尾矿库闭库后排水系统技术改造措施 本文关键词：尾矿，技术改造，措施，排水系统，库闭库后
尾矿库闭库后排水系统技术改造措施 本文简介：摘要城门峒尾矿库坝顶、滩顶均已达最终设计标高，为了加强尾矿库闭库后的安全管理，结合库区地形特点，在满足尾矿库规范的前提下，对现有排水系统进行了系统的技术改造。通过对现有排洪系统的结构可靠性、稳定性进行研究论证，提出新建排水系统的科学合理方案。新建排水系统使用效果表明，新排水系统操作维护简易可靠，增加
尾矿库闭库后排水系统技术改造措施 本文内容：
摘要城门峒尾矿库坝顶、滩顶均已达最终设计标高，为了加强尾矿库闭库后的安全管理，结合库区地形特点，在满足尾矿库规范的前提下，对现有排水系统进行了系统的技术改造。通过对现有排洪系统的结构可靠性、稳定性进行研究论证，提出新建排水系统的科学合理方案。新建排水系统使用效果表明，新排水系统操作维护简易可靠，增加了尾矿库防洪能力，整体提升了尾矿库的安全性。
关键词尾矿库；排水系统；防洪；安全
高等别尾矿库(三等及以上)闭库后一般保留现有排洪系统，闭库后仍按生产运行尾矿库的方式进行严格管理。闭库后的尾矿库根据各自特点，在满足尾矿库规范的前提下，应对现有排水系统进行系统技术改造，对排洪系统的结构可靠性、稳定性进行研究论证，提出新建排水系统的科学合理方案，提升闭库后尾矿库防洪能力及安全性。
1概述
城门峒尾矿库地处马鞍山市雨山区境内十里长山的城门峒山谷内，该库于1987年由马鞍山矿山设计研究所和鞍山矿山设计研究院共同设计，1988年10月建成投产，年受尾量为200万t，总库容为3150万m3，有效库容为2520万m3，最终坝体标高180m，属二等尾矿库。该库采用上游式筑坝，为山谷型尾矿库。城门峒尾矿库排洪方式为溢水井-涵管式，排水涵管按垂直于坝轴线的走向穿越堆积坝，出口位于初期坝坝脚，该库按洪水重现期为1000a的防洪标准设计。2016年8月该库坝顶、滩顶均已达最终设计标高，坝高达138m，按规范南山矿已于2016年8月底停止了排尾作业。现阶段，城门峒尾矿库闭库设计、闭库安全设施设计评审等相关的闭库准备工作已完成。高等别尾矿库排洪系统的维护、尾矿库的防洪度汛等为闭库后管理的重难点。城门峒尾矿库的闭库应结合库区地形特点，在满足尾矿库规范的前提下，改变现有排水系统，进行闭库后排水系统技术改造，以期提升原排水系统的安全性，增加尾矿库的防排洪能力;同时新排水系统的操作维护简易可靠，可整体提升尾矿库闭库后的安全性。
2技术改造主要内容与措施
2．1城门峒尾矿库现有排洪系统排洪能力与可靠性
2．1．1城门峒尾矿库现有排洪系统排洪能力核算城门峒尾矿库设计采用溢水塔－排水管及坝肩截流沟排洪系统。尾矿库库内共布设有8座窗口式溢水塔、转流井及排水管。溢水塔井筒直径3m，每排布设8个直径0．3m进水窗口，上下窗口垂直间距0．5m;排水管为内径1．2m涵管，为现浇钢筋砼结构，排水管全长1485m。目前1～7号溢水塔已经封堵，正在使用的为8号溢水塔。8号溢水塔设计参数为:井顶标高180．0m，井座标高160．0m，排水管入口中心标高158．0m，排水管出口中心标高44．2m，排水管长1485m，排水管坡度7．7%。(1)尾矿库调洪演算方法。对城门峒尾矿库现有排洪系统采用水量平衡法进行调洪演算，此法根据来水过程线和排水构筑物的泄水量与尾矿库的蓄水量关系曲线，通过水量平衡计算求出泄洪过程线，定出泄流量和调洪库容。(2)尾矿库调洪演算结果见表1。由表1可知，尾矿库最终闭库坝顶标高180m时，计算安全超高2．15m，满足最小安全超高1．0m，干滩长度143m，满足最小干滩长度100m，尾矿库排洪能力完全满足规范和设计的要求。2．1．2城门峒尾矿现有排洪系统强度验算能力核算荷载计算由管顶垂直土压力、侧向土压力、外水压力等几部分构成，计算结果见表2。2．1．3强度验算(1)内力计算。排水管分为薄壁管和厚壁管，排水管的内径为0．6m，管壁厚0．35m。薄壁管和厚壁管的判定按以下公式计算:因此该排水管为厚壁管，设计对排水管的A、B、C3个断面进行内力计算，内力计算采用结构力学法，选择2#溢水塔和3#溢水塔附近的排水管(管顶上面的尾砂分别达到98．2m和103．4m，其深度最具代表性)，排水管断面见图1，计算结果见表3、表4。(2)强度验算。经计算2#溢水塔和3#溢水塔附近的排水管管顶上面的尾砂分别达98.2、103.4m，通过对排水管的内力计算可得2#溢水塔和3#附近管段承受荷载最大，因此选择2#和3#溢水塔附近的排水管进行强度验算。2#溢水塔和3#附近管段各截面所受荷载见表5。依据《水工钢筋混凝土结构设计规范》(SL191—2008)对排水管的强度和抗裂进行验算。经计算2#和3#溢水塔附件管段可承受的极限荷载和裂缝宽度见表6。通过对排水管的强度进行验算，2#和3#溢水塔附近排水管的极限承载力均大于排水管所承受的荷载，强度满足要求。通过对排水管进行抗裂验算，通过计算可得排水管在荷载作用下会产生裂缝宽度大于规范允许的最小裂缝宽度，且该排洪系统运行时间过长，有局部老化现象，尾矿库闭库后，其排洪系统将会长期运行，尾矿库闭库应有一个较为长期的考虑。因此尾矿库闭库时将原有的排洪系统加固或封堵，才能确保尾矿库闭库后的长久安全［1］。
2．2城门峒尾矿库新建排水系统设计
城门峒尾矿库为山谷型尾矿库，其原始地形为沟谷呈枝叉状，比较狭长，纵深约1600m。库区沟谷最低处标高约为42m，两岸为低山丘陵、山脊。城门峒尾矿库最终坝体标高180m;尾矿库停止受尾后两侧山脊地形仍基本保持完整，其标高在185～250m;尾矿库库尾为两山体之间的鞍部，标高176～179m，鞍部形态为一狭长的10m×150m平台，鞍部下游为另一狭长沟谷。该有利地形条件为城门峒库闭库后在其尾部排泄自然降水提供了很好的地形条件。因此，结合尾矿库的实际情况，在库尾设置溢洪道作为尾矿库闭库后的新排洪系统。2．2．1新排洪系统设计根据尾矿库地形条件，在尾矿库尾部有一鞍部可布置正堰式溢洪道;在主坝前沉积滩区域可采有排水渠分流部分洪水。溢洪道泄流量大，并且可实现在无人值守的情况下仍能保证尾矿库排洪安全。溢洪道采用C30钢筋混凝土结构，梯形过水断面，堰底宽43．0m，堰顶标高176．9m，设计堰顶水头0．5m。(1)溢流堰水力计算。根据尾矿库最终堆积标高1000a一遇洪水计算结果，溢流堰所需的设计流量及计算下泄流量见表7。(2)排水渠水力计算。排洪渠上游干滩区域的洪水计算，采用简化推理公式法。尾矿库洪水计算结果表明洪峰流量Qm为1．86m3/s，洪水总量Wp为3．41万m3。排水渠按照明渠均匀流进行水力计算，计算公式为:排水渠的过水断面为梯形，下底宽800mm，上底宽1120mm，深度为800mm，排水渠的安全超高按100mm计，当坡度为1．0%时，过流能力Q=1.95m3/s，可满足排水渠上游干滩汇水的泄流要求［2］。2．2．2排洪系统封堵根据排洪系统强度验算结论，强度虽然满足要求，但抗裂性能不满足要求，且排水管运行时间较长，局部老化比较严重，存在安全隐患，因此闭库设计决定将原排洪系统封堵。(1)封堵位置选择。尾矿库排洪系统封堵体位置包括上游迎水面位置和下游临空面位置。封堵体位置应根据排洪系统在尾矿库区位置的工程地质、水文地质条件、排洪系统的结构状况、与相邻构筑物之间的关系及尾矿库运行要求综合分析确定。(2)封堵长度确定。目前尾矿库排水系统的封堵有两种方法，一种是柔性封堵，另一种是刚性封堵，该设计采用刚性封堵。尾矿库排洪系统与水工隧洞的封堵体受力特性以及工程重要性等方面都是类似的，排洪系统封堵体长度理论计算参照隧洞封堵进行拟定，并结合尾矿库实际情况综合考虑。经计算并考虑尾矿库实际情况及施工等因素，确定1#封堵体长度为30m，2#封堵体为10m。242(3)封堵材料。封堵材料应具有以下特点:①充填饱满，不产生收缩孔隙;②具有化学、物理稳定性和耐久性;③有一定的强度;④有足够的流动性和可控凝固性。可供选择的充填材料有混凝土、水泥砂浆、高水材料等，通过对比分析，此次封堵材料选用混凝土，强度为C30。封堵混凝土可用低热水泥、参用粉煤灰等，抗渗指标为W8，也可选用W6，对封堵体的混凝土浇筑一般都采取必要的温度控制措施，降低混凝土的温度。封堵体内埋设滤水管使管内渗水可以排出，滤水管采用PE给水管，管径为50mm，滤水管内填充5～20mm的级配碎石。封堵体顶部设置灌浆孔，灌浆孔采用PE给水管，管径为50mm，以保证封堵密实。尾矿库最终堆积标高180m，堆高138m，总库容3150万m3，属于二等库。由于该项目尾矿库等别较高，因此设计对原有排洪系统实施分段封堵，共分为两段，1#封堵体位于初期坝下游排水管的出口处到初期坝下游坝坡，封堵长度为30m;2#封堵体位于8号排水井所连接的管段，封堵长度为10m，另外为保证闭库后的安全，将8号溢水塔井口进行封堵。
3结语
(1)城门峒尾矿库对现有排洪系统的结构可靠性、稳定性进行研究论证，通过分析库区地形特点，提出新建排水系统的科学合理方案，提升了闭库后尾矿库的防洪能力及安全性，确保尾矿库闭库后的本质安全［3］。(2)原尾矿库的防排洪为溢水塔-涵管式，巡视、监测、检查的频次高，汛期管理难度大。现排水方式为溢流堰，降水自然排泄，管理难度、检查次数大大降低，节省了大量的人力、物力资源，经济效益显著;为基本实现无存水式闭库施工提供了条件，使得约为30万m2尾矿库滩面能作为可利用的土地资源，具有良好的社会效益;尾矿库水位的降低或无存水，降低了坝体浸润线，增加了坝体的安全性，尾矿库滩面覆绿后，减少风砂，改善了区域生态环境，安全环保效益显著。
参考文献
［1］辛鸿博．城门峒尾矿库坝体稳定性能研究报告［Ｒ］．北京:中国京冶工程技术有限公司，2015．
［2］李学明．城门峒尾矿库中期补充设计［Ｒ］．秦皇岛:中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司，2010．
［3］沃廷枢．尾矿库手册［M］．北京:冶金工业出版社，2013．
作者：刘兵 王绍平 罗长海 徐进军 单位：马钢( 集团) 控股有限公司南山矿业公司)
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