尾矿库斜槽式排洪系统泄流能力探讨

《尾矿库斜槽式排洪系统泄流能力探讨》由会员分享，可在线阅读，更多相关《尾矿库斜槽式排洪系统泄流能力探讨（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、Series No. 429March 2012金 属 矿 山METAL METAL MINE总 第 429 期2012年第 3 期刘瀚和 ( 1985) ， 男 ， 工程师 ， 330031 江西省南昌市红角州前湖大道888 号 。尾矿库斜槽式排洪系统泄流能力探讨刘瀚和 余国平( 中国瑞林工程技术有限公司 )摘 要 斜槽作为排洪系统进水构筑物 ， 被广泛应用于汇水面积较小的尾矿库 。在低水头情况下 ， 选择平盖板斜槽能大大提高进水能力 ， 可有效解决调洪水深较小的小尾矿库的排洪问题 。在斜槽 管 ( 或隧洞 ) 式排洪系统设计时 ， 应充分考虑斜槽盖板类型 、斜槽坡度 、水头及泄流流态对整套

2、系统泄流能力的影响 。对斜槽式排洪系统的泄流能力进行了实例探讨 ， 推荐采用平盖板斜槽式排洪系统 。关键词 尾矿库 斜槽 盖板 排洪系统Discuss on Flow Capacity of Chute Flood Drainage System in Tailings PondLiu Hanhe Yu Guoping( China Nerin Engineering Co. ， Ltd. )Abstract Chute has been widely used as intake structure in the tailings pond with small catchment area

3、. When thewater head is low， a chute with flat plate is selected to enlarge its flow capacity， which can solve the flood drainage problemin the tailings pond with low water head. The influence of chute plate type， chute slope， water head and flow states on flowcapacity should be considered adequatel

4、y in the design of chute-culvert( or tunnel) flood drainage system. A case is given todiscuss the capacity of the chute flood drainage system. Flat chute-culvert flood drainage system is recommendedKeywords Tailings pond， Chute， Plate， Flood drainage system选矿厂选别矿石后产生的大量 “废渣 ”( 尾矿 )通常以矿浆状态排出到尾矿库 ， 通过

5、排水系统将澄清水排走 ， 矿渣则沉积在库内贮存 。尾矿库的排洪系统主要由进水建筑物 、泄水建筑物和消能衔接部分组成 。进水建筑物的常见形式有排水竖井 、排水斜槽等 ， 其中 ， 排水斜槽有拱盖板斜槽和平盖板斜槽之分 ; 泄水建筑物常见的有涵管 、涵洞 、排水隧洞 、溢洪道等 。尾矿排洪系统的主要功能一是控制集水面积上的洪水 ， 防止洪水产生漫坝从而导致溃坝事故的发生 ; 二是将库区的尾矿澄清水排到坝外 ， 起到回水的作用 1。斜槽 管 ( 或隧洞 ) 式排洪系统 ( 以下简称为“斜槽式排洪系统 ”) 广泛应用于汇水面积较小的尾矿库 ， 其进水构筑物为斜槽 ， 泄水构筑物为涵管 ( 或隧洞 )

6、。斜槽按照盖板类型有拱盖板斜槽和平盖板斜槽之分 。同样的斜槽净断面 ， 拱盖板斜槽比平盖板斜槽过流断面更大 ， 一般认为拱盖板斜槽比平盖板斜槽泄流能力更大 ， 而笔者在某工程设计时发现事实并非如此 。1 计算原理根据 尾矿设施设计参考资料 2， 斜槽式排洪系统泄流形态分为 3 种 : 当斜槽上水头较低时 ， 由水位以下的斜槽侧壁和斜槽盖板上缘泄流 ， 为自由泄流 。当水位升高 ， 斜槽入口被淹没时 ， 泄流量受斜槽断面控制 ， 称为半压力流 。当水位继续升高 ，排水斜槽和排水管均呈满管流时 ， 即为压力流 。当库水位位于斜槽盖板以下时 ， 该套排洪系统为自由泄流 ， 当库水位超过盖板后 ， 其

7、泄流形态可能是自由泄流 、半压力流 、压力流中的 1 种 ， 因此分别计算 3 种流态下的泄流能力 ， 选取计算结果中的小流量作为该水位下的泄洪流量 。2 工程实例广西某尾矿库初期坝顶高程 100. 0 m， 堆积坝顶高程 135. 0 m， 总坝高 52. 0 m， 对应总库容 150. 74104m3， 根据 ZBJ190 选矿厂尾矿设施设计规范 ， 该尾矿库为四等库 ， 尾矿库最小沉积滩长 50. 0131m， 最小安全超高 0. 5 m。尾矿库汇水面积 0. 19 km2， 沟谷主河槽长 0. 58km， 沟谷主河槽纵坡降 0. 098。经洪水计算 ， 得其200 年一遇洪峰流量为 4

8、. 86 m3/s， 1 次洪水总量为7. 21 104m3。尾矿库排洪设施型式采用排水斜槽 连接井 排洪隧洞 。排水斜槽净宽 净高 =1. 2 m 1. 6 m，拱形盖板高度 0. 6 m， 盖板厚度 0. 2 m。斜槽根据地形采用分段变坡型式 ， 各段坡度为 : 高程 95. 0 m至高程 119. 3 m 为 0. 565; 高程 119. 3 m 至高程131. 2 m 为 0. 414; 高程 131. 2 m 至高程 133. 2 m为 0. 122。连接井为圆形 ， 内径 2. 5 m。排洪隧洞为城门洞型 ， 净宽 净高 = 1. 5 m 1. 8 m， 纵坡1. 5%。根据 尾

9、矿设施设计参考资料 中关于斜槽式排洪系统泄流能力的计算公式 ， 采用 FORTRAN90语言进行了编程 ， 对该尾矿库排洪系统的泄流能力进行了验算 ， 结果见表 1。表 1 拱盖板斜槽泄流能力验算结果坝顶高程/m调洪水深/m洪峰流量/( m3/s)1 次洪水总量/万 m3调洪库容/万 m3调洪后流 量/( m3/s)实际泄流能力/( m3/s)泄流形态100 1. 48 4. 86 7. 21 1. 17 4. 07 8. 55 半压力流105 1. 34 4. 86 7. 21 1. 76 3. 67 6. 67 半压力流110 1. 20 4. 86 7. 21 2. 20 3. 37 5

10、. 06 半压力流115 1. 05 4. 86 7. 21 2. 37 3. 27 3. 63 半压力流120 0. 92 4. 86 7. 21 2. 33 3. 29 3. 67 自由泄流125 0. 82 4. 86 7. 21 2. 08 3. 46 2. 37 自由泄流130 0. 70 4. 86 7. 21 1. 95 3. 55 1. 60 自由泄流135 0. 74 4. 86 7. 21 2. 08 3. 46 5. 39 自由泄流结果表明 ， 在坝顶高程 125 130 m 段 ， 该套排洪系统实际泄流能力不能满足泄洪要求 ， 在坝顶高程 115 125 m 段 ， 排

11、洪系统的泄流能力保证率较低 。笔者将斜槽盖板类型由拱盖板改为平盖板 ， 排洪系统泄流能力即能满足尾矿库 200 年一遇的排洪要求 ， 其泄流能力计算结果见表 2。3 案例分析分析认为 ， 在低水头情况下 ， 斜槽式排洪系统的泄流状态大多为自由泄流 ， 在同一水头的情况下 ， 直接影响其泄流能力的为其泄流断面 ， 具体到结构设计上为斜槽盖板类型 、斜槽坡度 。以上述的斜槽式排洪系统为例 ， 其在 120 m坝表 2 平盖板斜槽泄流能力验算结果坝顶高程/m调洪水深/m洪峰流量/( m3/s)1 次洪水总量/万 m3调洪库容/万 m3调洪后流 量/( m3/s)实际泄流能力/( m3/s)泄流形态1

12、00 1. 48 4. 86 7. 21 1. 17 4. 07 6. 76 半压力流105 1. 34 4. 86 7. 21 1. 76 3. 67 6. 47 半压力流110 1. 20 4. 86 7. 21 2. 20 3. 37 6. 25 半压力流115 1. 05 4. 86 7. 21 2. 37 3. 27 6. 01 半压力流120 0. 92 4. 86 7. 21 2. 33 3. 29 5. 80 半压力流125 0. 82 4. 86 7. 21 2. 08 3. 46 5. 56 半压力流130 0. 70 4. 86 7. 21 1. 95 3. 55 3.

13、75 自由泄流135 0. 74 4. 86 7. 21 2. 08 3. 46 5. 49 半压力流高时的泄流曲线如图 1 和图 2 所示 。将拱盖板改为平盖板 ， 盖板净宽 0. 6 m， 净高0. 2 m， 在 120 m 坝高时 ， 其泄流曲线如图 3 和图 4所示 。图 3 平盖板斜槽库水位 泄流量关系曲线自由泄流 ; 半压力流 ; 压力流231总第 429 期 金 属 矿 山 2012 年第 3 期图 4 平盖板斜槽泄流能力从图 1 图 4 可知 : 在调洪水深为 0. 92 m 时 ，拱盖板斜槽的泄流量为 3. 67 m3/s， 平盖板斜槽的泄流量为 5. 80 m3/s。分析其

14、原因 ， 主要是由于平盖板斜槽在超过其盖板高度 ( 0. 2 m) 后的泄流面积大大超过拱盖板斜槽的泄流面积 。拱盖板斜槽自由泄流转半压力流的水头为 1. 15 m， 平盖板斜槽自由泄流转半压力流的水头为 0. 85 m。当水头大于 1. 06 m时 ， 拱盖板斜槽的泄流量大于平盖板斜槽 。两种斜槽流态均转入半压力流后 ， 同一水头情况 ， 拱盖板斜槽比平盖板斜槽流量大约 33%， 这是因为决定半压力流泄流能力的主要为加盖板后的斜槽总面积 ， 拱盖板斜槽面积比平盖板斜槽面积大 30%左右 。由于自由泄流受过水断面面积影响甚大 ， 笔者分析后认为 ， 斜槽坡度对斜槽式排洪系统自由泄流能力的影响较

15、大 ， 故笔者按照所述排洪系统 ， 在 120m 高程时 ， 分别设其坡度为 0. 1 0. 9( 以 0. 1 为间隔 ) ， 计算在水头 0. 75 m 时的泄流能力 ， 计算结果见图 5， 并关联得出不同坡度情况下自由泄流转半压力流时的水头 ， 其结果见图 6。图 5 斜槽坡度 泄流量关系曲线图 6 斜槽坡度与转半压力流时水头关系曲线从图 5 可知 ， 斜槽坡度从缓变陡 ， 自由泄流的流量呈递减趋势 ， 坡度大于 40% 后泄流量减小趋势减缓 。从图 6 可知 ， 斜槽坡度由缓变陡 ， 自由泄流转半压力流的水头呈抬高趋势 。笔者认为 ， 斜槽坡度影响斜槽进水口的泄流面积 ， 从而影响进水

16、口泄流量 ，设计时应充分考虑到这种趋势 。4 结 论( 1) 斜槽式排洪系统的泄流形态有自由泄流 、半压力流 、压力流 3 种 ， 对应不同水头应该分别进行比较 ， 找到限制其泄流能力的实际泄流形态 ， 才符合实际工况 。( 2) 在调洪水深 ( 即泄流水头 ) 较小的情况下 ，斜槽式排洪系统大多为自由泄流 ， 从水力学的角度推荐采用平盖板斜槽式排洪系统 。( 3) 计算斜槽泄流能力时 ， 应统筹考虑不同水头 、不同斜槽坡度对斜槽泄流能力的影响 。笔者认为在自由泄流情况下 ， 斜槽坡度越陡 ， 斜槽断面本身泄流能力较大 ， 但其进水口泄流能力反而大大下降 ，这对该类型排洪系统的设计是一个值得注意的问题 。参 考 文 献 1 沈楼燕 . 关于尾矿库排洪系统设计中的问题探讨 J 有色全属 : 矿山部分 ， 2003( 5) : 39-40. 2 尾矿设施设计参考资料 编写组 . 尾矿设施设计参考资料 M 北京 : 冶金工业出版社 ， 198