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【摘 要】 在尾矿的设施当中主要有尾矿坝和排洪系统等部分，其中排水系统同其他的部分不同，它是不参与矿山生产的但是又在尾矿库中有着重要的地位，可谓是其安全的保障。因此，如何优化尾矿库的排洪系统设计对于尾矿库的安全保障工作很重要，值得我们重视。本文分析了尾矿库排洪系统设计及优化方法。
【关键词】 尾矿库；排洪系统；设计；优化方法
引言：
尾矿库是用以贮存金属非金属矿山矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所，是矿山三大控制性工程之一，一般情况下由初期坝、堆积坝、排洪系统等安全设施组成，其中排洪系统是尾矿库安全设施的必要组成部分，排洪系统设计的合理性关系到尾矿库的防洪安全，影响到尾矿库的安全稳定与工程投资。
1、尾矿库排洪系统的重要性
矿山选矿厂选别矿石后产生的大量脉石“废渣”（尾矿），通常是以矿浆状态排出，如不妥善处理，就会大面积地覆没农田和污染水系，对环境造成严重的危害；同时，尾矿中往往还含有目前尚不能回收的贵重、稀有金属，也不允许随意丢弃，有待日后二次回采利用，主要由初期坝、排洪系统、监测系统等组成。
尾矿库的排洪系统与水库排洪系统有所不同，尾矿库的排洪系统不仅安全及时地排出库区的澄清水和洪水，而且要确保不让尾砂从排洪系统泄漏—俗称“跑浑”或“跑黑”，即排水不排砂。排洪系统通常由进水构筑物和排水构筑组成。尾矿堆积坝这种独特的筑坝工艺决定了尾矿库的排洪系统对于尾矿库的安全定性具有十分重要的作用，若排洪系统一旦出现故障或洪水排泄不顺畅，则对尾矿库造成的危害非常大，甚至会产生灾害性的恶果。主要体现在以下几个方面：
（1）漫坝溃坝。尾矿库排洪系统出现故障，洪水无法正常排泄，库内水位会急剧抬高，造成洪水从尾矿堆积坝顶溢流排走。由于尾矿堆积坝坝顶不能过流，因而导致溃坝，给库区下游人民生命财产带来灾难。像湖南一矿山的尾矿库，于1985年8月25日发生漫坝溃坝事矿，农田房屋、铁路公路、通讯线路等被冲毁，并造成了人员伤亡，损失惨重，教训深刻。
（2）尾矿积坝坝坡滑坡失稳。排洪系统排泄不顺畅，特别在汛期，库内水位高居不下，尾矿堆积坝内浸润线会不断升高，水甚至从坝坡表面逸出，产生渗透破坏，导致尾矿堆积坝坍塌失稳。
（3）泄漏尾砂。排洪构筑物局部结构存在问题，如现浇排水管分缝处施工不良，预制排水管搭接不良，排水井挡板封堵不严，排水斜槽盖板局部损坏等，将会导致从排洪系统漏水漏砂，污染下游环境。随着时间推移，泄漏情况日益恶化，可能会导致排洪系统淤塞或坍塌，出现溃坝等危急情况。
2、排洪系统优化设计方法
（1）根据排洪系统的进出口高差及排洪系统度、结构形式，一定的调洪水深下满足防洪要求的最大下泄流量确定排洪系统压力流状态下的管（洞）断面。
（2）根据最大下泄流量、调洪水深、进水口形式确定进水口断面。
（3）根据进水口断面、管（洞）断面、最大下泄流量确定进水口深度。
（4）根据确定的进水口断面、进水口深度、管（洞）断面复核压力流状态下的最大下泄流量。如复核的下泄流量与要求的最大下泄流量接近，所定管（洞）断面合适。确定的进水口断面、进水深度、管（洞）断面为最优。
3、尾矿库排洪系统优化设计
3.1、尾矿库排洪系统特点
3.1.1、进水口调洪水深小尾矿库堆积坝的筑坝工艺包括中、下、上游法尾矿筑坝，而我国采用的多是上游尾矿筑坝。采用这种筑坝工工艺时，尾砂从堆积坝前到库尾都会有水力分级的现象，粗颗粒就会沉积在坝前，而细颗粒则就会沉积到库尾中，而尾矿的粒径比较细，形成较小的沉积滩坡度，最低进水口标高到沉积滩顶的高差较小。一般而言，沟长的尾矿库不多，一般都是在300米长，根据1%的沉积滩坡度来计算，除去澄清水的水深以及安全超高，进水口的调洪水深为2米。
3.1.2、进水口水头占总水头比例过高
由于尾矿库排洪系统的调洪水的深度要比位置水头的小，调洪水深也是由尾矿库的滩长以及滩坡度等来决定。最高洪水位到管洞的入口高程差就会转化为排洪系统的流速水头。排洪系统的水头损失一般分为沿程水头和局部水头损失，一般是由排洪系统的位置的水头来提供的。
3.2、系统设计
3.2.1、确定防洪标准
为了保障矿区下游人民的生命和财产安全应该制定合理的防洪标准。防洪标准主要有两种，一种是保证大坝等建筑物安全设定的防洪标准，一种是在修筑建筑物时要使得防护对象避免洪水威胁而设定的标准。这两种标准因为其针对的对象不同，因此在设计时要进行区分。我国颁布的防洪标准是防洪系统设计的主要依据，因而在设定防洪标准时要严格按照国家规范制定。
3.2.2、排水构筑物结构形式以及形态
尾矿库在其运行的过程当中如果要确保洪水能顺利的被排出，就应该通过设置排水构筑物来使得库中的水量得到降低，这样也就能够达到对坝体浸润线降低的目的。暴雨的水量以及构筑物的排泄能力如何影响着尾矿库的防洪能力。准确合理地计算洪水，能够确保构筑物泄流的能力，尾矿库的安全也就能够有所保证。
调洪演算：之所以要对调洪进行演算是为了能够在依据排水系统的情况下能够更好地确定库容以及泄洪的流量。构筑物越小，库容也就会需要越大，坝也就会更高。调洪采用的演算方法主要还是根据洪水过程线和构筑物泄洪能力以及需水量的关系曲线来决定的，在计算好泄洪的过程线之后，才能更好的确定库容以及泄流量。另外，如果把洪水的过程设想为三角形，把排水过程设定为直线，以这种方法来进行演算也是一个较好的方法，这种方法简单、快速。
排水构筑物：尾矿库地下排洪构筑物宜采用浆砌块石结构。尾矿库常用的排水构筑物有排水井、排水斜槽、排水管、排水隧洞、溢洪道和截洪沟等。除了溢洪道和截洪沟外，其余构筑物都逐渐被厚厚的尾矿所覆盖，承叐很大的上覆荷载。因此，除在设计上应保证它有足够的强度外，对施工质量的要求也很严格。 排水井排水井是排洪系统的迚水构筑物，由井基、井座和井筒三部分组成，有窗口式、框架式、叠圈式和砌块式等几种类型。排水井多用钢筋混凝土浇筑成，高度一般为10m，特殊情况和地形条件下也可做的高一些。为了节省工程费用，排水井的井筒均设计成临时性的，也就是说当排水井被尾矿淹没后，井筒允许被压坏。当排水井需要封井时，应迚入井内，在井座上口处浇筑盖板。严禁在井筒上口封井。1、窗口式排水井：排水井的直径一般为1～2m，在井筒上每隑1m左右的高差开有4～3丧圆窗口，用亍排水。窗口孔径为0.2～0.3m，排洪时，同时使用的窗口层数可为1～3层，根据设计要求而定。当尾矿库水位升高，丌再用下层窗口排水时，可用包土工布的木塞或混凝土塞将其封堵。2、框架式排水井：排水井一般做成圆形，直径为2～5m，需要时还可做得更大；有些排水井做成方形或矩形。在井台上浇筑有由多根立柱和横梁组成的框架。立柱间距1m左右，断面形状为T形，横梁间距为2m左右。3、叠圈式排水井：此式排水井在施工时只做井座以下部分，井筒留在生产过程完成。随着尾矿库水位升高，将事先预制好的井圈逐渐叠放到井座上的井筒部位而叠成井筒。4、砌块式排水井：此式井的修筑过程同叠圈式排水井基本上一样，只是改用小的砌块来代替叠圈。沿山坡筑成的排水槽，断面为矩形，宽度一般为1m左右，高度宜大亍宽度，排水量较大时可做成双槽式，随着尾矿库水位的升高，斜槽逐渐加盖板封闭。斜槽盖板上将覆盖很厚的尾矿，所叐土压力和水压力很大，因此盖板厚度很厚。盖板可做成平板或圆拱形板，后者叐力条件好，可做得稍薄一些。
综合利用：一般中小型水利工程，都具有发电、灌溉、养鱼等综合效益。某些有色矿山排洪系统设有拦洪坝，形成的拦洪库有一定的调洪库容，但却不便直接将调洪库容作为兴利库容使用，原因是山区河流坡度陡，流速急，汇流时间短。若将调洪库容蓄水使用，汛期一旦洪水来临，来不及将调洪库容内的蓄水排出，极有可能导致洪水漫坝，危及下游安全。尽管可以通过加高坝顶标高使其增加一部分库容作为兴利库容，但由于工程量加大，是否可行，需经过技术经济比较才能确定。
在某些管理有序、水文预报及时的单位，可以在非汛期利用调洪库容蓄水作为矿山的调节水源，也可以进行农业灌溉、养鱼等。例如云南省水利勘测设计院给易门铜矿三家厂排洪设计拦洪库时，在库内进水口头部设置了闸门，规定每年十一月至翌年五月蓄水，五月以后闸门全开；金堆城钼业公司，在西川河隧洞出口筑低坝拦水引至二选厂生产用水，解决了近两年因陕西省干旱缺水的大问题；黑龙江松江铜矿，在采区排洪洞进口引水渠处，开挖了一大鱼塘养鱼，使矿区职工生活得以改善，这一切都是综合利用的事例。
大部分无拦洪坝的排水系统，除非有特殊要求，多将洪水与尾矿澄清水合用一个排水系统排放，节省基建投资。
4、结束语
尾矿库中的排水系统是其安全的一个重要保障。其设计应该对当地的地形以及施工等因素加以考虑。通过优化排洪系统的设计能够最大程度节省工程量，缓解库内防洪的压力，确保下游居民生命以及财产的安全。
参考文献：
[1]邓书申.尾矿库排洪系统设计及优化方法[J].金属矿山，2014，02：146-149.
[2]沈楼燕.关于尾矿库排洪系统设计中的问题探讨[J].有色金属（矿山部分），2003，03：38-40.
[3]时炜.浅议尾矿库排洪系统设计[J].有色矿山，2002，05：43-46.
【关键词】 尾矿库；排洪系统；设计；优化方法
引言：
尾矿库是用以贮存金属非金属矿山矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所，是矿山三大控制性工程之一，一般情况下由初期坝、堆积坝、排洪系统等安全设施组成，其中排洪系统是尾矿库安全设施的必要组成部分，排洪系统设计的合理性关系到尾矿库的防洪安全，影响到尾矿库的安全稳定与工程投资。
1、尾矿库排洪系统的重要性
矿山选矿厂选别矿石后产生的大量脉石“废渣”（尾矿），通常是以矿浆状态排出，如不妥善处理，就会大面积地覆没农田和污染水系，对环境造成严重的危害；同时，尾矿中往往还含有目前尚不能回收的贵重、稀有金属，也不允许随意丢弃，有待日后二次回采利用，主要由初期坝、排洪系统、监测系统等组成。
尾矿库的排洪系统与水库排洪系统有所不同，尾矿库的排洪系统不仅安全及时地排出库区的澄清水和洪水，而且要确保不让尾砂从排洪系统泄漏—俗称“跑浑”或“跑黑”，即排水不排砂。排洪系统通常由进水构筑物和排水构筑组成。尾矿堆积坝这种独特的筑坝工艺决定了尾矿库的排洪系统对于尾矿库的安全定性具有十分重要的作用，若排洪系统一旦出现故障或洪水排泄不顺畅，则对尾矿库造成的危害非常大，甚至会产生灾害性的恶果。主要体现在以下几个方面：
（1）漫坝溃坝。尾矿库排洪系统出现故障，洪水无法正常排泄，库内水位会急剧抬高，造成洪水从尾矿堆积坝顶溢流排走。由于尾矿堆积坝坝顶不能过流，因而导致溃坝，给库区下游人民生命财产带来灾难。像湖南一矿山的尾矿库，于1985年8月25日发生漫坝溃坝事矿，农田房屋、铁路公路、通讯线路等被冲毁，并造成了人员伤亡，损失惨重，教训深刻。
（2）尾矿积坝坝坡滑坡失稳。排洪系统排泄不顺畅，特别在汛期，库内水位高居不下，尾矿堆积坝内浸润线会不断升高，水甚至从坝坡表面逸出，产生渗透破坏，导致尾矿堆积坝坍塌失稳。
（3）泄漏尾砂。排洪构筑物局部结构存在问题，如现浇排水管分缝处施工不良，预制排水管搭接不良，排水井挡板封堵不严，排水斜槽盖板局部损坏等，将会导致从排洪系统漏水漏砂，污染下游环境。随着时间推移，泄漏情况日益恶化，可能会导致排洪系统淤塞或坍塌，出现溃坝等危急情况。
2、排洪系统优化设计方法
（1）根据排洪系统的进出口高差及排洪系统度、结构形式，一定的调洪水深下满足防洪要求的最大下泄流量确定排洪系统压力流状态下的管（洞）断面。
（2）根据最大下泄流量、调洪水深、进水口形式确定进水口断面。
（3）根据进水口断面、管（洞）断面、最大下泄流量确定进水口深度。
（4）根据确定的进水口断面、进水口深度、管（洞）断面复核压力流状态下的最大下泄流量。如复核的下泄流量与要求的最大下泄流量接近，所定管（洞）断面合适。确定的进水口断面、进水深度、管（洞）断面为最优。
3、尾矿库排洪系统优化设计
3.1、尾矿库排洪系统特点
3.1.1、进水口调洪水深小尾矿库堆积坝的筑坝工艺包括中、下、上游法尾矿筑坝，而我国采用的多是上游尾矿筑坝。采用这种筑坝工工艺时，尾砂从堆积坝前到库尾都会有水力分级的现象，粗颗粒就会沉积在坝前，而细颗粒则就会沉积到库尾中，而尾矿的粒径比较细，形成较小的沉积滩坡度，最低进水口标高到沉积滩顶的高差较小。一般而言，沟长的尾矿库不多，一般都是在300米长，根据1%的沉积滩坡度来计算，除去澄清水的水深以及安全超高，进水口的调洪水深为2米。
3.1.2、进水口水头占总水头比例过高
由于尾矿库排洪系统的调洪水的深度要比位置水头的小，调洪水深也是由尾矿库的滩长以及滩坡度等来决定。最高洪水位到管洞的入口高程差就会转化为排洪系统的流速水头。排洪系统的水头损失一般分为沿程水头和局部水头损失，一般是由排洪系统的位置的水头来提供的。
3.2、系统设计
3.2.1、确定防洪标准
为了保障矿区下游人民的生命和财产安全应该制定合理的防洪标准。防洪标准主要有两种，一种是保证大坝等建筑物安全设定的防洪标准，一种是在修筑建筑物时要使得防护对象避免洪水威胁而设定的标准。这两种标准因为其针对的对象不同，因此在设计时要进行区分。我国颁布的防洪标准是防洪系统设计的主要依据，因而在设定防洪标准时要严格按照国家规范制定。
3.2.2、排水构筑物结构形式以及形态
尾矿库在其运行的过程当中如果要确保洪水能顺利的被排出，就应该通过设置排水构筑物来使得库中的水量得到降低，这样也就能够达到对坝体浸润线降低的目的。暴雨的水量以及构筑物的排泄能力如何影响着尾矿库的防洪能力。准确合理地计算洪水，能够确保构筑物泄流的能力，尾矿库的安全也就能够有所保证。
调洪演算：之所以要对调洪进行演算是为了能够在依据排水系统的情况下能够更好地确定库容以及泄洪的流量。构筑物越小，库容也就会需要越大，坝也就会更高。调洪采用的演算方法主要还是根据洪水过程线和构筑物泄洪能力以及需水量的关系曲线来决定的，在计算好泄洪的过程线之后，才能更好的确定库容以及泄流量。另外，如果把洪水的过程设想为三角形，把排水过程设定为直线，以这种方法来进行演算也是一个较好的方法，这种方法简单、快速。
排水构筑物：尾矿库地下排洪构筑物宜采用浆砌块石结构。尾矿库常用的排水构筑物有排水井、排水斜槽、排水管、排水隧洞、溢洪道和截洪沟等。除了溢洪道和截洪沟外，其余构筑物都逐渐被厚厚的尾矿所覆盖，承叐很大的上覆荷载。因此，除在设计上应保证它有足够的强度外，对施工质量的要求也很严格。 排水井排水井是排洪系统的迚水构筑物，由井基、井座和井筒三部分组成，有窗口式、框架式、叠圈式和砌块式等几种类型。排水井多用钢筋混凝土浇筑成，高度一般为10m，特殊情况和地形条件下也可做的高一些。为了节省工程费用，排水井的井筒均设计成临时性的，也就是说当排水井被尾矿淹没后，井筒允许被压坏。当排水井需要封井时，应迚入井内，在井座上口处浇筑盖板。严禁在井筒上口封井。1、窗口式排水井：排水井的直径一般为1～2m，在井筒上每隑1m左右的高差开有4～3丧圆窗口，用亍排水。窗口孔径为0.2～0.3m，排洪时，同时使用的窗口层数可为1～3层，根据设计要求而定。当尾矿库水位升高，丌再用下层窗口排水时，可用包土工布的木塞或混凝土塞将其封堵。2、框架式排水井：排水井一般做成圆形，直径为2～5m，需要时还可做得更大；有些排水井做成方形或矩形。在井台上浇筑有由多根立柱和横梁组成的框架。立柱间距1m左右，断面形状为T形，横梁间距为2m左右。3、叠圈式排水井：此式排水井在施工时只做井座以下部分，井筒留在生产过程完成。随着尾矿库水位升高，将事先预制好的井圈逐渐叠放到井座上的井筒部位而叠成井筒。4、砌块式排水井：此式井的修筑过程同叠圈式排水井基本上一样，只是改用小的砌块来代替叠圈。沿山坡筑成的排水槽，断面为矩形，宽度一般为1m左右，高度宜大亍宽度，排水量较大时可做成双槽式，随着尾矿库水位的升高，斜槽逐渐加盖板封闭。斜槽盖板上将覆盖很厚的尾矿，所叐土压力和水压力很大，因此盖板厚度很厚。盖板可做成平板或圆拱形板，后者叐力条件好，可做得稍薄一些。
综合利用：一般中小型水利工程，都具有发电、灌溉、养鱼等综合效益。某些有色矿山排洪系统设有拦洪坝，形成的拦洪库有一定的调洪库容，但却不便直接将调洪库容作为兴利库容使用，原因是山区河流坡度陡，流速急，汇流时间短。若将调洪库容蓄水使用，汛期一旦洪水来临，来不及将调洪库容内的蓄水排出，极有可能导致洪水漫坝，危及下游安全。尽管可以通过加高坝顶标高使其增加一部分库容作为兴利库容，但由于工程量加大，是否可行，需经过技术经济比较才能确定。
在某些管理有序、水文预报及时的单位，可以在非汛期利用调洪库容蓄水作为矿山的调节水源，也可以进行农业灌溉、养鱼等。例如云南省水利勘测设计院给易门铜矿三家厂排洪设计拦洪库时，在库内进水口头部设置了闸门，规定每年十一月至翌年五月蓄水，五月以后闸门全开；金堆城钼业公司，在西川河隧洞出口筑低坝拦水引至二选厂生产用水，解决了近两年因陕西省干旱缺水的大问题；黑龙江松江铜矿，在采区排洪洞进口引水渠处，开挖了一大鱼塘养鱼，使矿区职工生活得以改善，这一切都是综合利用的事例。
大部分无拦洪坝的排水系统，除非有特殊要求，多将洪水与尾矿澄清水合用一个排水系统排放，节省基建投资。
4、结束语
尾矿库中的排水系统是其安全的一个重要保障。其设计应该对当地的地形以及施工等因素加以考虑。通过优化排洪系统的设计能够最大程度节省工程量，缓解库内防洪的压力，确保下游居民生命以及财产的安全。
参考文献：
[1]邓书申.尾矿库排洪系统设计及优化方法[J].金属矿山，2014，02：146-149.
[2]沈楼燕.关于尾矿库排洪系统设计中的问题探讨[J].有色金属（矿山部分），2003，03：38-40.
[3]时炜.浅议尾矿库排洪系统设计[J].有色矿山，2002，05：43-46.