪安全［2］。

進水構(gòu)筑物的特點是隨著尾礦堆積壩高度的不斷升高，尾礦灘面向庫后延長及抬升，進水口高程也隨之不斷升高，要保證庫內(nèi)的澄清水距離，不讓礦砂從排洪系統(tǒng)排出，防止堵塞排洪系統(tǒng)或污染環(huán)境。

2 尾礦庫排水系統(tǒng)類型

尾礦庫排洪系統(tǒng)通常由進水構(gòu)筑物和排水構(gòu)筑物組成。單純進水構(gòu)筑物的基本型式主要有排水豎井、溢洪道等;單純排水構(gòu)筑物的基本型式主要有排水管、隧洞等形式;排水斜槽、明口隧洞、山坡截洪溝、坡面排水溝等即是進水構(gòu)筑物又是輸水構(gòu)筑物。還有庫區(qū)攔洪壩、側(cè)槽溢洪道及排洪管組成的聯(lián)合排水系統(tǒng)。

3 排水系統(tǒng)類型的選擇

排水系統(tǒng)類型的選擇，應(yīng)根據(jù)排水量的大小、尾礦庫的地形地質(zhì)條件、使用要求以及施工條件等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、安全、可靠、經(jīng)濟耐用、維護管理方便的排洪系統(tǒng)［3］。

3.1 排水斜槽—管式排系統(tǒng)

排水斜槽—管式排系統(tǒng)由排水斜槽—排水管—消力池接排水明溝。

排水斜槽分單槽式、雙格式兩種。一般靠山坡一側(cè)布置，在過流斷面一定的情況，地形越陡，泄流量越大。斜槽工作方式是斜槽泄流進水口高程隨尾礦沉積面高程的升高而相應(yīng)升高，需依次加蓋蓋板，使進水口始終處于澄清水區(qū)，防止尾砂、礦泥進入斜槽。當?shù)匦屋^陡時，每次加蓋蓋板數(shù)量較少，地形越緩每次加蓋蓋板數(shù)量越多。斜槽的泄流橫斷面越大，蓋板越重，加蓋蓋板越困難，失事率越高［4］。

可見，老火湯雖深受中醫(yī)食療思想的影響，但并不等同于藥膳。那么，“老火湯”是何時開始成為廣東居民的日常飲食呢？徐珂《清稗類鈔》曾載曰：“(閩粵人)餐時必佐以湯。”[注](清)徐珂編撰：《清稗類鈔13》，中華書局，1986年，第6242頁。即至少在晚清時期，粵人已經(jīng)形成了吃飯喝湯的飲食習慣。但結(jié)合其他文獻來看，清代粵人日常所食之湯應(yīng)非“老火湯”類的湯品。

當斜槽上水頭較低時，為自由泄流，由水位以下的斜槽兩側(cè)壁和斜槽蓋板上緣泄流，當水位升高斜槽入口沒有被淹沒時，泄流量受斜槽斷面控制，成為半壓力流;當水位繼續(xù)升高，排水斜槽與排水管均呈滿管流時，即為壓力流。

斜槽適用于中小流量排水，地形稍陡、庫長不長的尾礦庫中應(yīng)用，單槽寬0.6～1.0 m，槽寬超過1.0 m時設(shè)計成雙槽式。單槽式多采用窄深式，維護檢修比較方便。一般單槽泄流量＜3.0 m3/s，雙槽泄流量一般在6.0 m3/s左右。

3.2 豎井—管式排系統(tǒng)

豎井—管式排系統(tǒng)由排水豎井—排洪管—消力池—排水明溝。

常用排水豎井為窗口式和框架式。窗口式排水井由井筒、窗口、基座(含消力池)。窗口式排洪的進水塔是在井筒上開一系列軸對稱等間距分布的窗口進水，多層、多窗分布于不同高程，并隨著尾礦壩的升高不斷封堵下層窗口，啟用上層窗口而改變著進水坎的坎頂高程。窗口式排水井井徑一般為1.5 m、2.0 m直徑居多，泄流量一般＜6.0 m3/s，適用于小流量排水。

框架式排水井由立柱、圈梁、拱板、基座(含消力池)組成?？蚣苁脚藕榈倪M水塔是由一系列軸對稱分布的立柱和等間距分布的水平圈梁所構(gòu)成，梁柱交錯圍成的多層、多孔分布于不同高程，并隨著尾礦壩的升高不斷封堵下層孔，啟用上層孔而改變著進水坎的坎頂高程［5］。隨運行水位和進水坎頂高程的不同，僅就進水塔水流流態(tài)而言，即有環(huán)形堰流、孔流、孔堰雙層流、多層流之分，流態(tài)非常復(fù)雜。框架式排水井井徑一般為2.5 m、3.0 m、3.5 m、4.0 m、4.5 m直徑居多。排水井泄流量一般6.0 m3/s～50 m3/s，框架式適用于中、大流量排水。

窗口式排水井及框架式排水井的選擇布置是否合理，關(guān)鍵在于對應(yīng)標高時調(diào)洪演算及該標高的流態(tài)判別，決定其泄流能力大小。

井管排水系統(tǒng)的工作狀態(tài)，隨泄流水頭的大小而異。當水頭較低時，泄流量較小，溢水井內(nèi)水位低于最低工作窗口的下緣，此時為自由泄流，當水頭增大，井內(nèi)被水充滿，但排水管尚未呈滿管流，泄流量受排水管的入口控制，此時為半壓力流，當水頭繼續(xù)增大，排水管呈滿管流時，即為壓力流。

3.3 隧洞排洪

在生產(chǎn)初期，隧洞的進口不設(shè)其他進水構(gòu)筑物，由洞口直接進水，這種隧洞稱為明口隧洞。當尾礦沉積到一定的高度不宜再由洞口進水時，即將洞口封閉，改由洞口前設(shè)置排水井等進水構(gòu)筑物泄洪［6］。

排洪明口隧洞適用于上游溝谷縱坡較陡、洪枯水量變幅較大且無調(diào)節(jié)要求。排洪隧洞的進水口往往處于庫上游溝谷縱坡較陡，兩岸山坡亦很陡、易坍塌、洪水期山洪、砂石具下的地形條件下，為確保尾礦庫安全，要求進水口堰前壅水最大限度的減小，來多少流量就能排走多少流量，并保證隧洞在各級流量泄洪時開挖工程量不能太大，且均能安全運行。隧洞進水口主要由過渡坡段和開敞式的收縮段兩部分組成。

隧洞的流態(tài)分無壓流(短洞、厚壁孔口、長洞)、半壓力流、壓力流，分別采用相應(yīng)泄流公式進行泄流量計算。

隧洞常用的斷面的形式有圓形、圓拱直墻型、馬蹄形(R=2r)、馬蹄形(R=3r)。無壓隧洞一般采用圓拱直墻式或馬蹄形;壓力隧洞則多采用圓形隧洞。

3.4 溢洪道泄洪

對于洪量很大的尾礦庫，利用適當?shù)牡匦伍_挖岸坡溢洪道比其他類型排水經(jīng)濟，但其維護管理復(fù)雜，要求嚴格，否則安全不容易得到保證。溢洪道根據(jù)地形條件可做成側(cè)槽式或正堰式。側(cè)槽式溢洪道由溢流堰、側(cè)槽、泄水道及消能構(gòu)筑物組成。正槽式溢洪道由進水段(引水渠)、控制段、泄槽(陡槽)、消能段、尾水渠組成。

當尾礦庫周邊有合適的山凹或山勢平緩的山坡時，可采用寬淺式溢洪道。如岸坡較陡或可在狹窄的山谷中開溢洪道，為減少土石方量，多采用側(cè)槽溢洪道。

由于尾礦庫的尾礦堆積壩隨著生產(chǎn)年限的增長而逐漸加高，溢洪道的溢流堰頂標高也隨尾礦庫水位的升高而逐漸分期提高。由低到高逐一使用不同標高的引水渠(引水渠設(shè)有溢流堰)。也可使用同一引水渠而將溢流堰頂分期分層加高。溢洪道多用于尾礦礦閉庫設(shè)計階段，排除終期洪水，進水口位置固定，相對管理方便。

3.5 攔洪壩攔洪

當上游面積匯水面積較大，庫內(nèi)調(diào)洪難以滿足要求時，可采用上游設(shè)攔洪壩截洪和庫內(nèi)另設(shè)排洪系統(tǒng)的聯(lián)合排洪系統(tǒng);攔洪壩以上的庫外排洪系統(tǒng)不宜與庫內(nèi)的排洪系統(tǒng)合并;當與庫內(nèi)排洪系統(tǒng)合并時，必須進行充分認證，合并后的排水管宜采用無壓流控制。

3.6 截洪溝泄洪

山坡截洪溝即是進水構(gòu)筑物也是輸水構(gòu)筑物，沿全部溝長均可進水。在較陡山坡處的截洪溝易遭暴雨沖毀，管理、維護工作量大。

當尾礦庫周邊地形、地質(zhì)條件適合時，四等及五等尾礦庫經(jīng)論證可設(shè)截洪溝分洪。環(huán)保要求尾礦庫宜采取清污分流，減少尾礦庫污水量。為了避免全部洪水流經(jīng)尾礦庫也可沿庫周邊開挖截洪溝或在庫后部山谷狹窄處設(shè)置攔洪壩分洪。

當庫區(qū)所在地植被豐富、覆蓋率較高或土壤透水性好，此時即使地形條件適宜采用截洪溝，但在大雨期間溝內(nèi)的水量也很少，這是因為豐富的植被使得地面徑流大大減小，相當大部分的雨水被植物及其根系所截留，透水性好的疏松土壤也會使大量的雨水迅速滲入地下，而以滲流的方式進入庫區(qū)。在這種情況下不宜設(shè)置截洪溝。

3.7 壩面排水溝

壩面排水溝分為2類:

1)沿山坡與壩坡結(jié)合部設(shè)置漿砌塊石截水溝，以防止山坡暴雨匯流沖刷壩肩。

2)在壩體下游坡面設(shè)置平行壩軸線的水平排水溝及垂直壩軸線順坡排水溝，將坡面的雨水導(dǎo)流排出壩外，以免雨水滯留在壩面造成壩面拉溝，影響壩體安全。

4 影響排洪系統(tǒng)的安全因素

影響排洪系統(tǒng)安全的因素主要問題有:①地基不均勻沉降問題;②結(jié)構(gòu)強度問題;③水流流態(tài)問題;④施工質(zhì)量問題;⑤管理不到位、維護維修不及時的問題，特別是施工人員未理解設(shè)計而造成的問題較多。

因此排洪系統(tǒng)的安全應(yīng)從設(shè)計、施工及管理著手。設(shè)計中一定要進行排洪系統(tǒng)方案比選，對選定的方案一定要進行結(jié)構(gòu)計算、構(gòu)造、流態(tài)等影響安全的關(guān)鍵部位進行復(fù)核及安全評價，確保設(shè)計安全可靠。在施工方面，施工單位必須是有相應(yīng)施工資質(zhì)的單位，同時要有相應(yīng)資質(zhì)的監(jiān)理單位進行監(jiān)督，施工單位要理解設(shè)計意圖，讀懂設(shè)計文件，基礎(chǔ)部分必須進行施工驗槽。在管理方面應(yīng)有上崗證的專人進行管理，遇到問題及時與設(shè)計單位溝通，并及時進行相應(yīng)的維護維修與加固。

［1］《尾礦設(shè)施設(shè)計參考資料》編寫組.尾礦設(shè)施設(shè)計參考資料［S］.北京:冶金工業(yè)出版社，1980.

［2］黎東亮.尾礦工程設(shè)計施工運行維護及綜合效益手冊［S］.北京:中國礦業(yè)出版社，2010.

［3］張明.尾礦手冊［S］.北京:冶金工業(yè)出版社，2011.

［4］范恩讓，徐政.影響尾礦庫排洪涵洞安全的因素與對策［J］. 甘肅冶金，2008(02):27-28.

［5］李斌華，刁明軍，楊海波.尾礦庫排洪系統(tǒng)水力計算研究［J］. 自然科學報，2007(03):613-617.

［6］王世夏.高尾礦壩塔式進口豎井排洪道的泄流能力［J］.金屬礦山，1994(05):36-40.