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 %

Q_1% = B ▪ ψ ▪ P_1% ▪ A ▪ λ₁ [m³/s]

Obliczenie czasu dobiegu wody korytem T_r [min]

[min]

L - długość zlewni - 2150 m

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

V_r = 1,0 m/s

T_r = 2150 s

T_r = 35,83 min

Obliczenie czasu spływu po stokach T_s [min]

[min]

B_z - szerokość zlewni [m]

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

[m]

A - powierzchnia zlewni [m²]

L - długość zlewni [m]

A = 1 796 700 m²

B_z = 835,67 m

T_s = 2089,175 s

T_s = 34,82 min

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

Dla T_s = 45 min i T_r = 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

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

P_1% = 86 mm

A - powierzchnia zlewni [km²]

A= 1,7967 [km²]

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

λ₁ = 1

Q_1% = B ▪ ψ ▪ P_1% ▪ A ▪ λ₁ [m³/s]

Q_1% = 0,0601 ▪ 0,15 ▪ 86 ▪ 1,7967 ▪ 1

Q_1% = 1,39 m³/s

2. Przepływ maksymalny o prawdopodobieństwie wystąpienia 10%

Q_10% = B ▪ ψ ▪ P_1% ▪ A ▪ λ₁ [m³/s]

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

P_10% = 0,7 ▪ P_1%

P_10% = 60,2 mm

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

λ₁₀ = 0,43

Q_10% = = 0,0601 ▪ 0,15 ▪ 60,2 ▪ 1,7967 ▪ 0,43

Q_10% = 0,42 m³/s

3. 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 = 1,39 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= b_śr - 2x b_śr = b + 2x [m]

b_śr = 0,5 + 2 ▪ 1

b_śr = 2,5

F = b_śr ▪ 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 ‰

Q_mobl = F ▪ V_śr

Q_mobl = 2,5 ▪ 2,82

Q_mobl = 7,05 [m³/s]

Q_mobl > Q_P%MAX

7,05 > 1,39 m³/s

Na odcinkach:

i = 1,37 ‰

Q_mobl = F ▪ V_śr1

Q_mobl = 2,5 ▪ 1,85

Q_mobl = 4,625 m³/s

i = 1,5 ‰

Q_mobl = F ▪ V_śr1

Q_mobl = 2,5 ▪ 1,94

Q_mobl = 4,85 m³/s

i = 2,94 ‰

Q_mobl = F ▪ V_śr1

Q_mobl = 2,5 ▪ 2,71

Q_mobl = 6,775 m³/s

i = 14,0 ‰

Q_mobl = F ▪ V_śr1

Q_mobl = 2,5 ▪ 5,92

Q_mobl = 14,8 m³/s

Odczytanie rzędnej terenu z mapy R_zt

1. 141,00 m n.p.m.

2. 141,75 m n.p.m.

3. 144,65 m n.p.m.

4. 142,50 m n.p.m.

5. 141,25 m n.p.m.

Obliczenie rzędnej dna odkrywki R_zd

R_zd = R_zt - H₀ [m n.p.m.]

H₀ = 19,5 m

1. 121,50 m n.p.m.

2. 122,25 m n.p.m.

3. 125,15 m n.p.m.

4. 123,00 m n.p.m.

5. 121,75 m n.p.m.

Obliczenie rzędnej zwierciadła wody podziemnej R_zz [m n.p.m.]

R_zz = R_zt - x [m n.p.m.]

x = 4,7 m

1. 136,30 m n.p.m.

2. 137,05 m n.p.m.

3. 139,95 m n.p.m.

4. 137,80 m n.p.m.

5. 136,55 m n.p.m.

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

R_zw = R_zz - m_w [m n.p.m.]

m_w = 32,00

1. 104,30 m n.p.m.

2. 105,05 m n.p.m.

3. 107,95 m n.p.m.

4. 105,80 m n.p.m.

5. 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

Q_pow = V / t [m³/h]

t - czas spływu [32 h]

V - objętość pompowanej. wody [m³]

V = P_10% ▪ ψ_śr ▪ F_oi [m³]

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

ψ_śr - średni współczynnik spływu [ ]

ψ_skarp = 0,55

ψ_dna = 0,4

ψ_tz = 0,3

F_skarp = 30% ▪ F_oi [m²]

F_dna = 70% ▪ F_oi [m²]

F_tz = A_m - F_oi [m²]

A_m - zlewnia kopalni

Wyniki obliczeń dopływu powierzchniowego:

Rok eksploatacji	Fo [m^2]	Fskarp [m^2]	Fdna [m^2]	Ftz [m^2]	śr	V [m^3]	Qpow [m^3/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

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 [ ]

=2304,0

Wyniki obliczeń dopływu podziemnego:

Rok eksploatacji	Fo [m^2]	r [m]	R [m]	Rc [m]	Qpodz [m^3/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 [m^3/d]	Qpodz [m^3/d]	Qcałk [m^3/d]	Qcałk [m^3/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

1. wysokość podnoszenia wody przez pompę

H_p = 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

H_p = 27,89 m

2. ilość pompowanej wody

Q_pomp = 1,2 ▪ Q_całk [m³/h]

Q_pomp = 1,2 ▪ 4741,33

Q_pomp = 5689,596 [m³/d]

Q_pomp = 5689,596 / 24 [m³/h]

Q_pomp = 237,07 [m³/h]

3. 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%

4. ilość pomp

• roboczych

n = (Q_pomp/q) ▪ 1,5

n = (237,07/ 150) ▪ 1,5

n = 2,37

n = 3

• rezerwowych

n_r = 50% ▪ n

n_r = 50% ▪ 3

n_r = 1,5

n_r = 2

• całkowita

n_c = n + n_r

n_c = 5

7. Dobór rurociągów

1. rurociągi 1 pompy

• ssawne V_ss = 1,6 m/s

d_ss = 0,18 m

d = d_ss + 2▪s

s - grubość ścianki

s = 0,01 m

d = 0,18 + 0,02

d = 0,20 m

Średnica rurociągu - 219 mm

• tłoczne V_tł = 2,5 m/s

d_tl = 0,15 m

d = d_tl + 2▪s

s = 0,01 m

d = 0,15 + 0,02

d = 0,17 m

Średnica rurociągu - 178 mm

2. rurociąg zbiorczy

d_z > d

Średnica rurociągu zbiorczego - 299 mm

8. Zbiornik przy pompowni

• objętość rząpia

t = 1 doba

V_z = Q_pomp / t [m³]

V_z = 5689,596 / 1

V_z = 5689,596 m³

19

---