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。
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
2.1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。
3.1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
(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。