某露天采场排水系统设计

某露天采场排冰系统设计虞云林;侯克鹏;程涌【摘要】以某露天矿山实际排水工程为例，本着安全环保、合理规划、减少水中固体悬浮物的原则，根据采场现状及水文地质条件，结合防排水设计规程,将采场进行片区划分，使得雨水分流，各片区水流分别汇集至东西帮主防洪沟，排至场外以解决露天采场受雨季影响排水困难的问题，为类似矿山提供借鉴.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷)，期】2017(000)012【总页数】3页(P76-77,96)【关键词】露天矿山;排水;洪峰流量【作者】虞云林;侯克鹏;程涌【作者单位】云南亚融矿业科技有限公司;昆明理工大学国土资源工程学院;云南亚融矿业科技有限公司【正文语种】中文防水排洪是露天矿开采的重要环节，直接影响露天矿的安全生产。露天矿山依据实际情况圈定采场开采范围与位移区域后，部分台阶可能处于破碎地段，雨季到来时，会导致雨水沿断裂面下渗，造成下部采场积水，且会破坏露天边坡的整体稳定性。为保证露天矿山安全生产，针对采场易积水地段，设计排水路径、沟渠断面尺寸，并进行汇水量计算，使雨季降雨汇水通过永久排水沟排出采场，解决露天采场防排水问题［1］。1工程概况某露天矿属于构造侵蚀、剥蚀低中山河谷斜坡地貌。排土场库岸边坡大部基岩出露，多为强风化玄武岩，网状风化裂隙发育，岩体破碎，整个库区地形为一近▽字形的沟谷，沟向55°，总体上西南高，北东低，地表水由西南向北东流。左岸坡体上，草本植物较发育，基岩出露地段较多，坡度为30。~55。，坡向为130。~160。，植被覆盖达30%~40%；右岸坡自然坡度为30。~45。，坡向为330。~350。，局部基岩出露，植被覆盖为35%~45%，多为灌木林；场区内地层分布有第四系残坡积层含碎石粉质黏土及上二叠系峨眉山玄武岩。总体地形地貌复杂。矿区地处北回归线以南，属亚热带高原季风气候，降雨多集中在6-10月，雨季降水量约占全年降水量的81.9%，最多降水量为3075.2mm/a，最少降水量为2mm/a，平均降水量为2904.8mm/a,20年一遇平均暴雨强度为63.6mm/h;50年一遇暴雨强度为72.2mm/h;随着高程差异及地形的影响，立体气候比较明显。气温最低为1月，最高为8月，最高气温为32.2^，最低气温为°C,年平均气温为17.7°C;最大蒸发量为2364.6mm，最小蒸发量为2104.0mm，年平均蒸发量为2219.3mm;年平均相对湿度为83.7%;全年日照为1789.4h;无霜期长达336d;平均风速为2.1m/s［2］。2排水系统设计2.1设计标准与参数根据本工程性质、规模、特点，防洪设计采用50年一遇标准，参考与对比20年—遇标准。查询《云南省暴雨径流查算图表》得矿区20年一遇和50年一遇平均暴雨强度i=38.1mm/h(Cv=0.35)［2］。设计参数：20年一遇的暴雨倍比系数kp20=1.67，则暴雨强度i20=63.6mm/h;50年一遇的暴雨倍比系数kp50=1.92,则暴雨强度i50=72.2mm/h。2.2排水线路布置该露天采场东帮排水系统主要由东帮各台阶排水沟和排水暗涵组成，全矿区分为5个汇水区域，见图1。图1总平面布置I区排水系统：1区主要汇集北帮和东帮部分的降水，该区域的水沿北帮下流至1040m台阶后引入西帮，进入西帮排洪隧道。H区排水系统：H区为重点排水区域，沿每个台阶里侧修建排水沟，在每条排水沟中间位置设置沉砂池，经常清理，防止堵塞，并在每个台阶斜面上设置排水沟，分流部分水至下台阶，逐级汇集到1#、2#泄水槽后，经过1040引水隧道进入排土场区域的水沟。IV区排水系统：IV区主要解决东帮1040-940m台阶排水，工程布置和H区类似。B、V区排水系统：矿山现有工程已经形成完善的排水系统。其他辅助排洪沟可根据实际生产运作情况作适当调整，引入主排洪沟，场内排水主要采用机械开挖自然沟，东西分流，跨路埋设涵管，避免工程设备碾压，影响水质。2.3洪峰流量计算洪峰流量计算选用《云南省水文手册》最大清水洪峰流量计算公式［3］，即Qb=0.278KiF,(1)式中,Qb为最大清水洪峰流量,m3/s;K为径流系数,依据马鞍山矿山研究院提供的曼家寨采场东帮地表及地下联合排水方案，都龙锡矿区径流系数取0.90;i为平均降雨强度，mm/h;F为有关范围汇水面积，km2。由此得出20年一遇和50年一遇的清水洪峰流量，结果见表1。表1清水洪峰流量计算结果区域汇水面积/km2最大洪峰流＞/(m3/s)20年一遇50年一遇10.264.124.70H0.253.964.5100.335.235.96IV0.294.605.24V1.1017.4219.872.4沟渠水力计算我国现在沟渠水力计算公式很多，但因影响因素不少，计算结果都不一样，差异较大，至今还处在发展、完善阶段。本次设计选用《室外排水设计规范》(GBJ14-87)(1997年版)公式[4]:流速计算公式为V=R2/3i1/2,(2)式中,V为流速,m/s;n为粗糙系数，抹面沟取0.017;R为水力半径,m,R=A/p,A为水流有效面积,m2,p为计算湿周,m;i为水力坡降。沟断面计算公式为A=Q/Vy,(3)式中，A为水力有效面积,m2;Q为设计洪峰流量，m3/s；Vy为允许流速,m/s。计算结果见表2。表2排水沟相关参数计算结果区域工程名称汇水面积/km250年一遇洪峰流量/(m3/s)沟底坡i流速/(m/s)水力有效面积/m2设计断面/m原有断面/ml区1040-1020m台阶主排水沟0.264.700.036.410.731.5X1.0H区1190m台阶水沟0.0240.440.032.800.160 .5x0.41170m台阶水沟0.0360.650.064.030 . 160 .5x0.41140m 台阶水沟0.0280.510.022 . 330 . 220 .5x0.51120m 台阶水沟0.0350.630.032 . 800 . 230 .5x0.51110m 台阶水沟0.020.450.053.700.120.5x0.3IV区1040m台阶水沟0.0410.740.022.330.320.7x0.51020m台阶水沟0.0340.630.022.330.270.6x0.51010m台阶水沟0.0350.630.053.700.170.5x0.41040排水巷道0.254.520.036.410.711.6x1.8910暗涵2.2340.280.038.754.602.5x2.0根据计算结果及设计断面情况，水沟采用C20混凝土直接浇灌，统一壁厚200mm，也可以根据现场情况，采用毛沟加土工布作为临时排水沟，保证足够断面并及时维护即可。依据排水沟水流量，设计600mmx600mm沉砂池以预防排水沟堵塞，沉砂池施工采用C25混凝土直接浇灌，统一壁厚50mm。根据表2排水沟断面计算结果,1040排水巷道和910暗涵现有工程断面尺寸均大于本次计算所需的断面尺寸，故原有工程能满足本次设计的排水要求。排水沟、沉砂池施工断面见图2、图3。图2排水沟断面图3沉砂池断面3安全技术措施为加快施工进度，施工期间应形成临时排水通道，不影响施工。为延长新施工好沟道的服务期限，沟道建设好后应等混凝土保养期过后方可将地表水引入新建沟道内。⑶加强安全监督管理，施工区域悬挂明显安全警示标志，并设置施工范围警界线[5]。⑷在斜坡段施工时，加强安全保护措施，在斜坡上部施工时，斜坡下部必须有专人负责安全监督管理。⑸该工程工作面广、工期短，在施工期间应同时多处施工，设置专职人员现场管理，从而保证工程质量和工程进度。(6)工程必须在当年雨季来临前完成。4结语防洪排水一直是露天矿山开采面临的主要问题，关系着露天采场人员设备的安全及企业经济效益。通过对某矿山的排水系统设计，制定相关措施，使其能在雨季安全生产，即使是遇到50年一遇的特大暴雨，排水系统也能保证矿山采场正常安全生产，相关设计经验可为类似条件矿山提供参考。参考文献【相关文献】［1］ 黄文俊,吴学鹏，王家服.小流域设计洪峰流量计算参数的综合研究［J］.铁道学报,1988(3):36-46.［2］ 叶柄生.新时期