Akademia Górniczo - Hutnicza

im. Stanisława Staszica

w Krakowie

Temat: Projekt odwadniania powierzchniowego kopalni odkrywkowej.

Anna Biernat

Dominika Dudek

Anna Kosińska

TOEZ 2 rok II stopień

Spis treści:

1. Cel i zakres projektu………………………………………………….3

2. Dane projektowe……………………………………………………...3

3. Teoria i wzory do projektu……………………………………………4

4. Część obliczeniowa……………………………………………...…....7

5. Wnioski……………………………………………………………….9

6. Część rysunkowa..……………………………………………………9

1. Cel i zakres projektu:

Celem projektu jest obliczenie zabezpieczenia wyrobiska przed wodami opadowymi.

Podstawowym warunkiem odpowiedniego zwymiarowania rowu odwadniającego jest znajomość wielkości spływu wody opadowej z odwadnianej powierzchni.

Ilość wody jest różna i zależy od następujących czynników:

• parametry zlewni, czyli jej wielkość, nachylenie, ukształtowanie powierzchni, rodzaj gruntu z jakiego jest zbudowana

• ilości opadów atmosferycznych (natężenie deszczu)

1. Dane projektowe:

Na naszym terenie występują opady o następujących parametrach:

• Prawdopodobieństwo wystąpienia deszczu (p) – 20%

• Średni czas trwania deszczu (t) – 140 min

• Wysokość opadu rocznego (h) – 580 mm

1. Teoria i wzory do projektu.

Pierwszym elementem wykonania projektu jest narysowanie na otrzymanej mapie wyrobiska i zlewni wokół niego.

Następnie obliczamy wielkość spływu wód opadowych ze zlewni z następujących wzorów:

Q = ψ * φ * q * F (dm3 /s)

gdzie:

φ – współczynnik opóźnienia odpływu który uwarunkowany jest wielkością zlewni i oblicza się go wzorem:’

$$\varphi = \frac{1}{\sqrt[n]{F}}$$

gdzie:

F – powierzchnia zlewni [ha]

n – współczynnik zależny od spadku i formy zlewni (4÷8)

Ψ – współczynnik spływu ze wzoru:

Ψ = μ * q^0, 567 * t^0, 228

gdzie:

µ - współczynnik charakteryzujący zlewnie i warunki klimatyczne (dla naszych warunków wynosi 0,0065)

q – natężenie deszczu, ze wzoru:

$$q = \frac{6,67*\sqrt{c*h^{2}}}{t^{0,667}}$$

gdzie:

h – wysokość opadu rocznego

t – średni czas trwania deszczu

c – prawdopodobieństwo opadu deszczu, obliczane ze wzoru:

$$c = \frac{100}{p}$$

Gdy już obliczymy spływ ze zlewni przechodzimy do obliczenia spływu w kanałach, służy do tego następujący wzór:

$$Q_{k} = S*v\ \lbrack\frac{m^{3}}{s}\rbrack$$

Gdzie:

S – przekrój zwilżony rowu [m²]

v – prędkość przepływu wody [m/s]

Następnie dobieramy wymiary kanału. Obliczamy teraz prędkość wody w kanale na dwa sposoby.

I sposób:

$$v_{sr\ I} = c*\sqrt{R_{h}*i}\ \lbrack\frac{m}{s}\rbrack$$

$$c = \frac{87*\sqrt{R_{h}}}{\gamma + R_{h}}$$

II sposób:

$$v_{sr\ II} = k_{\text{st}}*R_{h}^{\frac{2}{3}}*i^{\frac{1}{2}}\ \lbrack\frac{m}{s}\rbrack$$

Gdzie:

v_śr – średnia prędkość wody w kanale [m/s]

i – spadek hydrauliczny przepływu wody

R_h – promień hydrauliczny kanału który oblicza się z ilorazu przekroju wypełnienia i obwodu zwilżonego

γ – współczynnik szorstkości uwarunkowany materiałem z jakiego zbudowany jest kanał:

• kamień łamany – 0,46

• zaprawa cementowa – 0,6

• ziemny ze skarpami brukowanymi – 0,85

• ziemny – 1,2÷1,6

k_st – współczynnik chropowatości, zmienny dla różnych materiałów:

• kamień łamany – 40÷50

• zaprawa cementowa – 30÷50

• ziemny ze skarpami brukowanymi – 45÷50

• ziemny – 20÷35

Obliczone w ten sposób wartości spływu w kanale i prędkości przepływu muszą spełniać następujące warunki brzegowe:

Q ≤ Q_k I,  II ≤ 3Q

Q – wielkość spływu wód opadowych ze zlewni

v_min ≤ v_{sr I,  II} ≤ v_dop

Prędkość minimalna – v_min, wynosi: 0,25÷0,3 m/s

Prędkość dopuszczalna – v_min, jest zależna od rodzaju materiału i poziomu wody w kanale (h_w) i wynosi:

Rodzaj materiału	hw = 1 m	hw = 0,4 m
Kamień łamany	7 m/s	5,8 m/s
Beton	6÷8 m/s	5÷6,6 m/s
Ziemny ze skarpami brukowanymi	3 m/s	2,5 m/s
Ziemny	1,7 m/s	1,4 m/s

1. Część obliczeniowa.

• Obliczenie wielkości spływu wód opadowych ze zlewni.

Q = ψ * φ * q * F (dm3 /s)

Pole powierzchni naszej zlewni (F) wynosi 1995 ha

$$\varphi = \frac{1}{\sqrt[n]{F}}$$

Dobieramy współczynnik n o wartości 5

φ = 0, 22

Ψ = μ * q^0, 567 * t^0, 228

$$q = \frac{6,67*\sqrt{c*h^{2}}}{t^{0,667}}$$

$$q = 29,96\ \lbrack\frac{\text{dm}^{3}}{h*s}\rbrack$$

Ψ = 0, 19

Q = 2492,62 [dm³/s]

Q = 2,49 [m³/s]

• Obliczenie spływu i prędkości przepływu w kanale.

Dobieramy kanał o wymiarach (rysunek na str. 10):

B = 4 m

b = 2 m

H = 2 m

h_w = 1 m

nachylenie – 1:2

spadek hydrauliczny (i) – 0,003125

Kanał będzie zbudowany z zaprawy cementowej.

Prędkość przepływu:

Przyjmujemy: γ = 0,6 i k_st = 40

$$v_{sr\ I} = c*\sqrt{R_{h}*i}\ \lbrack\frac{m}{s}\rbrack$$

$$c = \frac{87*\sqrt{R_{h}}}{\gamma + R_{h}}$$

$$v_{sr\ II} = k_{\text{st}}*R_{h}^{\frac{2}{3}}*i^{\frac{1}{2}}\ \lbrack\frac{m}{s}\rbrack$$

$$\mathbf{v}_{\mathbf{sr\ I}}\mathbf{= 2,42\ \lbrack}\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{s}}\mathbf{\rbrack}$$

$$\mathbf{v}_{\mathbf{sr\ II}}\mathbf{= 1,58\ \lbrack}\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{s}}\mathbf{\rbrack}$$

Wielkość spływu w kanale:

$$Q_{k} = S*v\ \lbrack\frac{m^{3}}{s}\rbrack$$

$$\mathbf{Q}_{\mathbf{\text{k\ I}}}\mathbf{= 6,06\ \lbrack}\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}\mathbf{\rbrack}$$

$$\mathbf{Q}_{\mathbf{\text{k\ II}}}\mathbf{= 3,96\ \lbrack}\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}\mathbf{\rbrack}$$

Wszystkie obliczone wielkości spełniają warunki brzegowe.

Q ≤ Q_k I,  II ≤ 3Q

2, 49 ≤ 6, 06 (3, 96) ≤ 7, 48

v_min ≤ v_{sr I,  II} ≤ v_dop

0, 25 ≤ 2, 42 (1, 58) ≤ 8

1. Wnioski.

Powyższe obliczenia spełniają warunki brzegowe oznacza to, że jego wymiary zostały zaprojektowane prawidłowo. Projektowany kanał ma przekrój trapezowy, oraz wymiary: 2 m szerokości w podstawie, 2 m wysokości i nachylenie ścian 1:2. Jest on wykonany z zaprawy cementowej, na 10 cm podsypce piaskowej.

Kanał projektowany jest ze spadkiem 0,31 %. W miejscach gdzie przebiega głęboko pod powierzchnią kanał otwarty jest zastępowany rurociągiem o podobnych wymiarach. Jest to spowodowane czynnikami ekonomicznymi, ponieważ niwelacja byłaby zbyt kosztowna.

1. Część rysunkowa.

1. Rysunek kanału.

2. Przekroje.

3. Mapa terenu.