جمهوری اسلامی ایران

 

سازمان مدیریت و برنامهریزی کشور

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ضابطه شماره 573

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

سازمان مدیریت و برنامهریزی کشور

وزارت صنعت، معدن و تجارت

 

 

معاونت امور معادن و صنایع معدنی

 

امور نظام فنی

دفتر نظارت و بهرهبرداری

 

 

 

nezamfanni.ir

www.mimt.gov.ir

 

 

 

1393

 

 

 

 

اصلاح مدارک فنی

 

 

 

 

 

خواننده گرامی:

 

امور نظام فنی سازمان مدیریت و برنامهریزی کشور، با استفاده از نظر کارشناسان برجسته مبادرت بـه تهیه این ضابطه نموده و آن را برای استفاده به جامعه مهندسی کشور عرضه نمـوده اسـت. بـا وجـود تلاش فراوان، این اثر مصون از ایرادهایی نظیر غلطهای مفهـومی، فنـی، ابهـام، ایهـام و اشـکالات موضوعی نیست.

 

از این رو، از شما خواننده گرامی صمیمانه تقاضا دارد در صورت م شاهده هرگونه ایـراد و ا شـکال فنـی مراتب را به صورت زیر گزار ش فرمایید:

 

-1 شماره بند و صفحه موضوع مورد نظر را م شخ ص کنید. -2 ایراد مورد نظر را به صورت خلاصه بیان دارید.

 

-3 در صورت امکان متن اصلا ح شده را برای جایگزینی ار سال نمایید. -4 ن شانی خود را برای تما س احتمالی ذکر فرمایید.

 

کارشناسان این امور نظرهای دریافتی را به دقت مطالعه نموده و اقدام مقتضی را معمول خواهند داشت. پیشاپیش از همکاری و دقت نظر جنابعالی قدردانی میشود.

 

 

 

 

 

ن شانی برای مکاتبه : تهران، میدان بهارستان، خیابان صفی علیشاه، سازمان مدیریت و برنامهریزی کشور،

 

امور نظام فنی ، مرکز تلفن 33271

 

ri.innafmazen                                             Email:info@nezamfanni.ir

 

 

 

بسمهتعالی

 

 

 

 

 

سازماند ریایتوت وریر ی ور

 

 

 

رییس سازمان

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شماره:

93/136245

 

بخشنامه به دستگاههای اجرایی، مهندسان مشاور و پیمانکاران

 

 

1393/11/07

 

 

 

تاریخ:

 

 

 

 

 

 

 

موضوع: راهنمای آبکشی در معادن

 

 

به استناد ماده (23) قانون برنامه و بودجه و مواد ( 6) و (7) آییننامه استانداردهای اجرایی طرحهای عمرانی- مصوب سال 1352 و در چارچوب نظام فنی و اجرایی کشور (موضوع تصویبنامه شماره /42339ت33497هـ مورخ 1385/4/20 هیأت محت رم وزیران)، به پیوست ضابطه شماره 573 امور نظام فنی، با عنوان » راهنمای آبکشی در معادن « از نوع گروه سوم ابلاغ میشود.

 

رعایت مفاد این ضابطه در صورت نداشتن ضوابط معتبر بهتر، از تاریخ 1394/04/01 الزامی است.

 

امور نظام فنی این معاونت دریافتکننده نظرات و پیشنهادهای اصلاحی در مورد مفاد این ضابطه بوده و اصلاحات لازم را اعلام خواهد کرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ش ش: ۶۳۴۷۰۳

 

 

 

 

بسمه تعالی

 

 

 

پیشگفتار

 

نظام فنی و اجرایی کشور (مصوبه شماره/42339 ت 33497 ه، مورخ 1385/4/20 هیات وزیران) به کارگیری معیارها، استانداردها و ضـوابط فنی در مراحل تهیه و اجرای طرح و نیز توجه لازم به هزینههای نگهداری و بهرهبرداری در قیمت تمام شده طرحها را مورداکیـدت جـدی قـرار داده است و این امور به استناد ماده 23قانون برنامه و بودجه و نظام فنی اجرایی کشور وظیفه تهیه و تدوین ضوابط و معیارهای فنـی طرحهـای توسعهای کشور را به عهده دارد. آبکشی و آبرسانی در عموم کارهای مهندسی و از جمله مهندسی معدن جزو مسایل مهـم بـه حسـابمـیآیـد. مساله آبکشی در معادن با افزایش عمق معدنکاری از اهمیت ویژهای برخوردار است. در معادن عمیق و آبدار مشکلات آبکشی بر روند تولیـد اثـر گذاشته و سبب کاهش تولید میشود. یکی از مهمترین اطلاعات مورد نیاز برای طراحی سیستم آبکشی معـادن، اطلاعـات مربـوط بـه وضـع یت آبهای محدوده معدن و شدت جریان آب ورودی به معادن است. بر اساس شدت جریان آب ورودی و روش استخراج، سیستم آبکشی انتخاب و تاسیسات مربوطه تعیین میشود.

برآورد شدت جریان آب در بخشهای مختلف معدن با استفاده از روشهای تجربی، تحلیلی و عددی انجام میشـود. پـس از تعیـین شـدت جریان ورودی باید برای انتقال آب در تونلهای افقی و طبقات معادن روباز، در کف تونل یا پله معدن روباز جوی باریکی موسوم به غنو احداث و به کمک آن آب را به محل مخزن هدایتکرد. انتخاب محل و اندازه مخزن تابع میزان آب و شرایط استخراج است. آب هدایت شده بـه مخـزن باید به وسیله پمپ و یا سایر روشها (نظیر احداث تونل¬های آببر) به بیرون معدن منتقل شوند. رعایت مسایل زیستمحیطی و کنترل کیفیـت آبهای خروجی از معدن نیز از اهمیت ویژهای در طراحی سیستم آبکشی برخوردار است.

 

این ضابطه با عنوان » راهنمای آبکشی در معادن « در چارچوب برنامه تهیه ضوابط و معیارهای معدن بـا هـدف ارایـه اطلاعـات لازم برای طراحی سیستم آبکشی در معادن و فضاهای زیرزمینی در راستای اهداف وزارت صنعت، معدن و تجارت و با همکـاری سـازمان مـدیریت و برنامه ریزی کشور در چارچوب برنامه تهیه ضوابط و معیارهای معدن، تهیه شده است

 

با همهی تلاش انجام شده قطعا هنوز کاستیهایی در متن موجود است که إنشاءا... کـاربردعملـی و در سـطحوسـیع ایـن نشـریه توسـط مهندسان موجبات شناسایی و برطرف نمودن آنها را فراهم خواهد نمود.

 

در پایان، از تلاش و جدیت جناب آقای مهندس غلامحسین حمزه مصطفوی و کارشناسان امور نظام فنی همچنین جناب آقای دکترجعفـر سرقینی مجری محترم طرح تهیه ضوابط و معیارهای فنی بخش معدن کشور در وزارت صنایع و معادن، کارشناسان دفتر نظارت و بهـرهبـرداری معادن و متخصصان همکار در امر تهیه و نهایی نمودن این نشریه، تشکر و قدردانی مینماید. امیداسـت شـاهد توفیـق روزافـزون همـه یایـن بزرگواران در خدمت به مردم شریف ایران اسلامی باشیم.

 

معاون نظارت راهبردی دی 1393

 

راهنمای آبکشی در معادن

 

(نشریه شماره (573

 

 

 

مجری طرح

 

آقای جعفر سرقینی                         معاون امور معادن و صنایع معدنی - وزارت صنایع و معادن

 

تهیه پیشنویس اصلی

 

آقای مهندس حسینعلی طاهری

 

اعضای شورای عالی به ترتیب حروف الفبا

 

 

 

فرزانه آقا رمضانعلی

معاونت برنامهریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور

کارشناس ارشد مهندسی صنایع

 

 

سیف ا... امیری

وزارت صنعت، معدن و تجارت

کارشناس ارشد مهندسی صنایع

 

 

بهروز برنا

سازمان زمینشناسی و اکتشافات معدنی کشور

کارشناس مهندسی معدن

 

 

محمد پریزادی

معاونت برنامهریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور

کارشناس ارشد مهندسی معدن

 

عبدالعلی حقیقی

معاونت برنامهریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور

کارشناس ارشد زمینشناسی

 

 

جعفر سرقینی

وزارت صنعت، معدن و تجارت

دکتری مهندسی فرآوری مواد معدنی

 

علیرضا غیاثوند

وزارت صنعت، معدن و تجارت

کارشناس ارشد زمینشناسی اقتصادی

 

 

حسن مدنی

دانشگاه صنعتی امیرکبیر

کارشناس ارشد مهندسی معدن

 

 

اعضای کارگروه اکتشاف به ترتیب حروف الفبا

 

 

 

علی اصغرزاده

سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی ایران

کارشناس ارشد مهندسی معدن

 

بهروز برنا

سازمان زمینشناسی و اکتشافات معدنی کشور

کارشناس مهندسی معدن

 

علیرضا غیاثوند

وزارت صنعت، معدن و تجارت

کارشناس ارشد زمینشناسی اقتصادی

 

نعمتا... رشیدنژادعمران

دانشگاه تربیت مدرس

دکترای پترولوژی

 

عبدالمجید یعقوبپور

دانشگاه تربیت معلم

دکترای زمینشناسی اقتصادی

اعضای کارگروه تنظیم و تدوین به ترتیب حروف الفبا

 

 

 

 

 

 

 

آقای مهدی ایراننژاد

دانشگاه صنعتی امیرکبیر

دکترای مهندسی فرآوری مواد معدنی

 

بهرام رضایی

دانشگاه صنعتی امیرکبیر

دکترای مهندسی فرآوری مواد معدنی

 

علیرضا غیاثوند

وزارت صنعت، معدن و تجارت

کارشناس ارشد زمینشناسی اقتصادی

 

 

حسن مدنی

دانشگاه صنعتی امیرکبیر

کارشناس ارشد مهندسی معدن

 

بهزاد مهرابی

دانشگاه خوارزمی

دکترای زمینشناسی اقتصادی

             

 

اعضای گروه هدایت و راهبری پروژه

 

 

 

خانم فرزانه آقارمضانعلی آقای علیرضا غیاثوند آقای اسحق صفرزاده


 

رئیس گروه امور نظام فنی رئیس گروه ضوابط و معیارهای معاونت امور معادن و صنایع معدنی کارشناس معدن امور نظام فنی

 

 

ب

 

فهرست مطالب

 

عنوان

صفحه

فصل اول- کلیات طراحی سیستم آبکشی

1

-1-1 آشنایی

3

-2-1 انتخاب سیستم آبکشی

3

-3-1 برآورد شدت جریان آبهای ورودی به معدن

3

-4-1 هدایت آبها در تونلهای افقی

4

-5-1 احداث مخزن یا مخازن آب

6

-6-1 انتخاب لولههای انتقال آب

6

-7-1 انتخاب تلمبه یا تلمبههای آبکشی

6

-8-1 احداث تاسیسات آبکشی

6

فصل دوم-دستورالعمل برآورد شدت جریان آب در بخشهای مختلف معدن

7

-1-2 آشنایی

9

-2-2 روشهای تجربی

9

-1-2-2 مطالعه رژیم آبهای منطقه

9

-2-2-2 تعیین ضرایب هیدرودینامیکی آبخوان

11

-3-2-2 روش مقایسه طولی

12

-4-2-2 روش مقایسه سطحی

12

-5-2-2 روش مقایسه مرکب

13

-3-2 روشهای تحلیلی

13

-1-3-2 رابطه دوپویی

13

-2-3-2 رابطه گودمن

14

-3-3-2 رابطه فریز و چری

15

 

 

 

 

ث

 

-4-3-2 رابطه هیوور

15

-5-3-2 رابطه گودمن برای جریانهای اولیه

16

-6-3-2 رابطه تیم

16

-7-3-2 رابطه لی

17

-8-3-2 رابطه کارلسرود

17

-9-3-2 رابطه التانی

18

-10-3-2 رابطه بهینه شده التانی

18

-4-2 روشهای عددی

19

فصل سوم-دستورالعمل طراحی غنوها

21

-1-3 آشنایی

23

-2-3 مشخصات مقطع غنو

23

-1-2-3 مساحت مقطع (A)

23

-2-2-3 محیط خیس (P)

23

-3-2-3 شعاع هیدرولیکی (R)

23

-4-2-3 عمق متوسط (DM)

23

-5-2-3 شیب غنو (S)

23

-3-3 رابطه اساسی جریان یکنواخت در غنوها- فرمول چزی

24

-4-3 محاسبه ضریب C در رابطه چزی

25

-1-4-3 رابطه گانگیه- کوتر

25

-2-4-3 فرمول بازن

26

-3-4-3 فرمول مانینگ

26

-5-3 طراحی غنو در حالتی که محدودیتی وجود نداشته باشد.

26

-1-5-3شرط ماکزیمم شدن شعاع هیدرولیکی

27

 

 

 

 

ج

 

-2-5-3طراحی مقطع بهینه

28

-6-3 حالتی که در طراحی غنو محدودیت وجود داشته باشد.

28

-1-6-3روش دستی

29

-2-6-3 استفاده از برنامههای کامپیوتری

29

فصل چهارم- دستورالعمل انتخاب موقعیت و ابعاد مخزن

31

-1-4 آشنایی

33

-2-4 انتخاب محل مخزن

33

-3-4 تعیین ظرفیت مخزن

33

-1-3-4 روش توقف تدریجی تلمبهها

35

-2-3-4 روش توقف همزمان تلمبهها

36

-4-4 تجهیزات و تاسیسات مخزن

37

-1-4-4 ارتباط مخزن و تلمبه به وسیله لوله

37

-2-4-4 ارتباط مستقیم مخزن و تلمبه

38

-5-4 نحوه احداث مخزن

39

فصل پنجم- دستورالعمل انتخاب مشخصات لوله انتقال آب

41

-1-5 آشنایی

43

-2-5 تعیین شدت جریان آبکشی

43

-3-5 تعیین قطر لولهها

43

-4-5 انتخاب جنس لولهها

45

-5-5 بررسی لوله از نظر تحمل فشار

45

-6-5 نحوه نصب لوله

45

فصل ششم-دستورالعمل محاسبه افت در خط لوله

47

-1-6 آشنایی

49

 

 

 

چ

 

-2-6 تعیین رژیم جریان آب در لوله

49

 

-3-6 رابطه عمومی محاسبه افت در لولهها

50

 

-4-6 جداول عمومی محاسبه افت در لولهها

51

 

-5-6 محاسبه ضریب افت در جریان آرام

53

 

-6-6 محاسبه ضریب اصطکاک لولههای صاف در جریان مغشوش

53

 

-1-6-6 رابطه کوناکوف

53

 

-2-6-6 رابطه بلوزیوس

53

 

-3-6-6رابطه هرمان

53

 

-4-6-6رابطه نیکورادزه

53

 

-7-6 محاسبه ضریب اصطکاک لولههای زبر در جریان مغشوش

54

 

-1-7-6 رابطه آتشول

54

 

-2-7-6 رابطه کلبروک

54

 

-3-7-6رابطه کارمان

54

 

-8-6 محاسبه افت موضعی در لوله ها

55

 

-1-8-6گشاد شدن ناگهانی لوله

55

 

-2-8-6 گشاد شدن تدریجی لوله

56

 

-3-8-6 تنگ شدن ناگهانی لوله

56

 

-4-8-6 تنگ شدن تدریجی لوله

57

 

-5-8-6 زانویی

57

 

-6-8-6 شیرفلکه

58

 

-9-6 محاسبه افت دینامیکی

58

 

فصل هفتم- دستورالعمل انتخاب و نصب تلمبه

61

 

 

 

-1-7 آشنایی

63

 

 

 

 

 

ح

 

-2-7 تعیین شدت جریان آبکشی

63

 

-3-7 تعیین فشار کلی تلمبه

63

 

-4-7 محاسبه توان تلمبه

63

 

-5-7 نحوه میزان تلمبه

64

 

-1-5-7 استفاده از منحنی مشخصه تلمبه

64

 

-2-5-7 استفاده از نمودار مدلهای تلمبه

65

 

-3-5-7 استفاده از جدول مشخصات

65

 

-6-7 احداث تلمبه خانه

65

 

-7-7 تاسیسات کنترل خودکار تلمبه

68

 

-8-7 استفاده از چندین تلمبه

68

 

فصل هشتم-دستورالعمل احداث تاسیسات برای جلوگیری از ورود آب به معدن

71

 

-1-8 آشنایی

73

 

-2-8 جلوگیری از ورود آبهای سطحی به معدن

73

 

-3-8 جلوگیری از ورود آب به داخل چاه

73

 

-4-8 احداث سدهای زیرزمینی

73

 

-5-8 پایین بردن سطح ایستابی

74

 

فصل نهم- دستورالعمل جلوگیری از آلودگی آبهای معدن و خنثیسازی

77

 

-1-9 آشنایی

79

 

-2-9 فرآیند تشکیل اسید در معادن

79

 

-3-9 پیشبینی پتانسیل تشکیل زهاب اسیدی

80

 

-4-9 جلوگیری از تولید زهاب اسیدی

81

 

-5-9 خنثی کردن آبهای اسیدی

81

 

فصل دهم- دستورالعمل آبکشی موضعی

83

 

 

 

 

 

 

خ

 

-1-10 آشنایی

85

-2-10 تلمبههای برقی

85

-3-10 تلمبههای هوای فشرده

85

-4-10 تلمبههای هواران

85

-5-10 تلمبههای مونو

86

-6-10 آبکشی در چاه

86

-7-10 آبکشی در معادن روباز

86

-1-7-10 آبکشی به وسیله تلمبه

87

-2-7-10 آبکشی به وسیله تونل

87

-3-7-10 آبکشی به وسیله سیفون

88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

د

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل 1

 

 

کلیات طراحی سیستم آبکشی

 

 

 

 

فصل اول کلیات طراحی سیستم آبکشی                                                                                                        3

 

 

 

 

-1-1 آشنایی

 

مقصود از طراحی سیستم آبکشی، ارای ه طرحی است که بر اساس آن بتوان آب هایی را که در حفریات معدن جریان مییابد، به خارج از معدن هدایت کرد. برای این منظور مراحل زیر باید انجام گیرد:

الف- برآورد شدت جریان آبهای ورودی به معدن ب- انتخاب سیستم آبکشی پ- هدایت آب در تونلهای افقی ت- احداث مخازن آب ث- انتخاب لولههای انتقال آب

 

ج- انتخاب تلمبه یا تلمبههای آبکشی چ- تاسیسات آبکشی

 

-2-1 برآورد شدت جریان آبهای ورودی به معدن

 

برآورد شدت جری ان آبی که در معدن به جریان میافتد، اولین مرحله در طراحی سیستم آبکشی است. برای برآورد شدت جریان در هر یک از طبقات معدن میتوان از روشهای تجربی، تحلیلی و عددی استفاده کرد.

 

-3-1 انتخاب سیستم آبکشی

 

بسته به مشخصات معدن، سیستم آبکشی آن متفاوت است. اگر معدن به وسیله تونل افقی گشایش یافته باشد، در آن صورت با احداث جویهای انتقال در یک طرف تونل به نام غنو، بدون صرف انرژی میتوان آب را به خارج هدایت کرد.

اگر معدن به وسیله چاه یا تونل مورب گشایش یافته و فقط دارای یک طبقه باشد، باید در حوالی چاه یا تونل مورب، مخزن آب احداث و به وسیله تلمبه آب را به بیرون معدن هدایت کرد.

 

در حالت کلی، معدن از طبقات مختلف تشکیل شده است که هر طبقه ممکن است تونلهای افقی متعددی داشته باشد. در چنین مواردی باید آب های موجود در هر طبقه را در یک منبع جمع آوری و در مرحله بعد آنها را به کمک تلمبه از درون چاه یا تونلهای مورب به خارج هدایت کرد. اگر یک یا چند طبقه از معدن مستقیما به وسیله تونل افقی به سطح زمین مرتبط باشد، آب این طبقات از طریق این تونلها به خارج هدایت میشود.

 

از آنجا که معادن بزرگ چندین طبقه دارند و عموما به وسیله چاه یا تونل مورب گشایش یافتهاند لذا بسته به مورد باید به یکی از روشهای زیر عمل کرد:

 

الف- برای هر طبقه از معدن یک مخزن آب جداگانه احداث و با نصب تلمبه در آن آب را به بیرون هدایت کرد.

 

ب- در پایین ترین طبقه معدن، یک مخزن اصلی احداث و با نصب یک تلمبه مرکزی آب را به خارج فرستاد. در این صورت، آب

 

4                                                                                                                           راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

هر یک از طبقات به وسیله غنو تا مخزن آب در حوالی چاه هدایت و از آنجا به وسیله لوله و بدون نیاز به تلمبه، به مخزن اصلی منتقل میشود (شکل .(1-1

 

پ-در هر طبقه یک مخزن آب احداث و آب هر طبقه به وسیله تلمبه به طبقه بالاتر هدایت میشود. در این گزینه، مخزن اصلی در بالاترین طبقه احداث میشود و تلمبه اصلی، آب را از این مخزن به بیرون معدن انتقال میدهد (شکل .(2-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -1-1 سیستم آبکشی با احداث یک مخزن اصلی در پایینترین طبقه معدن

 

انتخاب سیستم آبکشی به میزان آب، ارتفاع طبقات و امکانات موجود بستگی دارد. هر یک از روشهای یاد شده مزایا و معایبی دارند. توصیه می شود که در مورد هر معدن، هر یک از گزینههای آبکشی بررسی و هزینه آنها محاسبه و از مقایسه آنها با یکدیگر و نیز با توجه به امکانات موجود، گزینه مناسب انتخاب شود.

 

-4-1 هدایت آبها در تونلهای افقی

 

از آنجا که تونل ها به طرف بیرون یا چاه شیب دارند لذا آبی که در داخل آنها جمع می شود، به طرف دهانه تونل یا به سمت چاه حرکت می کند. برای هدایت آب در داخل تونل، در کف آن و نزدیک یکی از دیوارها، باید جویهای مخصوص احداث کرد که به نام غنو خوانده میشود (شکل .(3-1 در مورد تونلهای کوچک، غنو با حفر کف تونل احداث میشود ولی در مورد تونلهای اصلی، پس از حفر جوی، باید کف و دیوارههای آن را قالببندی و در آن بتنریزی کرد.

 

برای این که از تمام فضای تونل استفاده شود، باید روی جوی را به وسیله تخته یا بلوکهای بتنی پوشاند و بدین وسیله فضای مفید تونل را افزایش داد.

 

در مواردی که شبکه معدن با استفاده از تونل افقی احداث شده باشد، این جوی در بیرون تونل نیز ادامه دارد و بنابراین مخارج آبکشی از معدن منحصر به احداث این جویها است. از آنجا که جویهای موجود در تونلها در واقع نوعی مجرای بازاند، لذا انتخاب شکل مقطع و ابعاد مناسب، قابلیت آبرسانی آن را افزایش میدهد.

 

فصل اول کلیات طراحی سیستم آبکشی                                                                                                        5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -2-1 سیستم آبکشی با احداث مخزن و تلمبه خانه در هر یک از طبقات و انتقال به طبقه بالاتر

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -3-1 احداث غنو برای هدایت آبها

 

6                                                                                                                           راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

-5-1 احداث مخزن یا مخازن آب

 

ب سته به سیستم آبکشی انتخابی برای معدن، باید یک یا چند مخزن آب احداث و آبی را که به وسیله غنو انتقال مییابد، به داخل آن هدایت کرد و با نصب تلمبه، آب را به بیرون معدن فرستاد.

 

اگر چه احداث مخزن، هزینه هایی را به سیستم آبکشی تحمیل میکند اما وجود مخزن، این حسن را دارد که اگر برای مدتی شدت جریان آب های داخل معدن زیاد شود و از حد قدرت تخلیه تلمبه تجاوز کند، اشکالی پیش نمیآید زیرا آب اضافی، در مخزن ذخیره میشود. از سوی دیگر، اگر به عللی تلمبه برای مدتی از کار بیفتد نیز اشکالی در آبکشی معدن پیش نخواهد آمد.

 

-6-1 انتخاب لولههای انتقال آب

 

لوله هایی که برای هدایت آبها به خارج معدن انتخاب میشود باید ضم ن تحمل فشار و مقاومت در برابر خورندگی آبهای معدن، کمترین افت انرژی را باعث شود.

 

-7-1 انتخاب تلمبه یا تلمبههای آبکشی

 

انتخاب تلمبههای آبکشی از جمله حساسترین مراحل طراحی سیستم آبکشی است.

 

-8-1 احداث تاسیسات آبکشی

 

برای این که آبکشی به نحو مطلوبی انجام شود ، باید بعضی اقدامات جانبی را نیز به عمل آورد که از جمله مهمترین آنها به شرح زیر است:

 

الف- جلوگیری از ورود آب به معدن ب- جلوگیری از آلودگی آبهای معدن و خنثیسازی آن

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل 2

 

 

دستورالعمل برآورد شدت جریان آب در بخشهای مختلف معدن

 

 

 

 

فصل دوم- دستورالعمل برآورد شدت جریان آب در بخشهای مختلف معدن                                                                9

 

 

 

 

-1-2 آشنایی

 

یکی از مهم ترین اطلاعات مورد نیاز برای طراحی معدن، اطلاعات مربوط به وضعیت آبهای محدوده معدن است. این امر از دو

 

جنبه اهمیت دارد. یکی آنکه باید تعیین

شود در مراحل مختلف معدنکاری، چه مقدار آب در حفریات معدنی به جریان میافتد تا بر

اساس آن سیستم آبکشی معدن طراحی

شود. دیگر آنکه حجم و کیفیت آبهای محل چگونه است تا بتوان برای مقاصد مختلف

 

صنعتی و ایجاد فضای سبز معدن از آن ها استفاده کرد. برای هر دو منظور، باید کیفیت آب های محل تعیین شود، زیرا مصرف آب برای مقاصد مختلف، به کیفیت آن بستگی دارد و از سوی دیگر، خط لوله آبکشی و تاسیسات مربوط به آن باید به گونهای انتخاب

 

شود که در برابر خورندگی احتمالی آب معدن مقاوم باشد.

 

برآورد شدت جریان آب در بخشهای مختلف معدن با استفاده از روشهای تجربی، تحلیلی و عددی انجام میشود. بسته به مورد و اطلاعات موجود، ممکن است بتوان از هر یک از روشهای بالا استفاده کرد. نظر به اهمیتی که این برآورد دارد توصیه میشود که شدت جریان قابل انتظار با تمام روشهای ممکن برآورد شده و مقدار مناسب به عنوان شدت جریان احتمالی در نظر گرفته شود.

 

-2-2 روشهای تجربی

 

در این روشها، بر اساس مطالعات آبشناسی که طی مرحله اکتشاف تفصیلی انجام می گیرد، شدت جریان قابل انتظار از طریق مقایسه حجم حفریات معدنی با حفریات اکتشافی برآورده میشود. شرط استفاده از این روشها، مطالعه دقیق رژیم آبهای منطقه در مرحله اکتشاف است.

 

-1-2-2 مطالعه رژیم آبهای منطقه

 

هدف از مطالعه رژیم آبهای منطقه، بررسی وضعیت سطح ایستابی و نوسانهای آن، بررسی شدت جریان چشمههـا وقنـاتهـا ، مطالعه تغییرات کمی و کیفی آب در طول سال و مسایل مشابه آنها است. بدین منظور باید موقعیت کلیه چاهها، گمانههـا، قنـاتهـا، چشمهها و تونلهای موجود در منطقه بر روی نقشهای مشخص شده و مشخصات آبشناسی آنهـا از قبیـل سـطح ایسـتابی، شـدت جریان و دما به طور مرتب اندازهگیری شود.

 

برای این که اطلاعات کافی راجع به وضعیت آبشناسی منطقه به دست آید، باید شدت جریان و مشخصات آب چشمه، قنـاتهـا، گمانهها و چاهها را به طور مداوم و در هر ماه حداقل دو بار اندازهگیری کرد و این امر باید در تمام طول عملیات اکتشـافی ادامـه یبـا د. مطالعاتی که در این زمینه باید انجام گیرد به شرح زیر است:

 

الف- مطالعه رژیم چشمهها و قناتها

 

بررسی وضعیت آبشناسی چشمهها و قناتهای منطقه نه تنها از نقطه نظر مطالعه آبخیزهای منطقه مفید اسـت بلکـه بـا داشـتن اطلاعات کافی در مورد کیفیت و کمیت آنها، میتوان امکان استفاده از آنها را به ویژه برای مقاصـد آشـامیدنی بررسـی کـرد وایـن مطلب، به هنگام طراحی معدن بسیار مهم است.

 

1 0                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

برای انجام این مطالعات، ابتدا باید موقعیت تمام چشمهها و قناتهایی را کـه در محـدوده کانسـار وجـود دارنـد، بـر روی بـزرگ مقیاسترین نقشه موجود پیاده کرد. از آنجا که در مرحله اکتشـاف تفصـیلی، نقشـه زمـینشناسـی حـداقل بـه مقیـاس 1:5000 تهیـه میشود، لذا باید از این نقشهها به عنوان نقشه مبنای کارهای آبشناسی استفاده کرد. اگر در مراحل اولیه مطالعات نقشه زمینشناسـی بزرگ مقیاس در دسترس نباشد، میتوان از نقشههای توپوگرافی معمولی استفاده کرد و پس از تکمیل نقشه زمـینشناسـی، اطلاعـات آبشناسی را بر روی آن منتقل ساخت زیرا به هنگـام تعبیـر و تفسـیر وضـعیت آبخـوان و سـازندهای تشـکیل دهنـده آن، اطلاعـات زمینشناسی منطقه مورد نیاز است.

پس از مشخص شدن موقعیت چشمهها و قناتهای منطقه، باید برنامهای تنظیم کرد که حداقل هر مـاه دو بـار، شـدت جریـان و دمای آب آنها اندازهگیری شود.

 

برای تعیین شدت جریان قناتها، معمولا از جریانسنجهای پروانهای استفاده میشود. این دستگاه پروانهای دارد کـه برابـر جریـان آب قرار داده میشود. سرعت زاویه ای پروانه، تابعی از سرعت آب است و با تعیین سرعت زاویهای، به کمک جداول موجـود مـیتـوا ن آن را به سرعت خطی تبدیل کرد. پس از تعیین سرعت، از حاصلضرب سرعت متوسط در سطح مقطع، شدت جریان به دست میآیـد. دمای آب چشمهها و قناتها به کمک دماسنجهای معمولی تعیین میشود.

 

ب- بررسی شدت جریان تونلهای اکتشافی

 

بررسی دقیق تغییرات شدت جریان تونلهای اکتشاف ی موجود در منطقه بسیار مهم است زیرا یکی از روشهای تعیین شدت جریان آبی که در مراحل مختلف معدنکاری در حفریات معدنی به جریان می افتد از طریق مقایسه با شدت جریان تونلهای موجود است. علاوه بر این، بررسی کیفیت آبهای موجود در تونلها برای بررسی امکان استفاده از آن به منظور انتخاب خط لوله آبکشی مقاوم ضروری است.

 

از آنجا که شدت جریان تونلها باید به طور مداوم (دو بار در ماه) و با دقت کافی اندازهگیری شود لذا در مسیر غنو در بیرون تونل، باید سرریزی احداث کرد تا اندازهگیری شدت جریان آسانتر انجام شود. در مورد تونله ا باید علاوه بر تعیین شدت جریان، دما و در صورت امکان pH آب نیز اندازه گیری شده و به منظور بررسی کیفیت آب، از آن نمونهبردار ی شود. پس از آنکه شدت جریان آب موجود در تونل در زمان های مختلف به دست آمد، باید با رسم منحنی تغییرات شدت جریان نسبت به زمان، منحنی آبنمای1 (هیدروگراف) تونل را رسم کرد.

 

پ- بررسی تغییرات سطح ایستابی

 

به منظور بررسی تغییرات سطح ایستابی در آبخوان، باید عمق سطح آب در گمانههای اکتشافی با استفاده از عمقیابهای الکتریکی به طور مرتب اندازهگیری شود . برای به دست آوردن اطلاعات کافی، باید هر ماه یک بار این اندازهگیری انجام و نتایج در جداولی درج شود.

 

 

 

 

 

1- Hydrograph

 

فصل دوم- دستورالعمل برآورد شدت جریان آب در بخشهای مختلف معدن                                                              1 1

 

 

 

 

-2-2-2 تعیین ضرایب هیدرودینامیکی آبخوان

 

مهم ترین ضرایب هیدرودینامیکی آبخوان ضریب نفوذپذیری، ضریب انتقال و ضریب مخزناند. در مواردی که سنگهای تشکیل دهنده آبخوان محکم باشد و بتوان مغزههای سالمی از آنها تهیه کرد، نمونههای حاصله را در آزمایشگاه بررسی و ضریب نفوذپذیری آن را محاسبه میکنند. از آنجا که مشخصات سنگها به حالت برجا تا حدودی با نمونههایی که در آزمایشگاه بررسی میشود متفاوت است لذا باید ضرایب نفوذپذیری و انتقال منطقه را مستقیما و به کمک آزمایش پمپاژ محاسبه کرد.

 

الف- تعیین ضریب نفوذپذیری سنگها در آزمایشگاه

 

نحوه محاسبه ضریب نفوذپذیری سنگها در آزمایشگاه در نشریه شماره 188 سازمان برنامه و بودجه تحت عنوان دستورالعمل آزمایشهای تراوایی درج شده است که باید بر اساس آن عمل شود.

 

ب- تعیین ضرایب آبشناسی به کمک آزمایشهای پمپاژ

 

در بسیاری موارد، وضعیت مواد تشکیل دهنده آبخیز به گونهای است که اولا نمیتوان از آن نمونه سالم و کاملی تهیه کرد و ثانیا اگر نمونه از محل خود به آزمایشگاه حمل شود ، دیگر خواص اولیه خود را نخواهد داشت و معرف شرایط آبخوان نخواهد بود. حتی در مواردی که تهیه نمونه های سالم نیز آسان باشد، باز هم از آنجا که شرایط آزمایشگاه با شرایط واقعی آبخوان متفاوت است لذا نتیجه حاصل در آزمایشگاه، به هر حال تقریبی خواهد بود. بدین دلیل باید ضرایب آبشناسی آبخوان یعنی ضرایب نفوذپذیری و انتقال

 

مخزن را به حالت برجا و در محل به دست آورد.

 

در مواردی که در کنار چاهی که در حال پمپاژ است، چاه آزمایشی و یا گمانهای هم وجود داشته باشد، با اندازهگیری مداوم سطح ایستابی در چاه مشاهده ای و بررسی تغییرات آن نسبت به زمان، می توان ضرایب یاد شده را به روشهای مختلف به دست آورد که معروفترین آنها روشهای تیس1 ، جاکوب2 و چو3 است.

 

با توجه به آنکه ضریب انتقال از حاصلضرب ضریب نفوذپذیری در ضخامت آبخوان حاصل میشود، بنابراین با در دست داشتن این دو مشخصه میتوان ضریب انتقال سفره را محاسبه کرد.

 

برای محاسبه مستقیم ضریب انتقال میتوان از اطلاعات حاصل از آزمایش پمپاژ نیز استفاده کرد. برای این کار، پس از پایان مرحله اول آزمایش پمپاژ یعنی هنگامی که سطح آب در داخل گمانه به حد ثابتی رسید، باید آبکشی را متوقف کرد و بالا آمدن سطح آب در گمانه را اندازه گرفت. در این مورد نیز ابتدا فواصل زمانی اندازه گیری کم است و به تدریج زیاد میشود. اگر در هر نوبت

 

اندازهگیری، t1 زمان از شروع آزمایش پمپاژ، t2

زمان از لحظه متوقف شدن آبکشی و ∆h اختلاف سطح آب در لحظه اندازهگیری

 

تا سطح اولیه آن در داخل گمانه باشد در این حالت رابطه تغییرات نسبت به زمانهای اندازهگیری به شکل زیر است:

 

 

 

(1-2)

 

t1

log

2.3026Q

h =

 

 

 

 

4πT

 

 

 

t2

 

 

 

1- Theis 2- Jacob 3- Chow

 

1 2                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

در این رابطه T ضریب انتقال و Q شدت جریان است. بنابراین اگر تغییرات

h

به نسبت

 

t1

log رسم شود، خط مستقیمی

 

 

 

 

 

t2

 

 

 

 

 

 

حاصل خواهد شد. پس از رسم خط یاد شده، اگر α  زاویه شیب این خط و h

 

میزان افت به ازای یک چرخه لگاریتمی باشد،

 

ضریب انتقال از رابطه زیر محاسبه میشود:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2-2)

 

 

 

Q

= 0.1832

2.3026Q

T =

 

 

 

4πh

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

-3-2-2 روش مقایسه طولی

 

در این روش، شدت جریان آب در تونلهای اکتشافی موجود به طور مداوم اندازهگیری شده و بر اساس اطلاعات حاصل از این تونل ها، شدت جریان آبی که در تونل های معدنی به جریان خواهد افتاد، پیشبینی می شود. اگر شدت جریان آب در تونل اکتشافی Q1 و طول کلی مجموع راسته تونل و انشعابات آن L1 باشد، در آن صورت شدت جریان مخصوص تونل یعنی شدت جریان به ازای واحد طول تونل را از رابطه زیر محاسبه میکنند:

 

 

(3-2)

 

اگر طول کلی تونلهای معدنی (4-2)


q =Q1

L1

 

L2  باشد، شدت جریان آبی که در آنها به جریان خواهد افتاد از رابطه زیر محاسبه میشود:

 

Q2 = q × L2

 

 

-4-2-2 روش مقایسه سطحی

 

این روش برای برآورد شدت جریان قناتها نیز به کار می رود. به تجربه ثابت شده است که شدت جریان آبی که در یک کانال (تونل و یا قنات) به جریان می افتد، با مساحت محصور بین سطح ایستابی و کانال یاد شده متناسب است. مثلا در شکل 1-2، شدت جریان آب تونل با مساحت مثلث ABC متناسب است. با رسم نیمرخ سطح ایستابی در امتداد تونل اکتشافی، به آسانی میتوان مساحت این مثلث را به دست آورد.

 

اگر A1 و Q1 به ترتیب سطح مقطع سطح ایستابی و شدت جریان آب در تونل اکتشافی باشد و شدت جریان آب در تونل دیگری که در اعماق پایین تر حفر خواهد شد مورد نیاز باشد، باید نیمرخ سطح ایستابی را در امتداد تونل و حفریات معدنی منشعب از آ ن رسم کرد و مساحت واقع بین سطح ایستابی و تونل را به دست آورد. اگر این سطح A2 باشد، شدت جریان مورد انتظار در تونل دوم ( (Q2 خواهد شد:

(5-2)

A2

Q2 = Q1

Q2

=

Q1

 

A

A

A

 

 

 

 

 

 

1

 

2

1

 

 

فصل دوم- دستورالعمل برآورد شدت جریان آب در بخشهای مختلف معدن                                                              1 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -1-2 تعیین شدت جریان آب تونلها به روش مقایسه سطحی

 

-5-2-2 روش مقایسه مرکب

 

این روش نیز بر اساس اندازه  گیری مداوم شدت جریان آب در یک تونل اکتشافی بنا شده است. اگر شدت جریان آب در تونل

 

اکتشافی در دست باشد، شدت جریان آب در تونل دیگر از رابطه سیرووادکو1 به شرح زیر به دست میآید:

 

 

 

 

(6-2)

A2 H2

Q2 = Q1

 

 

 

 

1

A H

 

 

 

1

 

 

که در آن:

 

=Q1 شدت جریان در تونل اکتشافی

 

= Q2 شدت جریان در تونل مورد بررسی

 

= A1 مجموع مساحت افقی تونل اکتشافی و انشعابات آن = A2 مجموع مساحت افقی تونل مورد بررسی و انشعابات آن = H1 ارتفاع متوسط سطح آب نسبت به تونل اکتشافی

= H2 ارتفاع متوسط سطح آب نسبت به تونل مورد بررسی

 

-3-2 روشهای تحلیلی

 

روش های تحلیلی عمدتا بر مبنای رابطه دارسی بنا شده اند و حاصل آن ها روابط مختلف است. هر یک از این روابط، تنها در شرایط خاصی قابل استفاده اند و بنابراین بسته به وضعیت حفریات معدنی، باید از رابطه مناسب با آن استفاده کرد. مهمترین روابط تحلیلی به شرح زیراند.

 

-1-3-2 رابطه دوپویی1

 

بر اساس بررسیهای دوپویی، شدت جریان قابل انتظار در حفریات معدنی از رابطه زیر به دست میآید:

 

 

 

1- M.Syrovadko

 

1 4                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

(7-2)

b2

Q = K .L

 

 

 

 

r

 

که در آن:

 

=Q نشت جریان بر حسب متر مکعب در روز

 

=K ضریب نفوذپذیری متوسط ناحیه بر حسب متر در روز =L طول کلی حفریات معدنی بر حسب متر

 

=b ضخامت طبقات آبدار بر حسب متر

 

=r حد منطقه ای که بر روی آبدهی حفریات معدنی تاثیر دارد و یا به عبارت دیگر عرض منطقه تامین کننده آب بر حسب متر برای محاسبه r از رابطه زیر استفاده میشود:

 

(8-2)

 

 

 

 

 

b2

K

 

r =

 

W

 

 

 

 

 

که در آن:

 

=K ضریب نفوذپذیری بر حسب متر در روز =b ضخامت طبقات آبدار بر حسب متر

 

=W میزان متوسط تغذیه آبخوان به وسیله بارش بر حسب متر در روز

 

-2-3-2 رابطه گودمن1

این رابطه در مورد تونلهایی که در زیر سطح ایستابی قرار دارند عبارتست از:

 

(9-2)

 

2πKH0

QL =

 

(

2rz

Ln(

 

که در آن:

 

 

 

 

 

 

 

=Ho فاصله مرکز تونل تا سطح ایستابی

 

 

 

 

 

 

=Z فاصله مرکز تونل تا بالای سنگ پوشش تونل

 

 

 

 

 

 

=r شعاع تونل

 

 

 

 

 

 

=K نفوذپذیری در امتداد طول تونل

 

 

 

 

 

 

=QL شدت جریان قابل انتظار در واحد طول تونل

 

 

 

 

 

 

پارامترهای رابطه گودمن در شکل 2-2 تشریح شدهاند.

 

 

 

 

 

 

این رابطه فقط در مورد جریانهای دایم2  د ر طول تونل کاربرد دارد و برای جریان

های ناگهانی و اولیه به هنگام حفر تونلها

 

کاربرد ندارد.

 

 

 

 

1 - Goodman 2- Steady State Inflow

 

فصل دوم- دستورالعمل برآورد شدت جریان آب در بخشهای مختلف معدن                                                              1 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ho

 

 

 

 

 

 

شکل -2-2 پارامترهای رابطه گودمن

 

مهمترین پارامتر رابطه گودمن نفوذپذیری معادل1 است که در تخمین آن باید دقت زیادی به کار برد.

 

-3-3-2 رابطه فریز و چری32

 

بر اساس مطالعات انجام شده، شدت جریان واقعی ورود آب به تونلها در حدود 30 تا 40 درصد، با آنچه که از معادله گودمن به دست میآید متفاوت است. بنابراین با جایگزینی H0 با z، رابطه جدیدی به شرح زیر ارایه شد:

 

 

(10-2)

 

که در آن:

 

=Q شدت جریان آب ورودی به تونل =K نفوذپذیری معادل در امتداد طول تونل =r شعاع تونل

 

=H0. فاصله مرکز تونل تا سطح ایستابی

 

در واقع در این حالت، سطح ایستابی به عنوان یک منبع تغذیه بی میآید، پایینتر از تخمین مدل گودمن است زیر H0 از z بزرگتر است.


 

 

0

2πKH

Q =

 

(

0

2H

Ln(

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نهایت مدلسازی شده و تخمینی که از این رابطه به دست

 

 

 

-4-3-2 رابطه هیوور3

 

با اعمال ضریب 18 به وسیله هیوور که به نام ضریب کاهش هیوور معروف است، شکل جدیدی از رابطه گودمن ارایه میشود:

 

 

 

1- Eguivalent Permeability 2 - Freez and Chery 3- Heuer

 

1 6                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

(11-2)

1

×

2πKH 0

=

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

(

2 z

Ln(

L

 

 

 

 

 

 

تمامی پارامترهای این رابطه همان پارامترهای رابطه گودمن

 

 

 

 

r

 

 

 

هستند. رابطه هیوور در مورد تونل های نسبتا کم عمق که کمتر از

 

                     

 

100 متر زیر سطح ایستابی قرار دارند، نتایج مناسبی به دست میدهد ولی در مورد تونلهای عمیقتر، میزان ورود آب افزایش مییابد و به معادله گودمن نزدیکتر میشود. تمامی شرایطی که در مورد معادله گودمن ارایه شد در این مورد نیز صادق است یعنی جریان به صورت شعاعی و به حالت دایم فرض میشود و در مورد جریانات ناگهانی و اولیه صادق نیست.

 

-5-3-2 رابطه گودمن برای جریانهای اولیه

 

این رابطه که برای برآورد شدت جریان آب به هنگام حفر تونلها ارایه شده، به شرح زیر است:

 

1

Qt = (23C   tKH3S )2                                                                                                 (12-2)

 

که در آن:

 

= C ثابتی که بر اساس فرضیات دوپویی- فورشم ایر محاسبه شده و عموما معادل 0/5 در نظر گرفته می شود ولی با تکیه بر محاسبات آزمایشگاهی مقدار این ضریب 0/75 پیشنهاد میشود.

 

=S ضریب مخزن

 

=t فاصله زمانی بین آغاز جریان آب به داخل حفریه تا زمانی که جریان به حالت پایدار میرسد. =H فاصله مرکز تونل تا سطح ایستابی

=K ضریب نفوذپذیری

 

-6-3-2 رابطه تیم1

 

 

 

 

 

 

رابطه اولیه تیم برای حرکت دایم شعاعی آب به داخل چاه

هایی که به طور کامل در آبخوان اعم از محصور یا نامحصور نفوذ

 

کردهاند، به شرح زیر ارایه شده است:

 

 

 

 

 

 

(13-2)

]

2π T ( Hr2 -H 1 )

Q =[

 

 

 

(

2

Ln(

 

 

 

 

r

 

 

که در آن:

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H1 و =H2 ارتفاع سطح ایستابی یا پیزومتریک آبخوان در دو نقطه که به فواصل r1 و r2 از محور چاه قرار دارند. =T ضریب انتقال آبخوان

طبق این رابطه، با چرخاندن چاه از حالت قائم به وضعیت افقی، میتوان چاه را به عنوان تونل در نظر گرفت و از این معادله برای

 

 

 

 

 

1- Thiem

 

فصل دوم- دستورالعمل برآورد شدت جریان آب در بخشهای مختلف معدن                                                              1 7

 

 

 

 

تونلها نیز استفاده کرد. نفوذپذیری در امتداد تونل بسیار متغیر است و ضریب انتقال افقی در طول تونل (T) برابر با حاصلضرب طول تونل (L) در نفوذپذیری متوسط در امتداد تونل (Kavg) است.

اگر توده سنگ کاملا متجانس و همسانگرد باشد، در آن صورت نفوذپذیری در همه جای تونل برابر نفوذپذیری متوسط است اما از آنجا که در امتداد مسیر تونلها توده سنگهایی با نفوذپذیریهای متفاوت وجود دارند، لذا توزیع نفوذپذیری در امتداد تونل از حالت نرمال خارج شده و به توزیع لاگ نرمال نزدیک می شود. به همین دلیل در محاسبه Kavg باید از میانگین هندسی به جای میانگین حسابی استفاده کرد.

 

-7-3-2 رابطه لی

 

این رابطه برای جریان دایم ارایه شده و به شکل زیر است:

 

(14-2)

 

 

 

 

2πKH0

 

 

Q =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H 0

 

 

 

 

H0

 

]

)2 -1

+ (

 

Ln[

 

 

 

 

 

 

r

 

r

 

 

 

 

که در آن:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=Q شدت جریان آب ورودی به داخل تونل در واحد طول (متر مکعب در ثانیه بر متر)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=K ضریب نفوذپذیری معادل محیط (متر در ثانیه)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=H0 فاصله محور تونل تا سطح ایستابی (متر)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=r شعاع تونل (متر)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-8-3-2 رابطه کارلسرود11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

این رابطه به شکل زیر نوشته میشود:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(15-2)

 

 

 

 

2πKH0

 

Q = (

 

 

 

]

-1)

2H0

 

)

Ln[

 

پارامترهای این رابطه همان پارامترهای رابطه گودمناند (شکل .(2-2

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

استفاده از این رابطه برای تونلهای کم عمق توصیه میشود و در تونلهای عمیق، نتایج معادلات گودمن به واقعیت نزدیکترند. این رابطه با توجه به فرضیات زیر ارایه شده است:

 

الف- تونل در توده سنگهای متجانس و همسانگرد حفر شده و نفوذپذیری توده سنگ در تمامی جهات یکسان است. ب- سطح ایستابی ثابت است و تحت تاثیر نشت آب به داخل تونل قرار ندارد.

 

 

 

1-Karlsrud

 

1 8                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

پ- نسبت Hr0 در حد 3 تا 4 باشد.

 

-9-3-2 رابطه التانی1

 

استفاده این رابطه برای تونل های بدون پوشش داخلی که در آن ها، حفر تونلها باعث پایین افتادن سطح ایستابی نشده است، توصیه میشود:

 

 

(16-1)

)2

 

پارامترهای این رابطه نیز همان پارامترهای رابطه گودمن است (شکل.(2-2 این الف- جریان به صورت 2 بعدی و مقطع تونل دایره است.

 

ب- محیط اطراف حفریات همسانگرد و متجانس است. پ- مقطع تونل به طور کامل در زیر سطح ایستابی قرار دارد.

این رابطه برای جریان دایم و در مورد تونل های عمیق صادق است و در مورد قابل قبولی به دست نمیدهد.


 

 

)2

 

r

1-3(

 

 

 

 

 

2H

 

 

 

 

0

 

 

 

 

Q =2πKHO  1-(

 

r

)-

2H0

Ln

 

) 2

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2H0

 

r

 

 

 

 

2 H 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                       

رابطه با توجه به فرضیات زیر ارایه شده است:

 

 

 

 

 

 

 

جریانات اولیه و ناگهانی به هنگام حفر تونل نتایج

 

 

-10-3-2 رابطه بهینه شدهالتانی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مطابق این رابطه، شدت جریان ورودی به تونل به ازای واحد آن از رابطه زیر به دست میآید:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(17-2)

(

 

H0

)(

 

λ2 -1

 

Q = 2π K (

 

Lnλ

 

2

 

 

که در آن:

 

 

 

+1

 

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=K نفوذپذیری معادل در امتداد طول تونل

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=H0 فاصله محور تونل تا سطح ایستابی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= λ پارامتری که از رابطه زیر محاسبه میشود:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HO

 

 

(18-1)

 

 

 

 

 

 

 

-1

 

0

H 2

 

λ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

r

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

این رابطه در حالتی صادق است که سطح ایستابی به صورت افقی در نظر گرفته شود. از آنجا که در بسیاری حالات سطح

 

ایستابی از حالت افقی خارج میشود لذا رابطه کلی به شکل زیر نوشته میشود:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(19-2)

) cos α

0

H

 

)(

λ2 -1

 

Q = 2π K (

 

Lnλ

+1

2

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1- El-Tani

 

فصل دوم- دستورالعمل برآورد شدت جریان آب در بخشهای مختلف معدن                                                              1 9

 

 

 

 

که در آن α شیب سطح ایستابی است. خلاصه روابط یاد شده در جدول 1-2 درج شده است.

 

 

جدول -1-2خلاصه روابط محاسبه شدت جریان آب در تونلها

 

 

مرجع

 

گودمن

 

فریز و چری

 

 

 

 

هیوور

 

 

 

 

 

لی

 

 

 

کارلسرود

 

 

 

 

التانی

 

 

 

 

 

بهینه شده التانی


 

رابطه

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2πKH0

QL =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

2rz

Ln(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

2πKH

=

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

0

2H

Ln (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

×

 

2πKH 0

=

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

(

 

 

2z

Ln(

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2πKH 0

 

 

 

 

 

 

 

Q =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H 0

 

 

 

 

 

 

)2 -1 ]

 

 

+ (

 

 

 

 

Ln [

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2πKH 0

 

 

 

 

Q = (

 

 

 

 

 

 

-1) ]

 

2H 0

)

 

 

Ln [

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)2

 

 

 

r

 

1-3(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q = 2πKH 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)2

r

)-

2H0

)2 Ln

 

 

r

1-(

 

 

2H0

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 H 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q = 2πK ( λ22 -1 )( H 0  ) cos α

 

λ + 1  Ln λ

 

 

2

H

 

0

H

 

 

-1

 

0

 

 

 

 

λ =

 

r2

 

r

 

 

 

 

 

 

                   

 

توضیحات

 

نتایج به دست آمده از این مدل برای تونلهایی که نسبت r/h در آنها کمتر از 0/4 است دقت قابل قبولی دارد.

 

با جایگزینی z به جای H0 در رابطه گودمن این رابطه تصحیح میشود. نتایج به دست آمده از این رابطه در تونلهای عمیق دقت بیشتری دارد.

 

-1 مناسب برای تونل های حفر شده در سنگ های کربناته به ویژه دولومیتها -2 برای تونل های نسبتا کم عمق و کمتر از 100 متر زیر سطح

 

ایستابی، معادله اصلاح شده هیوور نتایج مناسبی می دهد ولی برای تونلهای عمیقتر، نتایج گزارشات نشان میدهد که میزان هجوم افزایش مییابد و به معادله گودمن بسیار نزدیکتر است.

 

این معادله دارای سه پیش فرض اساسی و اولیه زیر است؛ جریان شعاعی، عدم تغییرات قابل توجه لایهبندی و اعمال صحیح نفوذپذیری معادل محیط

 

موارد کاربرد در تونلهایی است که (( h/r)>3-4) باشد و جریان به صورت شعاعی وارد تونل شود.

 

 

جریان به صورت دو بعدی در نظر گرفته شود و مقطع تونل به صورت دایرهای باشد.

 

 

مقایسه نتیجه به دست آمده از این رابطه و مشاهدات واقعی، نشان دهنده این موضوع است که این رابطه نتایج قابل قبولی را در شرایط مختلف به دست میدهد.

 

-4-2 روشهای عددی

 

روش های عددی بر اساس روشهایی نظیر عناصر محدود1 و تفاضل محدود2 بنا شده اند و به کمک آنها میتوان وضعیت آبخوان را شبیه سازی کرد، اما توانایی این روش ها محدود است و به آسانی نمیتوان شرایط مختلف آبخوان مانند جریان اشباع، غیراشباع، جریان محصور، نامحصور و ویژگیهای هیدرولیکی غیرخطی لایههای نفوذپذیر را مدل کرد. نرمافزارهای متعددی برای این منظور توسعه یافتهاند که به کمک آنها میتوان به روشهای عددی تحلیل کرد.

 

1- Finite Element Method 2- Finite Difference Method

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل 3

 

 

دستورالعمل طراحی غنوها

 

 

 

فصل سوم- دستورالعمل طراحی غنوها                                                                                                         2 3

 

 

 

 

-1-3 آشنایی

 

برای انتقال آب در تونل های افقی و طبقات معادن روباز، باید در کف تونل یا پله معدن روباز جوی باریکی موسوم به غنو احداث و به کمک آن آب را به محل مخزن هدایت کرد. اگ ر شیب و مقطع غنو در تمام طول آن ثابت باشد، سرعت متوسط آب در تمام مقاطع آن ثابت است و جریان به نام جریان یکنواخت1 خوانده میشود و در مواردی که مقطع و شیب غنو و در نتیجه سرعت آب در قسمتهای مختلف آن متغیر باشد، به نام جریان غیریکنواخت2 و یا جریان متغیر3 موسو م است. همچنین جریان آب در غنو، ممکن است به حالت آرام یا مغشوش، دایم و یا غیر دایم باشد. از آنجا که جریان آب غنوها عموما یکنواخت است لذا در این دستورالعمل، فقط این شیوه جریان مد نظر قرار گرفته است.

 

-2-3 مشخصات مقطع غنو

 

-1-2-3 مساحت مقطع (A)

 

بخشی از سطح مقطع غنو که در زیر سطح آزاد آب واقع است به نام مساحت مقطع خوانده میشود (شکل .(1-3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -1-3 مشخصات مقطع

 

 

 

-2-2-3 محیط خیس (P)

 

 

 

طول خط تقاطع صفحه مقطع با سطح خیس مجرا به نام محیط خیس نامیده میشود (شکل .(1-3

 

 

 

-3-2-3 شعاع هیدرولیکی (R)

 

 

 

شعاع هیدرولیکی طبق رابطه زیر تعریف میشود:

 

 

 

(1-3)

A

R =

 

P

 

که در آن A سطح مقطع، P محیط خیس و R شعاع هیدرولیکی است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1- Uniform Flow 2- Nonuniform Flow 3- Varied Flow

 

 

Q = VA = CA  RS

1- Chezy

 

V = C  RS

2 4                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

-4-2-3 عمق متوسط (DM)

 

 

 

 

 

عمق متوسط طبق رابطه زیر تعریف میشود:

 

 

 

 

 

(2-3)

A

 

DM =

 

T

 

که در آن A سطح مقطع و T عرض فوقانی است.

 

 

 

 

 

 

 

 

-5-2-3 شیب غنو (S)

 

 

 

 

 

در مورد حرکت یکنواخت، شیب سطح آزاد آب با شیب کف غنو مساوی است و از رابطه زیر به دست می آید (شکل:(2-3

 

 

 

(3-3)

 

 

h

S =

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

که در آن h تغییر ارتفاع و l تغییر طول است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -2-3 شیب مجرا

 

-3-3 رابطه اساسی جریان یکنواخت در غنوها- فرمول چزی1

 

در جریان یکنواخت سرعت متوسط جریان در تمام مقاطع مجرا مساوی و سطح مقطع غنو در تمام طول آن از نظر شکل و عمق یکسان است. در چنین حالتی، سطح آزاد آب با کف بستر، موازی است. رابطه اصلی حرکت یکنو اخت آب در مجاری باز و غنوها که به نام رابطه چزی خوانده میشود به شرح زیر است:

 

(4-3)

 

که در آن: =V سرعت آب

 

=R شعاع هیدرولیکی غنو =S شیب غنو

 

=C ضریبی که به زبری سطح غنو و بعضی عوامل دیگر، از جمله عدد رینولدز بستگی دارد. شدت جریان آب در غنو (Q) از رابطه زیر حاصل میشود:

 

(5-3)

 

 

فصل سوم- دستورالعمل طراحی غنوها

2 5

 

 

 

که در آن A سطح مقطع غنو تا حدی است که آب در آن جریان دارد. مهم ترین نکته در مورد حرکت یکنواخت آب در مجراها، تعیین ضریب C آنها است که برای تعیین آن روابط متعددی ارایه شده است. از آنجا که ضریب C بعد فیزیکی دارد، لذا اندازه آن در سیستمهای مختلف، متفاوت است.

 

-4-3 محاسبه ضریب C در رابطه چزی

 

برای تعیین ضریب C فرمولها و جداول مختلفی به شرح زیر ارایه شده است:

 

 

-1-4-3 رابطه گانگیه- کوتر1

 

این رابطه به شکل زیر است:

 

 

 

 

 

 

1

+

0.00155

23 +

 

 

(6-3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

S

 

 

C =

 

 

 

n

 

 

0.00155

1 + ( 23 +

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

که در آن S شیب غنو، R شعاع هیدرولیکی و n ضریب زبری که اندازه آن از جدول 1-3 به دست میآید.

 

جدول -1-3 اندازه ضریب n برای استفاده از رابطه گانگیه- کوتر

 

 

 

 

 

پوشش سطح غنو

دامنه تغییرات

 

مقدار متوسط

چدن پوشش نشده

0/012-0/015

 

0/014

چدن پوشش شده

0/012-0/013

 

0/012

فولاد پرچ شده

0/013-0/017

 

0/015

لوله فاضلاب صاف

0/010-0/017

 

0/013

آجر با ملات سیمان

0/012-0/017

 

0/015

سیمان صاف

0/010-0/013

 

0/011

ملات سیمانی

0/011-0/015

 

0/013

لوله بتونی

0/012-0/016

 

0/013

مجرای بتونی

0/012-0/018

 

0/014

قلوه سنگ با ملات سیمانی

0/017-0/030

 

0/023

قلوه سنگ خشکه چینی

0/025-0/035

 

0/030

جوی خاکی، مستقیم و یکنواخت

0/017-0/025

 

0/0225

جوی احداث شده در سنگ، صاف و یکنواخت

0/025-0/035

 

0/033

جوی احداث شده درسنگ، دندانهدار و نامنظم

0/035-0/045

 

0/040

جوی حفر شده در خاک

0/025-0/033

 

0/032

 

 

 

 

 

 

 

1- Ganguilet-Kutter

 

2 6

 

 

-2-4-3 فرمول بازن1

 

این رابطه به شکل زیر است: (7-3)

 

که در آن:

 

=R شعاع هیدرولیکی

 

=m ضریب زبری سطح غنو که اندازه آن از جدول 2-3 به دست میآید.

 

جدول -2-3 اندازه ضریب m برای غنوهای مختلف

 

نوع پوشش غنو

 

پوشش سیمانی خیلی صاف پوشش بتنی یا آجری صاف پوشش سنگ چینی

 

غنوهای حفر شده در زمین در شرایط خیلی مناسب غنوهای حفر شده در زمینهای معمولی غنوهای حفر شده در زمینهای سنگی و ناصاف

 

-3-4-3 فرمول مانینگ2

 

این رابطه به شکل زیر است:

 

(8-3)

 

در مقایسه روابط مانینگ و چزی، ضریب C رابطه چزی در این رابطه به شکل زیر است:

 

(9-3)

 

در این فرمول نیز n ضریب زبری سطح مجرا است و مقدار آن از جدول 1-3 به دست میآید.

 

 

-5-3 طراحی غنو


 

راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

 

 

 

 

 

86.9

C =

 

 

 

m

1+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ضریب m

 

0/060

 

0/160

 

0/460

 

0/850

 

1/306

 

1/75

 

 

 

 

 

 

 

RSV = n1 R61

 

 

 

 

1

C = n1 R6

 

 

 

با توجه به نقش شعاع هیدرولیکی در توانایی انتقال آب، غنوها را باید به گونهای طراحی کرد که تا حد امکان شعاع هیدرولیکی آن ها حداکثر شود زیرا با یک سطح مقطع ثابت و در نتیجه حجم حفاری ثابت، هر چقدر شعاع هیدرولیکی غنو بیشتر باشد، قابلیت انتقال آب آن زیادتر است.

 

 

 

1-Bazin 2- Maning

 

فصل سوم- دستورالعمل طراحی غنوها                                                                                                         2 7

 

 

 

 

در بین سه مقطع متداول دایره، ذوز نقه و مستطیل، شعاع هیدرولیکی به ترتیب کاهش مییابد، بنابراین از نقطه نظر شعاع هیدرولیکی تا حد امکان باید به ترتیب از مقاطع یاد شده استفاده کرد. مسایل دیگری از قبیل امکانات حفر و نگهداری دیوارهای غنو نیز باید مورد توجه قرار گیرد و با توجه به تمام نکات، مناسبترین مقطع انتخاب شود.

 

از آنجا که احداث غنوهای دایره ای مشکل است و حتما به دیوارسازی نیاز دارد لذا معمولا از این مقطع به عنوان غنو استفاده نمیشود، مگر آنکه بدین منظور، لولههای سیمانی به حالت نیمهپر به کار رود.

مقطع ذوز نقه به علت سهولت حفر و نگهداری و نیز نزدیک بودن به نیم دایره، از جمله مقاطعی است که برای انتقال آب در تونلها و معادن روباز توصیه میشود.

 

-1-5-3 شرط ماکزیمم شدن شعاع هیدرولیکی

 

شعاع هیدرولیکی هر یک از سه مقطع متداول دایره، ذوز نقه و مستطیل تنها در شرایط خاصی که نسبت معینی بین اضلاع آن برقرار باشد، ماکزیمم میشود و مقدار این شعاع هیدرولیکی ماکزیمم به شرح زیر است (شکل :(3-3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

پ

 

 

 

 

 

شکل -3-3 مقاطع مناسب برای غنوها

 

الف- مقطع دایره

 

 

 

 

 

شعاع هیدرولیکی

این مقطع هنگامی ماکزیمم است که عمق آب در آن برابر شعاع دایره باشد (شکل -3-3 الف) و در این

 

وضعیت، شعاع هیدرولیکی برابر با

d

 

یعنی نصف عمق آب است.

 

2

 

 

 

 

 

 

ب- مقطع ذوزنقه

 

شعاع هیدرولیکی این مقطع هنگامی که ذوزنقه متساویالساقین باشد و هر یک از ساق ها برابر قاعده پایین و شیب آنها 60

 

درجه باشد، ماکزیمم و برابر با

d

 

یعنی نصف عمق آب است (شکل -3-3 ب).

 

2

 

 

 

 

 

پ- مقطع مستطیل

 

شعاع هیدرولیکی مقطع مستطیل هنگامی ماکزیمم است که عمق آب در آن نصف عرض مقطع باشد (شکل -3-3پ) و در این

 

حالت، شعاع هیدرولیکی برابر با

d

 

یعنی نصف عمق آب است.

 

2

 

 

 

 

 

 

b = 1.1547d

2 8                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

-2-5-3 طراحی مقطع بهینه

 

در مواقعی که هیچ گونه محدودیتی وجود نداشته باشد، ابعاد مقطع غنو را باید به گونهای در نظر گرفت که شعاع هیدرولیکی آن ماکزیمم شود. ابعاد بهینه در مورد مقاطع مختلف به شرح زیر است:

 

الف- مقطع دایره

 

اگر شعاع مقطع دایره ایدهآل d باشد، اندازه بهینه آن از رابطه زیر به دست میآید:

 

(10-3)

 

4.04nQ

 

d =2.66

 

 

S0.5

 

 

که در آن:

 

=d شعاع دایره مقطع

 

=n ضریب زبری مقطع که از جدول 1-3 به دست میآید. =Q شدت جریانی که باید از غنو عبور کند.

=S شیب غنو

 

ب- مقطع ذوزنقه

اگر عمق آب در غنو d باشد، اندازه آن از رابطه زیر حاصل میشود:

 

(11-3)

 

1.344nQ

 

d =2.66

 

 

S0.5

 

 

در این رابطه نیز n، Q و S همان مفاهیم رابطه 10-3 را دارند. با تعیین d، طول ساقها که مساوی قاعده پایینی است، از رابطه

 

زیر محاسبه میشود: (12-3)

پ- مقطع مستطیل

 

ارتفاع بهینه آب در مورد مقطع مستطیل از رابطه زیر به دست میآید:

 

(13-3)

 

0.7933nQ

 

d =2.66

 

 

S0.5

 

 

 

در این رابطه نیز n، Q و S همان مفاهیم رابطه 10-3 را دارند، با تعیین d، عرض غنو (b) از رابطه زیر به دست میآید.

 

 

(14-3)

 

 

 

 

b = 2d

 

 

-6-3 طراحی غنو با وجود محدودیت

 

 

در طراحی غنو تونل ها، معمولا محدودیتی از نظر عرض وجود دارد زیرا وجود دو رشته راه آهن و بعضی تاسیسات دیگر، مانع از

 

فصل سوم- دستورالعمل طراحی غنوها                                                                                                         2 9

 

 

 

 

آن است که عرض ایدهآل برای غنو در نظر گرفته شود. در این موارد، نمیتوان شعاع هیدرولیکی را به حالت ماکزیمم در نظر گرفت بلکه باید ابعاد آن را به گونه ای محاسبه کرد که بتواند شدت جریان مورد نظر را عبور دهد. از آنجا که در این موارد به علت مشخص نبودن ابعاد غنو ، سطح مقطع و شعاع هیدرولیکی هر دو نامعلوم است لذا نمی توان مستقیما این دو را محاسبه کرد بلکه باید از روش سعی و خطا کمک گرفت. در این موارد میتوان روشهای دستی و یا برنامههای کامپیوتری را به کار برد.

 

-1-6-3 روش دستی

 

در این روش، ابتدا یک مقدار فرضی برای R در نظر گرفته شده و به کمک آن ابعاد سطح مقطع محاسبه میشود و آنگاه با استفاده از فرمول مانینگ، شدت جریان آبی که قادر به عبور است به دست میآید و با مقایسه این شدت جریان محاسبهای با شدت جریان مورد نظر، بسته به کمتر یا بیشتر بودن این شدت جریان، بار دیگر مقدار جدیدی برای R در نظر گرفته شده و محاسبات تکرار میشود این عمل آن قدر ادامه مییابد تا شدت جریان محاسبه ای با شدت جریان مورد نظر در حد قابل قبولی مطابقت داشته باشد. برای این که تعداد تکرارها کاهش یابد، بسته به شکل مقطع، میتوان راهنمای اولیهای برای انتخاب اولین R به دست آورد. به عنوان مثال در مورد غنوهای مستطیلی به عرض b شعاع هیدرولیکی باید در رابطه زیر صدق کند:

 

(15-3)

 

b

R <

 

2

 

 

 

 

بنابراین مقادیری که برای R انتخاب میشود، باید

همواره کمتر از نصف عرض آن باشد و بدین ترتیب اولین R را میتوان به

 

 

کمک این رابطه انتخاب و محاسبات را تکرار کرد تا به نتیجه برسد. در مواردی که محدودیتی برای سایر مشخصات غنو از قبیل شیب و پوشش سطح وجود داشته باشد نیز به همین ترتیب عمل می شود.

 

-2-6-3 استفاده از برنامههای کامپیوتری

 

برای طراحی مشخصات غنوها اعم از حالتی که محدودیتی وجود داشته یا نداشته باشد، برنامههای کامپیوتری مختلفی تهیه شده است که با استفاده از آنها، طراحی را میتوان با دقت و سرعت انجام داد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل 4

 

 

دستورالعمل انتخاب موقعیت و ابعاد مخزن

 

 

 

 

فصل چهارم- د ستورالعمل انتخاب موقعیت و ابعاد مخزن                                                                                              33

 

 

 

 

-1-4 آشنایی

 

آب طبقات مختلف معادن زیرزمینی که به وسیله چاه یا تونل مورب گشایش یافته اند، باید به مخزن یا مخازن آب منتقل شده و از آنجا به وسیله خط لوله و تل مبه، به بیرون معدن هدایت شود. انتقال آب در تونل ها به محل مخزن از طریق غنوهایی است که در کف تونل احداث میشوند.

 

در معادن روباز نیز آب پله ها را باید به کمک غنو احداثی، به مخزن آب اصلی هدایت کرد و از آنجا با ا ستفاده از تلمبه و یا به روشهای دیگری که امکان داشته باشد (مثل احداث تونل آببر) به بیرون فرستاد.

 

-2-4 انتخاب محل مخزن

 

اگر میزان آب معدن زیاد نباشد (کمتر از 15 لیتر در ثانیه)، چاه اصلی معدن کمی عمیقتر حفر میشود و فضایی که به این ترتیب به دست میآید، برای جمع آوری آبها در نظر گرفته میشود. اگر آب بیش از 15 لیتر در ثانیه باشد، باید محل جداگانهای برای این منظور احداث کرد. محل مخزن باید کمی از چاه اصلی فاصله داشته باشد تا کف چاه خشک یا حداقل کم آب بماند. این کار سبب می شود که عمیق کردن چاه در موارد لازم  ، به آسانی انجام گیرد. گرچه در حالت کلی، مخزن آب در نزدیکی چاه اصلی احداث میشود ولی اگر منشا اصلی آب های معدن در محلی دور از چاه واقع باشد، بهتر است مخزن در این محل احداث و آب را به کمک

 

خط لوله به چاه هدایت کرد.

 

در معادن زغال سنگ، که قسمت عمده آب از لایههای زغالسنگ منشا میگیرد، محلهای گودی که در تونلهای دنبالهرو (دنبال لایه) قرار دارد، خود محل ت جمع آب است و به کمک آبکشی فرعی، آب از این مخازن به مخزن اصلی هدایت میشود. در حالت کلی، مخزن آب به شکل تونل هلالی شکل، در حوالی انتهای چاه یا تونل مورب احداث میشود.

 

در معادن عمیق، که آب از عمیقترین نقاط مع دن به سطح زمین پمپاژ می شود، ممکن است گزینه بهتر، احداث مخازن جداگانه برای هر یک از طبقات باشد. در این صورت، آب هر مخزن به مخزن بالایی پمپاژ می شود و در نهایت به سطح زمین میرسد. این امر سبب می شود که ارتفاع رانش هر تلمبه کاهش یابد. عیب این روش نیاز به مخازن و تلمبههای متعدد است. درصورتی که اگر تمام آبها به پایینترین نقطه معدن هدایت و از آنجا به وسیله یک تلمبه قوی پمپاژ شود، فقط به یک مخزن نیاز است. در این روش نیز میتوان به جای یک تلمبه قوی، از چندین تلمبه به حالت سری استفاده کرد.

 

-3-4 تعیین ظرفیت مخزن

 

ظرفیت مخزن به مقدار آب ورودی به معدن، قدرت، مدت زمان کار و تعداد تلمبهها بستگی دارد. معمولا تلمبه در تمام شبانهروز کار نمیکند و در فواصل زمانی معینی به کار میافتد. در صورتی که میزان آب معدن خیلی زیاد باشد، تلمبهها باید دایما کار کنند و در این صورت، تلمبه خانه باید یک یا چند تلمبه یدکی داشته باشد. ظرفیت مخزن تا حد امکان باید به اندازه حجم آب یک شبانهروز باشد تا در صورتی که در تلمبهها یا خط لوله اشکالی پیش آید، توقف آبکشی مشکلاتی به بار نیاورد.

 

3 4                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

در مواردی که آب ورودی به مخزن گل آلود باشد، ممکن است حجم قابل توجهی از مخزن از گل و لای پر شود و در این موارد، مخزن باید به گونه ای ساخته شود که بتوان قسمتهایی از آن را از ورود آب معدن مصون نگه داشت و بدین ترتیب آن را لایروبی کرد. همچنین می توان قسمت ورودی آن را به صورت شیبدار ساخ ت تا قسمت بیشتر مواد در این قسمت ته نشین شود و در این حالت لایروبی این قسمت آسان است.

 

اگر آبکشی فقط با یک تلمبه انجام شود، حداقل حجم مخزن آب، تابع مدت زمان کار تلمبه و به عبارت دیگر، تعداد دفعات خاموش و روشن شدن تلمبه است. در این موارد که تلمبه به طور دایم کار می کند، تعداد دفعات به کار افتادن آن در هر ساعت باید برای 10 تا 15 دفعه تنظیم شود. بدین ترتیب اگر تعداد دفعات به کار افتادن آن 10 نوبت باشد، تلمبه باید هر 6 دقیقه یک بار به کار افتد.

 

مطابق شکل 1-4 در مورد مخازنی که در آنها فقط یک تلمبه نصب شده باشد، بین حداقل حجم مخزن لازم یعنی حجم لازم بین حداقل و حداکثر سطح آب در مخزن (V)، شدت جریان آب ورودی به مخزن (Qin)، شدت جریات تلمبه (Q) و مدت زمان بین

 

دو شروع متوالی تلمبه (T) رابطه زیر برقرار است (شکل :(1-4

 

 

 

 

 

 

(1-4)

 

V

+

V

T = Ts + TP =

 

 

Q - Qin

Qin

 

 

 

 

 

 

که در آن TS، زمان توقف تلمبه و TP، زمان پمپاژ است.

 

 

 

 

 

 

بدین ترتیب با در دست داشتن زمان تناوب کار تلمبه (که معمولا 4 تا 6

دقیقه در نظر گرفته می شود)، شدت جریان آب ورودی

 

 

به مخزن و شدت جریان تلمبه، میتوان حداقل حجم مخزن را به دست آورد و با توجه به ضریب اطمینان (حداقل 20 درصد)، حجم نهایی را انتخاب کرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -1-4 مخزن با یک تلمبه

 

در مواردی که چندین تلمبه به طور همزمان کار می کنند، بسته به چگونگی کار کردن و توقف آن ها، حداقل حجم لازم متفاوت است (شکل .(2-4 در این موارد، باید از یکی از دو روش زیر استفاده شود:

 

در روش اول، تلمبهها یکی پس از دیگری به ترتیب به کار میافتن د و پس از آنکه تمام آن ها در مدار وارد شدند، به ترتیب خاموش میشوند (شکل -2-4ب) در صورتی که در روش دوم، تلمبهها یکی پس از دیگری به کار میافتند و همه با هم کار میکنند

 

فصل چهارم- د ستورالعمل انتخاب موقعیت و ابعاد مخزن                                                                                              35

 

 

 

 

و پس از این که سطح آب به حداقل لازم رسید، همه با هم خاموش میشوند (شکل -2-4ج).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -2-4 مخزن با تلمبههای متعدد

 

در هر دو روش، شدت جریانی که هر تلمبه به تنهایی در لوله به جریان میاندازد، با شدت جریانی که هر یک در حالت همزمان به جریان میاندازند، متفاوت و بیشتر از آن است. نحوه محاسبه حجم مخزن در دو روش یاد شده به شرح زیر است:

 

-1-3-4 روش توقف تدریجی تلمبهها

 

برای محاسبه حجم مخزن در این روش، میتوان از نمودار 3-4 استفاده کرد. در این نمودار در محور قائم، حداقل حجم بر حسب متر مکعب و در محور ا فقی، شدت جریان تلمبه بر حسب لیتر در ثانیه آورده شده است. همچنین تعداد دفعات شروع به کار تلمبه در ساعت و نیز زمان بین دو شروع متوالی (بر حسب ثانیه) با خطوط مورب نشان داده شده است.

 

3 6                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -3-4 محاسبه حجم مخزن در روش توقف تدریجی تلمبهها

 

به عنوان مثال اگر چ هار تلمبه به تناوب کار کنند و شدت جریان آن ها به حالت تنهایی و مشترک به ترتیب 300، 280، 250 و200 لیتر در ثانیه باشد، برای تعیین حجم مربوط به هر مرحله، باید از شدت جریان نظیر هر تلمبه خط قائمی رسم کرد تا خط مورب نظیر تعداد دفعات شروع تلمبه را (که در این مثال 10 بار در ساعت و یا به فواصل زمانی هر 6 دقیقه است) قطع کند. از محل تلاقی، خط افقی رسم میشود تا محور حجم را قطع کند. در این حالت حجم مربوطه به دست میآید. بنابراین حداقل حجم مخزن، با توجه به شکل 2-4 و بر اساس رابطه زیر برابر است با:

 

متر مکعب    V = V0 + V1 + V2 + V3 + V4 = V0 + 27 + 25 + 22 + 18 = V0 + 92

 

در این رابطه V0 حداقل حجم مخزن برای نصب تلمبه است.

 

 

-2-3-4 روش توقف همزمان تلمبهها

 

برای محاسبه حجم مخزن در این روش، از نمودار 4-4 استفاده میکنند. در این نمودار، حجم هر مرحله در محور قائم، فاصله زمانی شروع تلمبه ها در محور افقی و شدت جریان تلمبهها روی خطوط مورب آورده شده است. برای محاسبه حجم مخزن هر مرحله، از نقطه نظیر فاصله زمانی (که در این مثال 6 دقیقه است) خط قائمی رسم می شود تا محور قائم را در نقطه نظیر حجم

 

مربوطه قطع کند. به عنوان مثال، با همان اطلاعات تلمبههای قبلی، حجم هر مرحله به شرح زیر خواهد شد:

 

فصل چهارم- د ستورالعمل انتخاب موقعیت و ابعاد مخزن                                                                                              37

 

 

 

متر مکعب V4 =4 مترمکعب V3 =6 متر مکعب V2 =10 متر مکعب V1 =27 و حجم کلی مخزن خواهد شد:

 

 

متر مکعب       V = V0 + V1 + V2 + V3 + V4 = V0 + 27 + 10 + 6 + 4 = V0 + 47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -4-4 نمودار محاسبه حجم مخزن در روش توقف همزمان تلمبهها

 

-4-4 تجهیزات و تاسیسات مخزن

 

شکل و ابعاد مخزن آب، تابع امکانات و وضعیت معدن است. در جلو مخزن آب، تلمبهخانه قرار دارد و بسته به نوع تلمبهها، ارتباط تلمبه با مخزن به یکی از دو روش زیر انجام میگیرد:

 

-1-4-4 ارتباط مخزن و تلمبه به وسیله لوله

 

این روش در مواردی به کار میرود که برای آبکشی از تلمبههایی که به حالت افقی نصب شدهاند استفاده شود (شکل .(5-4 مطابق شکل، تلمبهخانه به وسلیه دیوار بتنی از مخزن آب جدا شده و لوله مکش تلمبه، از زیر این دیوار، به مخزن آب مرتبط

 

میشود. تمام تلمبهها و از جمله تلمبه یدکی با مخزن آب ارتباط دارند.

 

3 8                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -5-4 ارتباط مخزن آب و تلمبهخانه

 

-2-4-4 ارتباط مستقیم مخزن و تلمبه

 

در مواردی که از تلمبههای مستغرق1 استفاده میشود، اگ ر چه مخزن و تلمبه خانه به وسیله دیوار حایلی از یکدیگر جدا هستند ولی در زیر دیوار و در مقابل هر تلمبه، سوراخی احداث میشود که آب از طریق آن مستقیما وارد چشم تلمبه میشود.

 

دیواره حایل ، مخزن را به دو بخش، محفظه آب ورودی و محفظه تلمبه تقسیم میکند. معمولا ارت فاع دیواره در جلو لوله ورودی کمی بلندتر از ارتفاع لوله و در اطراف کمی کوتاه تر است. در مواردی که آب ورودی زیاد باشد، آب به حالت سرریز از روی آن عبور میکند (شکل .(6-4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -6-4 دیواره حایل بین محفظههای آب ورودی و تلمبه

 

 

 

 

 

 

 

1-Submersible

 

فصل چهارم- د ستورالعمل انتخاب موقعیت و ابعاد مخزن                                                                                              39

 

 

 

 

در شکل 7-4 تصاویر افقی و قائم مخزن و تلمبهخانه با چهار تلمبه نشان داده است. ابعاد قسمت های مختلف این مخزن را میتوان از نمودار 8-4 به دست آورد. به هنگام محاسبه ابعاد مخزن با استفاده از این نمودار ابعاد B و C یعنی فاصله بین دو تلمبه آخری تا دیواره تلمبهخانه نباید به ترتیب از 20 و 10 سانتیمتر کمتر باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -7-4 تصاویر افقی و قائم مخزنی با چهار تلمبه

 

-5-4 نحوه احداث مخزن

 

اولین قدم در آماده سازی محل، توجیه و پیاده کردن محل مخزن و سپس حفر آن است پس از آماده شدن محل، باید دیوارهای آن را به وسیله بلوک های بتنی یا بتن پاشی نگهداری و کف م خزن را نیز بتن ریزی کرد. پس از آماده شدن مخزن، باید محل تلمبهخانه را که معمولا در جلو مخزن است، مشخص و دیوار حایل را احداث کرد. مرحله بعد، احداث فونداسیون تلمبه و موتور آن

 

4 0                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

است. طول و عرض قشر بتن زیر تلمبه و موتور باید حداقل 30 سانتیمتر از ابعاد موتور و ت لمبه بزرگتر و ضخامت آن حدود 10 سانتیمتر باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -8-4 نمودار محاسبه ابعاد مخزن شکل 7-4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل 5

 

 

دستورالعمل انتخاب مشخصات لوله انتقال آب

 

 

 

 

فصل پنجم- دستورالعمل انتخاب مشخصات لوله انتقال آب                                                                                 4 3

 

 

 

 

-1-5 آشنایی

 

آبی که از طریق غنو در مخزن آب جمع می شود، باید از طریق خط لوله و به کمک تلمبه، به بیرون معدن انتقال یابد. خط لوله باید دارای ویژگیهای زیر باشد:

 

الف- ب اید قادر به تحمل فشارهای موثر باشد که در بعضی موارد ممکن است به چند ده بار برسد. همچنین باید نوسانات فشار را نیز تحمل کند.

ب- خط لوله باید به گونهای احداث شود که در موارد لزوم، به سهولت بتوان قطعات آن را جدا، تعمیر یا تعویض کرد.

 

پ- از آنجا که آبهای معدنی حاوی مواد شیمیایی مختلفاند، لذا داخل و خارج خط لوله باید در مقابل خورندگی مقاوم باشد. ت- از نظر مکانیکی نیز خط لوله باید مقاوم باشد و در اثر ضربات احتمالی، آسیب نبیند.

 

از آنجا که شدت جریان آبکشی از جمله عوامل مهم در تعیین قطر و سایر مشخصات خط لوله است لذا ابتدا باید شدت جریان آبکشی مشخص شده و در پی آن، مشخصات خط لوله تعیین شود.

 

-2-5 تعیین شدت جریان آبکشی

 

شدت جریان آبی که باید از لوله ها عبور کند تابع مقدار آب موجود در معدن است و نیز به قدرت تلمبه و مدت زمانی که از آن استفاده میشود بستگی دارد. حجم مخزن آب داخل معدن نیز عامل دیگری در تعیین این شدت جریان است.

 

یکی از مسای ل مهم در این مورد، آن است که شدت جریان و زمان آبکشی به گونه ای انتخاب شود که از نظر مصرف انرژی با صرفهترین باشد. بعضی از مصرفکنندههای انرژی در معدن مثل بادبزن اصلی، روشنایی داخل معدن، دستگاه های حمل و نقل و حفاری دایمی هستند . بعضی از مصارف انرژی نیز مانند روشنایی محوطه بیرون معدن و منازل مسکونی الزاما باید در زمان معینی انجام شود . معمولا در طول ساعات 22 شب تا 6 صبح، مصارف متفرقه وجود ندارد و از نظر متعادل شدن مصرف برق در شبانهروز، میتوان آبکشی را در این مدت انجام داد. بنابراین نحوه تامین انرژی برق معدن نیز از جمله مسایل مهمی است که در تعیین شدت جریان آبکشی تاثیر دارد.

با توجه به آنکه در مرحله اکتشاف، میزان آبی که در مراحل مختلف معدنکاری در معدن به جریان میافتد تعیین میشود لذا در م رحله طراحی سیستم آبکشی معدن با توجه به این داده ها، باید شدت جریان منا سب را انتخاب کرد. در حالت کلی، توصیه میشود که شدت جریان آبکشی به گونه ای انتخاب شود که طی یک شیفت کاری (ترجیحا ساعت 22 شب تا 6 صبح) بتوان کل آب یک شبانهروز را به بیرون معدن انتقال داد.

 

-3-5 تعیین قطر لولهها

 

انتخاب قطر لوله تابع شدت جریان، سطح مقطع چاه یا تونل مورب و محدودیت انرژی است، زیرا خط لوله آبکشی قسمتی از فضای مفید حفریه را میگیرد. اگر فقط لولههای معینی در دسترس و استفاده از آنها الزامی باشد، باید خط لوله را محاسبه و با توجه

 

44                                                                                                                          راهنمای آبکشی در معادن

 

 

به اختلاف ارتفاع و افت حاصله ، تلمبه مناسب را برای آن انتخاب کرد. در بسیاری موارد، از نقطه نظر انتخاب تلمبه محدودیت وجود دارد یعنی در بازار تلمبه هایی موجود است که به ناچار باید از آن ها استفاده کرد. در چنین حالاتی قطر لوله را باید متناسب با تلمبه انتخاب کرد.

 

اگر هیچ محدودیتی وجود نداشته باشد، قطر لوله را باید بر اساس سرعت مجاز انتخاب کرد. سرعت آب در لوله باید به گونهای باشد که فشار دینامیکی آب بتواند مواد موجود در آب را به بالا حرکت دهد و بنابراین بسته به نوع ذرات و مواد همراه با آب، این سرعت متفاوت است (جدول .(1-5 از آنجا که لوله ها در قطرهای استاندارد تهیه میشوند لذا باید لوله ای را انتخاب کرد که سرعت

 

آب در آن به سرعت مورد نظر نزدیکتر باشد. استاندارد قطر لولهها بر حسب اینچ به شرح جدول 2-5 است.

 

 

 

 

 

جدول -1-5 سرعت مناسب آب در لوله در حالتهای مختلف (اعداد بزرگتر مربوط به لولههای قائم است)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نوع مواد و ذرات همراه با آب

 

 

 

 

 

سرعت مناسب- متر در ثانیه

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

پساب کارخانه کانهآرایی

 

 

 

 

 

 

1/5-2/1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ماسه ریز

 

 

 

 

 

 

 

 

2/4-3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ماسه معمولی

 

 

 

 

 

 

 

 

3/4-3/7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ماسه درشت تمیز

 

 

 

 

 

 

3/7-4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شن و خرده سنگ

 

 

 

 

 

 

4/3-4/5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول -2-5 استاندارد لولههای صنعتی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ردیف

1

 

2

 

3

 

4

5

6

 

7

8

9

10

 

11

12

 

13

14

 

15

16

 

قطر اسمی بر

 

1

 

 

 

3

 

١

 

 

1

1

 

1

1

2

 

 

1

2

3

4

6

 

8

10

 

12

14

 

16

18

 

حسب اینچ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

قطر اسمی بر

12/7

19/05

25/4

 

31/75

38/1

50/8

 

63/5

76/2

101/6

152/4

 

203/2

254

 

304/8

355/6

 

406/4

457/2

 

حسب میلی متر

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

اگر مخزن آب به اندازه کافی بزرگ باشد که گل و لای همراه با آب در آن تهنشین شود، سرعت 1/5

متر در ثانیه از نظر افت

 

انرژی سرعت مناسبی است که توصیه میشود قطر محاسبهای لوله بر اساس آن و از رابطه زیر انتخاب شود:

 

 

 

 

 

 

 

(1-5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.8488Q

 

که در آن:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=d قطر لوله بر حسب متر

 

=Q شدت جریان آبکشی بر حسب متر مکعب در ثانیه

 

پس از مشخص شدن قطر محاسبهای، باید با مراجعه به جدول 2-5، نزدیکترین قطر به قطر محاسبهای انتخاب و محاسبات بر اساس آن انجام شود.

 

فصل پنجم- دستورالعمل انتخاب مشخصات لوله انتقال آب                                                                                 4 5

 

 

 

 

-4-5 انتخاب جنس لولهها

 

لوله های فولادی جدار ضخیم از جمله بهترین لوله هایی هستند که در آبکشی معدن به کار میروند. معمولا قطر لولههای فشار قوی بیشتر از ده اینچ نیست زیرا در غیر این صورت، قطعات آن سنگین شده و نصب و تعویض آنها در داخل چاه مشکل میشود. برای آبکشیهای موضعی، اگر فشار موثر بر خط لوله زیاد نباشد از لوله های ساخته شده از مواد پلیمری میتوان استفاده کرد. مثلا لولههای از جنس پلی اتیلن نرم تا فشار 10 آتمسفر را به خوبی تحمل میکنند. لولههای ساخته شده از پلی اتیلن سخت نیز تا 10 اتمسفر را تحمل میکنند و بسیار سبکتر از لولههای فولادیاند.

 

از آنجا که در معادن عمیق، ارتفاع آبکشی و در نتیجه فشار موثر بر لولهها زیاد است لذا در این موارد، باید از لولههای فولادی بدون درز استفاده کرد. انتخاب نهایی لوله مشروط بر آن است که از نظر تحمل فشار به شرطی که در بند 5-5 آمده است، کنترل شود.

 

-5-5 بررسی لوله از نظر تحمل فشار

 

پس از تعیین حداکثر فشار موثر بر لوله مشخصات آن باید در رابطه زیر صدق کند:

 

 

 

(2-5)

<

P ×r

 

δ

 

که در آن:

 

 

 

 

 

=P حداکثر فشار موثر بر لوله بر حسب پاسکال

 

 

 

 

=r شعاع داخلی لوله بر حسب میلیمتر =δ ضخامت جدار لوله بر حسب میلیمتر =f ضریب ایمنی

 

=σ تنش کششی مجاز لوله بر حسب پاسکال اگر مشخصات لوله در این رابطه صادق نباشد، باید یا لولههای مقاومتری را انتخاب کرد یا با احداث ایستگاههای فرعی پمپاژ،

 

فشار موثر بر لوله را کاهش داد تا رابطه 2-5 برقرار شود.

 

-6-5 نحوه نصب لوله

 

نحوه نصب لوله به جنس و مشخصات آن بستگی دارد. لولههایی که از پلیاتیلن ساخته شدهاند، به صورت قرقرهاند و در بعضی موارد طول قرقره به چند ده متر میرسد. این لولهها چندان نیازی به اتصالات ندارند و به علت سبکی به آسانی قابل نصباند.

 

لوله های فولادی فشار قوی به وسیله فلانچ به یکدیگر متصل میشوند. در این نوع اتصال، واشر بین فلانچ نیز باید از جنسی باشد که ف شار وارده را تحمل کند. معمولا چندین شاخه لوله را در بیرون به یکدیگر متصل کرده و آنگاه آن ها را داخل چاه میکنند. به کمک قفس و جرثقیل معدن میتوان تا 100 متر لوله سنگین را داخل چاه حمل و آن را نصب کرد.

 

وزن لولهها به وسیله تیرآهنهایی که در فواصل معین با بتن در داخل چاه محکم شدهاند، تحمل میشود. در بعضی موارد، لولهها از سرچاه پایین داده میشوند و همانند چاه های آب، از بالا، لوله های جدیدی به آن جوش داده میشوند و یا به وسایل دیگر متصل

 

64                                                                                                                          راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

میشوند. لولههای به طول چند ده متر نیز با این روش قابل نصب است. اتصال لوله ها به هر نحو که باشد، در طول هر قطعه آزاد آن باید حداقل یک اتصال قابل انبساط و انقباض موجود باشد تا به هنگام تغییر دما، اشکالی پیش نیاید.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل 6

 

 

دستورالعمل محاسبه افت در خط لوله

 

 

 

 

فصل ششم- دستورالعمل محاسبه افت در خط لوله                                                                                          4 9

 

 

 

 

-1-6 آشنایی

 

پس از تعیین شدت جریان آبکشی و انتخاب قطر و جنس لوله، باید افت انرژی در خط لوله طی مراحل زیر محاسبه شود: الف- تعیین رژیم جریان آب ب- محاسبه ضریب اصطکاک با استفاده از جدولهای عمومی

 

پ- محاسبه ضریب اصطکاک در جریان آرام ت- محاسبه ضریب اصطکاک در لولههای صاف ث- محاسبه ضریب اصطکاک در لولههای زبر ج- محاسبه افتهای موضعی چ- محاسبه افت دینامیکی

 

-2-6 تعیین رژیم جریان آب در لوله

 

از آنجا که در بسیاری از فرمولهای محاسبه افت، نوع جریان و عدد رینولدز دخالت دارند لذا ابتدا باید عدد رینولدز جریان از رابطه زیر محاسبه شود:

(1-6)

V .d

Re =

 

 

 

 

 

ν

 

 

که در آن:

 

 

 

 

 

=Re عدد رینولدز (بدون بعد)

 

 

 

 

 

=V سرعت آب در لوله که از تقسیم شدت جریان آبکشی بر سطح مقطع لوله به دست میآید.

 

 

 

 

 

=d قطر لوله

 

 

 

 

 

=ν ضریب گرانروی سینماتیکی آب

 

 

 

 

 

ضریب گرانروی سینماتیکی از رابطه زیر به دست می آید:

 

 

 

 

 

(2-6)

 

μ

ν =

 

 

ρ

 

 

 

 

 

 

که در آن:

 

= μ ضریب گرانروی دینامیکی = ρ جرم مخصوص

در کاربرد روابط 1-6 و 2-6 باید تمام اجزای فرمول طی سیستم آحاد یکسانی عددگذاری شوند. در جدول 1-6 ضریب گرانروی دینامیکی آب در سیستم آحاد C.G.S داده شده است.

 

اگر عدد رینولد محاسبه شده بیش از 2300 باشد (که عموما خیلی بیش از این مقدار است)، جریان در لوله به حالت مغشوش است

 

5 0                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

که باید از روابط مربوط به جریات مغشوش استفاده کرد و در غیر این صورت جریان به حالت آرام است.

 

جدول -1-6 ضریب گرانروی دینامیکی آب در دماهای مختلف

 

 

 

 

 

 

 

دما

ضریب گرانروی دینامیکی

 

 

درجه سانتیگراد

سانتیپواز

 

 

 

 

 

 

 

0

1/797

 

 

 

 

 

 

 

5

1/528

 

 

 

 

 

 

 

10

1/307

 

 

 

 

 

 

 

15

1/140

 

 

 

 

 

 

 

20

1/004

 

 

 

 

 

 

 

25

0/895

 

 

 

 

 

 

 

30

0/803

 

 

 

 

 

 

 

40

0/655

 

 

 

 

 

 

 

50

0/551

 

 

 

 

 

 

 

60

0/470

 

 

 

 

 

 

 

 

-3-6 رابطه عمومی محاسبه افت در لولهها

 

رابطه عمومی محاسبه افت در لولهها موسوم به رابطه دارسی- ویسباخ1 به شرح زیر است:

(3-6)

 

 

V 2

 

l

 

f =

 

 

 

2g

 

 

d

 

 

که در آن:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=hf ارتفاع نظیر افت در لوله

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= λ ضریب اصطکاک لوله (بدون بعد)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=l طول لوله

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= d قطر لوله

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=V سرعت آب در لوله

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=g شتاب جاذبه

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

این رابطه به صورت زیر نیز نوشته میشود:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4-6)

V 2

 

λ

=

 

hf

S =

 

d   2g

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1- Darcy Weisbach

 

فصل ششم- دستورالعمل محاسبه افت در خط لوله                                                                                          5 1

 

 

 

 

که در آن S افت حاصله به ازای واحد طول لوله است. مهمترین مسا له در مورد محاسبه افت در لولهها، تعیین ضریب اصطکاک مربوط به آن ها است که در حالت کلی تابع عدد رینولدز و زبری داخلی لوله است اما عامل زمان نیز در این ضریب موثر است که باید در نظر گرفته شود. ضریب اصطکاک لولههای ی که مدتی کار کرده اند به مراتب بیش از لوله های نو است زیرا به مرور زمان، سطح داخلی لوله فرسوده شده و زبری آن زیادتر میشود.

 

در طراحی لولهها، بسته به مدت استفاده از لوله باید ضریب اصطکاک را بیشتر در نظر گرفت تا در آینده نیز استفاده از خط لوله به اشکال برنخورد. بدین منظور میتوان از شکل 1-6 که در آن ضریب عمر متوسط لوله نسبت به سال های مختلف نشان داده شده است استفاده کرد.

 

تاثیر زمان در مورد لوله های کوچک به مراتب زیادتر از تاثیر آن در مورد لولههای بزرگ است زیرا زبری نسبی حاصله در مورد لولههای با قطر کوچک، اثر زیادتری دارد. در هر مورد میتوان به کمک منحنی1-6، ضریب عمر لوله را تعیین کرد و از حاصلضرب آن در ضریب اصطکاک لوله، ضریب اصطکاک واقعی آن را به دست آورد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -1-6 ضریب عمر متوسط لوله نسبت به سالهای استفاده از آن

 

-4-6 جدولهای عمومی محاسبه افت در لولهها

 

صرف نظر از نوع جریان، بسته به نوع لولهها میتوان ضریب افت λ را از جدولهای عمومی به دست آورد. جدول 3-6 نمونهای از این جداول است که بسته به نوع لوله، از آن میتوان استفاده کرد.

 

5 2                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

جدول -3-6 ضریب اصطکاک برای لولههای مختلف

 

(عدد حاصل از جدول را باید در 10-4 ضرب کرد تا ضریب اصطکاک حاصل شود. این ضرایب فقط برای آب در دمای 10 تا 20 درجه سانتیگراد معتبر است).

 

قطرلوله

وضعیت

 

 

 

 

سرعت- متر در ثانیه

 

 

 

 

 

اینچ

لوله

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0/3

0/6

0/9

1/2

1/5

1/8

2/4

3

4/5

6

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

معمولی

355

320

310

300

290

285

280

270

260

250

250

 

 

نو

300

265

250

240

230

225

220

210

200

190

185

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

معمولی

335

310

300

285

280

275

265

260

250

240

235

 

 

نو

275

250

240

225

220

210

205

200

190

180

175

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

معمولی

320

300

285

280

270

265

260

250

240

235

225

 

 

نو

265

240

225

220

210

205

200

190

185

175

170

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

معمولی

315

195

280

270

265

260

255

245

240

230

225

 

 

نو

260

230

220

210

205

200

190

185

180

170

165

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

معمولی

310

285

275

265

260

255

250

240

235

225

220

 

 

نو

250

225

210

205

200

195

190

180

175

165

160

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

معمولی

300

280

265

260

255

250

240

235

225

215

210

 

 

نو

240

220

205

200

195

190

180

175

170

160

155

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

معمولی

290

275

265

255

250

245

235

230

220

215

205

 

 

نو

230

210

200

195

190

180

175

170

165

160

150

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

معمولی

285

265

255

250

245

240

230

225

220

210

200

 

 

نو

225

200

195

190

185

180

175

170

165

155

150

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

معمولی

280

265

250

245

240

230

225

220

210

205

200

 

 

نو

220

195

190

185

180

175

170

165

160

155

150

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36

معمولی

275

255

245

240

235

230

225

220

210

200

195

 

 

نو

215

195

185

180

175

170

165

160

155

150

145

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48

معمولی

265

250

240

230

225

220

215

210

200

195

190

 

 

نو

205

190

180

175

170

165

160

155

150

145

140

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل ششم- دستورالعمل محاسبه افت در خط لوله                                                                                          5 3

 

 

 

 

-5-6 محاسبه ضریب افت در جریان آرام

 

در موارد نادری که عدد رینولدز کمتر از حد بحرانی 2300 و جریان آب در لوله به حالت آرام باشد، ضریب اصطکاک از رابطه زیر به دست میآید.

 

λl = 64Re (5-6) که در آن λl ، ضریب اصطکاک لوله و Re، عدد رینولدز است.

 

 

 

-6-6 محاسبه ضریب اصطکاک لولههای صاف در جریان مغشوش

 

اگر چه در عمل هیچ گاه لوله ها کاملا صاف ن یستند و دارای زبری هستند اما طبق پدیده لایه مرزی، به هنگام حرکت آب از درون لوله، قشری در جدار آن تشکیل میشود و مادامی که ضخامت این قشر از اندازه ناهمواریهای سطح داخلی لوله زیادتر باشد، می توان لوله را به عنوان لوله صاف در نظر گرفت. برای محاسبه ضریب اصطکاک در لوله های صاف در جریان مغشوش روابط زیر قابل استفاده اند.

 

-1-6-6 رابطه کوناکوف1

 

در مواردی که عدد رینولدز در محدوده عدد رینولدز بحرانی 2300) و (10 6 باشد، استفاده از این رابطه توصیه میشود:

 

(6-6)

 

 

1

 

 

 

 

 

λt =

 

 

 

 

( 1.8log Re- 1.5 )2

 

 

-2-6-6 رابطه بلوزیوس2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در مواردی که عدد رینولدز بین 230 تا 510 باشد، میتوان این فرمول را به کار برد:

 

 

 

 

 

 

 

(7-6)

 

 

 

 

 

 

 

 

0.3164

λt =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Re

 

-3-6-6 رابطه هرمان3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در مواردی که عدد رینولدز جریان در بازه 2×410 تا 2×610 تغییر کند، استفاده از این رابطه توصیه میشود:

 

 

 

 

 

 

 

(8-6)

 

 

0.396

 

λt = 0.0054 +

 

 

 

 

 

Re0.3

 

 

-4-6-6 رابطه نیکورادزه4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

به ازای اعداد رینولدز در بازه

5

تا

8  ، میتوان این فرمول را به کار برد:

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1- Konakov 2- Blasius 3-Hermann 4- Nikuradse

 

5 4                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

λt = 0.0032 + 0.221Re- 0.237                                                                                               (9- 6)

 

-7-6 محاسبه ضریب اصطکاک لولههای زبر در جریان مغشوش

 

در ضریب اصطکاک لوله های زبر در جریان مغشوش، دو عامل عدد رینولدز و زبری لوله دخالت دارند. زبری مطلق لوله به عنوان اندازه ناهمواری های آن بر حسب یک واحد دلخواه تعریف می شود و میزان آن با عمر لوله افزایش مییابد. زبری مطلق لولهها در جدول 4-6 درج شده است.

 

باید توجه داشت که زبری مطلق لوله چندان موثر نیست بلکه عامل اصلی، زبری نسبی یعنی حاصل تقسیم اندازه ناهمواریها بر شعاع یا قطر لوله است. برای محاسبه ضریب اصطکاک استفاده از روابط زیر توصیه میشود:

 

 

-1-7-6 رابطه آتشول

 

این رابطه به شکل زیر است:

 

 

(10-6)

 

 

که در آن d، قطر لوله و k، زبری مطلق لوله است.

 

-2-7-6 رابطه کلبروک1

این رابطه به شرح زیر است:

 

 

(11-6)

 

 

که در آن d، قطر لوله و k، زبری مطلق لوله است.

 

-3-7-6 رابطه کارمان2

رابطه کارمان به شرح زیر است: (12-6)

 

که در آن d، قطر لوله و k، زبری مطلق لوله است.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Re

 

 

 

 

 

1 / 8 log

=

 

 

 

 

 

+7

 

k

Re

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

3 / 71

= 2 log  (

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

           

 

 

 

 

 

 

 

8

 

( 4.75 + 5.75log rk )2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

λt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

λt

 

 

 

 

 

 

 

 

λt =

 

 

 

 

 

 

1 - Colebrook 2 -Karman

 

فصل ششم- دستورالعمل محاسبه افت در خط لوله                                                                                          5 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول -4-6 زبری مطلق لولهها

 

 

 

 

 

 

جنس لوله

نوع لوله

زبری مطلق

 

بر حسب میلیمتر (e)

 

 

 

 

لوله بیدرز فولادی

نو (متفاوت بر حسب درجهی صیقلی)

0/01 تا 0/05

 

لوله فولادی با درز

نو

0/05 تا 0/10

 

قشر نازک روی جدار لوله

0/15 تا 0/20

 

 

قشر ضخیم روی جدار لوله

تا 3

 

لوله فولادی پرچ شده

مختلف بر حسب طرز

1 تا 5 و حتی بیشتر

 

تهیه و نوع پرچ

تا حدود 10

 

 

 

لوله آهنی گالوانیزه

نو

0/12 تا 0/15

 

 

نو

0/05

 

لوله آهنگری شده

نو- روکش سیمان یا

0 صیقلی تا 0/12

 

 

قیر (درون لوله)

 

 

لوله چدنی از جمله لولههای

نو- بدون روکش

0/25

 

ریختهگری شده با روش گریز از مرکز

 

 

 

زنگزده

تا 1/5

 

(اتصال پیچ و مهره- اتصال نر و ماده)

 

 

 

قشر ضخیم زنگزدگی

تا3

 

 

-8-6 محاسبه افت موضعی در لولهها

 

افت موضعی در نتیجه پدیده های موضعی از قبیل تنگ شدن یا گشاد شدن ناگهانی یا تدریجی مقطع، زانوی ی، شیرفلکه و نظایر

 

آن در خط لوله به وجود میآید . از آنجا که عموما حرکت آب در لوله ها به حالت مغشوش است، لذا روابط، فقط برای محاسبه افت

 

موضعی در حالت جریان مغشوش در لولهها صادق است.

 

-1-8-6 گشاد شدن ناگهانی لوله

 

 

 

 

 

 

اگر مقطع لوله به طور ناگهانی از A1 به

A2 افزایش یابد، سرعت آن از V1 به V2 کاهش خواهد یافت و ارتفاع نظیر افت آن از

 

رابطه زیر محاسبه میشود:

 

 

 

 

 

 

(13-6)

)2

A1

= ( 1-

(V1 - V2 )2

hexp =

 

A

2g

 

2

 

که در آن

 

= A1 سطح مقطع اولیه لوله

 

= A2 سطح مقطع قسمت گشاد شده لوله

 

=V1 سرعت در مقطع اولیه لوله

 

=V2 سرعت در قسمت گشاد شده لوله

 

5 6

راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

-2-8-6 گشاد شدن تدریجی لوله

 

اگر مقطع لوله تدریجا گشاد شده و قطر آن از d1 به

d2 تبدیل شود، سرعت آن نیز از V1 به V2 کاهش مییابد (شکل .(2-6 در

این حالت اگر α زاویه واگرایی باشد، ارتفاع نظیر افت حاصله در نتیجه این تغییر مقطع از رابطه زیر به دست میآید:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -2-6 گشاد شدن تدریجی لوله

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(14-6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(V1 - V2 )2

dif =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

اندازه ضریب

φ در حالتهای مختلف از جدول 5-6 به دست میآید.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول -5-6 ضریب φ برای زوایای واگرایی مختلف

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d2/d1

 

 

 

 

زاویه α بر حسب درجه

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

10

 

15

 

20

 

30

50

 

60

 

 

 

1/2

 

0/02

0/04

 

0/09

 

0/16

 

0/25

0/35

 

0/37

 

 

 

1/4

 

0/03

0/06

 

0/12

 

0/23

 

0/36

0/50

 

0/53

 

 

 

1/6

 

0/03

0/07

 

0/14

 

0/26

 

0/42

0/57

 

0/61

 

 

 

1/8

 

0/04

0/07

 

0/15

 

0/28

 

0/44

0/61

 

0/65

 

 

 

2

 

0/04

0/07

 

0/16

 

0/29

 

0/46

0/63

 

0/68

 

 

 

2/5

 

0/04

0/07

 

0/16

 

0/30

 

0/48

0/65

 

0/70

 

 

 

3

 

0/04

0/08

 

0/16

 

0/31

 

0/48

0/66

 

0/71

 

 

 

4

 

0/04

0/08

 

0/16

 

0/31

 

0/49

0/67

 

0/72

 

 

 

5

 

0/04

0/08

 

0/16

 

0/31

 

0/50

0/67

 

0/72

 

 

 

-3-8-6 تنگ شدن ناگهانی لوله

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در حالتی که مقطع لوله به طور ناگهانی کاهش یابد و قطر آن از

d1 به

d2 تغییر کند، اگر سرعت آب در قسمت باریک لوله V2

 

فرض شود ارتفاع نظیر افت حاصله از رابطه زیر به دست میآید:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(15-6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V 2

con =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

con 2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

اندازه ضریب φcon از جدول 6-6 به دست میآید.

 

فصل ششم- دستورالعمل محاسبه افت در خط لوله

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول -6-6 مقادیر ضریب φcon به ازای نسبتهای مختلف

d1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d1

 

 

1/2

1/4

1/6

1/8

2

2/5

3

3/5

 

 

4

 

 

 

5

 

 

 

 

d2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φcon

 

0/08

0/17

0/26

0/34

0/37

0/41

0/43

0/43

 

 

0/45

 

0/46

 

 

-4-8-6 تنگ شدن تدریجی لوله

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

اگر قطر لوله به تدریج از

d1  به d2

کاهش یابد، سرعت آب در قسمت باریک لوله

V2، زاویه تقارب α ، نسبت سطح مقطع دو

 

لوله

A2

n = و ضریب افت لوله λt فرض شود، ارتفاع نظیر افت مربوط به آن از رابطه زیر حاصل میشود:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(16-6)

 

 

 

 

 

 

 

 

V22

(

1

( 1 -

 

 

λt

 

hred =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

8Sin 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-5-8-6 زانویی

 

میزان افت زانویی تابع زاویه انحنای زانویی (زاویه ( δ است و با افزایش آن افزایش می یابد و از رابطه زیر محاسبه میشود (شکل :(3-6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -3-6 زانویی

 

(17-6)

 

V 2

bend =

 

 

 

bend

 

 

2g

 

در مواردی که زاویه δ حدود 45 درجه باشد، ضریب

φbend بین 0/25 تا 0/45 متغیر و در مورد زانویی 90 درجه، مقدار آن بین

 

 

0/5 تا 0/75 است. برای تعیین ضریب افت زانویی میتوان از شکل 4-6 استفاده کرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -4-6 ضریب افت زانویی در حالات مختلف

 

5 8                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

-6-8-6شیرفلکه

 

 

 

 

 

از آنجا که شیرفلکه در دو نوع کشوی ی و ساچمه ای ساخته میشود

لذا بسته به مورد باید از رابطه مربوط به آن به شرح زیر

 

استفاده کرد:

 

 

 

 

 

الف- شیرفلکه کشویی

 

 

 

 

 

ارتفاع نظیر افت این نوع شیرفلکه در حالتی که شیر کاملا باز باشد، از رابطه زیر به دست میآید:

 

 

(18-6)

 

V 2

val =

 

 

 

val

 

 

2g

 

φval ضریب افت شیرفلکه است که معمولا بین 0/1 تا 1 تغییر میکند و اندازه آن را در هر حال میتوان از جدول 7-6 به دست

 

آورد.

 

جدول -7-6 اندازه ضریب افت شیرفلکه کشویی برای قطرهای مختلف

 

قطر لوله بر حسب اینچ

 

 

1

 

 

 

3

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

4

 

 

 

 

 

ضریب افت φval

 

0/8

 

0/3

 

0/2

0/1

 

برای شیرفلکههای به قطر بیش از 2 اینچ، ضریب افت معادل 0/15 در نظر گرفته میشود.

 

 

ب- شیرفلکه ساچمهای

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

این شیرفلکه هنگامی که کاملا باز هم باشد، افت قابل توجهی ایجاد می

کند و در مقایسه با شیرفلکه نوع اول میزان افت آن

زیادتر است و در مورد آن نیز همان رابطه 18-6 استفاده میشود. ولی ضریب

φval   در این حالت بزرگ است و بین 6 تا 15 تغییر

می کند و به طور متوسط مقدار آن، 10 در نظر گرفته میشود.

 

روابط مربوط به محاسبه افت موضعی به طور خلاصه در جدول 8-6

آمده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-9-6 محاسبه افت دینامیکی

 

به هنگام خروج آب از لوله در زمان تخلیه آب در بیرون معدن، افت قابل توجهی حاصل میشود که از رابطه زیر به دست میآید:

 

 

(19-6)

 

که در آن:

 

= hv ارتفاع نظیر افت دینامیکی =V سرعت آب در زمان خروج از لوله =g شتاب جاذبه


 

2

hv = V2g

 

 

فصل ششم- دستورالعمل محاسبه افت در خط لوله

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول -8-6 افتهای موضعی در جریان مغشوش

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نوع پدیده موضعی

 

 

ارتفاع نظیر افت

 

ملاحظات

 

گشاد شدن ناگهانی لوله

 

 

(V1 - V2 )2

h =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

گشاد شدن تدریجی لوله

 

(V1 - V2 )2

 

 

=

اندازه φ در جدول 5-6 درج شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

گشاد شدن ناگهانی لوله

 

 

 

 

 

 

V 2

=

مقادیر

φcon در جدول 6-6 درج شده است.

 

 

 

2

 

 

 

 

con

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تنگ شدن تدریجی لوله

 

 

 

 

 

 

V 2

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

red

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

زانویی 45

 

 

 

 

 

 

V 2

bend

=

اندازه

φbend بین 0/25 تا 0/45 متغیر است.

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

زانویی 90

 

 

 

 

 

 

V 2

bend

=

اندازه

φbend بین 0/5 تا 0/75 متغیر است.

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شیرفلکه کشویی

 

 

 

V 2

h = 0 / 15

بین 0/1 تا 1 متغیر است (طبق جدول .(7-6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شیر یک طرفه

 

 

 

 

 

 

V 2

 

h = 0 / 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شیرفلکه ساچمهای

 

 

 

 

 

 

 

V 2

h = 10

بین 6 تا 15 متغیر است (به طور متوسط .(10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ورود آب از مخزن به لوله

 

 

 

 

 

 

V 2

h = 0.50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ورود آب از لوله به مخزن

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V 2

h =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل 7

 

 

 

دستورالعمل انتخاب و نصب تلمبه

 

 

 

 

فصل هفتم- دستورالعمل انتخاب و نصب تلمبه                                                                                                6 3

 

 

 

 

-1-7 آشنایی

 

آبی را که در مخزن جمع می شود، باید به وسیله تلمبه یا تلمبه ها و از طریق خط لوله، به خارج معدن هدایت کرد. بدین منظور ابتدا باید شدت جریان آبکشی را انتخاب و بر اساس آن فشار کلی و در نتیجه توان تلمبه را محاسبه کرد. برای آنکه تلمبه بتواند مطابق برنامه تعیین شده آبکشی را انجام دهد، بعضی تجهیزات و تاسیسات نیز مورد نیاز است که در این فصل چگونگی انتخاب و

 

احداث آنها آمده است.

 

-2-7 تعیین شدت جریان آبکشی

 

در حالت کلی، شدت جریان آبکشی را باید به گونه ای انتخاب کرد که ظرف مدت یک شیفت کاری 8 ساعته ، تمام آبی که در مدت یک شبانه روز در مخزن آب جمع می شود، به خارج معدن انتقال یابد. بنابراین اگر شدت جریان آب ورودی به مخزن q باشد، شدت جریان آبکشی به وسیله تلمبه (Q) برابر است با:

 

Q = 3q (1- 7) در مواردی که آب ورودی به معدن خیلی زیاد و یا تلمبهای که ظرف مدت 8 ساعت بتواند آب را انتقال دهد در دسترس نباشد، در آن صورت باید زمان آبکشی را بیشتر در نظر گرفت. در چنین مواردی، شدت جریان آبکشی با توجه به امکانات و وضعیت موجود انتخاب میشود.

 

 

-3-7 تعیین فشار کلی تلمبه

 

فشار کلی تلمبه از رابطه زیر محاسبه میشود:

 

(2-7)

thΔz=  h+  fh+  v

که در آن:

 

 

= ht ارتفاع نظیر فشار کلی یا ارتفاع رانش کلی

 

= Δz اختلاف ارتفاع بین مخزن آب و نقطهای ازسطح زمین که آب از لوله خارج میشود.

 

= hf مجموع ارتفاع نظیر افت های اصطکاکی و موضعی است. اگر جزییات خط لوله در دست باشد، توصیه میشود که افتهای موضعی جداگانه محاسبه شده و به افت اصطکاکی افزوده شود. اگر در زمان طراحی سیستم آبکشی جزییات خط لوله مشخص نباشد، توصیه میشود که ده درصد به افتهای اصطکاکی اضافه شده و به عنوان افتهای موضعی منظور شود.

 

=hv ارتفاع نظیر سرعت یا افت دینامیکی است. در رابطه 2-7، تمام اجزای فرمول بر حسب متر آب محاسبه میشود.

 

-4-7 محاسبه توان تلمبه

 

توان تلمبه از رابطه زیر محاسبه میشود:

 

6 4                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

(3-7)

 

PQ

=

 

γh Q

N =

 

 

1000η η

 

1000η η

 

 

 

t

 

 

 

t

 

 

2

1

 

 

2

1

 

 

که در آن:

 

=N توان تلمبه بر حسب کیلووات

 

=γ وزن مخصوص آب بر حسب نیوتن بر متر مکعب =Q شدت جریان آبکشی بر حسب متر مکعب در ثانیه

 

=ht ارتفاع نظیر فشار کلی یا ارتفاع رانش کلی تلمبه بر حسب متر آب

 

= tP فشار کلی تلمبه که از حاصلضرب وزن مخصوص آب در ارتفاع رانش کلی بر حسب پاسکال به دست میآید. = η1 راندمان تلمبه = η2 راندمان الکتروموتور تلمبه

 

 

 

-5-7 نحوه انتخاب تلمبه

 

تلمبه ای که برای آبکشی معدن انتخاب میشود باید در عین آن که فشار و شدت جریان لازم را تامین میکند، راندمان قابل قبولی (حداقل (%75 نیز داشته باشد. برای انتخاب تلمبه مناسب به یکی از شیوههای زیر میتوان عمل کرد.

 

-1-5-7 استفاده از منحنی مشخصه تلمبه

 

شرکتهای سازنده، منحنی مشخصه تلمبهها یعنی منحنی تغییرات فشار به ازای شدت جریان حاصله را همراه با منحنیهای هم راندمان آنها در اختیار متقاضیان قرار میدهند (شکل .(1-7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -1-7 نمونهای از منحنی مشخصه تلمبهها

 

 

برای انتخاب تلمبه مورد نظر، با مراجعه به منحنی مشخصه تلمبهها و نقل شدت جریان و ارتفاع رانش کلی به ترتیب به عنوان طول و عرض دستگاه مختصات، نقطه نظیر آن (نقطه (M در دستگاه محورهای مختصات مشخص میشود. اگر نقطه M دقیقا بر

 

فصل هفتم- دستورالعمل انتخاب و نصب تلمبه                                                                                                6 5

 

 

 

 

منحنی مشخصه نظیر یکی از تلمبه منطبق شد، به عنوان انتخاب اول در نظر گرفته شده و در صورتی که بین دو منحنی واقع شد، منحنی بالاتر به عنوان گزینه اول انتخاب می شود. حال با توجه به منحنی هم راندمان تلمبه که در محدوده نقطه M قرار دارند، راندمان تلمبه برای این شرایط عملکرد به دست میآید. اگر راندمان در محدوده قابل قبول (حداقل 75 درصد) بود، تلمبه مورد نظر مناسب خواهد بود و در غیر این صورت باید به انواع دیگر تلمبه از همان شرکت سازنده و یا شرکتهای دیگر مراجعه کرد.

 

-2-5-7 استفاده از نمودار مدلهای تلمبه

 

بسیاری از سازندگان تلمبه ها، محدوده مجاز هر یک از تلمبه های خود را در دستگاه محورهای مختصات Q و P یعنی شدت جریان و فشار مشخص کردهاند و در اختیار متقاضیان قرار میدهن د (شکل .(2-7 با نقل Q و P مورد نظر در این دستگاههای مختصات، نقطه تلاقی آنها در محدوده یکی از مدلهای تلمبه قرار میگیرد که در این محدوده، تلمبه راندمان قابل قبول را دارد.

 

اگر نقطه تقاطع Q و P در هیچ کدام از محدوده های تلمبه قرار نگیرد، این تلمبهها برای آبکشی مورد نظر مناسب نخواهند بود و باید به مدلهای دیگر یا سازندگان دیگر مراجعه کرد.

 

-3-5-7 استفاده از جدول مشخصات

 

بعضی از سازندگان، محدوده قابل قبول تلمبههای خود را در جدولهایی تنظیم کردهاند. به عنوان مثال در جدول 1-7، نمونهای از این جدول ها که برای تلمبه های با سرعت دوران مشخص تنظیم شده نشان داده شده است. با نقل شدت جریان و ارتفاع رانش کلی در سطرها و ستون های این جدول، از محل تلاقی آن ها، مدل مورد نظر به دست میآید. در این مورد نیز اگر هیچ یک از خانههای جدول جوابگوی شدت جریان و یا ارتفاع رانش مورد نظر نباشد، باید به مدلهای دیگر و یا شرکتهای دیگر مراجعه کرد.

 

-6-7 احداث تلمبهخانه

 

تلمبه خانه باید نزدیک به مخزن آب نصب شود و لوله مکش تا حد امکان کوتاه باشد. اگر مخزن حاوی سنگریزه و سایر ذرات باشد، باید با نصب صافی در ابتدای لوله مکش، از ورود آنها به تلمبه جلوگیری کرد. در مواقعی که تلمبه بالاتر از سطح آب قرار دارد باید در انتهای لوله مکش یک شیر یک طرفه نصب کرد تا لوله مکش هیچ گاه خالی نماند. در بعضی موارد تلمبه، کمی پایینتر از

 

مخزن نصب میشود. در این حالت آب به تلمبه سوار است و هیچگاه تلمبه بدون آب نمیماند.

 

برای تلمبههای کوچک، معمولا محفظه ساخته نمیشود. در مورد تلمبه های بزرگ، به ویژه هنگامی که زمین اطراف تلمبه مقاوم نباشد، تلمبه خانه باید با بتن مسلح ساخته شود. تلمبه خانه باید به اندازه کافی وسیع و مرتفع باشد و در سقف آن تعدادی جرثقیل سقفی متحرک نصب شود تا در موارد لزوم بتوان به سرعت، قطعات تلمبه یا موتور آن را تعویض کرد.

 

6 6                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -2-7 نمودار مدلهای تلمبه یک شرکت سازنده

 

تلمبه خانه باید روشنایی کافی داشته باشد تا بتوان تمام اجزای ت لمبه را به وضوح مشاهده کرد. همچنین فضای آن باید به نحو مناسبی تهویه شود. موتور تلمبه یا تلمبه های اصلی معدن عموما الکتریکی سه فاز است که مستقیما به شبکه برق معدن وصل میشود. انتخاب فشار الکتریکی موتور به قدرت موتور و نیز فشار الکتریکی شبکه معدن بستگی دارد.

 

موتورهای با قفس سیمپیچی1 از جمله متداول ترین موتورهایی هستند که برای تلمبه اصلی به کار گرفته میشوند. در مسیر موتور باید رلههای الکتریکی مناسبی نصب کرد تا در موارد لزوم بتواند موتور را قطع و از صدمه دیدن آن جلوگیری کند.

 

 

 

1- Squirrel-cage

 

فصل هفتم- دستورالعمل انتخاب و نصب تلمبه                                                                                                6 7

 

 

 

 

جدول -1-7 جدول انتخاب تلمبه مناسب

 

 

6 8                                                                                                                       راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

-7-7 تاسیسات کنترل خودکار تلمبه

 

معمولا تلمبه یا تلمبه ها، به وسیله سیستم خودکار در مواقع معینی که آب در مخزن بالا می آید، به کار میافتن د و هنگامی که سطح آب به حد معینی برسد، به طور خودکار خاموش میشوند. سیستم خودکار از این نظر مهم است که اگر تلمبه حتی برای مدت کوتاه بدون بار و بدون آب کار کند، خسارت میبیند. در شکل 3-7 نمونهای از سیستم کنترل خودکار تلمبه نشان داده شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -3-7 سیستم کنترل خودکار تلمبه

 

-8-7 استفاده از چندین تلمبه

 

در مواردی که شدت جریات آب درون معدن زیاد باشد، میتوان با استفاده از چندین تلمبه، آبکشی را به آسانی انجام داد. به عنوان مثال اگر در معدنی، چهار تلمبه مشابه هم نصب شده باشد، اگر شدت جریان آب ورودی به معدن کمتر از شدت جریانی باشد که هر تلمبه به تنهایی در لوله به جریان میاندازد، در این صورت می توان فقط به وسیله یک تلمبه و یا با استفاده از هر چهار تلمبه که در زمانهای معینی هر یک از آنها به نوبت به کار میافتد، آبکشی را انجام داد (شکل .(4-7

 

تلمبه 1

 

تلمبه 2

 

تلمبه 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تلمبه 4

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

زمان

 

 

شکل -4-7 آبکشی به وسیله چهار تلمبه هنگامی که شدت جریان ورودی کمتر از شدت جریان یک تلمبه باشد.

 

فصل هفتم- دستورالعمل انتخاب و نصب تلمبه

6 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

اگر شدت جریان آب معدن بیشتر از شدت جریان دو تلمبه و کمتر از شدت جریان 3

تلمبه باشد، نحوه به کار افتادن تلمبهها را

 

میتوان مطابق شکل 5-7 برنامهریزی کرد.

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

زمان

 

شکل -5-7 آبکشی به وسیله چهار تلمبه هنگامی که شدت جریان ورودی بیشتر از شدت جریان دو تلمبه و کمتر از شدت جریان سه تلمبه باشد.

 

اگر شدت جریان آب ورودی بیشتر از شدت جریان سه تلمبه و کمتر از شدت جریان چهار تلمبه باشد، می توان از روشی مطابق آنچه که در شکل 6-7 نشان داده شده است، استفاده کرد.  Q

 

 

 

 

 

 

زمان

 

شکل -6-7 آبکشی به وسیله چهار تلمبه هنگامی که شدت جریان ورودی بیشتر از شدت جریان سه و کمتر از شدت جریان چهار تلمبه باشد.

 

اگر چند تلمبه با هم خط لوله آبکشی را تغذیه کنند، شدت جریانی که هر کدام از آن ها در حالت مشترک به جریان میاندازد، کمتر از شدت جریانی است که هر تلمبه به تنهایی تولید میکند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -7-7 منحنی مشخصه کلی چهار تلمبه به حالت موازی

 

به کمک منحنی مشخصه تلمبهها، نظیر آنچه که درشکل 7-7 نشان داده شده است، میتوان شدت جریانی را که مجموعه چند تلمبه با هم به جریان میاندازند و نیز شدت جریان هر یک را به آسانی محاسبه کرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل 8

 

 

دستورالعمل احداث تاسیسات برای جلوگیری از ورود آب به معدن

 

 

 

 

فصل ه شتم- د ستورالعمل احدا ث تا سی سات برای جلوگیری از ورود آب به معدن                                                                    7 3

 

 

 

 

-1-8 آشنایی

 

اگر چه با احداث مخزن آب و انتخاب تلمبه مناسب میتوان آبهای درون معدن را به بیرون هدایت کرد ولی در عین حال باید تا آنجا که ممکن است حجم آبکشی و در نتیجه هزینه عملیات مربوط به آن را کاهش داد.

 

مهم ترین تمهیداتی که در این باره به کار میرود، جلوگیری از ورود آبهای سطحی، جلو گیری از ورود آب به داخل چاه، پایین بردن سطح ایستابی و احداث سدهای زیرزمینی در بعضی از قسمتهای معدن است.

 

-2-8 جلوگیری از ورود آبهای سطحی به معدن

 

دهانه چاه یا تونلهای معدن تا حد امکان باید در محلی انتخاب شود که آبهای سطحی نتوانند وارد آن شوند. در اطراف محوطه معادن روباز نیز باید سیستم زه کشی مناسبی احداث کرد که آب های سطحی وارد محوطه معدن نشود. اگر برای جلوگیری از ورود آب های سطحی به تونلها و چاهها سیستم مناسبی منظور نشده باشد، علاوه بر اشکالات آبکشی، ممکن است آبهای جاری به داخل تونل راه یابند و خساراتی به بار آورند.

 

برای جلوگیری از ورود آبهای سطحی به معدن موارد زیر توصیه میشود:

 

الف- اگر دهانه تونل یا چاه در محلی ق رار گرفته است که خطر هجوم سیلاب وجود دارد، باید با احداث دیوارههای سیلبند بتنی در اطراف دهانه چاه یا محوطه تونل، از هجوم احتمالی سیلاب به داخل معدن جلوگیری کرد.

 

ب- اگر در بالاسر دهانه تونل آبراهههایی وجود داشته باشد و به هنگام بارشهای شدید احتمال هدایت آب باران از طریق آنها به محوطه تونل وجود دارد، باید با احداث بندهای بتنی، مسیر آبراهه ها را در کلیه قسمتهای بالا دست مسلط بر دهانه تونل، به اطراف منحرف کرد.

 

-3-8 جلوگیری از ورود آب به داخل چاه

 

چاه اصلی معدن یکی از نقاطی است که ممکن است حجم قابل توجهی ا ز آب زیرزمینی از طریق آن به داخل معدن راه یابد. برای حفر چاه در زمینهای آبدار، ابتدا تعدادی گمانه در اطراف دهانه آن حفر میشود و با عبور دادن محلول سردکننده، سبب یخ بندان زمین در اطراف چاه می شوند و یا با تزریق سیمان از درون آن ها، از ورود آب به آن جلوگیری میشود. این تمهیدات برای زمان حفر چاه است و پس از پایان حفر چاه نیز باید از ورود آب جلوگیری کرد. برای این منظور پوشش داخلی چاه باید به نحوی انتخاب و اجرا شود که علاوه بر مقاومت لازم، در برابر آب نیز غیرقابل نفوذ باشد.

 

-4-8 احداث سدهای زیرزمینی

 

برای جدا کردن حفریههای معدنی متروک از شبکه معدن و جلوگیری از ورود آب آن ها به سایر قسمتهای معدن و نیز جلوگیری از ورود آب قسمت های پرآب به سایر قسمت های معدن، باید در جلو آنها سدهای نفوذنا پذیری احداث کرد. بسته به فشاری که سد باید تحمل کند، همچنین بسته به مقاومت زمین در محل کف یا دیوارههای سد، سدها را به شکل مستقیم و یا قوسی میسازند.

 

7 4                                                                                                                        راهنمای آبک شی از معادن

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -1-8 نمونهای از سد زیرزمینی با چند دیواره پی در پی

 

دیواره سد از جنس بتن، سنگ چینی یا آجر چینی است و برای غیرقابل نفوذ کردن آن به جای یک دیواره ساده، از دو دیوار، که بین آن ها با خاک رس یا سایر مواد غیر قابل نفوذ پرشده است، ساخته می شود که در شکل 1-8 نمونهای از سد زیرزمینی با چند دیواره نشان داده شده است . در پشت سد باید یک لوله مجهز به شیر فلکه تعبیه شود تا در موارد لزوم بتوان آب موجود در پشت سد را به قسمتهای دیگر هدایت کرد.

 

اگر دسترسی به پشت سد در موارد ضروری مد نظر باشد باید، در دیواره سد یک در فولادی محکم تعبیه کرد تا در مواقع لزوم بتوان به پشت سد راه یافت (شکل .(2-8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -2-8 سد با در فولادی

 

-5-8 پایین بردن سطح ایستابی

 

در بعضی موارد، هجوم جریان آب زیرزمینی به معدن بسیار زیاد و در نتیجه مخارج آبکشی فوقالعاده زیاد است. در چنین مواردی، ممکن است راه حل با صرفهتر، پایین بردن سطح ایستابی تا حد پایینتر از کف حفریه مورد نظر و یا اصولا کف کلیه حفریات معدن باشد. خشک بودن حفریات معدن مزایای ویژهای نیز دارد که از آن جمله موارد زیر را میتوان بر شمرد:

الف- از زنگ زدن وسایل و تجهیزات معدن جلوگیری میشود.

 

فصل ه شتم- د ستورالعمل احدا ث تا سی سات برای جلوگیری از ورود آب به معدن                                                                    7 5

 

 

 

 

ب- با حذف غنو و یا لوله انتقال آب، فضای مفید بیشتری در کف حفریه ایجاد میشود. پ- افراد و وسایل حمل و نقل با ایمنی بیشتری حرکت میکنند.

 

ت- پایداری دیواره حفریات افزایش مییابد.

 

ث- از ریزش سقف و دیواره حفریات جلوگیری میشود.

 

ج- در معادن روباز، میتوان شیب پلهها را بیشتر در نظر گرفت که این خود صرفهجویی قابل توجهی را در پی دارد.

 

برای پایین بردن سطح ایستابی در محدوده معدن باید تعدادی چاه حفر و از طریق آبکشی از آن ها، سطح آب زیرزمینی ناحیه را پایی ن برد. از آنجا که در مرحله اکتشاف، اطلاعات کاملی درباره آب زیرزمینی ناحیه به دست میآید، لذا در مواردی که پیشبینی می شود میزان آب ورودی معدن زیاد باشد، حتی قبل از احداث حفریات معدنی، میتوان چاههای آبکشی را حفر و به کمک آنها از ورود آب به معدن در آینده جلوگیری کرد (شکل .(3-8 تعداد چاه ها و میزان آبکشی از آنها باید به گونهای باشد که مجموعه آنها بتواند سطح ایستابی ناحیه را تا حد مورد نظر پایین ببرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -3-8 پایین بردن سطح ایستابی با آبکشی از چاهها

 

پایین بردن سطح ایستابی تا کف کاو اک و یا به بیان دیگر، خشکاندازی، یکی از روش های متداول در معادن روباز است. اگر محدوده معدن روباز یا زیرزمینی وسیع باشد، آرایش چاه ها باید به نحوی باشد که مخروط افت آنها یکدیگر را پوشش دهند و در هیچ نقطهای از محدوده معدن، سطح ایستابی بالاتر از کف کاواک نباشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل 9

 

 

دستورالعمل جلوگیری از آلودگی آبهای معدن و خنثیسازی

 

 

 

 

فصل نهم- دستورالعمل جلوگیری از آلودگی آبهای معدن و خنثیسازی                                                                     79

 

 

 

 

-1-9 آشنایی

 

آبی که در معدن جریان دارد، عموما اسیدی است و این امر نه تنها سبب خوردگی تلمبه و خط لوله میشود، بلکه ریختن مستقیم آن به بیرون، محیط زیست را آلوده می کند. هر جا که ماده معدنی، با مواد سولفیدی، به ویژه سولفیدهای آهن دار، همراه باشد، آب معدن حالت اسیدی پیدا میکند. گرچه راه حل قطعی برای این مساله وجود ندارد ولی با به کار گرفتن بعضی تمهیدات میتوان اثر آن را کاهش داد و به حداقل ممکن رسانید.

 

اصطلاح زهاب اسیدی 1(ARD) که اغلب به نام زهاب اسیدی معدن 2(AMD) نیز نامیده میشود، یکی از واژههای متداول در مسایل زیستمحیطی معادن است و در اثر اکسایش طبیعی کانیهای سولفیدی که در معرض هوا و آب قرار میگیرند، تولید میشود.

 

-2-9 فرآیند تشکیل اسید در معادن

 

هنگامی که کانیهای سولفیدی در معرض هوا واقع شوند، در عین حال در تماس با آب (به صورت مایع و یا بخار) و اکسیژن قرار میگیرند. در چنین شرایطی، کانیهای سولفیدی فعال، ناپایدارند و در اثر ترکیب با اکسیژن و آب به صورت زیر تجزیه میشوند:

(1-9)

+4 H +

2 SO42

2O Fe( OH ) 3 +

H

7

O 2 +

15

FeS 2 +

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4

 

 

سرعت این واکنش نیز بسیار مهم است. اگر فرآیند به آهستگی انجام شود ، در آن صورت اسید در یک بازه زمانی وسیع تولید میشود و ممکن است تاثیر زیستمحیطی آن اهمیت نداشته باشند.

بیشتر سولفیدهای فلزی حاوی آهن به دلیل فعالیت بیشتر نسبت به انواع دیگر به سرعت زهاب اسیدی تولید میکنند. سولفیدهای سایر فلزات نظیر سرب، روی و مس نسبت به سولفیدهای آهن فعالیت شیمیایی کمتری دارند.

 

ابعاد و سطحی از ذرات سولفید که در معرض هوا قرار میگیرند و نیز گسترش بلورها، آهنگ تولید اسید را کنترل میکنند. با ادامه اکسایش، املاح اسیدها تشکیل می شود و با متلاشی شدن و فروریختن قسمتهای سطحی سولفیدها، قسمتهای تازه آنها در معرض هوا قرار میگیرد و بدین ترتیب عمل اکسایش و تشکیل اسید، به طور مداوم ادامه مییابد. عامل زمان نیز یکی از عوامل مهم در تشکیل اسیدها است، بدین معنی که هر چقدر مدت زمانی که مواد سولفیدی در معرض هوای معدن قرار میگیرند بیشتر باشد، به همان میزان، اسید بیشتری تولید میشود.

 

از آن جا که آب و اکسیژن برای انجام واکنش شیمیایی (رابطه (1-9 ضروریاند لذا حذف یکی از آنها، فرآیند را متوقف میسازد. با توجه به این رابطه میزان اکسی ژن لازم در مقایسه با آب به طور نسبی بیشتر است. به عنوان مثال اگر کانی سولفیدی در زیر سطح ایستایی واقع شود، فرآیند تقریبا متوقف میشود زیرا سرعت نفوذ اکسیژن در آب، خیلی آهسته است.

 

 

 

 

 

 

1- Acid Rock Drainage 2- Acid Mine Drainage

 

08                                                                                                                         راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

تولید کانی های جدید در اثر تولید اسید ممکن است بر آهنگ واکنش تاثیر بگذارد. د ر فرآیند هوازدگی سولفید آهن، محصولات حاصل از هوازدگی ممکن است آهنگ هوازدگی را تسریع کنند . این احتمال نیز وجود دارد که محصولات حاصل از هوازدگی، روی سولفیدهای باقیمانده را پوشش دهند و مانع هوازدگی بیشتر توده سولفیدی شوند.

 

بعضی باکتری ها نیز، سبب تسریع واکنش میشوند. فعالیت باکتری ها عمدتا وابسته به pH محیط، دما و وجود غلظت بحرانی بعضی عناصر نظیر مولیبدن است که ممکن است به علت سمی بودن، مانع فعالیت باکتریها شوند.

بسیاری از سنگها، حاوی کانی هایی هستند که به طور طبیعی اسید حاصل از هوازدگی سولفیدها را مصرف میکنند. این فرآیند به نام خنثیسازی1 نامیده میشود. مثالی از این مورد، واکنش زیر است:

 

H + +CaCO3 Ca+2 + HCO3                                                                                       (2- 9)

 

یکی از معروفترین کانیهای اسیدخوار، کربنات کلسیم (کلسیت) است که بخش عمده سنگ آهک را تشکیل میدهد.

 

-3-9 پیشبینی پتانسیل تشکیل زهاب اسیدی

 

پیش بینی پتانسیل تشکیل زهاب اسیدی چه در مورد ماده معدنی و چه در مورد باطله ها، از نظر اقتصادی و زیستمحیطی بسیار اهمیت دارد. اگر این پیشبینی به درستی و با دقت انجام شود، میتوان طرح کنترل زهاب را بهینه کرد.

تشکیل زهاب اسیدی را با روشهای زیر می توان پیشبینی کرد:

 

الف- مقایسه وضعیت جغرافیایی، دیرینه زیستمحیطی و زمین شناسی معدن با معادن مشابهی که میزان تولید زهاب اسیدی آنها از طریق تجربه به دست آمده است.

 

ب- نمونهبرداری و انجام آزمایش ژئوشیمی ایی به منظور تعیین میزان تولید اسید کانیها و کانیهای خنثیکننده اسید در مورد واحدهای زمینشناسی مختلف

 

پ- نمونه برداری و انجام آزمایش ژئوشیمیایی به منظور تعیین آهنگ تولید اسید و کیفیت زهکشی تحت شرایط آزمایشگاه یا ساختگاه معدن

ث- مدلسازی ریاضی به منظور تعمیم نتایج حاصل از آزمایشهای ژئوشیمیایی در طول زمان به منظور پیشبینی روند بلند مدت آهنگ تشکیل اسید و کیفیت زهکشی

 

توصیه میشود که قبل از ارای ه طرح نهایی معدن، منابع تولید اسید در معدن شناسایی شده و طرح معدن به گونهای تنظیم شود که تا حد امکان از تشکیل زهاب جلوگیری شود. برای دستیابی به این هدف، توصیه میشود که در مراحل اکتشاف به مساله تشکیل زهاب اسیدی توجه شود تا اطلاعات لازم در زمان طراحی معدن در دست باشد.

 

بخشه ایی از معدن که باید از نظر تشکیل زهاب کنترل شود عبارت از حفریات معدنی، محل انباشت سنگها یا باطله، تلمبار روباره در معادن روباز، کارخانه فرآوری و سد باطله هستند.

 

 

 

1- Neutral lazing

 

فصل نهم- دستورالعمل جلوگیری از آلودگی آبهای معدن و خنثیسازی                                                                     81

 

 

 

 

در مرحله اکتشاف، توصیه می شود که از هر واحد زمین شناسی حداقل سه نمونه تهیه شود و این نمونه ها در مرحله اول، تحت آزمایش شیمیایی قرار گیرن د تا تعادل شیمیایی بین کانیهای اسید زا و خنثیکننده اسید، ارزیابی شود. بدین منظور باید کل گوگرد موجود در کانی ها مشخص شده و نیز پتانسیل خنثیسازی آنها تعیین شود. البته باید قبل از انجام آزمایش شیمیایی، از نظر کانیشناسی نیز نمونهها را مطالعه کرد تا نتایج حاصل از آزمایشهای استاتیکی را به نحو بهتری بتوان تعبیر و تفسیر کرد.

 

از آنجا که تمام کانیهای گوگرددار پتانسیل تولید اسید را ندارند و نیز بعضی کانیها نظیر کربنات ها قادر به خنثی کردن اسید هستند لذا با مطالعات کانیشناسی، میتوان پیشبینی تولید اسید را به نحو بهتری انجام داد.

 

-4-9 جلوگیری از تولید زهاب اسیدی

 

عملیاتی که برای کنترل آلودگی آبهای معدن انجام میگیرد، دو دستهاند. دسته اول شامل عملیاتی است که اصولا از تشکیل زهاب اسیدی جلوگیری میکند و دومین دسته، کارهایی است که برای خنثی کردن آبهای اسیدی که در معدن تولید شدهاند، انجام میشود.

 

از آنجا که برای تشکیل زهاب اسیدی سه عامل کانیهای اسیدزا، اکسیژن و آب لازم است، بنابراین برای جلوگیری از تشکیل آن باید لااقل یکی از این سه عامل را حذف کرد.

 

آبهای معدن را باید به گونهای هدایت کرد که تا حد امکان از محلهایی که دارای کانیهای اسیدزا هستند عبور نکند. همچنین باید زمان توقف آب در داخل معدن ر ا به حداقل ممکن رساند و هر چه زودتر آن را برای آبکشی به مخزن اصلی هدایت کرد. در صورتی که کانیهای اسیدزا به طور پراکنده در طول حفریات معدنی وجود داشته باشند، توصیه میشود که به جای غنو، هدایت آبها به وسیله لوله انجام گیرد. پایهها و قسمتهایی از ماده معدنی به ویژه زغال که بر جای میماند، یکی از منابع مهم مواد اسیدزا است و باید از هدایت آب به این قسمتها جلوگیری کرد و در عین حال آنها را با پوشش مناسبی پوشاند تا مواد اسیدزا در معرض هوا قرار نگیرند.

 

-5-9 خنثی کردن آبهای اسیدی

 

اگر چه با تمیهداتی که گفته شد، می توان تا حدی از تشکیل زهاب اسیدی جلوگیری و یا لااقل آهنگ تشکیل آن را کند کرد ولی به هر حال بخشی از آبی که در معدن جریان دارد اسیدی است و باید آن را خنثی کرد.

 

برای خنثی کردن آبهای اسیدی از آهک یا سنگ آهک استفاده میشود. از آنجا که آهک ارزان و همه جا در دسترس است و خاصیت بازی قوی دارد لذا یکی از مناسبترین مواد برای خنثی کردن آبهای اسیدی است.

مراحل کامل عملیات با آهک شامل خنثی کردن با آب آهک، هوا دادن به منظور اکسایش آهن و تبدیل آن از فرو به فریک، تهنشین کردن گل و لجن و بیرون کشیدن آنها است.

 

هزینه خنثی کردن به میزان آبی که باید خنثی شود، درجه اسیدی آب و محتوی آهن فرو، بستگی دارد.

 

28                                                                                                                         راهنمای آبکشی در معادن

 

 

 

 

در بعضی موارد، به علت ارزان تر بودن سنگ آهک، برای خنثیسازی از آن استفاده میشود ولی این ماده معدنی برای اکسایش آهن فرو و تبدیل آن به آهن فریک، چندان مناسب نیست. عیب دیگ ر سنگ آهک آن است که به سرعت با قشری از اکسید فریک هیدراته و سولفات کلسیم پوشیده میشود و خاصیت خنثیسازی خود را از دست میدهد. برای رفع این اشکال میتوان، سنگ آهک را در یک استوانه افقی دوار ریخت و آب اسیدی را از درون آن عبور داد. حرکت ذرات سنگ آهک در داخل استوانه از تشکیل قشر اکسید آهن جلوگیری میکند و سبب میشود که همواره کربنات در معرض آبهای اسیدی قرار گیرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل 10

 

 

دستورالعمل آبکشی موضعی

 

 

 

 

فصل دهم- د ستورالعمل آبک شی موضعی                                                                                                            85

 

 

 

 

-1-10 آشنایی

 

برای آبکشی اصلی معدن، یک یا چند مخزن اصلی احداث و به وسیله تلمبه، آب به خارج معدن هدایت میشود ، اما در بعضی موارد، ضمن احداث حفریات معدنی جدید، ممکن است به منابع محلی آب برخورد شود و لازم باشد که آب این قسمتها را به مخزن اصلی منتقل کرد. این وضعیت به ویژه در معادن زغالسنگ و همچنین هنگام حفر تونلهای مورب و چاه متداول است. این عملیات را آبکشی موضعی مینامند.

 

برای آبکشی در این حالات نیز ابتدا حوضچه ای که گنجایش آن مت ناسب با حجم آبها ا ست، احداث کرده و از درون آن و به کمک خط لوله، آب به مخزن اصلی و یا سطح زمین هدایت میشود. انواع تلمبه هایی که برای آبکشی موضعی به کار میروند

 

تلمبههای برقی، تلمبههای هوای فشرده، تلمبههای هواران، تلمبههای مونو و تلمبههای مخصوص حفر چاه هستند.

 

-2-10 تلمبههای برقی

 

در مواردی که استفاده از انرژی برق در داخل معدن مجاز باشد، میتوان از تلمبههایی با موتور الکتریکی معمولی استفاده کرد. در معادن زغالسنگ گازدار باید الکتروموتورهای مخصوص ضد جرقه را به کار برد.

 

-3-10 تلمبههای هوای فشرده

 

گرچه انرژی هوای فشرده در مقایسه با الکتریسیته گران تر و راندمان موتور هوای فشرده به مراتب کمتر از انواع برقی است، ولی به علت ایمنی و در دسترس بودن هوای فشرده در تمام قسمتهای معدن در بسیاری از موارد برای آبکشی های موضعی از این نوع تلمبهها استفاده میشود. موتور این تلمبه ها در واقع یک توربین هوای فشرده است و به آسانی به سیستم هوای فشرده معدن وصل میشود.

 

-4-10 تلمبههای هواران1

 

تلمبه های هواران که به کمک هوای فشرده کار میکنند، برای انتقال آب از چاههای کم عمق و کوچک (نظیر گمانهها) مناسباند. اساس کار این تلمبهها در شکل 1-10 نشان داده شده است. مطابق شکل، لوله انتقال آب ( 2) تا عمق مناسب در داخل لوله جداری (1) قرار داده میشود. هوای فشرده که به وسیله کمپرسور K تولید میشود، از طریق لوله ویژهای که در شکل با خطچین نشان داده شده است، به انتهای لوله انتقال آب و از طریق صافی وارد میشود. هوا ضمن عبور از صافی، با آب داخل مخلوط شده و بدین ترتیب در داخل لوله انتقال آب، مخلوطی از حبابهای هوا تولید می شود که وزن مخصوص آن از وزن مخصوص آب خالص،

 

که در فضای حلقوی بین لوله جداری و لوله انتقال آب قرار دارد، کمتر است. اختلاف وزن مخصوص ستون آب مخلوط با هوای درون لوله 2 و با آب خالص سبب می شود که برای حفظ تعادل، مخلوط آب و هوا در لوله انتقال آب بالا رود و به بالای گمانه یا چاه برسد. در بالای گمانه، هوا از آب خارج شده و آب در لوله بالای گمانه جریان مییابد و این عمل به طور مداوم تکرار میشود.

 

 

 

1- Air-lift pumps

 

8 6                                                                                                                        راهنمای آبک شی از معادن

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -1-10 تلمبه هواران

 

-5-10 تلمبههای مونو1

 

تلمبههای مونو، تلمبههای سادهای هستند که برای آبکشی موضعی در معادن بسیار مناسباند. طرز کار این تلمبه بدین نحو است که گردش روتور در داخل استاتور، کمی خارج از محور است و همین امر سبب ایجاد خلاء و رانده شدن آب در تلمبه و نیز رانش آن از لوله خروجی میشود. مصرف برق این تلمبهها چندان زیاد نیست و نیازی به راه انداز ندارند.

 

-6-10 آبکشی در چاه

 

آبکشی در چاه ضمن حفر آن، از مسایل مهم احداث چاه است. گرچه برای حفر چاه در زمینهای خیلی آبدار از روشهایی نظیر یخبندان و تزریق سیمان استفاده می شود، ولی حفر چاه در زمین هایی که آب زیاد ندارند، به کمک تلمبههای مخصوصی انجام می گیرد که آب را از کف چاه به بیرون پمپاژ میکنند. این تلمبهها معمولا موتور الکتریکی دارند و لوله مکش آنها را تا نزدیکی کف چاه پایین میبرند. در بعضی موارد از تلمبههای مونو ویژهای، برای آبکشی موضعی در چاههای در حال حفر استفاده میشود.

 

-7-10 آبکشی در معادن روباز

 

گرچه آبکشی در معادن روباز معمولا اهمیت آبکشی در معادن زیرزمینی را ندارد، ولی از نقطه نظر هزینههای استخراج، در این معادن نیز درصد قابل توجهی را تشکیل می دهد. وجود آب در معادن روباز سبب بالا رفتن هزینه نگهداری و سرویس ماشینآلات معدن نسبت به حالت خشک میشود.

 

 

 

 

 

 

1-Mono Pump

 

فصل دهم- د ستورالعمل آبک شی موضعی                                                                                                            87

 

 

 

 

در مورد آبکشی در معادن روباز نیز مسایل مشابهی با آنچه که در مورد معادن زیرزمینی گفته شد وجود دارد ولی در اینجا، مشکلات محافظت تلمبه و تاسیسات آن در مقابل صدمات ناشی از آتشباری به مسایل معمولی آبکشی اضافه میشود.

 

طبقات معدن روباز نیز باید شیب داشته باشند تا آب جبههکارها از درون غنوهای موجود به سمت یک مرکز هدایت شود. آبی را که بدین ترتیب در هر طبقه جمع می شود، ممکن است جداگانه از هر طبقه آبکشی کرد و یا این که همانند معادن زیرزمینی، به کمک نیروی ثقل همه آن ها را در یک نقطه جمع آوری و آبکشی را از این نقطه انجام داد. بسته به موقعیت معدن روباز، آبکشی را ممکن است به کمک تلمبه، تونلهای مخصوص آبکشی و یا سیفون انجام داد.

 

-1-7-10 آبکشی به وسیله تلمبه

 

این روش متداول ترین روش آبکشی در معادن روباز است و طی آن مخزن یا مخازن آبی را در عمیقترین نقطه احداث کرده و آب را از درون آن به بیرون پمپاژ میکنند.

 

-2-7-10 آبکشی به وسیله تونل

 

در مواقعی که معدن روباز در نواحی

مرتفع واقع و کف آن نیز از زمینهای اطراف بلندتر باشد، میتوان تونل مخصوصی در

عمیقترین نقطه معدن حفر و از درون آن آب را به بیرون معدن هدایت کرد (شکل .(2-10

بدیهی است در مورد معادن زیرزمینی

که در نقاط مرتفع قرار دارند نیز این روش را میتوان به کار برد. معمولا از آبراهه یا تونلی

 

که بدین منظور حفر میشود، علاوه بر آبکشی، برای حمل و نقل و رفت و آمد افراد نیز استفاده میشود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 2-10تونل- هدایت ّآب

 

8 8                                                                                                                        راهنمای آبک شی از معادن

 

 

 

 

-3-7-10 آبکشی به وسیله سیفون

 

در مناطق کوهستانی، که نقطه تخلیه آب پایینت ر از مخزن و بین آنها تپه مرتفعی وجود نداشته باشد، تخلیه آب را میتوان با استفاده از سیفون انجام داد (شکل .( 3-10 بدیهی است در این مورد، محدودیت هایی وجود دارد. اولا محل تخلیه باید پایینتر از مخزن باشد و ثانیا ارتفاعی که آب بالا میرود و سپس سقوط میکند، از حد معینی که از رابطه 1-10 به دست میآید، بیشتر نباشد:

(1-10)

 

V 2

+

P

−(

P

H 1 =

 

2g +hab )

γ

γ

 

 

 

b

 

b

 

a

 

 

که در آن:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= PB , PA فشار در نقاط a و b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=∑hab افت فشار در فاصله ab

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=γ وزن مخصوص آب

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=V سرعت آب

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=g شتاب ثقل

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H1

 

H2

 

H3=H2-H1

 

 

 

 

شکل -3-10 آبکشی به وسیله سیفون

 

یعنی ارتفاع H1 باید به اندازه مجموعه ارتفاع نظیر فشار در نقطه b ، ارتفاع نظیر سرعت و ارتفاع نظیر افت در طول ab، کمتر از ارتفاع نظیر فشار اتمسفر باشد. بدیهی است فشار در نقطه b نمی تواند از فشار بخار اشباع آب کمتر باشد زیرا به محض این که فشار از این حد کمتر شود، مقداری از آب بخار میشود و فشار دوباره به این حد میرسد.

 

برای شروع کار سیفون، باید به ترتیبی در نقطه b خلاء تولید شود. برای این کار ممکن است ابتدا شیرهای a و c را بست و به وسیله شیر b خط لوله را پر از آب کرد و آن گاه با بستن این شیر و باز کردن شیرهای a و c سیفون را به کار انداخت.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

خواننده گرامی

 

امور نظام فنی سازمان مدیریت و برنامهریزی کشور، با گذشت بیش از چهل سال فعالیت تحقیقـاتی و مطالعـاتی خود، افزون بر ششصد عنوان ضابطه تخصصی- فنی، در قالب آییننامه، معیـار، دسـتورالعمل، مشخصـات فنـی عمومی، نشریه و مقاله، به صورت تالیف و ترجمه، تهیه و ابلاغ کرده است. ضابطه حاضر در راستای مـوارد یـاد شده تهیه شده، تا در راه نیل به توسعه و گسترش علوم در کشور و بهبود فعالیتهای عمرانی به کار برده شـود . فهرست ضوابط منتشر شده در پایگاه اطلاعﺭﺳﺎﻧﻲnezamfanni.ir قابل دستیابی میباشد.

 

امور نظام فنی

 

Islamic Republic of Iran

 

Management and Planning Organization

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A Guide to Mine Drainage

 

 

 

 

 

 

 

 

 

No. 573

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Office of Deputy for Strategic Supervision Department of Technical Affairs

 

 

 

nezamfanni.ir


 

 

 

 

 

 

 

 

Ministry of Industry, Mine and Trade Deputy of Mine Affairs and Mineral Industries

 

Office for Mining Supervision and Exploitation

 

http://mimt.gov.ir

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2015

 

 

 

 

 

 

 

این نشریه:

 

اطلاعــات و راهنمــاییهــای لازم را بــرای طراحــی سیستم آبکشی در معادن ارایه میکند. در ابتدا بـه نحـوه محاسبه شدت جریان آب ورودی به معدن پرداخته شـده و بــر اســاس آن سیســتم آبکشــی انتخــاب و تاسیســات آبکشی معرفی شدهاند.


موضوعات مرتبط:

برچسب‌ها: راهنمای آبکشی در معادن


تاريخ : ۱۳٩٦/٦/٢٦ | ۱٠:٢٠ ‎ب.ظ | نویسنده : گروه ترجمه کده | نظرات ()
.: Weblog Themes By SlideTheme :.