尾礦庫設(shè)計中問題-趙錫銘

1、尾礦庫設(shè)計中的幾個問題尾礦庫設(shè)計中的幾個問題中冶北方工程技術(shù)有限公司中冶北方工程技術(shù)有限公司趙錫銘趙錫銘鞍 山 市 勝 利 南 路 35號尾礦庫的調(diào)洪2.尾礦壩的穩(wěn)定3.從潰壩中設(shè)計應(yīng)當汲取的經(jīng)驗教訓(xùn) 鞍 山 市 勝 利 南 路 35號1 防洪標準 尾礦庫防洪標準和尾礦庫的等別使用年限有關(guān)，比如初期壩壩高28m，庫容150萬m3，初期壩使用1年，按庫容為四等庫，按壩高為五等庫，嚴格按規(guī)范，初期壩的防洪標準按30年就可以。對于尾礦庫按使用期的等別采用防洪標準是一進步。 尾礦庫防洪標準表2-3尾礦庫等別一二二三四五洪水重現(xiàn)期（年）初期10

2、02005010030502030后期10002000500100020050010020050100注：初期指尾礦庫啟用后的頭注：初期指尾礦庫啟用后的頭35年年1. 尾礦庫的調(diào)洪鞍 山 市 勝 利 南 路 35號河北有一個設(shè)計單位做的一個尾礦庫設(shè)計，匯水面積0.932km2，排洪管采用3.0m內(nèi)徑。遼寧省有沒有這樣情況，反正排水管內(nèi)徑普遍偏大。這與設(shè)計水平和正確采用的防洪標準是有關(guān)的。 好的設(shè)計是在保證安全的情況下越省越好。1.總論總論鞍 山 市 勝 利 南 路 35號2 水文計算 水文計算采用當?shù)厮氖謨?，要特別注意是： 1、匯水面

3、積一定要算對，廣東信宜垮壩其中一條就是匯水面積算小了1/3； 2、對設(shè)計單位應(yīng)有必要的程序，避免算錯； 3、水文計算完成后要進行必要的檢查分析； 匯水面積小、河長短，計算出的集流時間很小，直接套用水文手冊可能出現(xiàn)錯誤，必須進行分析 。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號吉林省水文手冊，匯水面積小、河長短，計算出的集流時間很小，因此采用推理公式計算出的洪峰流量極大，顯然是不合理的，因此洪峰流量采用的是經(jīng)驗公式計算出的結(jié)果；洪水總量采用經(jīng)驗公式的計算結(jié)果，反推徑流系數(shù)為2.89,這顯然是不合理的。 遼寧省水文計算也有類似情況，對于小匯水面積計算出的ip（相當于匯流時間的設(shè)

4、計面暴雨強度，（mmh）；）是同頻率1小時降雨的2.53倍，這顯然是不合理的，設(shè)計可用10分鐘的降雨來校核。 對于小匯水面積的尾礦庫遼寧省簡單套用公式洪峰流量偏大！ 1.總論總論鞍 山 市 勝 利 南 路 35號3 調(diào)洪計算 1、調(diào)洪計算概況 調(diào)洪計算就是求解尾礦庫任意時段的水量平衡方程式的過程，任意時段的水量平衡方程式為： 有很大部分設(shè)計單位是采用高切林法，在地形圖上求出調(diào)洪庫容，采用高切林法求出需要的最大泄量，來驗算排水管和溢水塔的泄量。用明渠流驗算排水管，用孔口流和堰流來驗算溢水塔。在我審查的設(shè)計中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，小的尾礦庫，洪水升高2m或3m滿足最大泄量的要求，

5、就認為防洪滿足要求。他沒有考慮溢水塔與灘頂?shù)木嚯x只有200m或300m，如果洪水升高3m早已漫頂。因此在新的規(guī)范中，要求調(diào)洪計算必須采用水量平衡法。122121)(21)(21VVtqqtQQ鞍 山 市 勝 利 南 路 35號搞尾礦庫設(shè)計的大部分是學(xué)水工的，在學(xué)校都學(xué)過調(diào)洪計算，但尾礦庫的調(diào)洪計算，比水利的調(diào)洪計算要復(fù)雜些。排洪構(gòu)筑物有框架塔、窗口塔，排水管有圓管和隧洞，還有斜槽。 2、調(diào)洪庫容計算調(diào)洪庫容時，尾礦沉積灘面的坡度可按尾礦物理性質(zhì)、尾礦庫地形及放礦條件類似的其它尾礦庫實測資料或由試驗確定。當缺少該資料時，可參考附錄二計算。 任意灘長的平均坡度可按下式計

6、算：3 . 01001)100(lii 有了調(diào)洪庫容就可以進行調(diào)洪計算了鞍 山 市 勝 利 南 路 35號3、調(diào)洪計算 新規(guī)范規(guī)定調(diào)洪計算應(yīng)采用水量平衡法，目前在新規(guī)范頒布之前，如果仍采用高切林法，必須驗算各種流態(tài)的泄量。 比如采用框架塔排水管系統(tǒng)你就要驗算： 、塔的堰流 當為堰流時2/312 HgmLQ式中：L有效進水寬度（m） m堰的流量系數(shù) H堰上水頭（m）鞍 山 市 勝 利 南 路 35號塔頂孔口流當為孔口時2. 尾礦庫的工程地質(zhì)概況尾礦庫的工程地質(zhì)概況 gHFQ21式中：F孔口面積（m2） 孔口的流量系數(shù)鞍 山 市 勝 利 南

7、路 35號排水管進口處的泄流能力（半壓力流）式中：f管道面積（m2） h1堰頂至管道進口中心線高差（m） ，孔口的流量系數(shù)11 由上面公式可以看出斜槽的進水流量，只有斜槽上的水頭H，沒有h1，所以它的泄量要小于溢水塔下排水管的泄量，在斜槽泄量不滿足要求的情況下，可在斜槽上適當增加溢水塔，就可以滿足泄量的要求。)(212HhgfQ)(212HhgfQ)(212HhgfQ鞍 山 市 勝 利 南 路 35號、排水管出口處的泄流能力（壓力流） )(212HhgfQ)(2212HhhgfQ式中：f管道出口面積（m2） h1堰頂至管道進口中心線高差（

8、m） h2-管道進口與出口中心線高差（m） ，-流量系數(shù)22411fFRL鞍 山 市 勝 利 南 路 35號部阻力系數(shù)和管道沿程損失系數(shù),=8g/C2R管道水力半徑（m）f計算段管道面積（m2）F管道出口段面積（m2） 編程序也是這幾個公式，那個計算出的流量小就為控制流量。采用斜槽，計算過程是一樣的。我們做調(diào)洪計算采用試算法，首先要做到排水管（隧洞）控制，然后在將溢水塔的直徑逐漸縮小，使其滿足調(diào)洪需要。初期壩初期壩鞍 山 市 勝 利 南 路 35號通過各控制標高的調(diào)洪計算，設(shè)計必須給出各控制標高的正常水位、最高洪水位、超過及安全灘長，以便

9、生產(chǎn)單位管理使用。標高（m）768.0800830.0950.0等 別四等三等二等二等設(shè)計洪水頻率（%）0.50.20.10.1正常生產(chǎn)水位（m）763.0795.0825.0945.0正常生產(chǎn)時灘長（m）250250250250調(diào)洪庫容W(萬m3)18.042.067.5105.0泄流量q(m3/s)3.152.321.680.86所需調(diào)洪容量W(萬m3)9.110.611.87.2洪水位(m)764.7796.1825.6945.4洪水上升高度（m）1.71.10.60.4安全超高（m）3.33.94.44.6安全灘長（m）165.0195.0220.0230.0鞍 山 市 勝 利 南 路

10、 35號1、排洪構(gòu)筑物形式的選擇 對于尾礦庫壩高不太大的，地形較平坦的溝谷一般選用窗口式溢水塔排水管方案，對于高尾礦庫一般采用框架塔豎井隧洞，對于地形坡度較陡的尾礦庫可以采用斜槽。一般考慮管理方便在條件允許的情況下盡量不采用斜槽方案。主要有兩個原因，一是斜槽進口流量受限制，二是都在水下蓋板容易造成漏水漏礦。為了解決框架塔擋板在水下堵的問題，框架塔現(xiàn)在多數(shù)采用帶塔孔的框架塔。排洪系統(tǒng)設(shè)計要注意到三個問題： 1.4 排洪系統(tǒng)的布置 鞍 山 市 勝 利 南 路 35號、塔孔的堵塞，對于使用時間較短的可以用木塞，對于使用時間較長的和尾礦庫最后一個

11、塔，必須采用混凝土塞或抗老化的掛膠的塔堵； 、溢水塔使用完以后應(yīng)在塔基進行堵塞； 、框架塔的擋板只預(yù)制第一個塔的，并且要特殊說明汛期擋板堵塞高度不得高于水位0.2m。司家營、蘭亭尾礦庫均出現(xiàn)過擋板封堵過高的問題，看來是小事，出現(xiàn)問題后就成了大事，信宜垮壩就是一個重要原因。3.2 第一尾礦庫的排滲設(shè)施第一尾礦庫的排滲設(shè)施鞍 山 市 勝 利 南 路 35號2 第第2、排洪、排洪系統(tǒng)的布置的布置 排洪系統(tǒng)的布置要根據(jù)地形進行布置，在布置中應(yīng)注意的問題： 、溢水塔盡量不布置在溝中間，必須布置在溝中間時進水口標高一定要高于原地面11.5m，避免山上的雜物將塔堵塞；信宜和德勝

12、圖； 、初期壩較高時應(yīng)在壩前適當位置增加0#溢水塔（不考慮澄清距離），用它來調(diào)整初期生產(chǎn)的水位，避免初期壩前水位過高造成初期壩的滲流破壞。德勝工程我們設(shè)了0#溢水塔因為跑混，擅自將0#溢水塔封堵，再加上初期壩施工有局部缺陷，細粒級石料過多，高水位滲流造成初期壩塌陷，上游反濾層破壞的事故。 、采用隧洞方案應(yīng)當注意隧洞進口巖體應(yīng)滿足3.0倍洞徑的要求，進口的堵塞應(yīng)當嚴密，我們做的板石溝第一套排洪系統(tǒng)，北京有色設(shè)計院做的山西鋁廠，都是因為平洞堵塞不嚴產(chǎn)生漏水漏礦的嚴重污染事故。 、溢水塔之間的搭接，我的意見搭接2m較為合適；鞍 山 市 勝 利 南 路 35號排洪系統(tǒng)的布置

13、最終要滿足調(diào)洪需要，不滿足時應(yīng)調(diào)整排洪系統(tǒng)的布置和尺寸。不僅要滿足安全超高還要滿足安全灘長的要求。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號1 穩(wěn)定計算剖面的概化 新建尾礦庫尾礦壩的穩(wěn)定計算斷面應(yīng)根據(jù)顆粒粗細程度概化分區(qū)。擴建、改建及中期論證的尾礦庫的尾礦壩穩(wěn)定計算斷面應(yīng)根據(jù)勘察資料進行概化分區(qū)?；蛘甙搭愃莆驳V庫的勘察資料進行概化分區(qū)；2.2 浸潤線的確定 尾礦壩設(shè)計一般應(yīng)進行滲流計算，一級及二級尾礦壩還應(yīng)視地形條件作專門滲流模擬試驗，以確定壩體浸潤線、滲流量和逸出坡降。對于二級以下的尾礦壩可采用平面滲流，或理正的滲流有限元計算出浸潤線，計算出的浸潤線必須根據(jù)經(jīng)驗進行調(diào)整

14、，使得浸潤線更符合實際。浸潤線計算中應(yīng)考慮放礦對浸潤線的影響，灘長應(yīng)采用化引灘長。2.壩體穩(wěn)定計算 鞍 山 市 勝 利 南 路 35號化引灘長可按下式計算。 放礦水覆蓋絕大部分灘面時：Lh=3.3L0.48放礦水覆蓋部分灘面時：Lh=2.26L0.845式中 Lh-化引灘長(m); L-計算灘長(m)。有勘察資料的應(yīng)按勘察給出的浸潤線。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號3 物理力學(xué)指標 一般采用類似礦山尾礦的物理力學(xué)性質(zhì)，或參考規(guī)范附錄給出指標，有勘察的一定按勘察給出的指標。對勘察給出的指標有異議的要與勘察部門協(xié)商，最終要以勘察給出的指

15、標為準?？辈煲獙辈熨Y料質(zhì)量負責，設(shè)計要對穩(wěn)定計算負責。2.4 穩(wěn)定計算結(jié)果的分析 計算方法規(guī)范用瑞典圓弧法和畢肖普法，兩種方法產(chǎn)生矛盾時目前應(yīng)以瑞典圓弧法為準，新規(guī)范頒布后應(yīng)通過分析確定。無論采用哪一種計算程序，設(shè)計要對計算結(jié)果進行分析。尾礦庫的排洪系統(tǒng)的布置尾礦庫的排洪系統(tǒng)的布置鞍 山 市 勝 利 南 路 35號安全技術(shù)措施安全技術(shù)措施峨口畢肖普法計算結(jié)果之一（分條50）鞍 山 市 勝 利 南 路 35號礦庫水文計算及調(diào)洪計算尾礦庫水文計算及調(diào)洪計算峨口畢肖普法計算結(jié)果之二（分條100）鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 0412-

16、5931031水文計算水文計算弓長嶺前峪瑞典圓弧法鞍 山 市 勝 利 南 路 35號長嶺后峪瑞典圓弧法鞍 山 市 勝 利 南 路 35號有以上計算實例中可以看出： 1、計算結(jié)果必須進行分析； 2、分條數(shù)一定要夠； 3、尾礦庫穩(wěn)定中可能出現(xiàn)雙心，圓心搜索范圍一定要夠。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號應(yīng)當說無論陜西鎮(zhèn)安、山西襄汾垮壩和山西寶山垮壩，從目前分析均與設(shè)計關(guān)系不大，可廣東信宜紫金礦業(yè)銀巖錫礦高旗嶺尾礦庫垮壩，雖然超標準洪水、管理失誤等是垮壩的主要原因，設(shè)計的缺點和錯誤也是重要的因素，我們做設(shè)計的也應(yīng)當從

17、中汲取教訓(xùn)。3.1銀巖錫礦高旗嶺尾礦庫設(shè)計概況 銀巖錫礦高旗嶺尾礦庫是由南昌有色冶金設(shè)計研究院設(shè)計的。 1、初期壩 初期壩壩頂標高為755.0m，初期壩壩底標高為709.5m，初期壩壩高45.5m，壩頂寬度7.5m，初期壩上游坡比1：1.6，下游坡比1：2.0，下游坡在740.0m和725.0m標高設(shè)有2.0m寬的馬道。 2、尾礦堆積壩 尾礦堆積壩最終堆積標高為830.0m，尾礦堆積壩外坡比為1：5。尾礦庫到最終堆積標高總庫容1561萬m3。3 從潰壩中設(shè)計應(yīng)當汲取的經(jīng)驗教訓(xùn)鞍 山 市 勝 利 南 路 35號尾礦庫排洪系統(tǒng)及防洪標準 尾礦庫采用框架塔排水涵管和排洪

18、隧洞，框架塔內(nèi)徑4.0m，尾礦庫共設(shè)4座排洪塔，其中1#塔塔高21.0m，共設(shè)7個圈梁，每個圈梁間3.0m高。排水涵管和排洪隧洞斷面為2.5X2.2m城門洞型，1#塔距隧洞出口792.0m。 尾礦庫總匯水面積為3.65km2，設(shè)計考慮到在尾礦庫上游有一攔洪壩，攔洪壩以上匯水面積1.147 km2，設(shè)計按尾礦庫匯水面積為2.503 km2設(shè)計。尾礦庫的防洪標準初期為200年一遇，后期為1000年一遇。初期防洪標準按初期50年一遇就行。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號2 潰壩事件的概況 2010年9月20日9月21日“凡比亞”強臺風(fēng)給粵西地區(qū)帶來了強降雨，根據(jù)當?shù)厮?/p>

19、文氣象站提供的資料，尾礦庫附近地區(qū)新貴24最大小時降雨720mm，尾礦庫所在地錢排鎮(zhèn)最大24小時降雨427mm（由于各種原因其降雨可能要大于此數(shù)值）。根據(jù)廣東省水文圖集，經(jīng)計算錢排鎮(zhèn)的降雨量已經(jīng)超過300年一遇洪水。2010年9月20日晚11時開始降雨，到9月21日早晨8時出現(xiàn)洪水漫頂，9時45分左右尾礦庫初期壩潰壩。 經(jīng)專家分析潰壩的主要原因： 1、超標準降雨 根據(jù)當?shù)厮臍庀笳咎峁┑慕涤曩Y料，當天最大24小時降雨量427mm。經(jīng)計算實際降雨已經(jīng)超過300年一遇洪水；設(shè)計防洪標準200年一遇洪水，鞍 山 市 勝 利 南 路 35號2、排洪系統(tǒng)進水口標高抬高2.5m

20、 目前尾礦庫是在初期壩運行，潰壩時尾礦堆積標高距初期壩壩頂尚有約2.0m的高度，排洪使用的是1#排洪塔。設(shè)計1#排洪塔進水標高為749.0m，經(jīng)實測1#排洪塔進水口標高為751.5m。 3、排水井進水口部分淤堵 根據(jù)潰壩后的照片和錄像，井座至第一個圈梁間的6孔已被鋼筋混凝土拱板封堵了3孔，留下的3孔也封堵了三塊擋板，每塊擋板高0.3m，這樣尾礦庫最低的進水口標高為751.5+0.9=752.4。潰壩前尾礦庫灘頂標高約為753.0m，也就是說排洪塔的進水口只比灘頂?shù)?.6m，暴雨使得上游及周邊沖下的砂石淤堵到1號排水井第一個圈梁(754.5m標高)，使得排洪塔的泄洪量大為減少，潰壩時1#排洪塔的

21、淤堵標高約為756.5m，已經(jīng)超過初期壩壩頂實測標高755.4m，使排洪塔完全喪失排洪能力。 鞍 山 市 勝 利 南 路 35號洪水計算偏小 由于已建的攔洪壩尚達不到截洪分流的作用，設(shè)計應(yīng)按尾礦庫全匯水面積3.65km2計算，不應(yīng)扣除攔洪壩以上的匯水面積1.147 km2。另外設(shè)計采用的水文參數(shù)也偏小，使得計算出的入庫洪峰流量和洪水總量偏小。 由以上分析可以看出銀巖錫礦高旗嶺尾礦庫潰壩，是多方面原因造成的，設(shè)計如果按全匯水面積計算，或在驗收中發(fā)現(xiàn)1#排洪塔抬高2.5m，第一道圈梁以下已經(jīng)堵塞采取了處理措施，或者提出攔洪壩沒有有效的攔洪分流措施，初期壩不得使用，就不

22、會發(fā)生本次潰壩。 施工單位和監(jiān)理單位如果嚴格按設(shè)計施工1#排洪塔，不把1#排洪塔抬高2.5m，或者企業(yè)提出異議，不同意1#排洪塔抬高2.5m，仍按設(shè)計施工也不會發(fā)生潰壩。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號如果設(shè)計單位給出管理施工圖，企業(yè)嚴格按設(shè)計要求進行管理，不將6孔堵塞3孔，或者汛期將堵塞的3孔拆除，排洪塔處于完好的排洪狀態(tài)，也不會發(fā)生潰壩。 再有竣工驗收評價單位，在竣工驗收評價中，1#排洪塔的進水標高仍為749.0m，如果發(fā)現(xiàn)1#排洪塔的施工標高與設(shè)計不符，采取了補救措施，也不會發(fā)生潰壩。 廣東信宜紫金礦業(yè)有限公司銀巖錫礦高旗嶺尾礦庫，廣東省安監(jiān)局是嚴格按照建設(shè)

23、程序進行的，有安全予評價、安全專篇審查、施工監(jiān)理和竣工驗收評價，施工單位也是甲級資質(zhì)，應(yīng)當說施工質(zhì)量還是可以的。如果有一個單位在發(fā)現(xiàn)問題后認真對待，就不會發(fā)生本次潰壩事件。這也從另一個側(cè)面看出，設(shè)計、安評、監(jiān)理等單位對尾礦庫的了解是很低的。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號3 設(shè)計存在的問題 1、匯水面積和洪峰流量和洪水總量偏小對于尾礦庫的匯水面積是很重要的，明知上游的攔洪壩起不到攔洪分流的作用，仍要扣除攔洪壩以上的匯水面積，這一問題在安全專篇審查中已經(jīng)提出，設(shè)計未引起足夠重視，同時水文參數(shù)選取有誤，這顯然是不應(yīng)該的。 2、排洪塔的位置選取不合理經(jīng)查排洪系統(tǒng)施工圖

24、中縱斷面圖，1#排洪塔的位置的地面標高比排洪塔高了23米，更嚴重的是在縱斷面圖上還畫了將擋板堵到原地面標高，這是錯誤的。另外排洪塔的位置未考慮地面雜物的堵塞問題。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號3、參加驗收不認真 設(shè)計參加了尾礦庫的竣工驗收，1#排洪塔21m高，共有7個圈梁，實際施工了6個圈梁，驗收評價報告還有照片，設(shè)計未發(fā)現(xiàn)1#排洪塔少了一跨，第一個圈梁以下已經(jīng)被堵塞等情況，因此本次潰壩設(shè)計有不可推卸的責任。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號4、設(shè)計過于簡單未給出尾礦庫管理施工圖 初步設(shè)計只給出初期的防洪標準是200年一遇，后期為10

25、00年一遇洪水及調(diào)洪計算。未給出在防洪標準發(fā)生變化的標高及管理要求。企業(yè)不可能每年進行調(diào)洪計算，這對于企業(yè)很難管理。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號4 設(shè)計應(yīng)從中吸取的教訓(xùn) 1、水文計算 雖然在我們的設(shè)計中匯水面積錯誤尚未發(fā)現(xiàn)，但是對于水文計算錯誤也有發(fā)生，比如板石溝采用吉林省水文圖集計算出的洪水過程線，累加后遠小于洪水總量，一旦只套用公式不進行分析，就會造成嚴重錯誤，再比如酒鋼新建尾礦庫也存在同樣問題。 在我們的設(shè)計中，水文和調(diào)洪計算都是在可研和初步設(shè)計中進行，一般只校對說明書的文字部分，很少再校對水文計算的對錯，水文計算是誰做設(shè)計誰負責。這樣就很難避免產(chǎn)生南昌有色冶金設(shè)計研究院出現(xiàn)的類似錯誤。 為此建議，每個設(shè)計在設(shè)