Politechnika Wrocławska
Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii
Odwadnianie kopalni odkrywkowej
Prowadzący:
Dr inż. Monika Derkowska-Sitarz
Aleksandra Czyż
Nr albumu: 145159
Rok studiów: 2
Opis terenu i wykonanych zabiegów odwadniających
Kopalnia położona jest na terenie dawnego województwa wrocławskiego (obecnie dolnośląskie), na granicy gminy Oleśnica i gminy Długołęka. Kopalnia położona jest na zboczu niewielkiego wyniesienia terenu, którego wysokość wynosi ok. 150 m n.p.m., na zachód od Osiedla Lucień.
Teren, zarówno pod względem topograficznym jak i hydrologicznym, jest urozmaicony o wysokości 140÷150 m n.p.m. W kierunku północnym od kopalni zlokalizowana jest miasto Oleśnica, gdzie znajduje się kilkanaście zbiorników wodnych oraz płynie rzeka Oleśnica.
Przepływający przez odkrywkę ciek został przełożony na południe od kopalni. Długość nowego koryta wynosi 880 m, natomiast spadek na całej długości wynosi 3,18 ‰. Spadek dna nowego koryta rzeki na poszczególnych odcinkach wynosi maksymalnie 3 ‰, natomiast na końcowym odcinku wzrasta do 14 ‰. Związane jest to z gwałtownym spadkiem terenu o 1,4 m na 100 m długości rzeki.
Do obudowy nowego koryta użyto betonu. Na całej długości nowego koryta znajduje się wal przeciwpowodziowy chroniący kopalnię przed zalewem.
Od wchodu i północnego wschodu przy krawędzi odkrywki znajdują się rowy opaskowe, których zadaniem jest chronić kopalnię przed napływem wód opadowych z położonego wyżej wzniesienia.
Wyznaczenie i obliczenie powierzchni zlewni
Powierzchnia zlewni kopalni - 834 600 m2
Powierzchnia zlewni rzeki - 962 100 m2
Powierzchnia całej zlewni - 1 796 700 m2
Obliczenia przepływów maksymalnych o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia
1. Przepływ maksymalny o prawdopodobieństwie wystąpienia 1 %
Q1% = B ▪ ψ ▪ P1% ▪ A ▪ λ1 [m3/s]
Obliczenie czasu dobiegu wody korytem Tr [min]
[min]
L - długość zlewni - 2150 m
Vr - prędkość przepływu [m/s] (0,2 do 1,5 m/s)
Vr = 1,0 m/s
Tr = 2150 s
Tr = 35,83 min
Obliczenie czasu spływu po stokach Ts [min]
[min]
Bz - szerokość zlewni [m]
Vs - prędkość spływu po stokach [m/s] (0,2 m/s)
[m]
A - powierzchnia zlewni [m2]
L - długość zlewni [m]
A = 1 796 700 m2
Bz = 835,67 m
Ts = 2089,175 s
Ts = 34,82 min
B - współczynnik (odczytany z tabeli) zależny od czasu spływu po stokach (Ts) i czasu dobiegu wody korytem (Tr)
Dla Ts = 45 min i Tr = 45 min
B = 0,0601
ψ - współczynnik spływu [ ]
ψ = 1 - C1 - C2 - C3
C1 - współczynnik zależny od topografii terenu = 0,6 dla terenu ze średnim nachyleniem stoków od 0,2÷1,2%
C2 - współczynnik zależny od rodzaju gleb = 0,10 dla nieprzepuszczalnych glin
C3 - współczynnik zależny od pokrycia terenu szatą roślinną = 0,15 dla terenów zróżnicowanych
ψ = 1 - 0,6 - 0,10 - 0,15
ψ = 0,15
P1% - opad o prawdopodobieństwie wystąpienia raz na 100 lat [mm]
P1% = 86 mm
A - powierzchnia zlewni [km2]
A= 1,7967 [km2]
λ1 - współczynnik zależny od powierzchni zlewni i określonego prawdopodobieństwa wystąpienia badanego przepływu [ ]
λ1 = 1
Q1% = B ▪ ψ ▪ P1% ▪ A ▪ λ1 [m3/s]
Q1% = 0,0601 ▪ 0,15 ▪ 86 ▪ 1,7967 ▪ 1
Q1% = 1,39 m3/s
2. Przepływ maksymalny o prawdopodobieństwie wystąpienia 10%
Q10% = B ▪ ψ ▪ P1% ▪ A ▪ λ1 [m3/s]
P10% - opad o prawdopodobieństwie wystąpienia raz na 10 lat [mm]
P10% = 0,7 ▪ P1%
P10% = 60,2 mm
λ10 - współczynnik zależny od powierzchni zlewni i określonego prawdopodobieństwa wystąpienia badanego przepływu [ ]
λ10 = 0,43
Q10% = = 0,0601 ▪ 0,15 ▪ 60,2 ▪ 1,7967 ▪ 0,43
Q10% = 0,42 m3/s
3. Obliczenie możliwości przepływu wody w kanałach otwartych
F - pole przekroju kanału
QP%MAX - maksymalny przepływ przez kanał o określonym prawdopodobieństwie [m3/s]
VMAX - maksymalna prędkość przepływu przez kanał
VMAX = 1,0 m/s
F = 1,39 m2
H - napełnienie koryta [m]
H = 1,0 m
1 : 2 - pochylenie skarp
m = 2,0 m
x = 1,0 m
Przyjęto b = 0,5 m
b= bśr - 2x bśr = b + 2x [m]
bśr = 0,5 + 2 ▪ 1
bśr = 2,5
F = bśr ▪ H [m2]
F = 2,5 ▪ 1 [m2]
F = 2,5 m2
B = b + 2 ▪ m [m]
B = 0,5 + 2 ▪ 2,0
B = 4,5 m
y = 2,24 [m]
Obwód zwilżony:
U = b + 2y [m]
U = 0,5 + 2 ▪ 2,24
U = 4,98 m
Promień hydrauliczny:
[m]
R = 0,5 m
Średnia prędkość przepływu wody:
c - współczynnik prędkości
w - współczynnik szorstkości, materiał obudowy: beton
w = 0,16
c = 70,73
i = 3,18 ‰
Qmobl = F ▪ Vśr
Qmobl = 2,5 ▪ 2,82
Qmobl = 7,05 [m3/s]
Qmobl > QP%MAX
7,05 > 1,39 m3/s
Na odcinkach:
i = 1,37 ‰
Qmobl = F ▪ Vśr1
Qmobl = 2,5 ▪ 1,85
Qmobl = 4,625 m3/s
i = 1,5 ‰
Qmobl = F ▪ Vśr1
Qmobl = 2,5 ▪ 1,94
Qmobl = 4,85 m3/s
i = 2,94 ‰
Qmobl = F ▪ Vśr1
Qmobl = 2,5 ▪ 2,71
Qmobl = 6,775 m3/s
i = 14,0 ‰
Qmobl = F ▪ Vśr1
Qmobl = 2,5 ▪ 5,92
Qmobl = 14,8 m3/s
Odczytanie rzędnej terenu z mapy Rzt
141,00 m n.p.m.
141,75 m n.p.m.
144,65 m n.p.m.
142,50 m n.p.m.
141,25 m n.p.m.
Obliczenie rzędnej dna odkrywki Rzd
Rzd = Rzt - H0 [m n.p.m.]
H0 = 19,5 m
121,50 m n.p.m.
122,25 m n.p.m.
125,15 m n.p.m.
123,00 m n.p.m.
121,75 m n.p.m.
Obliczenie rzędnej zwierciadła wody podziemnej Rzz [m n.p.m.]
Rzz = Rzt - x [m n.p.m.]
x = 4,7 m
136,30 m n.p.m.
137,05 m n.p.m.
139,95 m n.p.m.
137,80 m n.p.m.
136,55 m n.p.m.
Obliczenie rzędnej spągu warstwy wodonośnej [m n.p.m.] Rzw
Rzw = Rzz - mw [m n.p.m.]
mw = 32,00
104,30 m n.p.m.
105,05 m n.p.m.
107,95 m n.p.m.
105,80 m n.p.m.
104,55 m n.p.m.
Obliczenie powierzchni w kolejnych latach eksploatacji [m2]:
P1 = 3 550 |
P2 = 8 300 |
P3 = 13 550 |
P4 = 24 550 |
P5 = 36 950 |
P6 = 49 450 |
P7 = 60 350 |
P8 = 72 250 |
P9 = 84 250 |
P10 = 97 750 |
P11 = 106 250 |
P12 = 109 750 |
4. Dopływ powierzchniowy do kopalni
Qpow = V / t [m3/h]
t - czas spływu [32 h]
V - objętość pompowanej. wody [m3]
V = P10% ▪ ψśr ▪ Foi [m3]
Foi - powierzchnia odkrywki w i-tym roku eksploatacji [m2]
ψśr - średni współczynnik spływu [ ]
ψskarp = 0,55
ψdna = 0,4
ψtz = 0,3
Fskarp = 30% ▪ Foi [m2]
Fdna = 70% ▪ Foi [m2]
Ftz = Am - Foi [m2]
Am - zlewnia kopalni
Wyniki obliczeń dopływu powierzchniowego:
Rok eksploatacji |
Fo [m2] |
Fskarp [m2] |
Fdna [m2] |
Ftz [m2] |
śr |
V [m3] |
Qpow [m3/d] |
1 |
3550 |
1065 |
2485 |
831 050 |
0,30 |
64,24 |
2,01 |
2 |
8 300 |
2490 |
5810 |
826 300 |
0,30 |
140,11 |
4,38 |
3 |
13 550 |
4065 |
9485 |
821 050 |
0,30 |
229,43 |
7,17 |
4 |
24 550 |
7365 |
17185 |
810 050 |
0,30 |
418,30 |
13,07 |
5 |
36 950 |
11085 |
25865 |
797 650 |
0,31 |
634,04 |
19,81 |
6 |
49 450 |
14835 |
34615 |
785 150 |
0,31 |
854,55 |
26,70 |
7 |
60 350 |
18105 |
42245 |
774 250 |
0,31 |
1049,31 |
32,79 |
8 |
72 250 |
21675 |
50575 |
762 350 |
0,31 |
1264,59 |
39,52 |
9 |
84 250 |
25275 |
58975 |
750 350 |
0,31 |
1484,46 |
46,39 |
10 |
97 750 |
29325 |
68425 |
736 850 |
0,32 |
1735,16 |
54,22 |
11 |
106 250 |
31875 |
74375 |
728 350 |
0,32 |
1894,83 |
59,21 |
12 |
109 750 |
32925 |
76825 |
724 850 |
0,32 |
1960,99 |
61,28 |
5. Dopływ podziemny do kopalni
m - miąższość warstwy wodonośnej (H) [m]
k - współczynnik filtracji [m/d]
s - wielkość depresji
s = H - h [m]
h - różnica w wysokości dna odkrywki i spągu warstwy wodonośnej (obliczona na podstawie średnich wartości rzędnych)
s = 32,0 - 17,2 = 14,8 m
Rc - całkowity zasięg leja depresji [m]
Rc = R + r
r - promień zastępczy wyrobiska [m]
R - promień leja depresji [m]
t - czas eksploatacji w dobach
m - miąższość warstwy wodonośnej (H) [m]
k - współczynnik filtracji [m/d]
μ - współczynnik odsączalności [ ]
=2304,0
Wyniki obliczeń dopływu podziemnego:
Rok eksploatacji |
Fo [m2] |
r [m] |
R [m] |
Rc [m] |
Qpodz [m3/d] |
1 |
3550 |
33,62 |
1375,56 |
1409,17 |
2868,88 |
2 |
8 300 |
51,40 |
1945,33 |
1996,73 |
2928,57 |
3 |
13 550 |
65,67 |
2382,54 |
2448,21 |
2961,93 |
4 |
24 550 |
88,40 |
2751,12 |
2839,52 |
3089,04 |
5 |
36 950 |
108,45 |
3075,84 |
3184,29 |
3171,14 |
6 |
49 450 |
125,46 |
3369,42 |
3494,88 |
3221,31 |
7 |
60 350 |
138,60 |
3639,38 |
3777,98 |
3242,46 |
8 |
72 250 |
151,65 |
3890,67 |
4042,32 |
3264,54 |
9 |
84 250 |
163,76 |
4126,67 |
4290,44 |
3281,79 |
10 |
97 750 |
176,39 |
4349,90 |
4526,29 |
3302,83 |
11 |
106 250 |
183,90 |
4562,21 |
4746,11 |
3297,00 |
12 |
109 750 |
186,91 |
4765,07 |
4951,98 |
3270,59 |
Dopływ całkowity do kopalni
Rok eksploatacji |
Qpow [m3/d] |
Qpodz [m3/d] |
Qcałk [m3/d] |
Qcałk [m3/s] |
1 |
48,18 |
2868,88 |
2917,06 |
0,0338 |
2 |
105,08 |
2928,57 |
3033,65 |
0,0351 |
3 |
172,07 |
2961,93 |
3134,00 |
0,0363 |
4 |
313,73 |
3089,04 |
3402,76 |
0,0394 |
5 |
475,53 |
3171,14 |
3646,67 |
0,0422 |
6 |
640,91 |
3221,31 |
3862,22 |
0,0447 |
7 |
786,99 |
3242,46 |
4029,45 |
0,0466 |
8 |
948,44 |
3264,54 |
4212,98 |
0,0488 |
9 |
1113,34 |
3281,79 |
4395,14 |
0,0509 |
10 |
1301,37 |
3302,83 |
4604,20 |
0,0533 |
11 |
1421,13 |
3297,00 |
4718,13 |
0,0546 |
12 |
1470,74 |
3270,59 |
4741,33 |
0,0549 |
6. Dobór pomp
wysokość podnoszenia wody przez pompę
Hp = h1 + h2 + h3
h1 = H0 = 19,5 m
h2 = 10% h1 = 1,95 m
h3 = 30% (h1 + h2)
h3 = 30% ▪ 21,45
h3 = 6,44 m
Hp = 27,89 m
ilość pompowanej wody
Qpomp = 1,2 ▪ Qcałk [m3/h]
Qpomp = 1,2 ▪ 4741,33
Qpomp = 5689,596 [m3/d]
Qpomp = 5689,596 / 24 [m3/h]
Qpomp = 237,07 [m3/h]
dobór pompy
Dobrano pompę produkcji Kieleckiej Fabryki Pomp „Białogon”
rodzaj pompy - pompa wirowa typ Z2k, podtyp 200Z2k-8
wydajność pompy q [m3/h] 80÷750 m3/h (q = 150)
wysokość podnoszenia H = 11 ÷ 48 [m]
sprawność η = 72 ÷ 82%
ilość pomp
roboczych
n = (Qpomp/q) ▪ 1,5
n = (237,07/ 150) ▪ 1,5
n = 2,37
n = 3
rezerwowych
nr = 50% ▪ n
nr = 50% ▪ 3
nr = 1,5
nr = 2
całkowita
nc = n + nr
nc = 5
7. Dobór rurociągów
rurociągi 1 pompy
ssawne Vss = 1,6 m/s
dss = 0,18 m
d = dss + 2▪s
s - grubość ścianki
s = 0,01 m
d = 0,18 + 0,02
d = 0,20 m
Średnica rurociągu - 219 mm
tłoczne Vtł = 2,5 m/s
dtl = 0,15 m
d = dtl + 2▪s
s = 0,01 m
d = 0,15 + 0,02
d = 0,17 m
Średnica rurociągu - 178 mm
rurociąg zbiorczy
dz > d
Średnica rurociągu zbiorczego - 299 mm
8. Zbiornik przy pompowni
objętość rząpia
t = 1 doba
Vz = Qpomp / t [m3]
Vz = 5689,596 / 1
Vz = 5689,596 m3
19