金小东
中铁十九局集团矿业投资有限公司 北京 100000
摘要：露天矿的防洪排水系统对矿山的安全生产起着重要的作用，影响着采矿能力及采矿经济效益。为了确保人员和设备的生产安全，确保正常的延深进度，结合矿坑的地质条件和现状、采排规划、涌水和降雨情况等，分析选择了合理的防排水系统，为确保矿坑安全正常延深创造条件。
关键词：露天采区；涌水量；防排水系统；布局；合理性
1露天矿区水文地质概况
矿区隶属于内蒙古乌拉特中旗管辖，位于乌拉特中旗新忽热苏木北10km的浩尧尔忽洞地区。场地位于华北地台北缘白云鄂博台缘坳陷带中部，华北黄金带内，矿区地处内蒙高原地区。地形为平缓起伏低山丘陵地貌，区域内岩层裸露较多，植被不发育。
气候条件：区内为典型的大陆型气候，干旱少雨，冬季严寒、夏季炎热。降雨：平均年降水量233.7mm，最低年降水量79.5mm，最高年降水量301.5mm，24小时最大降水量100mm；降雨期主要集中于7至9月份，占全年降水的70～85%。
蒸发：年蒸发量2646mm，矿区相对平均湿度仅为46%，60%以上的蒸发量发生在5、6、7月份。
2增加排水系统的必要性
露天矿区防治水设施、设备主要用于排出矿坑区域的积水。随着矿坑的不断推进，采排面积的扩大，汇水面积随之增大。露天边坡出现不同程度滑坡，经现场分析，由于露天开采坑位置处于原山谷处，露天开采时将山谷截断。雨季时，山谷中水渗入露天边坡岩土中，导致边坡稳定性差，大气降水部分自然挥发、渗透和平盘截留外，绝大部分汇水要经采场进入矿坑底部，进而影响开采、排土、边坡稳定性、人员和设备的安全，甚至出现滑坡、泥石流等地质灾害。
3 露天矿区防排水系统
3.1 露天矿区界外防水
3.1.1 防排水设备设施
在露天坑东北境界外山谷处增加三处排水泵站即1#泵站、2#泵站和3#泵站，各泵站所处位置均为山谷与露天境界的交汇处，山谷中汇水集于水池中。1#泵站和2#泵站中涌水通过水泵排往3#泵站，最后通过3#泵站水泵将三处汇水排往800m外山谷如图1所示。
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图1露天矿区防排水系统
3.1.2 泵站具体配置
（1）1#泵站
1)汇水量
本次设计根据现场情况等估算排水量为：正常汇水量为1800m3/d、最大汇水量2600m3/d。
2)排水设施
①水泵流量计算
按20h排出正常涌水计算单台水泵所需流量：
Q正=1800/20=90m3/h
按20h内排出最大涌水计算单台水泵所需流量：
Q最大=2600/20=130m3/h
②水泵扬程计算
H1=1.1×（1670-1666+5）=9.9m
设计在1#本站布置2台150WQ150-30-22潜水泵进行排水，水泵流量150m3/h，扬程30m，配套电机功率22kw。正常涌水量时1台水泵工作，每天工作12h即可排除汇集水，最大涌水时1台水泵工作17.33小时可排出汇集水。
3)管路配置
排水管路采用D159×3.0mm螺纹焊缝钢管，铺设两趟。
4)水池
水池在原地形标高以下容积大于3000m3。
（2）2#泵站
1）汇水量
本次设计根据现场情况等估算排水量为：正常汇水量为800m3/d、最大汇水量1500m3/d。
2）排水设施
①水泵流量计算
按20h排出正常涌水计算单台水泵所需流量：
Q正=800/20=40m3/h
按20h内排出最大涌水计算单台水泵所需流量：
Q最大=1500/20=75m3/h
②、水泵扬程计算
H1=1.1×（1670-1664+5）=12.1m
设计在1#本站布置2台150WQ150-30-22潜水泵进行排水，水泵流量150m3/h，扬程30m，配套电机功率22kw。正常涌水量时1台水泵工作，每天工作5.33h即可排除汇集水，最大涌水时1台水泵工作10小时可排出汇集水。
3）管路配置
排水管路采用D159×3.0mm螺纹焊缝钢管，铺设两趟。
4）水池
水池在原地形标高以下容积大于150m3。
（3）3#泵站
1）汇水量
本次设计根据现场情况等估算排水量为：正常汇水量为1800m3/d、最大汇水量2600m3/d。由于1#泵站和2#泵站、坑内涌水水量均汇集于3#泵站处，因此3#本站总排水量为：正常汇水量为4400m3/d。最大汇水量6700m3/d。坑内最大水量（暴雨量+涌水量）45052m3/d。
2）排水设施
①水泵流量计算
按20h排出正常涌水计算单台水泵所需流量：
Q正=4400/20=220m3/h
按20h内排出最大涌水计算单台水泵所需流量：
Q最大=6700/20=335m3/h
②水泵扬程计算
H1=1.1×（1730-1670+5）=65m
设计在3#本站布置3台250QJ125-76-75水泵进行排水，水泵流量125m3/h，扬程76m，配套电机功率75kw。正常涌水量时2台水泵工作，每天工作20h即可排除汇集水，最大涌水时3台水泵工作20小时可排出汇集水。当出现暴雨时，露天坑涌水通过固定泵站排至3#泵站水池，此时3#泵站三台水泵同时工作，可在7天内排净坑内积水。
3）管路配置：管路铺设两条，一条管径为D159x5mm，接入一台潜水泵。另一条为D219x6mm型无缝钢管，接入两台潜水泵。
4）水池：水池在原地形标高以下容积大于12000m3。
3.2露天矿东境界内排水
3.2.1排水方案
露天采场最高台阶高度1696m，露天境界圈标高1636m，底部标高为1180m，台阶高12m。采场境界圈内最大降雨量45052m3／d，雨季正常降雨量1105.76m3／d。露天坑最大淹没时间7天。根据本矿山开采的特点，1180m以上采场采用阶段排水，随着开采深度增加，最终形成1420m、1324m、1180m三个泵站接力排水。开采初期采用临时潜水泵直接将采场内涌水排入固定泵站集水池。当开采到1420m时，设一固定泵站，泵站内设置三台离心泵将采场涌水排至封闭圈外的3#泵站水仓，当开采至1420m以下未到下一个固定泵站时，利用潜水泵做临时水泵，将水排至1420m固定泵站，再经1420m固定泵站排至封闭圈外的3#泵站水仓，以此类推至1180m最低标高。根据露天采场边帮逐年变化情况，设定排水泵站高度及位置。第一阶段排水为在1420m设排水泵站，由泵站内水泵将水排至3#水泵站水仓。第二阶段排水为在1324m设排水泵站，由泵站内水泵将水排至1420m泵站水仓。第三阶段排水为在1180m设排水泵站，由泵站内水泵将水排至1324m泵站水仓。
3.2.2 一阶段泵站排水计算及设备选型
由下阶段排来涌水，通过1420m阶段泵站将涌水排至1670m处3#泵站水仓。
a）排水能力的确定：
正常水量（降雨量+涌水量）1105.76m3/d；
最大水量（暴雨量+涌水量）45052m3/d；
最大排水高度250m；
b) 排水设备的选择：
①排水设备所需的排水能力：Q正常=1105.76÷20=55.29m3/h
②排水设备所需要的扬程：
H正常=KH=1.15×250=287.5m
③初选水泵：
选用3台250QJ125-315-160型潜水泵。流量125m3/h，扬程315m，功率160kW。正常水量时1台工作，1台备用，1台检修。最大水量时，三台同时使用。
正常水量时，一台250QJ125-315-160使用，一台备用，每天工作9h可排净坑内积水。
④最大水量验证：
因安全规程规定，遇超过设计防洪频率的洪水时，仅允许最低一个台阶临时淹没7天。
最大水量时泵站所需排水能力：
Q最大=45052÷20÷7=321.8m3/h
根据计算为满足坑内最大水量时排水要求，泵站内3台潜水泵同时工作，可在5天后排净坑内积水。
⑤排水管径
泵站设3台水泵，正常水量时开1台250QJ125-315-160，最大水量时开动3台。采用两条排水管路。一条用于正常水量时，另外一条用于最大水量时。
（a）正常水量时，接入250QJ125-315-160，排水管直径选择dp′=√4nQ/3600πvjj=116mm
dp′— 排水管所需要的直径，mm；
n — 向排水管中输水的水泵台数；
Q — 一台水泵的流量, m3/h；
vjj — 排水管中水流速度，取2.2m/s；
通过计算，排水管路设计选用D159x5mm型无缝钢管。
（b）最大水量时接入两台250QJ125-315-160，排水管直径选择dp′=√4nQ/3600πvjj=165mm
dp′— 排水管所需要的直径，mm；
n — 向排水管中输水的水泵台数；
Q — 一台水泵的流量, m3/h；
vjj — 排水管中水流速度，取2.2m/s；
通过计算，排水管路设计选用D219x6mm型无缝钢管。
3.2.3 二阶段泵站排水计算及设备选型
由下阶段排来涌水，通过1324m阶段泵站将涌水排至1420m阶段泵站。选用3台250QJ125-128-75型潜水泵。流量125m3/h，扬程128m，功率75kW。正常水量时1台工作，1台备用，1台检修。最大水量时，3台同时使用。管路铺设两条，一条管径为D159x5mm，接入一台潜水泵。另一条为D219x6mm型无缝钢管，接入两台潜水泵。正常水量时，水泵每天工作8.84小时即可排净坑内积水。最大水量时，泵站内3台水泵同时工作，可在5天后排净坑内积水。
3.2.4 三阶段排水计算及设备选型
第三阶段为最低阶段，坑内涌水通过潜水泵直接排至1324m阶段水仓，后通过以上各阶段排水设备将涌水排至地表。第三阶段最大排水高度为144m。选用3台250QJ125-176-100型潜水泵。流量125m3/h，扬程176m，功率100kW。正常水量时1台工作，1台备用，1台检修。最大水量时，三台同时使用。管路铺设两条，一条管径为D159x5mm，接入一台潜水泵。另一条为D219x6mm型无缝钢管，接入两台潜水泵。正常水量时，水泵每天工作8.84小时即可排净坑内积水。最大水量时，泵站内3台水泵同时工作，可在5天后排净坑内积水。
结语
近期我矿暴雨期间实行了停产撤人、撤设备的安全措施。并在达到需排水标高时进行排水作业，水泵运行期间正常，管路导水正常，因采矿布局的变化导致增加的汇水面积仍然在排水承受能力之内，确保了排水系统的合理性和可操作性。复工后对整个露天矿区的防排水系统进行了科学的规划和分析，针对具体划分区域制定相应防治措施，使其能够抵御防涝灾害，实践证明露天矿区防排水系统运行良好，对矿山防治水效果明显，改善了采矿作业环境，节约了矿山的经济建设投入，保证了露天矿山的有序开采。
参考文献
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