小团山尾矿库扩容工程排洪设施设计优化分析

申荣海，黄乔云

（1.会理县五龙富民矿业有限责任公司，四川会理 615100；2.昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南昆明 650051）

1 概述

会理县五龙富民公司于2006 年7 月正式成立，位于会理县的绿水镇五龙村四组，主要经营铜铁矿的精选以及加工跟购销。公司使用的尾矿库是小团山尾矿库。小团山尾矿库于2011 年设计，2013 年正式投入使用。原设计尾矿库的最终使用标高为2035m，总库容为 1091.81 万 m3，有效库容 982.62 万 m3，总坝高92m，尾矿库属三等库，可以使用的服务年限大约为17.57 年。截止到2017 年10 月，小团山尾矿库使用标高已经达到了2005m，堆积的尾矿为320 万m3。设计排洪系统为排水井—排洪支隧洞—排洪主隧洞，现已建3 座排水井，钢筋混凝土排水井外径为3.5m，排水井高均为21m，排洪主、支隧洞断面尺寸b×h＝2.4×3.0m，尾矿库现正使用2 号排水井，1 号排水井已封堵并被尾矿淹没，3 号排水井已建好待用，排洪系统隧洞现状运行正常。为满足，尾矿的堆存需要，小团山尾矿库将扩容至2090m 标高，总坝高147m，全库容为3843.6 万m3，属二等库，相应的排洪系统也进行设计优化，以确保尾矿库的排洪安全。

2 排洪设施方案

小团山尾矿库库区地貌单元为中山、沟谷相间地形，两侧山坡地势较缓，随地形变化约25°～35°，库区内植被茂密。

库尾约800m 分为两个支沟，右侧支沟为渝城公司已建尾矿库，左侧支沟为恒超公司的已建岔河尾矿库，两座尾矿库现已停止排放尾矿，库尾有少量澄清水，滩面已建干涸，生长杂草。上游左侧支沟约900 建有恒超公司的白云尾矿库，尾矿库已停止使用，库尾有少量澄清水，滩面已经干涸，生长杂草。

小团山尾矿库已建排洪系统沿库区左岸山体布置，本次小团山尾矿库排洪设施设计优化充分考虑已建的排洪设施并结合小团山尾矿库现状，利用库尾已建尾矿库的调蓄作用进行设计。根据汇水面积分区，恒超公司岔河尾矿坝以上汇水面积较大，将雨季洪水截排在岔河尾矿坝以上是保障小团山尾矿库安全的关键措施，尽量减少小团山尾矿库入库洪水，减轻库内排洪压力。

尾矿库现状堆积坝以上汇水面积为7.65km2，本次设计考虑利用原有的排洪设施，并在原有排洪设施的基础上优化整体排洪设施的布置。新建排洪设施将恒超公司岔河尾矿坝以上汇水面积产生的洪水进行截排，其余的渝城公司尾矿库以上及小团山尾矿库库区的汇水面积产生的洪水经小团山尾矿库内的排洪设施排至初期坝下游。

3 洪水计算

在本次排洪系统优化设计中，按照尾矿库等别防洪标准均按库等别取上限值，即堆坝标高2005~2043m 防洪标准为500 年一遇洪水重现期，堆坝标高2043~2090m 防洪标准为1000 年一遇洪水重现期。洪水计算分别采用综合瞬时单位线法和推理公式法两种方法，计算结果详见表1、表2。

表1 综合瞬时单位线法计算洪水结果

表2 推理公式法计算洪水结果

通过洪水计算可以发现，我们在使用综合瞬时单位线法和推理公式法来计算洪水的时候，其洪峰的流量跟洪水的总流量基本上是一致的。在四川经常有一些没有资料的地区小流域，在这些小流域当中，经常使用的洪水计算的方法就是推理公式法。而且在这种方法当中的各种参数跟等值线对于四川省的小河流域有非常好的针对性。洪水过程是单峰陡涨陡落，比较符合四川的流域特性，使用推理公式法所计算出来的结果是非常符合要求的。因此，我们将按照尾矿设施设计规范的要求，把较大值作为排洪设计的一个最主要的依据。

4 排洪设施设计优化

4.1 现状排洪设施复核

小团山尾矿库排洪设施为现状正在使用的2 号排水井，排水井井架高H=21.0m，排水井外径D=3.5m，排洪隧洞断面尺寸b×h=2.4×3.0m。3 号排水井已建好待用，排洪设施严格按照设计施工图建成。现状排水井、排水隧洞运行正常。

根据洪水计算成果，小团山尾矿库现状堆积标高2005m 时，按全流域计算的500 年一遇洪峰流量为57.8m3/s，洪水总量为118.3 万m3。计算结果比原设计偏大主要原因是：①汇水面积比原设计大1.14km2；②本次计算防洪标准采用500 年一遇洪水标准；③本次计算采用四川省计算手册推荐的推理公式和瞬时单位线法计算，针对性较强。

在现状堆高2005m 时，小团山尾矿库受库尾已建的渝城公司尾矿库和恒超公司岔河尾矿库限制，调洪库容仅为22.5 万m3，经复核计算，现状使用的2 号排水井，最大下泄流量为20m3/s，经调洪后仍不能满足500 年一遇库内的排洪要求，须新建排洪设施满足尾矿库的排洪需要。

4.2 小团山尾矿库排洪设施设计优化

根据库区汇水面积分区，恒超公司岔河尾矿坝以上汇水面积较大，且岔河尾矿库具有一定的调蓄作用，在岔河尾矿库新建排洪设施将上游的汇水截排至尾矿库下游，减小小团山尾矿库的入库洪水量。通过岔河尾矿库上游截排后，剩余的进入渝城公司的尾矿库和小团山尾矿库的洪水便可通过已建的2 号排水井安全泄洪，待下游小团山尾矿库堆积尾矿淹没岔河尾矿库坝顶标高后，统一由新建的岔河尾矿库排洪设施排泄库内洪水。

库区岩层以石灰岩为主，山体稳定，尾矿库库内已建排水井-排水隧洞均按照设计进行施工和封堵。排水井采用C25 混凝土对井座进行封堵。已建排水井利用单独的排水支洞与主洞连接，相互影响较小。已建排洪隧洞多为块状致密结构的Ⅲ类岩石，f=10 左右，并采用C20 现浇混凝土衬砌，衬砌厚度0.3m，且埋藏较深。尾矿库扩容对已建的排水主洞和支洞影响较小。

在恒超公司岔河尾矿库内左岸新建2 座排水井，排水井荷载均按照150t/m2设计，其中5 号排水井进水口标高2046m，井架高度H=24m，井架外径D=4.5m，6 号排水井进水口标高2069m，井架高度H=21m，井架外径D=3.5m。排水井与排水主洞采用竖井和排水支洞相连接，与5 号排水井配套的竖井深度15m，竖井外径D=5.5m，C25 钢筋混凝土结构，与6 号排水井配套的竖井深度39m，竖井外径D=3.8m，C25 钢筋混凝土结构。排水主洞将从已建排水隧洞向上游延伸与排水支洞连接，排水主洞和排水支洞为城门洞型，断面尺寸b×h=2.4×3.0m，C25 钢筋混凝土结构，洞身衬砌厚度0.5m，双层配筋形式，排水主洞纵坡i=0.10，排水支洞纵坡i=0.025，排水主洞和排水支洞总长度L=408m。

渝城公司尾矿库以上汇水面积较小，仅为1.5km2，库内已建的排水涵管随着小团山尾矿库的堆高，出口将被淹没。本次设计在尾矿库右岸新建侧槽式溢洪道，排泄雨季库内的洪水至下游小团山尾矿库，在经小团山尾矿库内排洪设施排至初期坝下游。新建侧槽式溢洪道由溢流堰、侧槽、泄水道、消能构筑物组成。溢流堰由浆砌石砌成（M7.5 砂浆砌MU30 块石），堰顶宽度0.4m，长度 35m；侧槽为矩形，浆砌石结构，净断面 b×h＝2.0×1.6m，壁厚0.4m，纵坡i≥1%，延伸至库内最小干滩；泄水道为永久性建筑，沿右坝肩山体修筑，浆砌石结构，净断面b×h＝2.0×1.5m，至现状堆积标高2075m，共需修筑250m；消能构筑物采用跌坎消能，出口接已建的回水池。

随着小团山尾矿库的扩容，将淹没库尾的渝城公司尾矿库（坝顶标高2075m）和恒超公司岔河尾矿库（坝顶标高2050m），调洪库容增大，此时将利用库内的5、6 号排水井进行排洪。

通过对尾矿库汇水面积进行分区和洪水计算，结合已建的排洪设施，扩容工程在尾矿库区左岸设置3~6 号排水井—排洪支隧洞—主隧洞的排洪方式，能满足小团山尾矿库在不同设防频率下的泄洪安全，保障尾矿库能安全运行。

5 结语

尾矿库在设计的过程当中非常重要的一个环节就是排洪系统的设计与研究，本文主要就小团山矿尾库的排洪系统进行了相应的研究与讨论。使用的是排水井—排水隧洞这样的设计，这种方式能够安全、有效地排泄入库洪水，可以保证整个尾矿库的泄洪安全。