金属矿山给排水设计论文

 

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　　摘要：金属矿山的生产开采，离不开水资源的利用。为了减少矿产开采过程中对环境的破坏，相关开采企业需要合理利用矿区范围内的水资源，做好污水排放工作，减少生产废水对周遭环境的污染。而要做到这些，需要金属矿山做好给排水设计，确保矿山开采过程中，工业废水得到有效处理，矿区、周遭工业生产以及居民生活的环境能够得到有效保护。因此，本文主要分析金属矿山给排水设计的要点，对给排水系统、循环水利用、排水管设计等进行合理分析，以供参考。

　　关键词：金属矿山；给排水设计；涌水量计算

　　由于我国地大物博，矿山资源丰富，我国的矿产行业发展历史悠久，这一行业也成了我国重要的国民经济产业之一。而金属矿山的开发，主要由两个重要环节组成，采矿工程和选矿工程。不论是哪一个工程的施工，都需要使用水资源，在使用水的过程中，自然而然也会产生大量的工业废水。不论是为了减少金属矿山区域的水资源污染，照顾周边生活区居民的用水安全，还是为了满足矿区自身的生产生活用水需求，都需要有设计一个排水体系，以供日常使用。而一个合格的排水系统，除了要满足矿山日常生产活动中的采矿工艺、选矿工艺、开采人员生活生产以及办公对用水水量、水压和水质的要求之外，还要满足工业废水的处理标准，保证污水废水经过给排水系统的科学处理后，达到废水排放标准。

　　还需要注意的是，一般金属矿山开发企业在设计给排水系统时，其设计内容主要会包括采矿生产及消防给水、选矿生产新水系统、车间工艺用水等，这些给排水设计虽然在金属矿山开采过程中属于辅助环节，但缺少了水供应，矿山开采工作也难以进行下去，给排水设计的科学与否，也会在很大程度上影响到矿山开采的工作效率，供水水压也会影响到采矿选矿工艺质量。此外，在金属矿山开采过程中，还需要喷洒水来进行降尘，减少粉尘污染，影响采矿作业。而选矿则本身为湿式作业，离不开水源使用。如果给排水设计不合理，不但会影响到采矿选矿的正常生产运作，生产过程中还会因为缺少水的使用，造成大量粉尘污染，影响周遭环境，不利于金属矿山的健康开采。

　　1　金属矿山给排水设计概述

　　金属矿山给排水设计主要是抽取矿区范围内的水资源，包括地下水、地表水等，进行合理利用，投入于金属矿山开采选矿作业，再将使用后的工业废水与生活污水处理好，保证排放废水不会造成相应的环境污染。给水系统设计主要利用输水管道来获取地下水和地表河流水，而排水系统则主要是将生产生活后的污水废水进行处理、排放到附近的河流湖泊中去。而金属矿山的排水设计又不能完全参照城市规划中的给排水设计方式，因为金属矿山的给排水有其自身的特点和作业特征，在这些特点特征的影响作用下，金属矿山的给排水系统设计需要根据实际情况去进行调整。金属矿山大多位于偏远的山区，不像城市一样具有完整的供水网络，因此，金属矿山的给排水设计需要重新建设供水网络。还需要注意的是，由于金属矿山作业不用，其工业用水量远大于工人的生活用水量，水量使用分布不均匀。不同区域的矿山距离地表水源的远近也不相同，因此给水管线的路径长短也不相同。此外，正是由于金属矿山作业中，工业用水远大于工人生活用水量，因此工业用水的水资源循环利用程度较高。以上这些元素，都是金属矿山在给排水设计时需要重视的。只有根据矿山实际情况去调整给排水设计，才能保证水源供给更贴合矿山开采选矿运作需求。

　　2　金属矿山给排水设计要点

　　2.1用水选取及用水量计算

　　给排水系统设计时，首先需要了解需水量大小。因为在设计过程中，其管径计算、给排水设备型号等都需要根据实际的需水量大小来进行选择。给排水系统设计需要符合国家相关规定，确保给排水系统的污水处理达到标准。在设计符合国家规定的基础上，将给排水系统的建设费用降到最低，从而减少金属矿山开采的成本投入，实现工程的价值最大化。同时，在选择水源时，要将水源地的水质、水流量大小、水量季节变化考虑进去，还要勘察水源旁边是否有居民居住，是否有作物需要浇灌，还需要将水源周边的地质情况了解清楚。综合考量以后，选取水源地，在条件允许的条件下，优先选用地下水作为给排水水源。地下水水质一般而言会比地表水水质更优，此外供水量也更稳定，但在抽取地下水使用时，要遵照区域的地下水抽采限度，不能无节制抽取，以免影响周围环境以及工农业用水。如果选用地表水作为给排水水源，除了要分析水源质量，了解水源上方是否有工业水排放外，还要了解河流的季节性水量变化，确保地表水能够稳定供给矿山开采选矿作业。在选择水源设计方案或者正在做水源设计时，要优先考虑金属矿山企业的成本投入，在保证水源供给满足工业生产和工人生活用水的基础上，尽量选择建设成本和维护成本更低的设计方案，为企业节约成本投入。提取水源的方案多种多样，相关设计人员需要根据所选取的水源特点去配对更合用的提取水方案，确保提水效率能够得到有效保证。常用的提水方式有管井提水、河床提水、渗渠提水等，相关人员可以根据选取水源的不同来进行调整，当水源深度超过15m深时，考虑采用管井提水，水源河流距离金属矿山近时，可以考虑河床提水。
 

　　2.2循环水及回用水的利用

　　矿山作业用水与城市生活用水不同，矿山开采选矿用水可以进行反复循环利用，对水质的要求不严格，但对水量的需求较大。因为采矿过程中，排出的废水主要是由作业凿岩喷雾所产生的，加上开采矿山的坑内涌水，采矿作业过程中排出的废水污浊浓度是比较高的，但大多不含有有害物质。这类污水排放出来，是可以进行二次循环利用的。因此，金属矿山采矿团队一般会利用给排水系统，将采矿中产生的污水收集起来，污水中的杂质沉底后，可以将上层清澈水源进行二次利用，投入到采矿生产中去。虽然采矿作业用水可以进行循环利用，但在给排水设计中，依然需要严谨计算好水量平衡数据，根据采矿用水特点，将矿井坑里涌出的水源、采矿生产所产生的废水、选矿排水、尾款排水以及尾矿库回水等废污水收集起来，利用循环水设备，将这些污水进行净化处理，排除杂质，继续投入到选矿采矿工艺生产中去重复使用，提高水资源的利用率。此外，空压机以及设备冷却所用的水源也可以参照采矿选矿的循环供水设计，节约水资源使用，减少用水成本，保护金属矿山区域的水源生态环境。

　　2.3输水管线设计

　　一般金属矿山所处地理位置较为偏远，而且不一定每个矿山选址都有合适的近水水源，而且偏远山区地形复杂多变，水资源调取难度大。在这些外在因素影响下，一般金属矿山给排水系统的输水管线较长，水压也高。因此，做好输水管线的设计，是保证金属矿山正常生产、保证工人正常生活的重要组成部分。此外，输水管线的管道材料成本在整个给排水系统工程费用的占比较高，因此，为了合理控制施工成本，提高企业经济效益，需要合理选择输水管线的管材。此外，输水管道设计还要重视阀门井、排气井等部分的设置，确保输水管线的水压稳定，输水系统运输安全。在实际的输水管道运行过程中，输水量的多少和水压高低主要是由排气阀设置影响的，排气阀设置数值不合理时，有时甚至会出现爆管情况，影响输水安全。因此，为了提高输水安全，确保输水量供给稳定，水压满足生产作业需求，需要在地形起伏区的隆起高点设置排气阀，若是地形平缓地带，则间隔一千米左右需要设置一个排气阀。而不同型号的排气阀，其效能也是不一样的，相较而言，QSP型的全压高速双口排气阀会比常规的双孔自动排气以及复合式双口排气阀效果要好一些。QSP型全压高速双口排气阀用于输水管线中，不存在卡坏问题，少量气体可以通过其微孔排出，管道内出现负压时还能注气，调整管线内的气压，有效确保输水管线的运水安全。除了排气阀外，输水管线的管道材料选择、管线接口形式等都需要进行严格把关，仔细研究，选择最适配的材料。另外，金属矿山排水系统输水管铺设作业时，施工单位需要在铺设重力输水管道过程中，施工人员需要对通气孔的间距、规格等数据进行反复核对，确保所得数据可满足输水管道铺设规定。若输水管道铺设位置坡度较大，给水资源运送造成不便，施工人员可采取开减压井等措施解决此问题。输水管线在进行设计前要从施工辅助企业、金属矿山基础设施等方面进行实际操作，可确保工程质量。金属矿山长距离输水管线架设作业，会受到区域地质、地形等因素的影响，所以，勘查设计人员要加强野外勘查作业，促进相关设计优化。

　　此外，给排水管道的布置和设计也需要进行严格把关。在进行给排水管道布线时，需要结合整个矿山图纸来进行规划。管线设计需要充分考虑到管线的实际使用情况、可用性和安全性。在充分考虑的基础上，还可以进一步对管线布置的美观性进行调整。具体而言，管道布置形式可以分为环状和枝状布置，不同布置形式的特点也不相同。环状管道布置供水可靠，能够满足给排水设计中的消防给水系统需求，而枝状管道布置则更适用于工人生活以及生产管道用水需求，管网的构造一目了然，层次分明，能够有效减少管材的使用，节约给排水系统工程的建设成本费用。除了管道的布置形式，还需要考虑到管道保温措施。我国金属矿山资源分布广泛，许多矿山位于北方，冬季气温低，管道排水需要将气温因素考虑进去，避免管道冻结。为了保证管道温度，可以在管道外包裹保温层，将管道埋藏在土壤冰冻线以下进行保温。此外，还要考虑到管道敷设问题。管线交叉时，优先将重力管设计好，再来考虑其压力管设计。污水排水管的设计，要优先考虑主要管道以及管径较大的管道，尽量避免管道出现交叉或者打弯的情况，保证管道排水顺畅。

　　2.4给排水管道参数设计分析

　　给排水系统的设计需要满足国家规定的环保要求和安全要求，满足金属矿山生产生活排用水需求，还要考虑到企业的投入成本。而作为给排水系统建设工程中费用占大头的管材选用，以下给管径和管材选用提供三点建议：
 

　　2.4.1给排水输水管径要求

　　给排水输水管径需要根据输水流量的大小、输水的性质以及管道压力损失等因素来决定。一般而言，给排水输水管径的选择跟水流量大小有关，因此，选择管径时，需要优先计算好水量和流量。金属矿山的总需水量主要是工人生活用水和生产用水以及消防用水叠加，因此，在计算用水量时，需要分别进行计算不同部分的需水量，生产用水量会比工人生活用水量大一些，而生产用水水质与生活用水水质也不同，在进行管径选择时，需要将这些因素全面考虑进去，确保管径选择能够满足实际的使用需求。还需要引起重视的是，一般金属矿山的给排水系统设施都是一次性建成的，因此输水管线的管径需要满足矿山生产生活的长期需求，确保其耐用性。

　　2.4.2给排水输水管材选择要求

　　给排水系统工程中，输水管材的选择需要根据给排水设计的方案来进行调整，根据给排水设计方案的特点、金属矿山当地环境情况来择优选择。给排水输水管的管材选择，一般需要重视以下几点：管道卫生、管材实用性、管材实惠程度。管道卫生主要指管道的安全性和卫生性，给水管材需要满足卫生环保要求，不论是生产用水还是生活用水的管道，选材都要符合国家的相关产品标准要求，确保给排水系统中的供水水质安全卫生。而管材实用性，顾名思义，所选择的管材必须要能满足使用要求。金属矿山的排水管道在输送水的运输压力以及外部温度环境影响下，要具备相应的耐用性和抗压性。此外，管道内部还要具备相应的防腐蚀性，确保管道投入使用时，使用寿命能够满足矿山生产生活要求。最后，管材的实惠程度，主要指在管材选择上，要注重经济实惠，不能一味只挑高质量、价格贵的管材买，需要将企业成本投入考虑进去，挑选时要考虑管材的质量性能、价格、安装维修等各方面的费用，保证管材质量适用于给排水设计方案的同时，挑选价格最优惠的管材。

　　2.5给排水系统方案设计

　　2.5.1给水系统设计

　　给水主要分为几个模块，分别为工人生活用水、采矿选矿工艺生产用水、消防用水。由于金属矿山大多远离市区，处于偏远山区，因此一般都会选择自建水网。自建的水网，考虑到生活用水需求，还需要在给水系统中设计相应的净水环节，确保水源满足饮用水水质标准，再输送至生活用水点。而采矿选矿生产用水对水质的要求没有生活用水那么高，不论是抽取地下水源还是地表河流水源，一般都能直接使用，满足生产需求。供给生产用水所需注意的主要是供水的连续性，为了避免水源不足导致生产的停滞，需要在金属矿山附近建立矿山生产专用水池，水池的蓄水量至少需要满足一到两天的生产用水量。而为了减少抽水增压能耗，可以事先将水池建立于高处，节省能耗。

　　2.5.2排水系统设计

　　金属矿山区域的排水主要是采矿选矿产生的工业废水和工人生活废水，而选矿采矿的工业废水又要分开设计。排水系统设计，首先可以将不同区域的卫生间排水化粪池预处理好，确定位置，再将其他化验室废污水和食堂油废水汇集到一处，使用相关污水处理设备进行处理，在确保污水达到排放标准后进行排放，也可以用于绿化。因为厨房污废水大多可用于施肥，而化验室的污水经过酸碱污水池的中和，其酸碱性大大降低，再经由污水处理设备的净化，可以用于绿化排放。一般而言，金属矿山企业会选择生物接触氧化工艺的一体化设备来处理生活污水的排放，这类设备对排放生活污水是比较恰当的。在使用过程中，还要注意保证其使用温度，因为生物接触氧化工艺设备中的生物对其生存环境有一定要求。而选矿采矿的工业废水可以在使用后利用回水系统排出，进行二次沉淀、净化，循环使用。

　　2.5.3水泵设计

　　根据《矿山安全规程》具体要求，排水水泵必须有工作、备用和检修功能，其中工作水泵应能在20h内排出24h的正常涌水量(包括充填水及矿山其他用水)，备用水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的70%。工作和备用水泵的排水能力，应能在20h内排出金属矿山24h的最大涌水量。检修水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的25%。水文条件复杂或有突水危险的金属矿山，可根据具体情况，在主水泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或另外增加排水能力。

　　2.5.4回水系统设计

　　回水系统主要是由厂区和尾矿库两部分的回水组成。厂区生产的回水物质主要是一些浓缩液、过滤液，通过回水系统回流至厂区的回水池进行处理。而尾矿库的污水主要是一些粉尘、冲洗废水、厂区溢漏废水。回水系统主要是对这两部分的污水进行处理。为了减少水资源的浪费，同时保护环境，减少水污染，厂区和尾矿库汇集的废水需要排入回水泵站，经过沉淀澄清处理，重新返厂循环利用。

　　3结语

　　综上所述，金属矿山给排水设计不能照搬城市给排水设计，因为城市用水与工业生产用水不同。而且金属矿山地理位置偏远，在做给排水设计时，需要考虑到众多因素，水源的选择、输水管线的设计、给排水设备选购、管材选择、金属矿山外部地质环境等等。给排水设计既要考虑到采矿选矿的工艺生产需求，又要考虑到工人生活用水需求，还要考虑到消防用水需求。只有将各个要素考虑进去，金属矿山给排水设计才能充分满足矿区生产生活用水排水需求，保证矿区生产运作。