Проектирование дренажной системы угольной шахты

Аннотация

S. Waterman, A. Panca, F.A. Hesti Проведен статистический анализ параметров систем шахтного водоотлива, и проектирование дренажной системы. Выполнен расчет расхода сточных вод, и статистический анализ для обработки данных определения площади водосбора.

1.Введение

Проблема воды в шахте является серьезной для развития угледобывающей отрасли с точки зрения увеличения добычи.

Было проведено несколько исследований, вода в шахте в больших количествах - основная причина загрязнения окружающей среды [4]. Внедрение системы открытых горных работ вызывает взаимодействие сульфида, минеральной воды и воздуха. Избыток воды требует соответствующего обращения. Горнодобывающий бизнес требует правильного управления для смягчения этой проблемы.

Поскольку невозможно предотвратить обильное выпадение осадков, которое приводит к накоплению воды, и затоплению дна карьера требуется мощный насос для откачивания воды[6].

Избыток воды в шахте создает скопление грязи из-за дополнительного насыщения дождевой водой. Скопление воды, грязевых отложений и участков мокрой лавы проблема, затрудняющая угледобывающую деятельность, которая влечет за собой:

• большое количество воды препятствующее производству, особенно в месяцы с повышенной влажностью (в сезон дождей), когда лаву заполняет с водой[7];
• перегрузку дренажных систем, предназначенных для содержания дна карьера в сухих условиях[8], и затрудняет производство;
• образование иловых отложений, повышающих опасность условий труда[9];
• загрязнение сточных вод, содержащих шлам, и кислые осадки[9].

С точки зрения конструкции и реализации для эффективной дренажной системы, необходимы исследования с определением этапов проектирования для обеспечения добычи угля и защиты окружающей среды от проблем загрязнения, и длительного осаждения. Это исследование направлено на:

• выполнение статистического анализа параметров системы дренажа используемого в горнодобывающей промышленности;
• проектирование дренажной системы, перекрывающей открытые каналы, шахтные воды прокачивающей колодцы, осуществляющую очистку отстойников.

2.Материалы и методы

2.1 Параметр шахтной дренажной системы

Погодная неопределенность, связанная с частыми дождями анализируется и оценивается путем применения модели распределения «Gumbel». Эта модель показывает изменчивость[13], и неопределенности параметров. «Gumbel» считается наиболее подходящей, так как анализирует максимальное суточное количество осадков для различных периодов времени, и повторяющиеся дождливые периоды. Анализ показывает что осадки разных периодов времени представляют собой определенный процент от среднего годового количества осадков.

Знание максимального суточного количества осадков и периодов осадков - важная тема в инженерии, особенно угледобычи. Опасность наводнения может быть связана с сочетанием осадков, геологии, топографии.

Сильные осадки или проливной дождь за короткое время могут привести к внезапным наводнения. Формула «Mononobe» используется для оценки различной продолжительности[17], например, ливень продолжительностью 1 час, 2 часа, 3 часа, 5 часов, 8 часов.

Эта формула используется для оценки кратковременных осадков. Из данных о ежедневных осадках эта формула обеспечивает лучшую оценку.

где I - интенсивность дождя (мм/ч), t - время выпадения дождя или постоянное время (ч), R - максимальное количество осадков (мм).

Моделирование и оценка сточных вод очень важны для управления стихийными бедствиями, планирования, проектирования и эксплуатации проектов водных ресурсов[19]. Рациональный метод для определения стока воды оценивает пиковый расход, объем и количество осадков распределение времени выполнения[20]. При гидрологическом анализе места исследования, существует ряд переменных факторов, которые влияют на характер стока.

2.2 Параметры шахтной дренажной системы

Расчетная смета потока зависит от предположения, поэтому существует разная точность. Тем не менее, чтобы произвести точный расчет потока трения, и избежать ошибок отвод воды расчитывается по формуле Мэннинга[22].

где n - коэффициент шероховатости Мэннинга; S – наклон гидравлического градиента; R -гидравлический радиус, м; A – площадь.

Дождевая вода, поступающая в шахту, затем собирается в поддон и повторно используется для опрыскивания подъездных дорог, конвейеров и погрузочно-разгрузочных машин [23]. Избыток воды сливается на поверхность с помощью дренажной системы. Система откачки[24] - одна из самых важных частей обработки шахтной воды при добыче угля в области исследований.

Планируется, что из отстойника вода с заданным стандартом качества может впадать в реку. Район исследований расположен в Южном Калимантане, провинция, Индонезии. По данным за 10 (десять) лет, осадки на исследуемой территории составляют 249,61 мм / год. Количество дождливых дней в году составляет 160–257 дней, в среднем 186 дней в году.

3. Результаты анализа

Для проектирования шахтной дренажной системы, необходимо располагать данными об осадках, план развития, информация о водосборе, карта шахты, информация об интенсивности и частоте дождя, расходе сточных вод.

3.1 Результаты обработки данных

В основе этого исследования лежат данные об осадках за прошлые 10 лет. Расчетное количество осадков 18,71 мм / день (план осадков), максимальное суточное количество осадков 175 мм /сутки, и информация о 3-летнем периоде повторения дождя с гидрологическим риском 86,83%. Интенсивность осадков составила 41,16 мм/час. На основе наблюдения в полевых условиях, а также из изучения долгосрочного плана рудника было рассчитано вероятное направление потока сточных вод.

На основании этих данных участки исследования были разделены на 6 водосборных бассейнов. В определении коэффициента стока воды в области добычи подвержен влиянию нескольких факторов, в том числе состояния поверхности почвы. Каждая поверхность почвы имеет разный коэффициент.

4.Обсуждения

В исследовании было разработано 2 открытых канала для уменьшения стока воды, попадающей на территорию шахты в результате дождя от водосборных площадей до леса и отвала. Предлагается использовать 4 пары насосов в основном отстойнике и 4 в перегрузочном. Согласно расчетам в данном исследовании, пруд-отстойник состоит из 4-х отделений. Процент твердых веществ в воде и приток из шахты составил 2,66% при осадке 0,0027 м/с, время оседания частиц составляло 30,38 минут. Результаты этого исследования показывают, что процент теоретически всасываемых частиц 83%, а время обслуживания каждого отсека составляет 15, 16, 19 и 23 дня соответственно.

5.Заключения, и предложения

В исследуемой области была проведена классификация сильных дождей, по данным об осадках за 10 лет с планируемым количеством 118,71 мм/д. Максимальное дневное количество осадков: 175 мм/д, интенсивность: 41,16 мм/час, гидрологический риск: 86,83%. В исследовании были разработаны два открытых канала, чтобы уменьшить сток воды - главный и зумпфовый - трапециевидный.

В этом исследовании предлагается использовать четыре пары насосов. В основном отстойнике и четыре в перекачивающем. Конструкция отстойника состоит из четырех отсеков с процентным содержанием твердых частиц 2,66% при осадках 0,0027 м/с; время, необходимое для оседания частиц 30,38 минут. Результаты этого исследования показывают, что процент теоретически поглощаемых частиц составляет 83, а время обслуживания каждого отсека - 15, 16, 19 и 23 дня соответственно.

Список использованной литературы

1. L. Gao, et al, Journal of Cleaner Production, Volume 162, 20 September 2017, Pages 1009-1020
2. P. Hobbs, International Journal of Water Resources Development, Volume 24, Issue 3 (2008)
3. A.R. Alvarez, et al, Engineering Geology, Volume 232, Pages 114-122 (2018)
4. A.K. Soni, et al, Mine Water, International Journal of Mining, Reclamation, and Environment, Volume 30 –Issue 2 (2016)
5. E. Bozau, et al, Chemie der Erde - Geochemistry, Volume 77, Issue 4, Pages 614-624 (2017)
6. W.S. Bargawa, paper presented in International Conference on Science and Technology 3 - UGM (2017)
7. G. Lee, et al, Journal of Cleaner Production, Volume 186, Pages 282-292 (2018)
8. A.K. Soni, Journal of Mines, Metals &Fuels, 64 (9), Page 406-413, ISSN 0022-2755 (2016).
9. G. Vizintin, et al, Science of The Total Environment, Volumes 619–620, Pages 1214-1225 (2018)
10. S.E. Mhlongo and F.A. Dacosta, International Journal of Mining, Reclamation and Environment, Volume 30, Issue 4 (2016)
11. I. Nancucheo, et al, Biomed Res Int. 2017: 7256582 (2017)
12. G. Kaur, et al, Journal of Water Process Engineering, Volume 22, Pages 46-58 (2018)
13. Y. Zhang, et al, Journal of Hydrology, Volume 525, Pages 72-86 (2015)
14. F. Serinaldi, et al, Journal of Hydrology, Volume 512, Pages 285-302 (2014)
15. R. Nigam, et al, International Journal of Hydrology Science and Technology, Vol. 4, No.2, pp. 81-109 (2014)
16. M. Meddi, S. Toumi, Journal of Mountain Science 12 (6). DOI: 10.1007/S11629-014-3084-3 (2015)
17. M. S. Kang, et al, Journal of Hydro-environment Research, Volume 7, Issue 3, Pages 209-218 (2013)
18. S. Zhang, et al, Science of The Total Environment, Volume 574, Pages 34-45 (2017)
19. L. Zhao, et al, Soil and Tillage Research, Volume 179, Pages 47-53 (2018)
20. S.O. Rodriguez, et al, Journal of Hydrology, Volume 531, Part 2, Pages 389-407 (2015)
21. R.D. Nicolas, et al, International Journal of Hydrology Science and Technology, Vol. 6, No.1 (2016)
22. R. Moussa, and C. Bocquillon, Journal of Hydrology, Volume 186, Issues 1–4, Pages 1-30 (1996)
23. K. Yamaguchi, et al, Journal of Environmental Sciences, Volume 36, Pages 130-143 (2015)
24. D. Shang, International Journal of Rotating Machinery, Volume 2017, 8 pp (2017)
25. Li Gu, et al, Canadian Water Resources Journal, Volume 42, Issue 1 (2017)