1、1尾礦庫設計中的幾個問題尾礦庫設計中的幾個問題鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 1.尾礦庫的調洪2.尾礦壩的穩定3.從潰壩中設計應當汲取的經驗教訓 鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 1.1 防洪標準 尾礦庫防洪標準和尾礦庫的等別使用年限有關，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. 尾礦庫的調洪鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 河北有一個設計單位做的一個尾礦庫設計，

2、匯水面積0.932km2，排洪管采用3.0m內徑。遼寧省有沒有這樣情況，反正排水管內徑普遍偏大。這與設計水平和正確采用的防洪標準是有關的。 好的設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 1.2 水文計算 水文計算采用當地水文手冊，要特別注意是： 1、匯水面積一定要算對，廣東信宜垮壩其中一條就是匯水面積算小了1/3； 2、對設計單位應有必要的程序，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

3、，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驗公式計算出的結果；洪水總量采用經驗公式的計算結果，反推徑流系數為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 1.3 調洪計算 1、調洪計算概況 調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

4、： 有很大部分設計單位是采用高切林法，在地形圖上求出調洪庫容，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。在我審查的設計中經常發現，小的尾礦庫，洪水升高2m或3m滿足最大泄量的要求，就認為防洪滿足要求。他沒有考慮溢水塔與灘頂的距離只有200m或300m，如果洪水升高3m早已漫頂。因此在新的規范中，要求調洪計算必須采用水量平衡法。122121)(21)(21VVtqqtQQ鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 搞尾礦庫設計的大部分是學水工的，在學校都學過調洪計算，但尾礦庫的調洪計算，比水利的調洪計算要復雜些。排洪構筑物有框架塔、窗口塔

5、，排水管有圓管和隧洞，還有斜槽。 2、調洪庫容計算調洪庫容時，尾礦沉積灘面的坡度可按尾礦物理性質、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算：3 . 01001)100(lii 有了調洪庫容就可以進行調洪計算了鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 3、調洪計算 新規范規定調洪計算應采用水量平衡法，目前在新規范頒布之前，如果仍采用高切林法，必須驗算各種流態的泄量。 比如采用框架塔排水管系統你就要驗算： 、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 H堰上水頭（m）鞍 山 市

6、勝 利 南 路 35號 、塔頂孔口流當為孔口時2. 尾礦庫的工程地質概況尾礦庫的工程地質概況 gHFQ21式中：F孔口面積（m2） 孔口的流量系數鞍 山 市 勝 利 南 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

7、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（m） h2-管道進口與出口中心線高差（m） ，-流量系數22411fFRL鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 局部阻力系數和管道沿程損失系數,=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洪計

8、算，設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，以便生產單位管理使用。標高（m）768.0800830.0950.0等 別四等三等二等二等設計洪水頻率（%）0.50.20.10.1正常生產水位（m）763.0795.0825.0945.0正常生產時灘長（m）250250250250調洪庫容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（

9、m）165.0195.0220.0230.0鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 1、排洪構筑物形式的選擇 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，框架塔現在多數采用帶塔孔的框架塔。排洪系統設計要注意到三個問題： 1.4 排洪系統的布置 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

10、的和尾礦庫最后一個塔，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在塔基進行堵塞； 、框架塔的擋板只預制第一個塔的，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、蘭亭尾礦庫均出現過擋板封堵過高的問題，看來是小事，出現問題后就成了大事，信宜垮壩就是一個重要原因。3.2 第一尾礦庫的排滲設施第一尾礦庫的排滲設施鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 3.2 第第2、排洪、排洪系統的布置的布置 排洪系統的布置要根據地形進行布置，在布置中應注意的問題： 、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；信宜和德勝圖；

11、、初期壩較高時應在壩前適當位置增加0#溢水塔（不考慮澄清距離），用它來調整初期生產的水位，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。 、采用隧洞方案應當注意隧洞進口巖體應滿足3.0倍洞徑的要求，進口的堵塞應當嚴密，我們做的板石溝第一套排洪系統，北京有色設計院做的山西鋁廠，都是因為平洞堵塞不嚴產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 排洪系統的布置最終要滿足調洪需要，不滿足時應調

12、整排洪系統的布置和尺寸。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 2.1 穩定計算剖面的概化 新建尾礦庫尾礦壩的穩定計算斷面應根據顆粒粗細程度概化分區。擴建、改建及中期論證的尾礦庫的尾礦壩穩定計算斷面應根據勘察資料進行概化分區。或者按類似尾礦庫的勘察資料進行概化分區；2.2 浸潤線的確定 尾礦壩設計一般應進行滲流計算，一級及二級尾礦壩還應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經驗進行調整，使得浸潤線更符合實際。浸潤線計算中應考慮放礦對浸潤線的

13、影響，灘長應采用化引灘長。2.壩體穩定計算 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)。有勘察資料的應按勘察給出的浸潤線。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 2.3 物理力學指標 一般采用類似礦山尾礦的物理力學性質，或參考規范附錄給出指標，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商，最終要以勘察給出的指標為準。勘察要對勘察資料質量負責，設計要對穩定計算負責。2.4 穩定計算結果的分析 計算方法規范用瑞典圓弧

14、法和畢肖普法，兩種方法產生矛盾時目前應以瑞典圓弧法為準，新規范頒布后應通過分析確定。無論采用哪一種計算程序，設計要對計算結果進行分析。尾礦庫的排洪系統的布置尾礦庫的排洪系統的布置鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 4.安全技術措施安全技術措施峨口畢肖普法計算結果之一（分條50）鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 尾礦庫水文計算及調洪計算尾礦庫水文計算及調洪計算峨口畢肖普法計算結果之二（分條100）鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 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 弓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

15、結果必須進行分析； 2、分條數一定要夠； 3、尾礦庫穩定中可能出現雙心，圓心搜索范圍一定要夠。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 應當說無論陜西鎮安、山西襄汾垮壩和山西寶山垮壩，從目前分析均與設計關系不大，可廣東信宜紫金礦業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，設計的缺點和錯誤也是重要的因素，我們做設計的也應當從中汲取教訓。3.1銀巖錫礦高旗嶺尾礦庫設計概況 銀巖錫礦高旗嶺尾礦庫是由南昌有色冶金設計研究院設計的。 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：

16、2.0，下游坡在740.0m和725.0m標高設有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 從潰壩中設計應當汲取的經驗教訓鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 3、尾礦庫排洪系統及防洪標準 尾礦庫采用框架塔排水涵管和排洪隧洞，框架塔內徑4.0m，尾礦庫共設4座排洪塔，其中1#塔塔高21.0m，共設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，設計考慮到在尾礦庫上游有一攔洪壩，攔洪壩以上匯水面積

17、1.147 km2，設計按尾礦庫匯水面積為2.503 km2設計。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 3.2 潰壩事件的概況 2010年9月20日9月21日“凡比亞”強臺風給粵西地區帶來了強降雨，根據當地水文氣象站提供的資料，尾礦庫附近地區新貴24最大小時降雨720mm，尾礦庫所在地錢排鎮最大24小時降雨427mm（由于各種原因其降雨可能要大于此數值）。根據廣東省水文圖集，經計算錢排鎮的降雨量已經超過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時出現洪水漫頂，9時45分左右

18、尾礦庫初期壩潰壩。 經專家分析潰壩的主要原因： 1、超標準降雨 根據當地水文氣象站提供的降雨資料，當天最大24小時降雨量427mm。經計算實際降雨已經超過300年一遇洪水；設計防洪標準200年一遇洪水，鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 2、排洪系統進水口標高抬高2.5m 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。設計1#排洪塔進水標高為749.0m，經實測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

19、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低0.6m，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#排洪塔的淤堵標高約為756.5m，已經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 4、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，設計應按尾礦庫全匯水面積3.65km2計算，不應扣除攔洪壩以上的匯水面積1.147 km2。另外設計采用的水文參數也偏小，使得計算出的入庫洪

20、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，設計如果按全匯水面積計算，或在驗收中發現1#排洪塔抬高2.5m，第一道圈梁以下已經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，就不會發生本次潰壩。 施工單位和監理單位如果嚴格按設計施工1#排洪塔，不把1#排洪塔抬高2.5m，或者企業提出異議，不同意1#排洪塔抬高2.5m，仍按設計施工也不會發生潰壩。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 如果設計單位給出管理施工圖，企業嚴格按設計要求進行管理，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，也不會發生潰壩。 再

21、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，如果發現1#排洪塔的施工標高與設計不符，采取了補救措施，也不會發生潰壩。 廣東信宜紫金礦業有限公司銀巖錫礦高旗嶺尾礦庫，廣東省安監局是嚴格按照建設程序進行的，有安全予評價、安全專篇審查、施工監理和竣工驗收評價，施工單位也是甲級資質，應當說施工質量還是可以的。如果有一個單位在發現問題后認真對待，就不會發生本次潰壩事件。這也從另一個側面看出，設計、安評、監理等單位對尾礦庫的了解是很低的。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 3.3 設計存在的問題 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

22、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提出，設計未引起足夠重視，同時水文參數選取有誤，這顯然是不應該的。 2、排洪塔的位置選取不合理經查排洪系統施工圖中縱斷面圖，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，設計未發現1#排洪塔少了一跨，第一個圈梁以下已經被堵塞等情況，因此本次潰壩設計有

23、不可推卸的責任。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 4、設計過于簡單未給出尾礦庫管理施工圖 初步設計只給出初期的防洪標準是200年一遇，后期為1000年一遇洪水及調洪計算。未給出在防洪標準發生變化的標高及管理要求。企業不可能每年進行調洪計算，這對于企業很難管理。鞍 山 市 勝 利 南 路 35號 3.4 設計應從中吸取的教訓 1、水文計算 雖然在我們的設計中匯水面積錯誤尚未發現，但是對于水文計算錯誤也有發生，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。 在我們的設計中，水文和調洪計算都是在可研和初步設計中進行，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，水文計算是誰做設計誰負責。這樣就很難避免產生南昌有色冶金設計研究院出現的類似錯誤