郭進(jìn)國(guó)

山西青云選煤廠排矸場(chǎng)排水建筑物設(shè)計(jì)

郭進(jìn)國(guó)

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030002）

矸石場(chǎng)的水土保持工程很重要。青云煤業(yè)公司選煤廠矸石場(chǎng)的水保工程措施包括：修筑擋渣墻、排水工程、網(wǎng)格骨架護(hù)坡、擋水土埂、植被覆蓋措施等。主要對(duì)排水建筑物中的截洪溝和消力池的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析論證。

山西青云煤業(yè)有限公司；排矸場(chǎng)；水土保持；排水建筑物；截洪溝；消力池；分析論證

0 引言

山西青云煤業(yè)有限公司選煤廠排矸場(chǎng)位于工業(yè)場(chǎng)地東側(cè)直距約500m處，占地面積1.61 hm2。排矸場(chǎng)呈西東向展開(kāi)，溝道匯水面積約0.125 km2（北側(cè)0.061 km2，南側(cè)0.064 km2），為一干溝，西高東低，占地類型為荒地，溝谷呈V字形，溝長(zhǎng)960m，平均溝底寬15～50m，溝道比降為8.13%。溝底為第四系沖積物，下伏粉質(zhì)黏土，溝谷兩側(cè)和溝底為黃土覆蓋，巖層為石炭二迭系砂頁(yè)巖煤系地層，溝底和兩側(cè)邊坡覆蓋有灌草。

該矸石場(chǎng)的水土保持工程措施包括：修筑擋渣墻、修建排水工程、采用網(wǎng)格骨架護(hù)坡、修筑擋水土埂、種植植物措施等。擋渣墻修筑于排矸場(chǎng)溝口，設(shè)計(jì)墻長(zhǎng)為36m，墻高（地上部分）為2m，頂寬為1 m，基礎(chǔ)底寬為5.0m，上游坡比為1∶0.5，下游坡比為1∶1，墻頂高程為1 230m，基礎(chǔ)底高程為1 227m，基礎(chǔ)深為1.0m。擋渣墻后的棄渣或矸石分層錯(cuò)臺(tái)逐層堆高。排水建筑由截洪溝、馬道排水溝及消力池組成。截洪溝設(shè)在排矸場(chǎng)和取土場(chǎng)周邊設(shè)，排水溝設(shè)在馬道平臺(tái)內(nèi)側(cè)。排矸場(chǎng)堆矸區(qū)以上匯水經(jīng)截洪溝排到擋渣墻下游。為消能，修筑了消力池。筆者主要對(duì)截洪溝和消力池的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

1 排矸場(chǎng)和取土場(chǎng)周邊截洪溝的設(shè)計(jì)分析

為防止矸石被雨水沖蝕，在排矸場(chǎng)周邊布設(shè)1#、2#截洪溝（排矸場(chǎng)東側(cè)為1#截洪溝，西側(cè)為2#截洪溝），在取土場(chǎng)周邊布設(shè)3#截洪溝。截洪溝砌筑材料為漿砌石，溝底鋪碎石墊層。1#截洪溝攔截排矸場(chǎng)東邊區(qū)域及東側(cè)山坡上來(lái)的洪水，2#截洪溝攔截排矸場(chǎng)西邊區(qū)域及西側(cè)山坡上和取土場(chǎng)來(lái)的洪水，3#截洪溝順接到2#截洪溝。具體設(shè)計(jì)如下［1～3］：

1.1 暴雨量的計(jì)算

頻率為1小時(shí)的暴雨量的計(jì)算公式為

式中：H1·P為頻率1 h的暴雨量，mm；KP為皮Ⅲ型曲線模比系數(shù)；H1為最大1 h暴雨均值，mm。

根據(jù)《山西省水文計(jì)算手冊(cè)》，該區(qū)最大1 h暴雨量均值H1＝33mm，變差系數(shù)Cv＝0.54，模比系數(shù)K3.33%＝2.32，K1%＝2.91。

由公式 （1）計(jì)算出30年一遇設(shè)計(jì)暴雨量為76.56mm，100年一遇校核暴雨量為96.03mm。

1.2 洪峰流量計(jì)算

最大洪峰流量計(jì)算公式為

式中：QB為最大洪峰流量，m3／s；k為徑流系數(shù)，取0.5；H1·P為平均1 h降雨強(qiáng)度，mm／h；F為山坡集水面積，km2。

該選煤廠矸石場(chǎng)的洪峰流量計(jì)算結(jié)果如表1所示。

1.3 截洪溝斷面尺寸設(shè)計(jì)

1#、2#、3#截洪溝的斷面形式為矩形，具體尺寸可用式（3）計(jì)算。

式中：Q為設(shè)計(jì)流量，m3／s；ω為過(guò)水?dāng)嗝娣e，m2；R為水力半徑，m；C為謝才系數(shù)，C＝1／n×R1／6；n為糙率，取0.025；i為截洪溝設(shè)計(jì)縱坡，1#、2#截洪溝縱坡取0.09，3#截洪溝縱坡取0.08。

表1 各個(gè)截洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算Table 1 Designed flood peak flow of each flood intercepting trench

經(jīng)計(jì)算，截洪溝斷面尺寸大小如表2所示，截洪溝工程量如表3所示。

從表2可以得出，設(shè)計(jì)水深加超高0.20m計(jì)算所得洪水流量大于100年一遇的洪水流量，從而確定1#截洪溝為矩形斷面，底寬0.5m，深為0.8m（加超高0.2m），2#截洪溝為矩形斷面，底寬0.5m，深為0.8m （加超高0.2m），3#截洪溝為矩形斷面，底寬0.4m，深為0.6m（加超高0.2m）。

表2 截洪溝斷面尺寸設(shè)計(jì)表Table 2 Section size design of flood intercepting trench

表3 截洪溝工程量計(jì)算表Table 3 Engineering calculation of flood intercepting trench

2 消力池參數(shù)設(shè)計(jì)

排矸場(chǎng)堆矸區(qū)以上匯水經(jīng)截洪溝排到擋渣墻下游，為了下游建筑的安全，修筑了消力池［4］。

2.1 消力池寬度計(jì)算

消力池寬度可用式（4）計(jì)算。

式中：bs為消力池寬度，m；bc為矩形截洪溝底寬，m。

2.2 消力池池長(zhǎng)計(jì)算消力池池長(zhǎng)可按式（5）和式（6）計(jì)算。

式中：L為池長(zhǎng)，m；h2為池中發(fā)生臨界水躍時(shí)的躍后水深，m；h0為排水渠末端水深，m；α為流速不均勻系數(shù)，α＝1.0～1.1，取1.1；q為單寬流量，m3／（s·m）。

2.3 消力池深d的計(jì)算

消力池的池深d按式（7）計(jì)算。

式中：d為池深，m；σ為淹沒(méi)安全系數(shù)，σ＝1.25；h2為池中發(fā)生臨界水躍時(shí)的躍后水深，m；ht為消力池出口下游水深，m。

設(shè)計(jì)消力池底板厚為0.5m，邊墻寬為0.5m。其他設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果如表4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

排水建筑物設(shè)計(jì)是選煤廠矸石場(chǎng)水土保持防治措施的重要組成部分。本工程矸石場(chǎng)防治區(qū)的設(shè)計(jì)與煤礦的主體工程保持了較好的一致性，并結(jié)合了水土保持的防止原則，合理的控制了工程建設(shè)的水土流失，也兼顧了工程建設(shè)與水土保持的雙方面需

表4 消力池設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算表Table 4 Stilling pool design parameter calculation

［1］張慧芳.清徐縣趙家山煤礦排矸場(chǎng)設(shè)計(jì)［J］.山西水土保持科技，2013（02）：23-25.

［2］陳剛.霍州力拓煤礦排矸場(chǎng)水土保持防護(hù)設(shè)計(jì)［J］.山西水利科技，2013（01）：60-62.

［3］趙芹，鄭創(chuàng)新.溝道型棄渣場(chǎng)的水土流失危害及工程防護(hù)措施分析 ［C］／／中國(guó)水土保持學(xué)會(huì)規(guī)劃設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì).中國(guó)水土保持學(xué)會(huì)規(guī)劃設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì)2009年年會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.北京：中國(guó)水土保持學(xué)會(huì)，2009：75-78.

［4］劉明，段晨輝.某核電站截洪溝多級(jí)跌水消能設(shè)計(jì)［J］.廣東水利水電，2009（10）：27-29.

[責(zé)任編輯 楊明慶]

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2015-04-28

郭進(jìn)國(guó)（1983-），男，山西太原人，助理工程師，主要從事水利建筑工程的監(jiān)理。