尾礦庫井—管式排水系統(tǒng)水力計算圖表整理分析與應(yīng)用

陳宇清　袁子有　侯　攀

(中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)

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尾礦庫井—管式排水系統(tǒng)水力計算圖表整理分析與應(yīng)用

陳宇清袁子有侯攀

(中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)

根據(jù)尾礦庫井—管式排水系統(tǒng)水力通用計算公式，選取一系列與泄流量相關(guān)的基礎(chǔ)參數(shù)分別計算，得到不同工況下自由流、半壓力流和壓力流三種流態(tài)的泄流量，并整理成泄流曲線圖表，利用泄流曲線圖表分析和總結(jié)不同參數(shù)對泄流量計算結(jié)果的影響效應(yīng)，幫助專業(yè)技術(shù)人員快速完成排水系統(tǒng)方案設(shè)計，同時對某些基礎(chǔ)參數(shù)不全的老尾礦庫排水系統(tǒng)進(jìn)行分析，也可得出定性結(jié)果。

排水系統(tǒng)水力計算圖表尾礦庫

排水系統(tǒng)作為尾礦庫的核心工程，對尾礦庫的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。尾礦庫的排水系統(tǒng)有多種型式，有井—管式排水系統(tǒng)、排水斜槽和排水隧洞等。對于匯水面積較小而調(diào)洪庫容較大的尾礦庫，從管理方便及使用安全考慮，常采用井—管式排水系統(tǒng)。該排水系統(tǒng)水力計算較為繁瑣，欲快速得到排水系統(tǒng)水力計算結(jié)果，有必要對其泄流量大小及變化規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計分析。選取不同參數(shù)分別計算其泄流量，得到一系列不同工況下的泄流曲線，統(tǒng)一整理成圖表，以方便專業(yè)人員在條件受限時使用[1-5]：①快速得到排水系統(tǒng)的泄流量，為尾礦庫排水系統(tǒng)設(shè)計提供參考，提高設(shè)計效率和質(zhì)量；②對某些參數(shù)不全的老尾礦庫排水系統(tǒng)，通過查詢圖表中關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)對應(yīng)的泄流曲線，可初步判別排水系統(tǒng)泄流能力，具有實(shí)用價值；③與傳統(tǒng)計算結(jié)果進(jìn)行對比，利用圖表可快速得出結(jié)果，對常規(guī)計算結(jié)果進(jìn)行校核；④便于尾礦庫管理人員對排洪系統(tǒng)的泄流能力做出定性分析和判斷。

1　計算原理及計算工況

目前最常用的排水井有窗口式和框架式，現(xiàn)僅分析與窗口井對應(yīng)的排水系統(tǒng)泄流曲線圖表的制作方法及應(yīng)用。

井—管式排水系統(tǒng)內(nèi)的流態(tài)比較復(fù)雜，其工作狀態(tài)有自由泄流、半壓力流和壓力流3種，不同的工作狀態(tài)，其泄流計算公式也不相同[6-7]。從防洪安全的角度考慮，通常以3個泄流量中的最小值作為綜合泄流量進(jìn)行尾礦庫的調(diào)洪演算與分析[8]。

根據(jù)《窗口式排水井標(biāo)準(zhǔn)圖集》，排水井窗口內(nèi)徑均為0.3m，窗口凈距均為0.35m，現(xiàn)給定排水井井座底標(biāo)高Z，井筒頂標(biāo)高Z+20，井筒內(nèi)徑分別為1.5，2.0，2.5，3.0和3.5m，對應(yīng)同一截面上的窗口個數(shù)分別為4、6、8、10、12。排水管長度取400m，管線坡度取i=0.01，計算工況見表1。

表1　泄流計算工況

2　計算不同條件下泄流曲線

2.1自由泄流

自由流狀態(tài)下其泄流量的大小取決于同一橫斷面上排水窗口的個數(shù)、窗口直徑和工作窗口的泄流計算水頭。

根據(jù)泄流計算公式，對應(yīng)上述5種不同的計算工況，利用程序計算可得到不同水位下的一組自由泄流曲線圖，見圖1。

2.2半壓力流

半壓力流泄流量的大小主要取決于排水管管徑、排水井內(nèi)徑、排水窗口大小和計算水頭，在給定排水井內(nèi)徑時，對于不同的排水管徑，可計算得到一系列半壓力流泄流曲線，見圖2。

圖1　自由泄流曲線

2.3壓力流

壓力流泄流量的大小主要取決于排水管管徑、排水井內(nèi)徑、排水窗口和計算水頭。在給定排水井內(nèi)徑下，不同的排水管徑計算，得到一系列的壓力流泄流曲線，見圖3。

3　泄流曲線圖表的分析與應(yīng)用

3.1排水井內(nèi)徑對泄流量的影響分析

洋桔梗易感染土生病害，可采用噁霉靈+福美雙熏蒸消毒法對土壤進(jìn)行處理，具體方法為：先進(jìn)行旋耕整地，將70%噁霉靈、50%福美雙可濕性粉劑分別按30 kg·hm-2、100 kg·hm-2混合拌勻，然后蓋上塑料薄膜進(jìn)行熏悶，7 d后揭膜待藥味散盡即可。另深翻暴曬、放水泡地等方法也簡便可行。

給定排水管內(nèi)徑1.2m，長度400m，坡度0.01，

圖2　不同井內(nèi)徑半壓力泄流曲線

圖3　不同井內(nèi)徑壓力泄流曲線

排水井內(nèi)徑分別取1.5，2.0，2.5，3.0和3.5m，計算得到2組曲線，見圖4。由圖4可知，隨著排水井內(nèi)徑的不斷增大，半壓力流和壓力流工作狀態(tài)下泄流量都逐漸增大，但增長幅度都逐漸減小。同時也表明排水井內(nèi)徑變化對壓力流的影響程度明顯小于半壓力流。

圖4　不同排水井內(nèi)徑時泄流曲線

3.2排水管內(nèi)徑對泄流量的影響分析

由圖1～圖3可知，排水管內(nèi)徑對自由流基本無影響，對半壓力流和壓力流的影響比較顯著，隨著管徑不斷增大，兩種工作狀態(tài)下排水系統(tǒng)的泄流量都逐漸增大。

3.3排水管線長度對泄流量的影響分析

給定排水井內(nèi)徑2.0m，排水管內(nèi)徑1.2m，坡度取0.01，管線長度分別取100，200，300，…，1 600m，計算得到一系列泄流曲線，見圖5。從圖5中可以看出：隨著排水管線長度的增加，泄流量逐漸減小，當(dāng)管線長度超過500m后，繼續(xù)增加管線長度，對排水系統(tǒng)泄流量的影響越來越小，可忽略不計。

圖5　不同排水管線長度時泄流曲線

3.4排水管線坡度對泄流量的影響分析

3.5泄流曲線相對位置關(guān)系的分析及應(yīng)用

給定排水井內(nèi)徑2.0m，排水管內(nèi)徑1.2m，長度400m，管線坡度0.15，計算得到3種流態(tài)下的泄流曲線組合圖，見圖7。由圖7可知，該排水系統(tǒng)在開始泄流時水頭較小，排水管處于自由流狀態(tài)；當(dāng)泄流水頭漲至4～5.5m時，排水管處于明滿流交替的半壓狀態(tài)；水頭繼續(xù)上漲時，排水管轉(zhuǎn)為滿管壓力流狀態(tài)。若改變條件，計算得到的半壓力流曲線較圖中曲線的位置還要靠左，此時，排水管大多數(shù)情況下會處于半壓狀態(tài)，工程中應(yīng)盡量避免。這一情況也表明排水管內(nèi)徑選取較大，應(yīng)適當(dāng)減小排水管內(nèi)徑。

圖6　不同排水管線坡度時泄流曲線

圖7　給定條件下的綜合泄流曲線

4　結(jié)　論

(1)通過對不同工況下排水系統(tǒng)的泄流量計算并整理成泄流曲線圖表，可以快速的查找不同參數(shù)時井—管式排水系統(tǒng)的泄流量數(shù)值，為工程現(xiàn)場服務(wù)提供了便利。

(2)通過對影響泄流量各因素的分析得出：①對自由流，泄流量大小主要受排水井內(nèi)徑控制，與排水管徑大小、排水管長度和坡度等因素均無關(guān)；②對半壓力流，泄流量大小主要受排水管內(nèi)徑控制，此外，排水井內(nèi)徑變化對半壓力流也有一定影響，而排水管長度和坡度等因素均無影響；③對壓力流，影響因素比較多，影響程度由大到小依次為排水管內(nèi)徑、管線坡度、排水管長度和排水井內(nèi)徑。

(3)根據(jù)選定系統(tǒng)的泄流曲線圖，可以從3條曲線所處的相對位置關(guān)系判斷所選系統(tǒng)的斷面尺寸是否合理，便于及時對整套排水系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)做出調(diào)整，確保排水系統(tǒng)設(shè)計做到技術(shù)安全、經(jīng)濟(jì)合理。

[1]陳歡,李瑞林,賈曄，等.排水系統(tǒng)泄流能力計算方法探討[J].現(xiàn)代礦業(yè),2015(2):180-183.

[2]王海超,劉瀚和.尾礦庫窗口式井—管排水系統(tǒng)泄流能力的探討[J].有色冶金設(shè)計與研究,2012(3):9-14.

[3]吳國高,劉曉峰,盧建京，等.尾礦庫排水系統(tǒng)兩種水力計算方法的比較[J].有色冶金設(shè)計與研究,2003(5):6-8.

[4]鄧書申.尾礦庫排洪系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化方法[J].金屬礦山,2014(2):146-149.

[5]黨寧.尾礦庫排水井泄洪系統(tǒng)體型優(yōu)化試驗(yàn)研究[D].西安：西安理工大學(xué),2010.

[6]尾礦設(shè)施設(shè)計參考資料編寫組編.尾礦設(shè)施設(shè)計參考資料[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1980.

[7]陳青,陳秀華,朱星，等.尾礦壩設(shè)計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2007.

[8]李斌華,刁明軍,楊海波.尾礦庫排洪系統(tǒng)水力計算研究[J].西南民族大學(xué)學(xué)報,2007(3):613-617.

2016-03-14)

陳宇清(1984—)，女，工程師，碩士，066004 河北省秦皇島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)龍海道71號。