Как посчитать водоприток в карьере

Расчет притока воды в карьер

В связи с глубоким залеганием уровня подземных вод (Н_ст.=180-200 м) первого от поверхности безнапорного нижнекембрийского водоносного комплекса основной водоприток в карьер на месторождении «Надежда» будет формироваться в теплый период года за счёт выпадающих атмосферных осадков и талых вод при весеннем снеготаянии.

Расчет водопритока в карьер выполнен на период максимального разворота работ, т.е. на максимальные площадь и глубину карьера.

Максимальное количество жидких осадков за сутки (ливневые осадки) по данным метеостанции Алдан составляет 57 мм, продолжительность ливня обычно 30-40 минут.

Приток воды в карьер за счет ливневых осадков рассчитан по формуле:

,

где F_к – максимальная площадь карьера на конец отработки участка,

h_м – максимальное возможное количество осадков, выпадающих за сутки, h_м = 0,057 м;

l_к– коэффициент стока; в пределах карьера l_к = 0,7;

– относительная интенсивность осадков, = 0,64;

– переходный коэффициент от слоев дождевого стока вероятностью 1% к вероятности превышения 10%, = 0,54;

t – время поступления осадков в карьер, t = 24 ч.

Средняя величина поступления воды в карьер за счет жидких атмосферных осадков в теплый период года определена по формуле:

,

где h₀ – слой осадков за теплый период года, h₀ = 337 мм;

Т – продолжительность теплого периода, Т = 150 дней ´ 24 = 3600 ч.

Основная часть водопритока в карьеры за счёт атмосферных осадков (68-70%) формируется в период весеннего снеготаяния, продолжительность которого не превышает один месяц. Величина водопритока за счет талых вод рассчитана по формуле:

λ₄ – коэффициент стока в период снеготаяния, λ₄ = 0,7;

Результаты расчётов величины водопритока в карьер в центральной части месторождения «Надежда» приведены в таблице 3.14.

Отведение карьерных вод

Учитывая расположение продуктивных отложений и порядок продвижения фронта горных работ, для нормальной отработки залежи должны выполняться работы по отведению талых и ливневых вод из карьера. Ливневые и талые воды, поступающие в карьер, будут собираться с использованием водосборных канав в зумпф, пройденный ниже подошвы продуктивных отложений, и отводиться принудительным водоотливом с откачкой на рельеф за пределы карьера.

Результаты расчёта величины прогнозного водопритока в карьеры

При разработке центральной части (блок 8-С₁) месторождения рудного золота «Надежда» Нижнеякокитского рудного поля в пределах границ горного отвода намечено сооружение одного зумпфа в карьере. Зумпф располагается в месте с наиболее низкими отметками дна карьера. Размеры зумпфа устанавливаются с учетом заиливания и льдообразования в холодный период года. Глубина зумпфа – 2,0 м, длина и ширина по дну – 4,0 м, вместимость 102 м 3 (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Параметры зумпфа для сбора карьерных вод при водоотливе

Из зумпфа сброс карьерных вод на рельеф будет осуществляться с помощью центробежного насоса, производительность которого подбирается в зависимости от глубины карьера и величины максимального водопритока.

Отвод на рельеф за пределы карьера откачиваемой из зумпфов воды будет осуществляться с помощью трубопровода из металлических труб.

Целесообразная скорость движения воды в нагнетательном трубопроводе насоса составит:

=1,85 м/с

где Q – максимальный приток воды.

Расчетный внутренний диаметр нагнетательного трубопровода:

= 0,162 мм

Расчетное давление воды в трубопроводе:

= 2,11 Мпа

где ρ – плотность откачиваемой воды, с учетом наличия взвесей в карьерных водах,

q – ускорение свободного падения, q = 9,8 м/с 2 ;

Н – расчетный напор насоса, м.

= 213 м,

здесь Н_ВС – высота всасывания, Н_ВС = 1,5 м;

Н_Н – высота нагнетания, с учетом максимальной разницы между отметками дна карьера и поверхности на момент завершения разработки запасов;

η – КПД трубопровода, предварительно η = 0,5;

Толщина стенки труб исходя из величины рабочего давления:

= 1,8 мм,

где σ_В – допустимое сопротивление разрыву стали, МПа.

Для стали Ст. 2сп, σ_В = 340 МПа.

Расчетная толщина стенки труб с учетом коррозионного износа:

= 2,54 мм,

где σ_ки – скорость коррозионного износа внутренней поверхности, σ_ки = 0,1 мм/год;

Т – планируемый срок службы трубопровода водоотлива, Т = 1 год.

Расчетные параметры и принятые диаметры нагнетательных трубопроводов для отвода за пределы карьеров откачиваемой из зумпфов воды приведены в таблице 3.15.

Параметры нагнетательных трубопроводв для отвода воды из карьеров

Расчетный внутренний диаметр всасывающих трубопроводов при скорости воды в них определяется по формуле и будет соответствовать диаметру нагнетательного трубопровода.

Потери напора в нагнетательном трубопроводе рассчитываются по формуле:

= 1,0 м,

где λ_Н – коэффициент линейных гидравлических сопротивлений в нагнетательном трубопроводе: = 0,0036;

l_н – максимальная длина нагнетательного трубопровода;

Σξ_Н – сумма коэффициентов местных сопротивлений (открытой задвижки, обратного клапана и 2 колен): Σξ_Н = 0,08+5,5+2×0,084 = 5,75 м.

Потери напора во всасывающем трубопроводе принимаются равными ΔН_ВС = 1,5 м.

Сумма потерь насоса: ΔН = ΔН_Н + ΔН_ВС = 2,5 м.

Необходимый расчетный напор насоса:

Результаты расчета необходимого напора и рекомендуемые типы насосов для откачки воды из карьера приведены в таблице 3.16.

Результаты расчета необходимого напора и рекомендуемые типы насосов

Уточненный КПД трубопроводов ( ) составит 0,97.

Максимальный приток ливневых вод в карьер в период снеготаяния маловероятен и может иметь место не чаще 1 раза за все время разработки карьера. Установившийся средний расход карьерных вод будет составлять 10,8 м 3 /ч, поэтому для их откачки достаточно 1,5 часов работы насоса в сутки. Максимальный приток воды в карьер с помощью рекомендуемого типа центробежного насоса будет откачен за 18 часов, что соответствует требованиям ЕПБ.

В меженный период насосы включаться не будут.

Трассы трубопроводов водоотливной установки выбираются из условия получения минимальной длины и минимальных углов поворота. Трубопровод эксплуатируется 1 год и переносится два раза по мере продвижения фронта горных работ. Трубы укладываются на лежни или низкие деревянные опоры, высота которых определяется рельефом трассы и обеспечивает относительно равномерный продольный уклон. Так как зумпф располагается в наиболее низких участках карьера, трасса трубопровода в пределах дна выработанного пространства будет иметь незначительный подъем в 2÷4°. В наиболее низком участке трассы трубопровода (как правило, вблизи зумпфа) устанавливается водоспускная задвижка.

Источник

Определение водопритока в карьер

Настоящим заданием предусмотрен расчет водопритока в карьер, используемый для разработки месторождения кварцевых песков и доломитизированных известняков. Водоприток в карьер осуществляется за счет безнапорного водоносного горизонта, приуроченного к суглинкам и пескам, напорного водоносного горизонта, приуроченного к трещиноватым известнякам, а также за счет атмосферных осадков. Движение подземных вод ламинарное.

,м (28)

r_o – приведенный радиус карьера, м;

F – площадь карьера, м 2 ;

a) Водоприток из безнапорного водоносного горизонта определяется как к совершенному грунтовому колодцу:

, м 3 /сут(29)

Q_гр – водоприток за счет грунтовых вод, м 3 /сут;

k_ф–средний коэффициент фильтрации безнапорного водоносного горизонта, м/сут;

Н – мощность безнапорного водоносного горизонта, м;

r_o – приведенный радиус карьера, м.

б) Водоприток из напорного водоносного горизонта определяется по формуле совершенного грунтово-артезианского колодца:

, м 3 /сут(30)

Q_н – водоприток за счет напорных вод, м 3 /сут;

k_ф–коэффициент фильтрации напорного водоносного горизонта, м/сут;

Н_n – величина пьезометрического напора, м;

М – мощность напорного водоносного горизонта, м;

r_o – приведенный радиус карьера, м.

в) Водоприток в карьер за счет атмосферных осадков определяется по формуле:

, м 3 /сут (31)

Q_oc – водоприток за счет атмосферных осадков, м 3 /сут;

h_oc – годовое количество осадков, принимаемое для условий Донбасса 0,56 м/год;

г) Суммарный водоприток в карьер составляет:

, м 3 /сут (32)

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 151 ; Нарушение авторских прав

Источник

Расчет притоков карьерных сточных вод

Осушение карьерного поля участка

На разрезе принят поверхностный способ осушения с помощью карьерного водоотлива.

На карьерный водоотлив поступают подземные и поверхностные сточные воды.

Подземные воды на участке дренируются непосредственно бортами горных работ, стекают по уступам и поступают в зумпф №1, расположенный на нижних отметках участка горных работ. По мере развития горных работ местоположение зумпфа №1 меняется.

Подземных и поверхностные воды из разрезных траншей, появляющихся по мере вскрытия и отработки угольных пластов, поступают в зумпф №2, далее водоприток поступает в зумпф №1 самотеком.

Притоки подземных и поверхностных сточных вод определены на сдачу разреза в эксплуатацию и на период стабильной работы разреза.

Приток поверхностных сточных вод определен в соответствии с СП 103.13330.2011 «СНиП 2.06.14-85 Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод» и «Пособию по проектированию защиты горных выработок от подземных и поверхностных вод и водопонижение при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений» по формуле:

Q = 10 × K × y_mt × H × F, м 3 /сутки,

Результаты расчетов по определению поверхностного стока приведены в табл. 3-79.

*- зумпф №2 является перекачным, сбор воды осуществляется в зумпфе №1.

Годовое количество дождевых и талых вод с площади разреза и прилегающей к нему поверхности определяется по формуле:

Wт= 10 ∙ h _т ∙ F ∙j_т,

Wд= 10 ∙ h _д ∙ F ∙ j _mt,

где: h_т = 101 мм – слой осадков, мм, за холодный период года;

h_д = 321 мм – слой осадков, мм, за теплый период года;

j_т – коэффициент стока для талых вод, j_т =0,6;

Результаты расчета приведены в табл. 3-80.

На площади участка недр сложились следующие граничные гидрогеологические условия (рис. 3.45):

— в интервале глубин +170 ÷ ±0 м (до проектной глубины разреза) это напорный полуограниченный водоносный пласт слабо обводненных пород в зоне затухающей трещиноватости с затрудненным водообменом, ограниченный непроницаемым контуром (разрез «Н»).

При отработке угля в слабо обводненных породах в зоне затухающей трещиноватости в условиях дренирующего влияния разреза «Н» водопритоки будут несущественными.

В основном, водопритоки в разрез будут происходить за счет вод зоны активного водообмена, контуром дренажной системы («большого колодца») будет являться контур дна разреза на глубине подошвы зоны интенсивной трещиноватости 110 м (+170 м абс).

В условиях безнапорного пласта-угла, где один контур – с постоянным напором, другой – непроницаемый, расчет водопритоков производится по формуле:

Исходные данные для расчетов приняты на основании «Отчета по результатам геологоразведочных работ на участке недр и каменноугольных месторождений» (Геологическое строение и подсчет запасов каменного угля по состоянию на 01.01.2013 г.)

Расчет притоков подземных вод на период сдачу в эксплуатацию и период стабильной работы разреза приведен в таблице 3-81.

Усл. обо-знач.	Гидрогеологические параметры	Единица измерения	Значения
на сдачу в эксплуата- цию	на период стабильной работы
Н	Мощность безнапорной обводненной зоны	м
h0	Величина остаточного столба воды в безнапорном горизонте	м
К	Коэффициент фильтрации	м/сут	0,57	0,57
F	Площадь контура дренажа (100×200 м)	м 2
r0	Приведенный радиус выработки,	м
Lк	Расстояние от центра выработки до непроницаемой границы*	м

Притоки подземных и поверхностных сточных вод, поступающие на карьерный водоотлив разреза, приведены в табл. 3-82.

Карьерный водоотлив

Настоящей проектной документацией, для выдачи подземных и поверхностных сточных вод с поля разреза, предусматривается оборудование разреза водоотливными установками у зумпфа №1, устраиваемого в низших точках отрабатываемых горизонтов.

По мере отработки запасов угля и углубки разреза, местоположение зумпфа №1 изменяется.

На сдачу разреза в эксплуатацию на гор. +230 м предусматривается установка двух углесосов типа У450-120 (1 рабочий + 1 резервный), которые обеспечат откачку водопритоков при переносе зумпфа №1 до гор.+180 м.

Прогнозируемый среднегодовой водоприток в зумпф №1 водоотливной установки У450-120:

— нормальный, приток подземных вод – 81 м 3 /час;

— максимальный, с учётом притока поверхностных вод – 444 м 3 /час.

С началом горных работ на гор.+170 м предусматривается оборудование зумпфа №1 двумя углесосами типа 12У6 (1 рабочий + 1 резервный), работа которых продолжается до понижения отметки зумпфа до гор.+130 м.

Прогнозируемый среднегодовой водоприток в зумпф №1 водоотливной установки 12У6:

— нормальный, приток подземных вод – 215 м 3 /час;

— максимальный, с учётом притока поверхностных вод – 541,71 м 3 /час.

С началом горных работ на гор.+120 м предусматривается оборудование зумпфа №1 двумя углесосами типа 14УВ6 (1 рабочий + 1 резервный), которые обеспечат откачку водопритоков при понижении отметки зумпфа до гор. ±0 м.

Прогнозируемый среднегодовой водоприток в зумпф №1 водоотливной установки 14УВ6:

— нормальный, приток подземных вод – 267 м 3 /час;

— максимальный, с учётом притока поверхностных вод – 593 м 3 /час.

Кроме того, для сбора подземных и поверхностных вод из разрезных траншей, появляющихся по мере вскрытия и отработки угольных пластов, предусматривается создание передвижной участковой водоотливной установки у зумпфа №2 с двумя насосами типа Д200-36б (1 рабочий + 1 резервный), выдающими водоприток за пределы траншеи, далее водоприток поступает в зумпф №1 самотеком. Глубина разрезных траншей составит не более 10 метров, расчет водоотливной установки выполнен на наибольшие притоки:

— нормальный, приток подземных вод – 70 м 3 /час;

— максимальный, с учётом притока поверхностных вод – 168,75 м 3 /час.

Допускается использование других типов насосных агрегатов, удовлетворяющих расчётным параметрам водоотливных установок и обеспечивающих выдачу максимальных водопритоков с поля разреза.

Расчёт и выбор водоотливных установок выполнен в соответствии с требованиями СП 103.13330.2011, «Единых правил безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом», и «Пособия по проектированию защиты горных выработок от подземных и поверхностных вод и водопонижения при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений (к СНиП 2.06.14-85 и СНиП 2.02.01-83)».

Производительность рабочих насосов главной водоотливной установки у зумпфа №1 принята с условием обеспечения откачки максимально ожидаемого суточного притока воды за 20 часов, в соответствии требованием п. 539 ПБ 05-619-03.

Напорные трубопроводы, прокладываемые по полю разреза, приняты по ГОСТ 10704-91.

Исходные данные для расчёта водоотливных установок и результаты расчётов по периодам отработки приведены в таблицах 3-83 и 3-84. Принципиальная гидравлическая схема главной водоотливной установки у зумпфа №1 приведена на рисунке 3.46.

Источник

Гидрогеологическое моделирование

Прикладная гидрогеология, геофильтрационное моделирование, инженерная геология. Блог специалиста по гидрогеологическому моделированию Копылова Александра.

04/04/2012

Расчет самозатопления карьера

Решил поделиться одной своей наработкой из области горной гидрогеологии. Заранее оговорюсь: этот подход совершенно неуниверсален и крайне маловероятно, что получится его применить еще где-нибудь.

Есть карьер, расположенный склоне небольшой горы (высотой примерно 800 метров). Глубина карьера составляет 550 м (абсолютная отметка дна карьера равна 410 м). Под горой протекает река с абсолютной отметкой уреза — 450 м. Расстояние от карьера до реки в среднем составляет 80 м. Периметр подгорной части карьера равен 100 м. Особенности рельефа нагорной части позволяют утверждать, что все атмосферные осадки в пределах области водосбора за вычетом испарения будут поступать только в карьер при любом уровне воды в нем. Области подземного и поверхностного водосбора совпадают. Водоупор находится на глубине 550 м и что важно — рельеф его кровли полностью повторяет рельеф поверхности.

Надо посчитать за какой срок после окончания разработки и процедур осушения карьер наполнится водой и до какой отметки.

Ну, с водопритоком с нагорной части все понятно:

Воде на склоне некуда деваться и она либо поверхностным, либо подземным стоком неминуемо притечет в карьер. Чтоб увязать Q_n и q₁ из рисунка — надо разделить Q_n на периметр нагорной части карьера, но для расчета это не нужно.

Водоприток с подгорной части происходит за счет фильтрации подземных вод в/из реки. Приток (отток) подземных вод связан с уровнем воды в реке следующим выражением (при отсутствии поверхностнго стока, см. рисунок):

В данном выражении я увязал вместе две известных зависимости для фильтрации между двумя разноуровенными водоемами: при наклонном водоупоре и при наличии инфильтрации.

Формула приведена для расчета удельного расхода потока, для получения величины водопритока (Q_p) в карьер удельный расход должен быть умножен на периметр подгорной части карьера (P):

Дальше, казалось бы, задача превращается в очевидную: приравнять выражения (1) и (2) с учетом (3), но увы, тут нас ждет подвох. Дело в том, что выражении (2) присутствует величина H₀ (уровень воды в карьере), которая вообще-то зависит от объема притекшей на заданный момент времени воды в карьер, т.е. эта величина динамически изменяется в зависимости от текущего соотношения Q_p и Q_n. К тому же h₀ ( мощность потока вблизи карьера) равна в нашем безнапорном случае:

Вот и все. Если что непонятно — спрашивайте. Заметили ошибки — ругайте.

Источник