矿山排水系统设计与优化

浅析排水管网的优化设计

摘要：我国在经验总结和数理分析的基础上，逐步建立起了各种排水工程系统或过程的数学模型，从而发展到了以定量和半定量为标志的排水工程“合理设计和管理”的阶段。随着系统分析方法、计算技术和电子计算机的发展，关于给排水管网系统的“最优化研究和实践”逐步开展。

关键词：管网设计；直接及间接优化；设计方法

中图分类号：s276 文献标识号：a 文章编号：2306-1499（2013）06-（页码）-页数

目前，对于城市排水管道系统优化设计问题，已开发了一些水力计算程序和优化算法如直接优化法、动态规划法、遗传算法等，并在设计过程中得到一定应用，并能显著提高设计水平和设计效率。下面就排水管网优化方法及特点做一简要介绍。

1.直接优化设计方法及优缺点

在管线平面布置己定情况下的污水管网各个参数的优化设计，被分为直接优化法和间接优化法。直接优化法是根据排水管道系统性能指标的变化，通过直接对各种方案或可调参数的选择、计算和比较，来得到最优解或满意解，它具有直接、直观和容易验证的优点。直接优化法主要包括电子表格法和两相优化法。电子表格法是利用“电子表格”统计数据和分析数据的功能进行管网优化的。它提供了一种启发式费用估算方法，利用这种方法，用户可寻找最小费用的设计。两相优化法是当设计流量确定后，在满足约束条件的前提下，选取最小流速和最大充满度进而得到最优管径和最小坡度，最大限度的降低管道埋深。其算法与人工计算基本相同，即按污水流动方向，先计算支管后计算干管和主干管，通过从上游至下游依次对各设计管段进行计算，继而完成一条管道及整个管网的计算。

2.间接优化法

间接优化法对其中的某些条件适当取舍，把问题简化、抽象为容易解决的数学模型，通过计算得出最优解线性规划法是优化技术中最常用的一种方法。它对于污水管网设计计算模型中的约束条件和目标函数的非线性，分别用它们的一级泰勒展开式代替，将之化为线性规划问题，用线性规划的解作为问题的近似解，反复迭代，使迭代点序列逼近非线性规划的最优解。它的缺点是把管径当作连续变量来处理，存在计算管径与市售规格管径相矛盾的问题。把非线性函树转为线性函数，前期准备工作量大，且难以保证结果的计算精度。混合整数规划法，作为线性规划法发展形式，克服了线性规划的部分缺点，可以解出离散的标准管径，但由于整形变量过多，往往难以求解，从而应用受到限制。

咖目圜　ＰＦ￣ＡＣＴ！ＣＡＬ｝臣Ｃ　躲臣　山西煤炭ＳＨＡＮＸＩ　Ｃ０ＡＬ　第３０Ｑ第１期　文章编号：１６７２—５０５０｛２０１０）０１—００６０—０３　

矿山排水节能技术与实践　

田志军１，２，３　（１．太原理工大学矿业工程学院，山西太原０３００２４；　２．山西省晋城市人民政府，山西晋城０３００５６；　３．山西省晋煤集团赵庄矿，山西晋城０３００５６）　

摘　要：阐述了矿山排水节能的意义和方法，指出了优化矿山排、供水方案的节能作用；依据　

唐安煤矿主排水泵性能参数的测定计算，提出了以提高排水系统效率为主的各种排水节能措施，　取得了较好的经济和社会效益，研究成果可在类似矿区推广应用。　

关键词：矿山；排水；节能　中图分类号：ＴＤ７４４　

１　排水节能意义　

为保证井下采煤需要和安全生产，我国每年排出　

２２亿ｍ３矿井水。相当于１００个十三陵水库的蓄水量。　

其中，国有大中型煤矿每年排矿井水约１４．４亿ｍ３，相　当于吨煤排放３ｍ　矿井水。大水矿区吨煤排放的矿井　水甚至高达１０ｍ。以上，例如：淄博矿区达１３．９ｍ３／ｔ，峰　

峰矿区达１７．８ｍ３／ｔ，焦作矿区达４７．１　ｍ３／ｔ。　

矿山排水量大，水泵功率大，耗电量大，水源面　广层多，排水系统复杂，涌水量不均衡，变化量大，排　水设备余量大，管路布置受巷道及井简局限，往往增　

长了管道长度，限制了排水管径，从而增大了管路阻　

力：矿井排水与矿区生活用水、生产用水存在一定替　代利用关系［１１。上述诸多原因，为矿山排水节能提供　

了不少选择和着力点。在节能降耗为企业法定艰巨　任务的今天，研究和处理好矿山排水节能意义重大，　

具有巨大的技术价值、经济价值、社会价值１２］。　

２　综合排供水方案选择　

矿山给排水系统，一般有中央泵房排水系统、　

采区泵房排水系统、采面排水系统、生活用水系　统、生产用水系统、矿井水处理利用系统，如何将　文献标识码：Ａ　

各个系统组建成一个合理的综合排供水方案，必　

须综合考虑保证安全原则、排水节能原则、分质供　水原则、分级排水原则、处理利用原则、排处配套　

露天矿山外排水治理措施

摘要：在露天金属矿山的运营过程中，外排水的治理至关重要，尤其在特别的雨季。为确保排放的水满足环境标准，对悬浮物和重金属的有效处理成为核心任务。首先，通过使用高效的沉淀池和过滤系统，可以大大减少悬浮物的含量。其次，为处理含有重金属的水，采用了特定的化学沉淀和吸附材料技术，确保这些有害物质得到有效去除。在雨季期间，由于水流量的增加，还需增强监控和调整治理措施，以应对可能的冲刷和混合效应，确保持续达标排放。

关键词：露天金属矿山；悬浮物治理；重金属处理；达标排放

引言：

露天金属矿山的运营不仅关乎经济收益，更是与环境健康和生态平衡紧密相连。在挖掘的过程中，大量的排水涌出，其中可能带有的悬浮物和重金属，对周边生态和水资源带来重大威胁。而雨季的到来更是为排水治理带来了新的挑战。如何在这样的背景下，确保每滴流出的水都达到环境标准呢？本文将探讨这一核心问题，展现出在露天金属矿山中，通过一系列的治理措施，实现了对悬浮物和重金属的有效处理，确保了持续达标排放，特别是在多雨的季节。让我们深入了解这些措施的实施及其效果。

一露天金属矿山排水中的挑战：悬浮物与重金属的现状分析

露天金属矿山，在开采过程中，常常伴随着大量的排水。这种排水不仅包括由于开采活动产生的水分，还包括由于雨水、地下水等因素形成的水体。这些水在流经矿区时，可能会带走一些矿物颗粒，形成所谓的悬浮物，并可能溶解一些金属离子，从而产生重金属污染。这两种污染对于水质和生态系统都构成了严重的威胁。

1.悬浮物的现状 悬浮物，如其名，是指在水中悬浮的固体微粒。这些微粒可能来源于矿石、土壤、有机物质等。在露天矿山中，由于开采活动和物料的移动，大量的微粒被搅动并进入排水。这些悬浮物可以使得水体变浑，降低水的透明度，同时也对于生态系统构成威胁。过多的悬浮物会妨碍鱼类和其他水生生物的视野，影响其觅食，甚至可能导致其死亡。[1]另外，悬浮物还可能携带有害化学物质，如农药和有机污染物，从而进一步加剧水质污染。

矿井自动化排水系统分析与研究

【摘 要】阐述现有矿井排水系统存在的问题，认为目前我国大多的井下排水系统仍是传统的人工操作排水系统，其效率低、可靠性差及工人劳动强度大。因此需要对矿井排水系统进行自动化控制，来解决目前存在的问题，这也是矿井排水系统的发展趋势。

【关键词】排水系统；自动控制；plc

0 引言

井下排水系统是矿山生产中四大系统之一，担负着井下积水排除的重要任务。然而，目前我国的井下排水系统仍有很多依靠传统的人工操作方式。本文中分析了传统的排水系统的组成及工作过程，并指出其存在的问题。为此，提出采用矿井排水系统自动化控制系统来解决目前矿井排水系统存在的问题。

1 井下排水系统存在的问题

目前，我国大多矿山企业的井下水泵房使用的仍是传统的人工操作排水系统，以离心式水泵系统为主。这种排水系统的操作以离心式水泵的工作特性为基础，泵站的起停时间判断，完全依赖于工人的经验和已有的操作规程。当水仓水位到达设定的高水位时，工人打开射流泵（或真空泵），为水泵抽真空，同时观测真空表的读数。真空度达到要求后，起动水泵机组，使水泵运转。当水泵出水口压力表读数达到要求时，开起闸阀进行排水，同时关闭抽真空的射流泵（或真空泵）。

停泵过程要进行相反的操作。当水仓积水降至低水位时，先将闸阀关死，再停水泵机组。

其存在的问题有如下几点：

1）效率低、可靠性差。这种排水系统的工作流程完全由手工完成，工人按部就班的完成各个执行件的操作。另外，对水位、涌水量大小等现场数据的判断依赖于工人的经验。作业过程比较复杂，要求工人具有很强的责任心，否则可能出现误操作，甚至发生大的事故。

2）工人劳动强度大。人工操作无法避免高强度的劳作。尤其是闸阀的操作，劳动量最大。而且，水泵房要时时有人值守，以便在发生异常情况时，及时报警检修。

2 矿井排水系统自动化控制

针对上述排水系统存在的问题，本文提出了基于plc的矿井主排水自动控制系统的设计。自动控制系统的应用，将使得排水系统可靠性增强，整个工作流程通过软件的编程来实现，程序确定后，水泵机组将按给定的程序自动启停水泵、开合阀门，极大的减小工人的劳动强度。plc将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统传至地面生产调度监控中心主机，管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统的遥测、遥控。