1.3. Методика расчетов параметров водоснабжения

1. Расход технологической воды, м³/ч, устанавливается из выражения

q = N_Т ∙ А,

где N_Т – норма расхода технологической воды для промывки 1 м³ песков, м³/м³, табл. 1.2 [2];

А – производительность добычного объекта, м³/ч.

Расход сточных вод, м³/ч, устанавливается из выражения

q_с= N_СТ ∙ А,

где N_СТ – норма расхода сточных вод при принятой схеме водоснабжения данного обогатительного объекта, м³/м³ [2].

Удельные нормы водопотребления и сброса сточных вод принимаются из табл. 1.2, предложенной ИРГИРЕДМЕТом [2].

2. Вместимость хвостохранилища рассчитывается согласно «Руководству по выбору и проектированию систем водоснабжения, водоотведения и способом водоподготовки при разработке россыпных месторождений» [10] по формуле

W_ил=A_г∙λ∙[K_p+(Д-Д_0,05)∙K_н∙10^-2]+q∙t,

где А_г – планируемый объем промывки горной массы за период эксплуатации очистных сооружений, м³;

 – коэффициент, учитывающий условия складирования хвостов. Часть эфелей будет складироваться выше уровня воды в хвостохранилище (илоотстойнике), поэтому на вместимость влиять не будет. При установке промприбора непосредственно на борту хвостохранилища λ=0,7 λ_э (где λ_э – коэффициент эфельности песков). При установке промприбора на удалении 50 м и более в хвостохранилище поступают только частицы крупностью менее 2 мм, которые будут переноситься водным потоком, отсюда  = λ_-2;

К_р – коэффициент разрыхления илисто-глинистых пород (К_р=1,10-1,15) [10];

Д – массовая доля частиц размером менее 1 мм в разрабатываемых песках;

Д_0,05 – массовая доля глинистых частиц менее 0,05 мм в разрабатываемых песках;

К_н – коэффициент набухания илисто-глинистых частиц, К_н = 1,05-1,2 [10];

q – расход технологической воды м³/ч;

t – продолжительность работы промприбора в течение суток.

Таблица 1.2

Технологические нормы водопотребления и водоотведения по видам производства, расхода воды и количества сточных вод на единицу продукции (1 м³ добытых песков) золотодобывающей промышленности

Наименование процессов	Сис-тема водо-снаб-жения	Среднегодовой расход воды на единицу продукции, м3			Среднегодовое количество выпускаемых сточных вод на единицу продукции, м3
		Все-го	в том числе		Все-го	в том числе		Безвозврат-ное потребление и потери
			оборотная или повторно используемая	свежая для производ-ства		подлежа-щих очистке производства	фильт-рацион-ные
Дражный способ разработки
а) драга МД-2П	1х	17,0	-	17,0	16,65	16,4	0,25	0,35
	2	17,0	13,9	3,1	2,75	2,5	0,25	0,35
	3	17,0	16,4	0,6	0,25	-	0,25	0,35
б) драга ИЗТМ 150	1	16,0	-	16,0	15,7	15,5	0,2	0,3
	2	16,0	10,0	6,0	5,7	5,5	0,2	0,3
	3	16,0	15,5	0,5	0,2	-	0,2	0,3
в) драги 250ДУ, 250ДП, 250Д	1	11,0	-	11,	10,7	10,5	0,2	0,3
	2	11,0	8,0	3,0	2,7	2,5	0,2	0,3
	3	11,0	10,5	0,5	0,2	-	0,2	0,3
г) драги ММЗ и ОМ 431	1	11,0	-	11,0	10,7	10,5	0,2	0,3
	2	11,0	8,0	3,0	2,7	2,5	0,2	0,3
	3	11,0	10,5	0,5	0,2	-	0,2	0,3
д) драга 600Д	1	21,0	-	21,0	20,2	20,0	0,2	0,8
	2	21,0	17,0	4,0	3,2	3,0	0,2	0,8
	3	21,0	20,0	1,0	0,2	-	0,2	0,8
Гидромеханизированные способы
а) промприборы ПГШ и ПГБ	3	24,0	22,8	1,2	0,7	-	0,7	0,5
б) землесосные приборы	3	18,0	17,0	1,0	0,6	-	0,6	0,4
в) промприбор Кочергина	3	18,0	17,3	0,7	0, 4	-	0,4	0,3
г) понурно-шлюзовые гидравлики	3	24,0	23,2	0,8	0,5	-	0,5	0,3
Примечания: 1х – проточная с использованием всего расхода водоисточника; 2 – проточная с использованием части расхода водоисточника; 3 – замкнутое водоснабжение.

Второе слагаемое в приведенной формуле (q∙t) учитывает минимально необходимый объем воды в хвостохранилище (односуточный запас), необходимый для организации оборотного водоснабжения и создания зоны осаждения взвешенных частиц размером более 0,5 мм. С увеличением глинистости песков запас воды увеличивается до 3-5-суточного. Время работы промприбора в течение суток определяется с учетом коэффициента использования оборудования: t=24К_и, ч.

Планируемый объем промывки горной массы на приборостоянке, эксплуатируемой в течение одного сезона, устанавливается из выражения:

А_г = А∙Т∙t.

Все обозначения приведены в табл. 1.1.

3. Концентрация взвесей в сточных водах, представленных фильтрационными утечками из илоотстойников, устанавливается из выражения [5]:

,

где γ – содержание частиц, размером менее 0,05 мм в промываемых песках;

w_o – отношение объема воды в илоотстойниках к суточному расходу воды на промывочной установке. Исходя из принятого односуточного запаса воды w_o =1;

ρ – длина пути фильтрации через дамбу илоотстойника. В среднем ρ=20-40 м.

Концентрация взвесей в технологической (оборотной) воде после осветления в илоотстойнике составит

,

4. Расчет ПДК проводится с учетом установленной нормы сброса сточных вод, а также характеристики водоема, в который происходит выпуск промстоков:

,

где С_д – допустимое увеличение концентрации взвесей в воде разбавляющего водотока, г/м³;

С_р – природная концентрация взвесей в разбавляющем водотоке, г/м³;

Q – минимальный среднемесячный расход воды в разбавляющем водотоке 95%-ной обеспеченности, м³/с;

q_c – расход сточных вод, м³/с;

а – коэффициент смешения, учитывающий долю расхода разбавляющего водотока, участвующего в смешении со сточными водами.

Расход воды в разбавляющем водотоке в меженный период в его мутность устанавливаются по данным гидрометеослужбы. В зависимости от вида водопользования, к которому относится разбавляющий водоток, и от природной мутности воды в нем в меженный период определяется допустимое увеличение концентрации взвесей в воде [13]. Оно может составлять 0,25 г/м³ (для рек I категории), 0,75 г/м³ (для рек II категории) или 0,05С_р (для рек с мутностью воды в межень более 30 г/м³).

Коэффициент смешения зависит от вида водоема, в котором происходит разбавление, его характеристики и условий выпуска сточных вод. Для проточных водоемов, чаще всего используемых для разбавления сточных вод горных предприятий, коэффициент смешения вычисляется по формуле

,

где ,

L – расстояние по фарватеру разбавляющего водотока от места выпуска сточных вод до контрольного створа, L_max = 500 м;

– коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения,

,

– коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод. При выпуске у берега = 1, при выпуске в фарватер реки или рассредоточенно (при фильтрации сточных вод в русло) = 1,5;

– коэффициент извилистости реки, учитывающий соотношение расстояний по фарватеру реки и по прямой L_п между местом выпуска сточных вод и контрольным створом, = L/L_п;

Е – коэффициент турбулентной диффузии для рек со спокойным течением, . Здесь – средняя скорость течения реки на участке между выпуском сточных вод и контрольным створом, м/с;

Н_c – средняя глубина реки на том же участке, м.

Если на рассматриваемом участке путь смешения имеет различные гидрологические условия с изменением глубины и скорости течения, величина Е вычисляется как средневзвешенное значение с учетом коэффициентов турбулентной диффузии, установленных для отдельных отрезков:

.

Предельно допустимый сброс, кг/с, устанавливается из выражения

ПДС = ПДК · q_c · 10⁶.

5. Основным способом очистки сточных вод на горных работах является осаждение взвесей в горизонтальных отстойниках, поэтому для определения параметров последних устанавливается минимальный размер частиц, которые необходимо удалить для соблюдения требований по ПДК. Размер осаждаемых частиц определяется исходя из гранулометрического состава тонкодисперсного класса пород. Для этого строится кумулята, которая характеризует суммарное содержание всех рассматриваемых фракций. График удобнее строить, откладывая по шкале абсцисс размер частиц в возрастающем порядке, а по шкале ординат суммарное содержание фракций в процентах. Разница между концентрацией взвесей в сточных водах С_с и предельно допустимым значением этой величины - ПДК - обуславливает долю частиц, предназначенных к осаждению. То есть при превышении С_с над ПДК на 30% необходимо обеспечить осаждение в отстойниках 0,3·С_с твердых частиц наиболее крупных фракций. На ординате сверху отмеряется доля предназначенных к осаждению частиц (в данном случае 30%) и параллельно оси абсцисс проводится прямая до пересечения с кумулятой. Абсцисса точки пересечения указывает на граничный размер частиц - d_с, которые должны быть осаждены.

6. Гидравлическая крупность частиц u, мм/с, установленного размера d_с, мм, определяется по справочной литературе [1, 11, 15, 16] либо вычисляется с использованием формулы Стокса:

,

где g – ускорение свободного падения, g=9,8 м/с²;

– плотность жидкости, 1000 кг/м³;

– вязкость жидкости, при t° = 10 °С .

7. Выбор расположения отстойника и расчет его параметров производится с использованием предложенного плана местности. План местности строится с использованием табл. п.2 и 3 в масштабе 1:5000 на листе формата А1. Построение плана начинается с размещения предложенных в табл. п.2 профилей от левого края листа к правому через расстояние Д, м. После этого на каждом профиле согласно его номеру проставляются отметки поверхности, указанные в таблице п.3. При этом первые пикеты с отметками поверхности размещаются внизу листа, а последующие устанавливаются через горизонтальное расстояние, указанное в числителе, относительно первого пикета. После проставления по всем профилям отметок поверхности, указанных в знаменателях (таблица п.3), на плане проводятся горизонтали через 1, 2 или 3 м (расстояние между горизонталями на плане должно быть однозначным). Горизонтали лучше проводить, начиная с минимальных отметок (например, 480, 482, 484 и т.д.). После проведения горизонталей на площади всего листа на созданном плане производится выбор местоположения отстойника.

К выбору места создания отстойника следует подходить с большой ответственностью, так как от этого зависит и объем земляных работ по сооружению водоподпорной плотины, и надежность последней, и величина ущерба от затопления земель. При выборе створа водоподпорной плотины при проектировании отстойника следует обратить внимание на характер изменения продольного профиля поверхности россыпи (и приурочивать створ плотины к его антиклинальному перегибу), поперечный профиль долины (с учетом того, что крутые увалы являются препятствием сооружению водослива, а пологие – влекут увеличение длины плотины), состав пород в створе плотины и ложа водохранилища, наличие подъездных путей к месту сооружения плотины, рельеф местности выше плотины (с учетом создания максимального объема воды при том же объеме земляных работ), местоположение притоков в водоисточник, состояние растительности на затопляемой площади или ее сельскохозяйственную ценность, наличие строительных материалов, используемых для сооружения плотины и т.д. Плотину рекомендуется сооружать перпендикулярно оси долины.

При выборе створа плотины в первую очередь следует исходить из обеспечения минимальной высоты подпора для создания заданной вместимости отстойника, так как от уровня воды зависит не только высота плотины и объем земляных работ по ее сооружению, но и величина фильтрационных утечек через нее, а также ее устойчивость на сдвиг и надежность. На горных предприятиях отстойники чаще всего стараются размещать в выработанном пространстве.

После выбора створа плотины устанавливаются параметры отстойника. Первоначально рекомендуется принять длину отстойника в пределах 100-300 м с последующим уточнением его параметров. Уровень воды, а соответственно и ширина отстойника, устанавливается из предварительно выбранной длины с учетом расположения створа и плана местности.

8. Исходя из гидравлической крупности взвесей и принятых согласно предложенному плану местности параметров отстойника, определяется длина пути осаждения частиц (м) данного размера:

,

где Н_o – средняя глубина отстойника у плотины, м;

– средняя горизонтальная скорость транзитного потока, м/с;

– взвешивающая составляющая скорости движения частицы, м/с.

Средняя горизонтальная скорость определяется из выражения

,

где Н_с и В_с – средняя глубина и ширина отстойника, м;

– коэффициент использования отстойника,

,

здесь S_т и l_т – соответственно площадь поперечного сечения и длина транзитного потока, м² и м;

V_о – объем воды в отстойнике, м.

Коэффициент использования водоемов для отстоя взвесей в горной промышленности колеблется в пределах 0,1–0,6 и в среднем составляет около 0,3 [1].

Для определения коэффициента использования отстойника, создаваемого на предложенном плане местности, предлагается использовать зависимость [9].

Рис.1.1. Средняя зависимость коэффициента использования отстойника от соотношения его длины и средней ширины В_с

Взвешивающая составляющая скорости движения частицы возникает из-за турбулентности потока, которая вызвана шероховатостью дна водоема, и вычисляется из выражения

,

где τ – шероховатость дна водоема (с учетом заиленности τ = 0,018).

9. С учетом длины пути осаждения частиц того или иного размера устанавливается необходимая длина отстойника.

В случае если необходимая длина пути осаждения частицы L_о превышает длину отстойника L_от, параметры последнего следует увеличивать до тех пор, пока L_от не будет превышать на 30-40% длину осаждения частиц L_о. В случае значительного превышения длины отстойника над длиной пути осаждения частицы параметры водоема следует уменьшать.

По итогам расчетов на плане местности отстойник с выбранными параметрами очерчивается по уровню воды.

Для выполнения практических работ и выбора места сооружения отстойника может быть использован план горных работ на конкретном месторождении, либо любой топографический план местности, а также конкретные данные о технологическом водоеме (илоотстойнике) и используемом на предприятии горно-обогатительном оборудовании. В последнем случае расходы по водоснабжению и водоотведению устанавливаются с использованием таблицы 1.2, в т.ч. и для драг, а методика расчетов технологических водоемов может приниматься согласно «Руководству …» [10].

В тех случаях, когда сооружение отстойника расчетной длины затруднено или экономически невыгодно, необходимо проведение мероприятий по увеличению скорости осаждения частиц за счет уменьшения взвешивающей составляющей или по укрупнению взвесей с помощью специальных реагентов. Значительным резервом в повышении эффективности осветления сточных вод в отстойнике является сокращение в нем площади застойных зон путем увеличения параметров транзитного потока. Последнее достигается строительством струенаправляющих дамб, галечных перемычек, струераспределительных сооружений, которые позволяют увеличить ширину транзитного потока или его длину.