楊明軍，宋忠寶

（山東欣鵬安全技術(shù)咨詢(xún)有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

作為跟礦山生產(chǎn)相配套的設(shè)施，同時(shí)也是礦山三大控制工程之一的尾礦庫(kù)，其安全性一直受到高度重視，但是由于各方面的綜合因素的影響，尾礦庫(kù)安全事故在我國(guó)還時(shí)有發(fā)生，這也引起了相關(guān)方面的高度關(guān)注。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，在引起尾礦庫(kù)安全事故的眾多因素中，其中一個(gè)主要的因素是，尾礦庫(kù)庫(kù)內(nèi)水位過(guò)高，造成了尾礦壩壩體的穩(wěn)定性大大下降。特別是，當(dāng)山洪爆發(fā)的時(shí)候，尾礦庫(kù)庫(kù)內(nèi)洪水不能及時(shí)地排出，以致于洪水漫頂，沖毀了壩體，造成潰壩事故。所以，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，正確地進(jìn)行洪水計(jì)算與調(diào)洪演算，合理確定排洪設(shè)施規(guī)格尺寸，就顯得非常重要了。本文便以某尾礦庫(kù)的增容設(shè)計(jì)為例，以此研究尾礦庫(kù)洪水計(jì)算與調(diào)洪演算的實(shí)際運(yùn)用及其效果。

1 工程概述

該尾礦庫(kù)原初期壩是碾壓式透水堆石壩，其子壩一共是13級(jí)，壩體總高為50m，此次，要增容建設(shè)的尾礦庫(kù)，其初期壩也是碾壓式透水堆石壩。建設(shè)地點(diǎn)位于原尾礦庫(kù)初期壩下游約500m處，擬建初期壩壩體總高為20m。后期子壩采用上游式尾砂堆筑，每級(jí)子壩高為2m，子壩一共30級(jí)，壩體總高為80m。則新增的總庫(kù)容716.7萬(wàn)m3，新增的有效庫(kù)容則為460萬(wàn)m3。該尾礦庫(kù)為三等庫(kù)。初期壩以上整個(gè)庫(kù)區(qū)，總的匯水面積是1.66km2，這其中，計(jì)劃建設(shè)的初期壩至攔洪壩之間的匯水面積是0.91km2，攔洪壩以上的匯水面積是0.75km2。

2 洪水計(jì)算與調(diào)洪演算的方法

根據(jù)《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，增容后的尾礦庫(kù)，防洪標(biāo)準(zhǔn)是按照500年一遇進(jìn)行設(shè)防的。

2.1 洪水計(jì)算

因?yàn)樵搸?kù)的匯水面積屬于比較小的，為小流域洪水計(jì)算。該尾礦庫(kù)的洪水，來(lái)自于礦漿排水以及大氣降水。洪水的形成，也是由于坡面匯流。所以，此處采取坡面匯流對(duì)洪水進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。公式為：

t為時(shí)段長(zhǎng)，N是山坡糙率，l是支流的長(zhǎng)度，w是流域的長(zhǎng)度，從分水嶺起計(jì)算，F(xiàn)是流域匯水的面積，P是一條等高線(xiàn)的長(zhǎng)度，d是相鄰的等高線(xiàn)的差。

2.2 調(diào)洪演算

調(diào)洪演算則采取了水量平衡的計(jì)算方法，任何一個(gè)時(shí)段，該尾礦庫(kù)庫(kù)內(nèi)的水量平衡的方程式為：

3 洪水計(jì)算與調(diào)洪演算的實(shí)施

依照不同的運(yùn)行情況，對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行不同工況下的分析與計(jì)算：

首先，當(dāng)尾礦庫(kù)運(yùn)行到860m標(biāo)高之前時(shí)，主溝與支溝共同排洪。其次，當(dāng)尾礦庫(kù)運(yùn)行到860m～890m標(biāo)高之間時(shí)，主溝與支溝分別排洪。最后，當(dāng)尾礦庫(kù)運(yùn)行到890m到896m標(biāo)高之間時(shí)則主溝單獨(dú)排洪。

3.1 參數(shù)取值

取值時(shí)，依照尾礦庫(kù)所在地的水文資料，獲取了相關(guān)參數(shù)的值?？梢?jiàn)表1。

表1 水文參數(shù)取值

表中，H是年最大24h的降雨量。K是模比系數(shù)，通過(guò)查表將其確定。是暴雨遞減指數(shù)n的取值。μ是產(chǎn)流歷時(shí)內(nèi)流域平均入滲率。J是頻率為p的24h降雨量。是頻率為p的暴雨雨力。L是由壩址到分水嶺的主河槽的長(zhǎng)度。

依據(jù)該尾礦庫(kù)的相關(guān)資料，可知在不同標(biāo)高的情況下，匯流計(jì)算的相關(guān)參數(shù)值。可見(jiàn)表2。

表2 匯流參數(shù)值

3.2 結(jié)果與分析

3.2.1 運(yùn)行時(shí)的計(jì)算結(jié)果

該工程的排洪設(shè)施計(jì)劃采用排水井、排水支、主隧洞、消力池型式。則排洪過(guò)程中形成自由泄流。排水井的過(guò)水能力，采取如下的公式進(jìn)行計(jì)算：

H是溢流堰泄流水頭；NW是同一個(gè)橫斷面上的排水口個(gè)數(shù)；b是一個(gè)排水口的寬度；NW為7；b為1.3；。

通過(guò)計(jì)算，結(jié)合地形圖，可獲得在三種運(yùn)行情況下，相應(yīng)的調(diào)洪庫(kù)容、泄流量。三種運(yùn)行情況下的結(jié)果見(jiàn)表3～表8。

表3 第一種工況的調(diào)洪庫(kù)容

表4 第一種工況的泄流量

表5 第二種工況的調(diào)洪庫(kù)容

表6 第二種工況的泄流量

表7 第三種工況的調(diào)洪庫(kù)容

表8 第三種工況的泄流量

3.2.2 三種工況下的分析

經(jīng)過(guò)上述的計(jì)算，我們可以看到，在第一種工況下的該尾礦庫(kù)，最大泄流量是6.7立方米每秒，而需要的調(diào)洪庫(kù)容是22616m3，小于該尾礦庫(kù)所具備的調(diào)洪庫(kù)容，且最高的洪水位為857.7m，小于860m的灘頂標(biāo)高。且最小安全超高與最小干灘的長(zhǎng)度皆滿(mǎn)足防洪安全的要求。所以第一種工況下的排水系統(tǒng)能夠達(dá)到相應(yīng)的排水防洪的要求。

在第二種工況下，支溝、主溝的排水設(shè)施，分別獨(dú)立運(yùn)作，因此，支溝、主溝需要分別進(jìn)行洪水計(jì)算與調(diào)洪演算。經(jīng)過(guò)上述計(jì)算，第二種工況下主溝、支溝的最大的泄流量分別是5.3立方米每秒，5.1立方米每秒。需要的調(diào)洪庫(kù)容分別是11262m3、5776m3，分別小于該尾礦庫(kù)所具備的調(diào)洪庫(kù)容。最高的洪水位則是888.7m、888.3m，皆小于890m的灘頂標(biāo)高。且最小安全超高與最小干灘的長(zhǎng)度皆滿(mǎn)足防洪安全的要求。所以，第二種工況下，排水系統(tǒng)依然能達(dá)到相應(yīng)的排水防洪的要求。

第三種工況，支溝退出運(yùn)行，而主溝正常工作。經(jīng)過(guò)上述計(jì)算可知，第三種工況下，主溝的最大泄流量是7.12立方米每秒。需要的調(diào)洪庫(kù)容是28267m3，小于該尾礦庫(kù)所具備的調(diào)洪庫(kù)容，最高洪水位是893.7m，小于896m的灘頂標(biāo)高。且最小安全超高與最小干灘的長(zhǎng)度皆滿(mǎn)足防洪安全的要求。所以，第三種工況下，排水系統(tǒng)也能達(dá)到相應(yīng)的排水防洪的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述洪水計(jì)算與調(diào)洪的演算，可知，即使當(dāng)遇到五百年一遇洪水的時(shí)候，該尾礦庫(kù)的排水設(shè)施也能夠達(dá)到相應(yīng)的泄洪要求。所以，可以以上述洪水計(jì)算與調(diào)洪演算的結(jié)果為依據(jù)，制定相應(yīng)的防洪排汛預(yù)案，落實(shí)好相關(guān)的防洪與應(yīng)急工作，唯此，方能杜絕因洪水導(dǎo)致的尾礦庫(kù)安全事故。