Приток воды в карьер

Введение

Карьер— горное предприятие, предназначенное для добывания полезных ископаемых, в том числе естественных строительных материалов, из недр земли открытым способом. Карьр для добычи строительного камня в практике называют каменоломнями. Месторождение полезного ископаемого или, чаще, его часть, отводимая для разработки одного карьера, называют карьерным полем, границы которого определяются совокупностью вертикальных поверхностей, проходящих через верхний и нижний контуры карьера в конечном его положении. 
 
Глубина карьера, выражаемая расстоянием по вертикали от его подошвы до уровня земной поверхности, обычно доходит до 100— 200 м, как исключение — до 600 м и более; ширина карьерного поля, определяемая по падению залежи, зависит от угла падения и глубины разработки; длина поля бывает от нескольких сот м до 4—5 км. Для доступа к месторождению с поверхности или к отдельным горизонтам проводят траншеи открытые горные выработки трапецеидального сечения и значительной по сравнению с глубиной и шириной длины. В зависимости от устойчивости пород углы откоса траншеи бывают от 30° до 70°. При разработке карьера месторождение разделяется на отдельные уступообразные слои — горизонты, ограничиваемые по вертикали верхней и нижней площадками, на которых размещаются добычные, транспортные и др. механизмы; горизонты обозначаются абсолютными топографическими отметками.  
 
Поверхность горной выработки, перемещающаяся в процессе горных работ, называется забоем, который в зависимости от направления работ бывает торцовым или фронтальным. 
Основные производственно-технические элементы карьера: уступы, заходки, блоки. Уступ-слой пустых пород или полезного ископаемого, имеющий ступенеобразную рабочую поверхность, отрабатываемый забоем с двумя пли тремя обнаженными плоскостями и имеющий самостоятельные средства отбойки, погрузки и транспортирования; иногда уступ разделяется по высоте на подуступы, выемка которых производится самостоятельными средствами добычи, но обслуживается общим для всего уступа транспортом. Заходка — отдельная лентообразная полоса отработки горизонтального слоя породы или полезного ископаемого.  
 
Блок или пай заходки — выделенная по длине часть заходки, разрабатываемая одним выемочным механизмом. Наибольшая производительность добычных механизмов при наименьших затратах на буровзрывные и транспортные работы, а также безопасность ведения работ обеспечиваются при оптимальной высоте уступа. На карьерах встречается следующая высота уступа (в м) в зависимости от применяемых средств выемки: для механических лопат 10—20; для многочерпаковых экскаваторов верхнего черпания 10—30, нижнего черпания 10—40; для драглайнов 10—35. 
 
С начала организации карьера в нем производятся: подготовка территории (удаление лесного или кустарникового покрова, осушение болот, отвод рек, перенос дорог и т. д.); осушение карьерного поля и ограждение его от притока поверхностных вод; горно-капитальные работы (проведение капитальных траншей для транспортных коммуникаций, и разрезных — для создания фронта вскрышных и очистных работ); капитальная вскрыша — первичное обнажение; вскрышные работы (последовательное, постоянно опережающее добычные работы обнажение полезного ископаемого во время его разработки) и собственно добычные работы. 

 

В данной курсовой работе рассматривается карьер, для которого рассчитывается фильтрация, предусматривающая определение кривой депрессии, т.е. свободная поверхность фильтрационного потока - напоры, линии тока. Также необходимо предложить мероприятие для предотвращения высачивания кривой депрессии на откос карьера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Краткие сведения  о карьерах

 

Карьер - совокупность горных выработок, образованных при добыче полезного ископаемого открытым способом.  Принцип открытой разработки заключается в том, что более мощные слои пород, покрывающих пласт полезного ископаемого, в пределах горного отвода разделяется на горизонтальные слои - уступы, которые вынимают последовательно в направлении сверху вниз с опережением нижних слоев верхними. Высота уступа зависит от прочности пород и применяемой техники и колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров.

Рабочая зона карьера - это зона, в которой осуществляются вскрышные и добычные работы. Она характеризуется совокупностью вскрышных и добычных уступов, одновременно находящихся в работе. Положение рабочей зоны определяется высотными отметками рабочих уступов и длиной их фронта работ. Рабочая зона представляет собой перемещающуюся и изменяющуюся во времени поверхность, в пределах которой осуществляются работы по подготовке и выемке горной массы. Она может охватывать один, два или все борта карьера. При строительстве карьера рабочая зона, как правило, включает только вскрышные уступы, а к окончанию горно-капитальных работ - и добычные. Число вскрышных, добычных и горно-подготовительных забоев в рабочей зоне не может устанавливаться произвольно, так как от этого зависит выполнение планов по отдельным видам работ. В рабочей зоне карьера каждый экскаватор в процессе работы занимает определенную горизонтальную площадь, которая характеризуется шириной рабочей площадки и длиной экскаваторного блока. При разработке горизонтальных и пологих месторождений малой и средней мощности высотное положение рабочей зоны карьера остается неизменным; при разработке наклонных и крутых месторождений, а также мощных изометрических залежей рабочая зона постепенно понижается вместе с увеличением глубины карьера.

Элементы карьера - пространственные составляющие карьера, которые исчерпывающе характеризуют его геометрию. Основные элементы: рабочий и нерабочий борт карьера, подошва или дно верхний и нижний контуры  карьера, уступы, площадки .

Дно карьера -  площадка нижнего уступа карьера (что называется также подошвой карьера). В условиях разработки крутых и наклонных тел полезных ископаемых минимальные размеры дно карьера определяются с учетом условий безопасного вынимания и нагрузки горных пород из последнего уступа: по ширине - не меньше 20 м, по длине - не меньше 50-100 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные

 

Заложение откоса карьера     m=1;

Отметка водоупора     h₁=165,0 м;

Отметка дна карьера     h₂=170,0 м;

Отметка границы между  грунтами     h₃=174,5 м;

Отметка дна внешнего водоема     h₄=178,0 м;

Отметка поверхности земли     h₅=180,0 м;

Расстояние от левой  границы расчетной схемы до водоема     l₁=50,0 м;

Ширина водоема     l₂=15.0 м;

Расстояние от водоема  до правой границы расчетной схемы     l₃=15.0м;

Коэффициент фильтрации первого  грунта     k₁=0.5 м/сут;

Коэффициент фильтрации второго  грунта     k₂=1,0 м/сут;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Этапы построения модели

 

1. Построение расчетной  схемы по исходным данным. Рассматривается  плоско-вертикальный фрагмент, ограниченный  снизу водоупором, сверху - естественной поверхностью и контуром выемки. В состав естественной поверхности входит очертание дна водоема. Дно водоема – контур питания, а сам водоем – источник питания. Граничное условие рассматриваем как проницаемую границу (БГУ) и уровень подземных вод на этой границе остаётся постоянным в течение всего периода эксплуатации карьера.

Питание потока происходит через проницаемое дно водоёма, и контур дна водоёма определяет собой верхнее граничное условие  – контур питания. Контуром стока, заданным в качестве начального условия является проницаемое дно карьера, покрытое слоем воды глубиной 0,5  м.

2. Уточнение геологического  строения выделенной области  и назначение коэффициентов фильтрации  для каждой зоны по справочным  данным.

3. Построение кривой  депрессии, т.е. очертания свободной  поверхности потока между контуром  питания и контуром стока.

4. Уточнение границ участка  высачивания.

5. Строятся линии равных  напоров .

6. При готовых линиях  равных напоров строим систему  линий тока (траектории движения  подземной воды). Любая линия тока  пересекает все линии равных  напоров под углом 90⁰. В итоге получается криволинейная, ортогональная в пересечениях с линиями напора и с контуром питания, а также с затопленным участком контура стока, полная гидродинамическая сетка, определяющая собой все основные параметры потока.

 

 

 

В итоге получаем гидродинамическую  сетку фильтрации, ограниченную сверху контурами дна верхнего и нижнего  водоема, и депрессионной кривой. Снизу – поверхностью водоупора (в качестве водоупора рассматривается слабопроницаемый грунт, фильтрацией в котором можно пренебречь).

Кривая депрессии является самой верхней линией тока, а нижней линией является поверхность водоупора.

Картина распределения  напоров характеризуется линиями равных напоров.

 

 

41  16   3  ЗЭФ  07-04 Пыстогова Д. А.

165.00

  1.0

  1.5   1

  2.0   1

  1.5   1

  0.5   2

  1.0   3

  0.5   2

  1.0   6

  3.0   3

  0.5   3

  1.0   3

  0.5   2

  1.0   6

  3.0   8

  4.0   1

  1.0   4

  3.0   3

  1.0   4

  3.0   3

  5.1   1

  0.50   1.00   0.0001 

  0.50   1.00   0.0001 

  2 41

  2 41

  2 41

  3  4

  2 37

  3  5

  2 36

  3  6

  2 35

  3  7

  2 34

  3  8

  2 33

  3  9

  2 32

  3 10

  1 31

  3 11

  1 30

  3 12

  1 29

  3 13

  1 28

  3 14

  1 15

  3  5

  1  7

  3 15

  1 13

  3  7

  1  6

  3 41                                                                                                

    2  656

   -1.0 16

    0.0 16

   -1.0 41

    0.0 41

   -1.0 16

    0.0 16

  4  5

  5  1

  6  1

  7  1

  8  1

  9  1

10  1

11  1

12  1

13  1

14  1

15  1

16 12

15  1

14  6

15  1

16  5

  1.00  5

  0.00 22

  1.00  9

  0.00  5

  0.50  4

  0.25  1

  0.00 22

  0.50  1

  1.50  1

  2.00  5

  1.50  1

  0.50  1

  0.00  5

1000

  0.01

 

 

Заключение

Приведенные в курсовой работе материалы и  расчёты  дополняют и расширяют  представления  об основных этапах проектирования экологически безопасных  горных выработок. При выполнении расчетов предусмотрено использование численных методов и программного обеспечения.

В качестве защитного мероприятия  на участке высачивания спроектирована дренирующая установка, обеспечивающая устойчивость борта карьера на участке высачивания. Также дренажная система служит для осушения днища карьера, где в начальный период работы дренажа сохраняется нижний бассейн. В итоге, обеспечивается экологическая и эксплуатационная безопасность на данном участке.

 

Список использованных источников

 

1. Кузнецов Г.И. Геоэкология. Защита окружающей среды: учеб. Пособие Г.И. Кузнецов, Н.В. Балацкая. - Красноярск: Сиб. Федер. ун-т; Политехнический институт, 2007. – 129 с.
2. Кузнецов Г.И. Экология промышленных накопителей. Приток воды в карьер. Фильтрация промышленных стоков из накопителя: метод. Указания Г.И. Кузнецов, Н.В. Балацкая. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005.-32 с.
3. Н. В. Балацкая. Экология промышленных накопителей. Расчет устойчивости грунтовых откосов: Метод. указания по выполнению лабораторных и практических работ / Сост. Л. Т. Шалгинова, Н. В. Балацкая. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005 – 19 с.