露天采場排水系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)

　　摘要以某露天礦山實(shí)際排水工程為例，本著安全環(huán)保、合理規(guī)劃、減少水中固體懸浮物的原則，根據(jù)采場現(xiàn)狀及水文地質(zhì)條件，結(jié)合防排水設(shè)計(jì)規(guī)程，將采場進(jìn)行片區(qū)劃分，使得雨水分流，各片區(qū)水流分別匯集至東西幫主防洪溝，排至場外，以解決露天采場受雨季影響排水困難的問題，為類似礦山提供借鑒。

　　關(guān)鍵詞露天礦山;排水;洪峰流量

　　防水排洪是露天礦開采的重要環(huán)節(jié)，直接影響露天礦的安全生產(chǎn)。露天礦山依據(jù)實(shí)際情況圈定采場開采范圍與位移區(qū)域后，部分臺階可能處于破碎地段，雨季到來時(shí)，會導(dǎo)致雨水沿?cái)嗔衙嫦聺B，造成下部采場積水，且會破壞露天邊坡的整體穩(wěn)定性。為保證露天礦山安全生產(chǎn)，針對采場易積水地段，設(shè)計(jì)排水路徑、溝渠斷面尺寸，并進(jìn)行匯水量計(jì)算，使雨季降雨匯水通過永久排水溝排出采場，解決露天采場防排水問題[1]。

　　1工程概況

　　某露天礦屬于構(gòu)造侵蝕、剝蝕低中山河谷斜坡地貌。排土場庫岸邊坡大部基巖出露，多為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，網(wǎng)狀風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體破碎，整個(gè)庫區(qū)地形為一近V字形的溝谷，溝向55°，總體上西南高，北東低，地表水由西南向北東流。左岸坡體上，草本植物較發(fā)育，基巖出露地段較多，坡度為30°～55°，坡向?yàn)?30°～160°，植被覆蓋達(dá)30%～40%;右岸坡自然坡度為30°～45°，坡向?yàn)?30°～350°，局部基巖出露，植被覆蓋為35%～45%，多為灌木林;場區(qū)內(nèi)地層分布有第四系殘坡積層含碎石粉質(zhì)黏土及上二疊系峨眉山玄武巖�？傮w地形地貌復(fù)雜。礦區(qū)地處北回歸線以南，屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候，降雨多集中在6—10月，雨季降水量約占全年降水量的81.9%，最多降水量為3075.2mm/a，最少降水量為2571.7mm/a，平均降水量為2904.8mm/a，20年一遇平均暴雨強(qiáng)度為63.6mm/h;50年一遇暴雨強(qiáng)度為72.2mm/h;隨著高程差異及地形的影響，立體氣候比較明顯。氣溫最低為1月，最高為8月，最高氣溫為32.2℃，最低氣溫為1.7℃，年平均氣溫為17.7℃;最大蒸發(fā)量為2364.6mm，最小蒸發(fā)量為2104.0mm，年平均蒸發(fā)量為2219.3mm;年平均相對濕度為83.7%;全年日照為1789.4h;無霜期長達(dá)336d;平均風(fēng)速為2.1m/s[2]。

　　2排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與參數(shù)

　　根據(jù)本工程性質(zhì)、規(guī)模、特點(diǎn)，防洪設(shè)計(jì)采用50年一遇標(biāo)準(zhǔn)，參考與對比20年一遇標(biāo)準(zhǔn)。查詢《云南省暴雨徑流查算圖表》得礦區(qū)20年一遇和50年一遇平均暴雨強(qiáng)度i=38.1mm/h(Cv=0.35)[2]。設(shè)計(jì)參數(shù):20年一遇的暴雨倍比系數(shù)kp20=1.67，則暴雨強(qiáng)度i20=63.6mm/h;50年一遇的暴雨倍比系數(shù)kp50=1.92，則暴雨強(qiáng)度i50=72.2mm/h。

　　2.2排水線路布置

　　該露天采場東幫排水系統(tǒng)主要由東幫各臺階排水溝和排水暗涵組成，全礦區(qū)分為5個(gè)匯水區(qū)域，見圖1。Ⅰ區(qū)排水系統(tǒng):Ⅰ區(qū)主要匯集北幫和東幫部分的降水，該區(qū)域的水沿北幫下流至1040m臺階后引入西幫，進(jìn)入西幫排洪隧道。Ⅱ區(qū)排水系統(tǒng):Ⅱ區(qū)為重點(diǎn)排水區(qū)域，沿每個(gè)臺階里側(cè)修建排水溝，在每條排水溝中間位置設(shè)置沉砂池，經(jīng)常清理，防止堵塞，并在每個(gè)臺階斜面上設(shè)置排水溝，分流部分水至下臺階，逐級匯集到1#、2#泄水槽后，經(jīng)過1040引水隧道進(jìn)入排土場區(qū)域的水溝。Ⅳ區(qū)排水系統(tǒng):Ⅳ區(qū)主要解決東幫1040～940m臺階排水，工程布置和Ⅱ區(qū)類似。Ⅲ、Ⅴ區(qū)排水系統(tǒng):礦山現(xiàn)有工程已經(jīng)形成完善的排水系統(tǒng)。其他輔助排洪溝可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)作情況作適當(dāng)調(diào)整，引入主排洪溝，場內(nèi)排水主要采用機(jī)械開挖自然溝，東西分流，跨路埋設(shè)涵管，避免工程設(shè)備碾壓，影響水質(zhì)。

　　2.3洪峰流量計(jì)算

　　洪峰流量計(jì)算選用《云南省水文手冊》最大清水洪峰流量計(jì)算公式[3]，(1)式中，Qb為最大清水洪峰流量，m3/s;K為徑流系數(shù)，依據(jù)馬鞍山礦山研究院提供的曼家寨采場東幫地表及地下聯(lián)合排水方案，都龍錫礦區(qū)徑流系數(shù)取0.90;i為平均降雨強(qiáng)度，mm/h;F為有關(guān)范圍匯水面積，km2。由此得出20年一遇和50年一遇的清水洪峰流量，結(jié)果見表1.

　　2.4溝渠水力計(jì)算

　　我國現(xiàn)在溝渠水力計(jì)算公式很多，但因影響因素不少，計(jì)算結(jié)果都不一樣，差異較大，至今還處在發(fā)展、完善階段。根據(jù)計(jì)算結(jié)果及設(shè)計(jì)斷面情況，水溝采用C20混凝土直接澆灌，統(tǒng)一壁厚200mm，也可以根據(jù)現(xiàn)場情況，采用毛溝加土工布作為臨時(shí)排水溝，保證足夠斷面并及時(shí)維護(hù)即可。依據(jù)排水溝水流量，設(shè)計(jì)600mm×600mm沉砂池以預(yù)防排水溝堵塞，沉砂池施工采用C25混凝土直接澆灌，統(tǒng)一壁厚50mm。根據(jù)表2排水溝斷面計(jì)算結(jié)果，1040排水巷道和910暗涵現(xiàn)有工程斷面尺寸均大于本次計(jì)算所需的斷面尺寸，故原有工程能滿足本次設(shè)計(jì)的排水要求。排水溝、沉砂池施工斷面見圖2、圖3。

　　3安全技術(shù)措施

　　(1)為加快施工進(jìn)度，施工期間應(yīng)形成臨時(shí)排水通道，不影響施工。(2)為延長新施工好溝道的服務(wù)期限，溝道建設(shè)好后應(yīng)等混凝土保養(yǎng)期過后方可將地表水引入新建溝道內(nèi)。(3)加強(qiáng)安全監(jiān)督管理，施工區(qū)域懸掛明顯安全警示標(biāo)志，并設(shè)置施工范圍警界線[5]。(4)在斜坡段施工時(shí)，加強(qiáng)安全保護(hù)措施，在斜坡上部施工時(shí)，斜坡下部必須有專人負(fù)責(zé)安全監(jiān)督管理。(5)該工程工作面廣、工期短，在施工期間應(yīng)同時(shí)多處施工，設(shè)置專職人員現(xiàn)場管理，從而保證工程質(zhì)量和工程進(jìn)度。(6)工程必須在當(dāng)年雨季來臨前完成。4結(jié)語防洪排水一直是露天礦山開采面臨的主要問題，關(guān)系著露天采場人員設(shè)備的安全及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。通過對某礦山的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，制定相關(guān)措施，使其能在雨季安全生產(chǎn)，即使是遇到50年一遇的特大暴雨，排水系統(tǒng)也能保證礦山采場正常安全生產(chǎn)，相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可為類似條件礦山提供參考。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]黃文俊，吳學(xué)鵬，王家服.小流域設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算參數(shù)的綜合研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，1988(3):36-46.

　　[2]葉柄生.新時(shí)期我省水資源監(jiān)管與保護(hù)的探索[J].水利科技，2004(4):1-3.

　　[3]彭曉春，李青.河涌設(shè)計(jì)洪峰流量的計(jì)算與選用方法[J].廣東水利水電，2003(1):8-12.

　　閱讀期刊：給水排水

　　《給水排水》(Water & Wastewater Engineering)(月刊)曾用刊名：(建筑技術(shù)通訊)創(chuàng)刊于1964年，是中國建筑科學(xué)類中文核心期刊，中國科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊。設(shè)有城市給排水，工業(yè)給排水，建筑給排水，施工、材料與設(shè)備，策略研討，科技信息綜述，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范交流園地，計(jì)算機(jī)技術(shù)，研究生論文摘要，信息市場等欄目。