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:

где d - коэффициент, учитывающий удаление снега с площади карьера, d=0,7;

h_с - максимальная мощность снега, h_с=0,8 м;

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

t_с - длительность интенсивного снеготаяния, t_с=15 суток;

r_с - плотность снега, r_с=0,23 т/м³;

r_в - плотность воды, r_в=1 т/м³.

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.

Таблица 3.14.

Результаты расчёта величины прогнозного водопритока в карьеры

Название месторож дения	Название карьера	Плошадь карьера     Fк, тыс. м2	Величина водопритока в карьер	Максимальный водоприток в карьер   Qmax (Qливн+Qтал) м3/ч	Средний установив шийся водоприток в карьер,   Qуст., м3/ч
За счет ливневых осадков,     Qливн., м3/ч	За счет жидких атмосферных осадков, Qатм., м3/ч	За счет талых вод,     Qтал., м3/ч
«Надежда»	Карьер «Центральный»	165,4	95,0	10,8	41,4	136,4	10,8

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 м³ (рис. 3.2).

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

Объем земляных работ по сооружению зумпфа – 102 м³.

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,

ρ = 1010 кг/м³;

q – ускорение свободного падения, q = 9,8 м/с²;

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.

Таблица 3.15.

Параметры нагнетательных трубопроводв для отвода воды из карьеров

Название месторождения	Название карьера	Максимальный приток воды, Q, м3/ч	Высота нагнетания НН, м	Расчетный внутренний диаметр нагнетательного трубопровода Др, м	Расчетное давление воды в трубопроводе, Р, МПа	Расчетная толщина стенки трубы с учетом коррозионного износа, δР мм	Принятый стандартный диаметр труб по ГОСТ 8732-78
«Надежда»	Карьер «Центральный»	136,4		0,162	2,1	2,54	168х5,0

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:

Н_Р = Н_ВС + Н_н + ΔН = 109 м

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

Таблица 3.16.

Результаты расчета необходимого напора и рекомендуемые типы насосов

Название месторождения	Название карьера	Максимальный приток воды, Q, м3/ч	Высота нагнетания НН, м	Максимальная длина трубопровода, l, м	Скорость движения воды в нагнетательном трубопроводе Vр, м/с	Потери напора в нагнетательном трубопроводе, DНН, м	Расчет ный напор насоса Нр, м	Рекомен дуемый тип насоса
«Надежда»	Карьер «Центральный»	136,4			1,85	1,0		ЦНС 180-128

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 м³/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.

4 ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ РУД