Dawid Szustakiewicz

Rok studiów: 2

Nr albumu: 130031

Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii

Odwadnianie kopalni odkrywkowej

Sprawdzający:

Dr inż. Monika Derkowska-Sitarz

Wrocław, czerwiec 2006r.

1. Opis terenu i wykonanych zabiegów odwadniających

Kopalnia położona jest w województwie wrocławskim (obecnie dolnośląskim), na terenie miasta Sobótka, przy jego zachodniej granicy. Od północy zlewnia jest ograniczona drogą, a kopalnie leży w bezpośrednim sąsiedztwie tejże drogi. Odkrywka położona u podnóża wzniesienia o wysokości ponad 400 m n.p.m.

Pod względem hydrologicznym teren jest zróżnicowany. Znajduje się tutaj wiele mniejszych i większych cieków, będących dopływami (pośrednio i bezpośrednio) rzeki Czarna Woda płynącej na północ od kopalni.

Przepływająca prze kopalnię rzeka została przełożona na południe od kopalni. Do obudowania koryta rzecznego użyto betonu. Średni spadek dna rzeki na całej długości oraz poszczególnych odcinkach wynosi 30 ‰. Zostało to zachowane dzięki dwóm progom wodnym:

Próg	Wysokość progu [m]	Metr rzeki
1	3,4	280
2	3,2	330

2. Obliczenie powierzchni zlewni

Zlewnia rzeki - 450 500 m²

Zlewnia kopalni - 348 800 m²

Całkowita zlewnia powierzchniowa - 799 300 m²

Obliczenie powierzchni zlewni przedstawia rysunek poniżej.

3. Obliczenia przepływów maksymalnych o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia

3.1. Przepływ maksymalny o prawdopodobieństwie wystąpienia 1 %

Obliczenie czasu dobiegu wody korytem T_r [min]

L - długość zlewni -2000m

V_r - prędkość przepływu [m/s] (0,2 do 1,5 m/s)

V_r = 1,5 m/s

T_r = 1333,33 s

T_r = 22,22 min

Obliczenie czasu spływu po stokach T_s [min]

B_z - szerokość zlewni [m]

V_s - prędkość spływu po stokach [m/s] (0,2 m/s)

A - powierzchnia zlewni [m²]

L - długość zlewni [m]

B_z = 399,65 m

T_s = 999,125 s

T_s = 16,65 min

B - współczynnik (odczytany z tabeli) zależny od czasu spływu po stokach (T_s=30) i czasu dobiegu wody korytem (T_r=30)

B = 0,0820

ψ - współczynnik spływu [ ]

ψ = 1 - C₁ - C₂ - C₃

C₁ - współczynnik zależny od topografii terenu - 0,10 - teren wyżynny

C₂ - współczynnik zależny od rodzaju gleb - 0,40 - ciężkie nieprzepuszczalne gliny

C₃ - współczynnik zależny od pokrycia terenu szatą roślinną - 0,2 - teren leśny

ψ = 1 - 0,10 - 0,40 - 0,2

ψ = 0, 3

P_1% - opad o prawdopodobieństwie wystąpienia raz na 100 lat [mm]

P_1% = 82 mm

A - powierzchnia zlewni [km²]

A= 0,7993 km²

λ₁ - współczynnik zależny od powierzchni zlewni i określonego prawdopodobieństwa wystąpienia badanego przepływu [ ]

λ₁ = 1

Q_1% = 0,0820 * 0,3 * 82 * 0,7993 * 1

Q_1% = 1,61 m³/s

3.2. Przepływ maksymalny o prawdopodobieństwie wystąpienia 10%

P_10% - opad o prawdopodobieństwie wystąpienia raz na 10 lat [mm]

P_10% = 0,7 * P_1%

P_10% = 57,4 mm

λ₁₀ - współczynnik zależny od powierzchni zlewni i określonego prawdopodobieństwa wystąpienia badanego przepływu [ ]

λ₁₀ = 0,43

Q_10% = 0,0820 * 0,3 * 57,4 * 0,7993 * 0,43

Q_10% = 0,49 m³/s

4. Obliczenie możliwości przepływu wody w kanałach otwartych

F - pole przekroju kanału

Q_P%MAX - maksymalny przepływ przez kanał o określonym prawdopodobieństwie [m³/s]

V_MAX - maksymalna prędkość przepływu przez kanał

V_MAX = 1,0 m/s

F = 1,61 / 1,0

F = 1,61 m²

H - napełnienie koryta [m]

H = 1,0 m

1 : 2 - pochylenie skarp

m = 2,0 [m]

x = 1,0 m

b = b_śr - 2x

Zakładam wartość b = 0,5 m

b_śr = b + 2x

b_śr = 0,5 + 2 * 1,0

b_śr = 2,5 m

B = b + 2m

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:

R = F / U

R = 1,61 / 4,98

R = 0,32 m

Średnia prędkość przepływu wody w korycie:

w - współczynnik szorstkości, materiał obudowy: beton

w = 0,16

c = 67,92

Spadek dna rzeki na całej długości oraz na poszczególnych odcinkach został utrzymany na poziomie i = 30 ‰

Q_mobl = F * V_śr

Q_mobl = 1,61 * 6,65

Q_mobl = 10,71 [m³/s]

Q_mobl > Q_P%MAX

10,71 > 1,61 m³/s

5. Obliczenia dotyczące eksploatacji kopalni

Obliczenie rzędnej terenu R_zt

1. 221,20 m n.p.m.

2. 232,50 m n.p.m.

3. 237,50 m n.p.m.

4. 241,20 m n.p.m.

5. 227,50 m n.p.m.

Obliczenie rzędnej dna odkrywki R_zd

R_zd = R_zt - H₀

H₀ = 20,0 m

1. 201,20 m n.p.m.

2. 212,50 m n.p.m.

3. 217,50 m n.p.m.

4. 221,20 m n.p.m.

5. 207,50 m n.p.m.

Obliczenie rzędnej zwierciadła wody podziemnej R_zz

R_zz = R_zt - x

x = 5,1 m

1. 216,10 m n.p.m.

2. 227,40 m n.p.m.

3. 232,40 m n.p.m.

4. 236,10 m n.p.m.

5. 222,40 m n.p.m.

Obliczenie rzędnej spągu warstwy wodonośnej R_zw [m n.p.m.]

R_zw = R_zz - m_w

m_w = 35 m

1. 181,1 m n.p.m.

2. 192,4 m n.p.m.

3. 197,40 m n.p.m.

4. 201,10 m n.p.m.

5. 187,4 m n.p.m.

Pola powierzchni kopalni w odpowiednich latach eksploatacji:

P₁ = 4 500 m² P₇ = 50 850 m²

P₂ = 9 225 m² P₈ = 62 850 m²

P₃ = 13 925 m² P₉ = 70 250 m²

P₄ = 22 775 m² P₁₀ = 83 025 m²

P₅ = 31 650 m² P₁₁ = 91 575 m²

P₆ = 42 150 m² P₁₂ = 101 575 m²

6. Dopływ powierzchniowy do kopalni

Q_pow = V / t [m³/h]

Q_pow = V / 32

t - czas spływu [32 h]

V - objętość pompowanej. wody [m³]

F_oi - powierzchnia odkrywki w i-tym roku eksploatacji [m²]

ψ_śr - średni współczynnik spływu [ ]

ψ_skarp = 0,55 F_skarp = 30% * F_oi [m²]

ψ_dna = 0,4 F_dna = 70% * F_oi [m²]

ψ_tz = 0,3 F_tz = Am - F_oi [m²

Dopływ powierzchniowy:

Rok eksploatacji	Fo [m^2]	Fskarp [m^2]	Fdna [m^2]	Ftz [m^2]	Ψśr	V [m^3]	Qpow [m^3/h]	Qpow [m^3/d]
1	4 500	1350,0	3150,0	344 300	0,30	77,97	2,44	58,48
2	9 225	2767,5	6457,5	339 575	0,30	160,89	5,03	120,66
3	13 925	4177,5	9747,5	334 875	0,31	244,42	7,64	183,31
4	22 775	6832,5	15942,5	326 025	0,31	404,56	12,64	303,42
5	31 650	9495,0	22155,0	317 150	0,31	568,92	17,78	426,69
6	42 150	12645,0	29505,0	306 650	0,32	768,22	24,01	576,16
7	50 850	15255,0	35595,0	297 950	0,32	937,34	29,29	703,00
8	62 850	18855,0	43995,0	285 950	0,33	1176,53	36,77	882,40
9	70 250	21075,0	49175,0	278 550	0,33	1327,46	41,48	995,60
10	83 025	24907,5	58117,5	265 775	0,33	1594,17	49,82	1195,63
11	91 575	27472,5	64102,5	257 225	0,34	1777,03	55,53	1332,77
12	101 575	30472,5	71102,5	247 225	0,34	1995,32	62,35	1496,49

7. 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 (wyliczona na podstawie średnich wartości rzędnych)

s = 35,0 - 20,1 = 14,9 m

R_c- całkowity zasięg leja depresji [m]

R_c = 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 [-]

Dopływ podziemny:

Rok eksploatacji	Fo [m^2]	r [m]	R [m]	Rc [m]	Qpodz [m^3/d]
1	4 500	37,85	1033,26	1071,11	2549,67
2	9 225	54,19	1461,25	1515,44	2558,78
3	13 925	66,58	1789,66	1856,23	2561,12
4	22 775	85,14	2066,52	2151,66	2639,07
5	31 650	100,37	2310,44	2410,81	2681,25
6	42 150	115,83	2530,96	2646,79	2723,98
7	50 850	127,22	2733,75	2860,97	2737,99
8	62 850	141,44	2922,50	3063,94	2771,28
9	70 250	149,54	3099,78	3249,32	2768,50
10	83 025	162,57	3267,45	3430,02	2795,21
11	91 575	170,73	3426,93	3597,67	2796,39
12	101 575	179,81	3579,32	3759,13	2803,68

8. Dopływ całkowity do kopalni

Rok eksploatacji	Qpow [m^3/d]	Qpodz [m^3/d]	Qcałk [m^3/d]	Qcałk [m^3/s]
1	58,48	2549,67	2608,14	0,0302
2	120,66	2558,78	2679,44	0,0310
3	183,31	2561,12	2744,43	0,0318
4	303,42	2639,07	2942,49	0,0341
5	426,69	2681,25	3107,94	0,0360
6	576,16	2723,98	3300,14	0,0382
7	703,00	2737,99	3440,99	0,0398
8	882,40	2771,28	3653,68	0,0423
9	995,60	2768,50	3764,10	0,0436
10	1195,63	2795,21	3990,84	0,0462
11	1332,77	2796,39	4129,16	0,0478
12	1496,49	2803,68	4300,16	0,0498

9. Dobór pomp

1. wysokość podnoszenia wody przez pompę

H_p = h₁ + h₂ + h₃

h₁ = H₀ = 20 m

h₂ = 10% h₁ = 2,0 m

h₃ = 30% (h₁ + h₂)

h₃ = 30% * 22,00

h₃ = 6,6 m

H_p = 30,6 m

2. ilość pompowanej wody

Q_pomp = 1,2 * Q_całk [m³/h]

Q_pomp = 1,2 * (4300,16/24)

Q_pomp = 215,01 [m³/h]

3. dobór pompy

• wydajność pompy q [m³/h] 80÷750 m³/h (q = 120)

• wysokość podnoszenia H [m] 11÷48 m

• sprawność η = 72÷82%

• producent BIAŁOGON Kielecka Fabryka Pomp

• rodzaj pompy - pompa wirowa typ Z2k, podtyp 250Z2k-12

4. ilość pomp

Ilość pomp roboczych:

n = (Q_pomp/q) * 1,5

n = (215,01 / 120) * 1,5

n = 2,68

n = 3

Ilość pomp rezerwowych:

n_r = 50% * n

n_r = 1,5

n_r = 2

Całkowita ilość pomp:

n_c = n + n_r

n_c = 2+3

n_c = 5

10. Dobór rurociągów

1. rurociągi 1 pompy

• ssawne V_ss = 1,6 m/s

d_rss = 0,16 m

d = d_rss + 2*s

s - grubość ścianki rury

s = 0,01 m

d = 0,16 + 0,02

d = 0,18 m

Średnica rury o wymiarach nominalnych wynosi 194 mm

• tłoczne V_tł = 2,5 m/s

d_rtl = 0,13 m

d = d_rss + 2*s

s = 0,01 m

d = 0,13 + 0,02

d = 0,15 m

Średnica rury o wymiarach nominalnych wynosi 159 mm

2. rurociąg zbiorczy

d_z > d

Średnica rury o wymiarach nominalnych wynosi 245 mm

11. Zbiornik przy pompowni i jego objętość

t = 1 doba

V_z = Q_pomp / t [m³]

V_z = (215,01 * 24) / 1

V_z = 5160,24 m³

16

---