山西青云选煤厂排矸场排水建筑物设计

郭进国

山西青云选煤厂排矸场排水建筑物设计

郭进国

（山西省水利水电工程建设监理有限公司，山西 太原 030002）

矸石场的水土保持工程很重要。青云煤业公司选煤厂矸石场的水保工程措施包括：修筑挡渣墙、排水工程、网格骨架护坡、挡水土埂、植被覆盖措施等。主要对排水建筑物中的截洪沟和消力池的设计进行了分析论证。

山西青云煤业有限公司；排矸场；水土保持；排水建筑物；截洪沟；消力池；分析论证

0 引言

山西青云煤业有限公司选煤厂排矸场位于工业场地东侧直距约500m处，占地面积1.61 hm2。排矸场呈西东向展开，沟道汇水面积约0.125 km2（北侧0.061 km2，南侧0.064 km2），为一干沟，西高东低，占地类型为荒地，沟谷呈V字形，沟长960m，平均沟底宽15～50m，沟道比降为8.13%。沟底为第四系冲积物，下伏粉质黏土，沟谷两侧和沟底为黄土覆盖，岩层为石炭二迭系砂页岩煤系地层，沟底和两侧边坡覆盖有灌草。

该矸石场的水土保持工程措施包括：修筑挡渣墙、修建排水工程、采用网格骨架护坡、修筑挡水土埂、种植植物措施等。挡渣墙修筑于排矸场沟口，设计墙长为36m，墙高（地上部分）为2m，顶宽为1 m，基础底宽为5.0m，上游坡比为1∶0.5，下游坡比为1∶1，墙顶高程为1 230m，基础底高程为1 227m，基础深为1.0m。挡渣墙后的弃渣或矸石分层错台逐层堆高。排水建筑由截洪沟、马道排水沟及消力池组成。截洪沟设在排矸场和取土场周边设，排水沟设在马道平台内侧。排矸场堆矸区以上汇水经截洪沟排到挡渣墙下游。为消能，修筑了消力池。笔者主要对截洪沟和消力池的设计进行了探讨。

1 排矸场和取土场周边截洪沟的设计分析

为防止矸石被雨水冲蚀，在排矸场周边布设1#、2#截洪沟（排矸场东侧为1#截洪沟，西侧为2#截洪沟），在取土场周边布设3#截洪沟。截洪沟砌筑材料为浆砌石，沟底铺碎石垫层。1#截洪沟拦截排矸场东边区域及东侧山坡上来的洪水，2#截洪沟拦截排矸场西边区域及西侧山坡上和取土场来的洪水，3#截洪沟顺接到2#截洪沟。具体设计如下［1～3］：

1.1 暴雨量的计算

频率为1小时的暴雨量的计算公式为

式中：H1·P为频率1 h的暴雨量，mm；KP为皮Ⅲ型曲线模比系数；H1为最大1 h暴雨均值，mm。

根据《山西省水文计算手册》，该区最大1 h暴雨量均值H1＝33mm，变差系数Cv＝0.54，模比系数K3.33%＝2.32，K1%＝2.91。

由公式 （1）计算出30年一遇设计暴雨量为76.56mm，100年一遇校核暴雨量为96.03mm。

1.2 洪峰流量计算

最大洪峰流量计算公式为

式中：QB为最大洪峰流量，m3／s；k为径流系数，取0.5；H1·P为平均1 h降雨强度，mm／h；F为山坡集水面积，km2。

该选煤厂矸石场的洪峰流量计算结果如表1所示。

1.3 截洪沟断面尺寸设计

1#、2#、3#截洪沟的断面形式为矩形，具体尺寸可用式（3）计算。

式中：Q为设计流量，m3／s；ω为过水断面积，m2；R为水力半径，m；C为谢才系数，C＝1／n×R1／6；n为糙率，取0.025；i为截洪沟设计纵坡，1#、2#截洪沟纵坡取0.09，3#截洪沟纵坡取0.08。

表1 各个截洪沟设计洪峰流量计算Table 1 Designed flood peak flow of each flood intercepting trench

经计算，截洪沟断面尺寸大小如表2所示，截洪沟工程量如表3所示。

从表2可以得出，设计水深加超高0.20m计算所得洪水流量大于100年一遇的洪水流量，从而确定1#截洪沟为矩形断面，底宽0.5m，深为0.8m（加超高0.2m），2#截洪沟为矩形断面，底宽0.5m，深为0.8m （加超高0.2m），3#截洪沟为矩形断面，底宽0.4m，深为0.6m（加超高0.2m）。

表2 截洪沟断面尺寸设计表Table 2 Section size design of flood intercepting trench

表3 截洪沟工程量计算表Table 3 Engineering calculation of flood intercepting trench

2 消力池参数设计

排矸场堆矸区以上汇水经截洪沟排到挡渣墙下游，为了下游建筑的安全，修筑了消力池［4］。

2.1 消力池宽度计算

消力池宽度可用式（4）计算。

式中：bs为消力池宽度，m；bc为矩形截洪沟底宽，m。

2.2 消力池池长计算消力池池长可按式（5）和式（6）计算。

式中：L为池长，m；h2为池中发生临界水跃时的跃后水深，m；h0为排水渠末端水深，m；α为流速不均匀系数，α＝1.0～1.1，取1.1；q为单宽流量，m3／（s·m）。

2.3 消力池深d的计算

消力池的池深d按式（7）计算。

式中：d为池深，m；σ为淹没安全系数，σ＝1.25；h2为池中发生临界水跃时的跃后水深，m；ht为消力池出口下游水深，m。

设计消力池底板厚为0.5m，边墙宽为0.5m。其他设计参数和计算结果如表4所示。

3 结语

排水建筑物设计是选煤厂矸石场水土保持防治措施的重要组成部分。本工程矸石场防治区的设计与煤矿的主体工程保持了较好的一致性，并结合了水土保持的防止原则，合理的控制了工程建设的水土流失，也兼顾了工程建设与水土保持的双方面需

表4 消力池设计参数计算表Table 4 Stilling pool design parameter calculation

［1］张慧芳.清徐县赵家山煤矿排矸场设计［J］.山西水土保持科技，2013（02）：23-25.

［2］陈刚.霍州力拓煤矿排矸场水土保持防护设计［J］.山西水利科技，2013（01）：60-62.

［3］赵芹，郑创新.沟道型弃渣场的水土流失危害及工程防护措施分析 ［C］／／中国水土保持学会规划设计专业委员会.中国水土保持学会规划设计专业委员会2009年年会暨学术研讨会论文集.北京：中国水土保持学会，2009：75-78.

［4］刘明，段晨辉.某核电站截洪沟多级跌水消能设计［J］.广东水利水电，2009（10）：27-29.

[责任编辑 杨明庆]

TV671

Β

1008-486X（2015）03-0017-03

2015-04-28

郭进国（1983-），男，山西太原人，助理工程师，主要从事水利建筑工程的监理。