Водоснабжение горных работ

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение

 

Водоснабжение в горном деле  — обеспечение водой горных предприятий. Необходимо для осуществления гидротехнологических процессов выемки и транспортировки твёрдых полезных ископаемых, добычи нефти, мокрого обогащения полезных ископаемых, гидрозакладочных работ, пылеподавления, для тушения подземных пожаров и др. На гидрошахтах, гидромеханизированных карьерах, промыслах и других горных предприятиях, где такие процессы являются одними из основных, применяют так называемые оборотные системы водоснабжения, а также системы с последовательным использованием воды несколькими потребителями. Водоснабжение осуществляется за счёт поверхностных вод из открытых водотоков и водоёмов (рек, водохранилищ, озёр, морей), а также подземных, шахтных и карьерных вод. Требования к качеству воды для технического водоснабжения горных предприятий ограничиваются в основном показателями pH, жёсткости, содержанием солей и взвешенных частиц; питьевое водоснабжение регламентируется ГОСТом 2874-73.

 

 

1. Основные потребители воды в горном деле

 

Водопотребление при добыче и переработке полезных ископаемых обычно связано с хозяйственно-бытовыми и коммунальными нуждами, производственными и техническими, а также с пожаротушением. Для этого используют системы водоснабжения, в состав которых входят водозаборные сооружения, насосные станции, станции очистки и подготовки воды, магистральные или разводящие трубопроводы или каналы, резервуары и водонапорные башни, а также вспомогательные сооружения: лаборатории, склады и др.

В соответствии с видами водопотребления системы водоснабжения разделяются на хозяйственно-питьевые, технические (производственные) и противопожарные. Они могут быть как раздельными, так и совмещенными, по способу подачи воды - самотечными, с механической подачей и зонными, а по способу ее использования - прямоточными, оборотными, с повторным использованием.

В прямоточных системах вся забираемая вода задействована в технологических или других процессах однократно, после чего передается на очистку и сброс. В оборотных системах предусматривается многократное использование воды без сброса ее в природные водные объекты, но каждый цикл использования должен предусматривать при необходимости очистку (кондиционирование). Для компенсации безвозвратных потерь производится постоянная или периодическая подпитка систем оборотного водоснабжения. Повторно-последовательное использование воды предусматривает несколько технологических процессов, а затем очистку воды и сброс. [4, с. 127]

Основные направления совершенствования водопотребления горнодобывающих предприятий - сокращение потребления воды питьевого качества из рек, озер и городского водопровода, а также расширение использования шахтных и карьерных вод для хозяйственно-бытовых и технических нужд. Для этого проводится детальный анализ работы горного предприятия и разрабатывается ситуационный план (графический документ) расположения водных объектов, инженерных сооружений и устройств по использованию и охране водных ресурсов, на котором показано расположение на местности всех водных объектов, линий водопотребления и водоотведения, водозаборов и других сооружений.

Один из наиболее важных графических документов, по которому можно судить об эффективности использования водных ресурсов на предприятии, - схема водопотребления и водоотведения - включает в себя следующие основные элементы:

• откачку подземных вод при разработке месторождения;
• истощение запасов поверхностных и подземных вод при их дренировании;
• использование откачиваемой воды самим предприятием;
• увеличение запасов поверхностных и подземных вод в результате сброса отработанных вод;
• загрязнение природных вод;
• удовлетворение потребностей горного предприятия в технической и пресной воде за счет водоснабжения извне или передачу воды другим откачку подземных вод при разработке месторождения;

Для более детального учета водных ресурсов составляются балансовые схемы, где для каждого участка указаны количество и химический состав протекающей воды, а также воды, потерянной для отдельных технологических агрегатов, звеньев и предприятия в целом. Данные из балансовых схем помещают по операциям в таблицу водного баланса, которая позволяет увидеть, в каких звеньях водные потери максимальны и где можно повысить эффективность использования водных ресурсов.

На горных предприятиях основные водопотребляющие процессы организованы на оборотной системе водоснабжения, на пополнение которой используют карьерные, шахтные и дренажные воды. При этом добыча открытым способом обеспечивает 67 % оборотного водоснабжения, подземным (механическим) - 48 %, подземным (гидравлическим) - 94 %, обогащение (от общего водопотребления) - 92 %.

 

 

2. Структура промышленных сточных  вод и регулирование водного  потока

 

Промышленные воды строящихся шахт, рудников и карьеров формируются преимущественно из сопутствующих вод атмосферного и подземного происхождения, загрязненных вследствие водной эрозии отвалов пустых пород и некондиционных полезных ископаемых.

Горнопромышленной сточной называют также воду, которая после одно- или многократного использования в технологических процессах становится непригодной для дальнейшего применения по прямому назначению и подлежит сбросу или использованию в другом производстве.

По степени загрязненности и условиям образования такие воды могут быть разделены на чистые или циркуляционные (оборотные); условно чистые; загрязненные промышленные; загрязненные ливневые.

Чистыми или циркуляционными (оборотными) называют воды, качество которых в процессе их использования практически не ухудшается, что позволяет многократно использовать их без специальной обработки. Эти воды подлежат только периодическому сбросу и замене при накоплении в них продуктов коррозии трубопроводов и оборудования или эрозии железобетонных сооружений.

Условно чистыми называют воды, ухудшение качества которых делает их непригодными для повторного использования в процессе, но не исключает возможности применения их для процессов с менее жесткими требованиями к воде либо допускает их в водоем или канализацию без специальной обработки (очистки).

Загрязненными горнопромышленными (промстоками) называют воды, которые в процессе использования настолько загрязняются исходным сырьем, что их нельзя не только употреблять в дальнейшем, но и сбрасывать без очистки из-за токсичности, агрессивности или других отрицательных свойств. С учетом вида и содержания загрязнений промстоки отводят и очищают одним общим или не несколькими самостоятельными потоками в зависимости от основных загрязнителей: потоки нефтесодержащие, кислотно-щелочные, хромсодержащие, циансодержащие, содержащие красители, токсичные органические загрязнения и т. п. Тем самым упрощают обработку промстоков, а также предотвращают образование взрыво- и огнеопасных продуктов или выделение ядовитых газов при взаимодействии веществ, содержащихся в различных видах промстоков. Иногда целесообразно разделять промстоки, одинаковые или близкие по качественному составу, но значительно различающиеся по количеству загрязнений. [2, с. 108]

Загрязненные ливневые воды образуются на сильно загрязненных участках территории предприятий: стоянках транспорта, открытых площадках для хранения сырья, горючесмазочных материалов (ГСМ), отходов производства и т.п. В этих водах чаще всего содержатся взвешенные вещества (пыль, грязь, нефтепродукты и др.), которые попадают в зону действия ливня. Объем загрязненных ливневых вод нередко бывает весьма значительным.

Для снижения воздействия горнодобывающей промышленности на состояние водных ресурсов принимаются различные меры, направленные на уменьшение водопритоков в горные выработки:

• организация предварительного осушения;
• заградительный дренаж (в том числе контурный и с использованием систем водопонизительных и водопоглощающих скважин), а также поглощающий дренаж с обособленным отводом воды;
• изоляция водоисточников, например водонепроницаемыми завесами (экранами);
• создание надежных систем канализации ливневого и талого стоков с территории горного отвода;
• откачка талых и дождевых вод из мест оседаний и провалов;
• нормированный расход технологической воды.

Осушение в горном деле - совокупность технических мероприятий, снижающих обводненность месторождений полезных ископаемых и регулирующих режим притоков воды в горные выработки при строительстве горных предприятий и эксплуатации месторождений со сложными гидрогеологическими условиями. Тем самым создаются экономически эффективные и безопасные условия ведения горных работ, а также обеспечивается охрана недр и водных ресурсов. Поэтому, как правило, горнодобычные работы сопровождаются искусственным водопонижением. Только при добыче угля из шахт и разрезов откачивается около 14 км3 воды в год. Сброс откачиваемых и сточных вод ведет к загрязнению поверхностных водных объектов различными солями, нефтепродуктами и тяжелыми металлами.

Осушение включает отвод поверхностных вод, снижение уровня подземных вод, откачку и отвод воды из горных выработок за пределы месторождения полезных ископаемых. Для отвода поверхностных вод (из заболоченных участков, озер, рек, мульд оседания) выполняют:

• перехват склонового стока с помощью нагорных канав и дамб;
• экранирование русел водопритоков в пределах шахтных и карьерных полей;
• удаление воды самотеком из водоемов и водотоков за пределы месторождения полезных ископаемых по канавам, трубам или откачкой насосами;
• откачку ливневых и талых вод из мульд оседания насосами, устанавливаемыми обычно на понтонах.

Для снижения уровня подземных вод на участках ведения горных работ используют дренажные и барражные устройства.

Дренаж - способ осушения территории месторождений полезных ископаемых и массивов горных пород путем сбора и отвода подземных гравитационных вод в естественные русла (реки, озера и т.п.) или искусственные сооружения (каналы, горные выработки и др.).

Дренажные устройства разделяются на поверхностные, подземные и комбинированные. К поверхностным относятся вертикальные водопонижающие и водопглощающие скважины, горизонтальные дренажные скважины, иглофильтровые установки и опережающие поверхностные траншеи, к подземным - дренажные штреки, сквозные фильтры, восстающие скважины, водопонижающие колодцы, а также опережающие выработки (горизонтальные и наклонные скважины). Комбинированные дренажные устройства включают комплекс поверхностных и подземных выработок. [6, с. 211]

По схеме расположения в плане дренажные устройства делят на кустовые, линейные и контурные, сетчатые, а в разрезе - на одно- и многогоризонтные, коллекторные и бесколлекторные; по срокам сооружения - на опережающие, параллельные и совмещенные; по срокам службы - на стабильные и скользящие (вслед за подвиганием забоя).

Водопонижающие скважины (диаметром ) бурят для снижения уровня (напора) в водоносных горизонтах мощностью свыше , залегающих на глубине , и характеризуемых коэффициентом фильтрации более 1, до подошвы горизонта, при пересечении горизонта устанавливают фильтры или перфорированные трубы (в трещиноватых породах). После прокачки и очистки (обычно эрлифтом) скважина оборудуется погружным насосом.

Водопоглощающие скважины сооружают для перепуска воды из верхнего горизонта с низкими фильтрационными свойствами в нижние с более высокими фильтрационными свойствами. Разность уровней воды в дренируемом и поглощающем горизонтах поддерживается обычно водопоглощающими скважинами. По конструкции водопоглощающие скважины аналогичны водопонижающим.

Горизонтальные дренажные скважины (диаметром , длиной ) сооружают для самотечного осушения уступов карьеров в песчаных породах.

Иглофильтровые установки с коэффициентом фильтрации позволяют временно и локально понизить уровень подземных вод в песчаных и песчано-глинистых породах от (передвижные) до (эжекторные).

С помощью опережающих траншей снижается уровень воды в маломощных (до ) и неглубоко (до ) залегающих водоносных горизонтах.

Дренажные штреки предназначены для дренажа полезных ископаемых и водоносных горизонтов, расположенных вблизи кровли и почвы полезного ископаемого. Дренаж осуществляют через стенки выработок, естественные трещины и тектонические нарушения, а при наличии водоупорных пород (мощностью более ) в кровле и почве полезного ископаемого - с помощью дренажных скважин. Дренажные штреки сооружаются на карьерах со сложными гидрогеологическими условиями; на шахтах обычно роль дренажных штреков выполняют подготовительные выработки.

Сквозные фильтры - скважины диаметром , пробуренные с земной поверхности до кровли подземной выработки (или дренажного штрека), обсаженные трубами, оборудованные фильтрами в интервале водоносных пород; предназначены для дренажа водоносных горизонтов мощностью более , залегающих над полезным ископаемым на расстоянии свыше . Восстающие скважины (диаметром ) бурят из подземных горных выработок и оборудуют фильтрами в интервале водоносных горизонтов. Их применяют для дренажа водоносных горизонтов, залегающих на расстоянии от кровли выработки.

Водопонижающие колодцы - вертикальные горные выработки, которые закладывают на пониженных участках почвы выработки для понижения напора в водоносных горизонтах, залегающих ниже подошвы выработки. Для откачки воды употребляют центробежные насосы.

Опережающие скважины (диаметром ) бурят из подземных горных выработок в направлении обводненных участков, содержащих напорные воды, чтобы предупредить внезапные прорывы воды, а также провести предварительный дренаж обводенных пород, залегающих впереди фронта горных работ.

Дренажные системы по сравнению с барражными не исключают попадания (проскока) подземных вод через заградительный контур в горные выработки: размер проскока воды, например, на некоторых шахтах и карьерах достигает динамического потока.

Длительный дренаж водоносных горизонтов нарушает гидравлические и гидрохимические режимы подземных и поверхностных вод в районах эксплуатации месторождений (снижает уровень подземных вод в радиусе нескольких десятков километров, способствует появлению депрессионных воронок, истощению водных ресурсов, загрязнению поверхностных водотоков и водоемов шахтными и карьерными водами), изменяет природный ландшафт.

Барраж — способ защиты шахт и карьеров от подземных вод путем полного или частичного ограждения горных выработок водонепроницаемыми устройствами. При этом уровень подземных вод снижается за счет водоотлива или дренажа, а вне пределов водонепроницаемых устройств остается близким к естественному или несколько повышается в результате подпора.