自動澆灌系統(tǒng)在礦山環(huán)境治理中的應用

摘要：本文主要講解了礦山環(huán)境恢復治理過程中開發(fā)的一種新型灌溉方式，主要采用多級深井潛水泵從水源地向設置在各個植被恢復區(qū)地勢最高點的水罐輸水，再由各水罐分別為各個植被恢復區(qū)供水，澆灌方式采用易于管理、穩(wěn)定可靠微噴灌方式，有效解決了礦山環(huán)境恢復治理難度大，綠化樹木成活率低等問題，從而達到自動化澆灌的效果。

關鍵詞:水罐;供水;管線;植被恢復;自動灌溉

一、礦山建設綠化自動澆灌工程的目的

為保護礦山地質(zhì)環(huán)境，減少礦產(chǎn)資源開采活動造成的礦山地質(zhì)環(huán)境破壞，保護人民生命和財產(chǎn)安全，促進礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)利用和經(jīng)濟社會、資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，同時更重要的是保證綠化成活率，維持環(huán)境恢復治理成果，打造生態(tài)文明綠色和諧礦山。

二、目前礦山環(huán)境恢復治理存在的問題

1、水資源匱乏

2、綠化成活率低

3、受礦山地理環(huán)境和開采方式影響，很多地方有水也無法澆灌到，即使能澆灌到也同樣費時、費力。

針對以上情況大連天瑞水泥有限公司自主研發(fā)設計礦山綠化自動澆灌系統(tǒng)。

三、項目分區(qū)概況

本工程位于遼寧省大連市長興島東部地區(qū)，主要通過南山44采面開采形成的天然雨水收集池對礦山綠化植被進行灌溉，以保證綠化所需用水。采用多級深井潛水泵從水源地向設置在各個植被恢復區(qū)地勢最高點的水罐輸水，再由各水罐分別為各個植被恢復區(qū)供水，澆灌方式采用微噴灌方式，從而達到礦山環(huán)境恢復的效果。根據(jù)礦區(qū)地勢將該區(qū)域的植被恢復劃分為1#植被恢復區(qū)、2#植被恢復區(qū)、3#植被恢復區(qū)。

①、1#供水系統(tǒng)：包括1#水源提升水泵、柴油發(fā)電機、配電控制柜、自控設備、儲水罐（1、2、3#）、液位控制閥及配套管線；1#供水系統(tǒng)服務于1#植被恢復區(qū)、2#植被恢復區(qū)、3#植被恢復區(qū)。1#供水系統(tǒng)由1#水泵先從1#水源將水提升至在各個植被恢復區(qū)設置的儲水罐中，再由各水罐分別為各個植被恢復區(qū)供水。1#供水系統(tǒng)為三個供水點供水（1、2、3#罐），其中：在1#植被恢復區(qū)并列設置兩個儲水罐（1-1#、1-2#），在2#植被恢復區(qū)設置2#儲水罐一個；在3#植被恢復區(qū)設置3#儲水罐一個。

四、系統(tǒng)參數(shù)計算

1#水泵及供水管線計算

本方案中1#水源東部岸邊地面標高約為68m，水泵底現(xiàn)標高約為44m，因后期開采需求水泵底標高將降至約30m。故本方案中水泵底標高設計為30m。1#供水系統(tǒng)最高供水點位于罐1-1#處，罐底標高約為160m，進水管設計標高為160m。

根據(jù)《給水排水設計手冊》（第1冊）常用資料及綜合考慮各方面因素，為降低造價，同時符合規(guī)范要求，本方案提升水泵流量選取Q=20m ?/h，流速v=1.1m/s。則管徑為：

d==0.0802m

Q:水泵流量，（m 3/h）

v：流速，（m3/s）

故，供水管采用DN80的PE管（公稱壓力為1.6MPa）。

1#水源至1-1#罐底的高差為130m，管線長約為1300m（經(jīng)計算管線長為1019m，考慮礦區(qū)地勢、障礙物等實際情況，管線增加約180m）。

查《給水排水設計手冊》（第1冊）知，管徑為DN80，流速為1.1m/s時，1000i=14.73

故，沿程水頭損失為：H1=i×l==19.15m；

局部水頭損失為沿程水頭損失的5%-10%，本方案中取7%，則局部水頭損失為：H2=H17%=19.15×7%=1.35m，則，泵揚程為：

H=160-30+19.15+1.35=150.5m

因此，本方案提升水泵參數(shù)為：流量Q=20m 3/h,揚程H=156m,功率N=15kw。選用304不銹鋼多級潛水深井泵,水泵出口管徑DN80。

采用柴油發(fā)電機供電，柴油發(fā)電機型號50kw/0.4KV，提升泵的運行由液位開關及管道壓力傳感器控制。

（二）2#水泵供水管線計算

水面標高約為50m，水深約為6m，則泵底標高約為44m，最不利點標高約為111m，則高差為111-44=67m，管線長約為710m，本方案中水泵流量選取Q=20m3/h，流速v=1.1m/s。則管徑為：

d==0.0802m

Q:水泵流量，（m 3/h）

v：流速，（m/s）

故，供水管采用DN80的PE管（公稱壓力為1.6MPa）

查《給水排水設計手冊》（第1冊）知，管徑為DN80，流速為1.1m/s時，1000i=14.73

故，沿程水頭損失為：H1=i×l==10.46m；

局部水頭損失為沿程水頭損失的5%-10%，本方案中取7%，則局部水頭損失為：H2=H17%=19.15×7%=0.74m，則，泵揚程為：

H=111-44+19.15+1.35=87.5m

因此，本方案中水泵參數(shù)為：流量Q=20m3/h,揚程H=93m,功率N=9.2kw。選用304不銹鋼多級深井潛水泵，水泵出口管徑DN80。

五、具體實施方案

1、供水系統(tǒng)實施方案

通過水泵加壓，將1#水源中清水分別送至1#罐、2#罐及3#罐。在1#泵供水管線適當位置處，分別向各罐并聯(lián)供水。在1#罐（兩罐并列布置，中間設置連通管）2#罐、3#罐進水端各安裝一臺浮球式水位控制閥，在水罐水位上升至水罐最高設計水位時，安裝在該水罐的浮球式水位控制閥自動關閉，停止送水。

在1#罐、2#罐采用同一條組管線，在1#罐管線前通過三通分別向兩罐供水。由于兩罐位于不同山坡頂部，供水管線至2#罐采用U型管連接。U型管處地面標高從約160m降至約90m，然后再上升到約144m。

在多級深井潛水泵的出口設二臺DN80的手動球閥、止回閥、伸縮節(jié)及壓力傳感器。各罐進出口設置DN80的手動蝶閥，便于人工手動控制水泵向各罐及植被恢復區(qū)送水。

多級潛水深井泵用304不銹鋼浮桶形式固定在水源適當位置，用繩索將浮桶與岸邊固定。泵出口法蘭連接通過高壓膠管、PE管等將水輸送到各個儲水罐。

由于本灌溉系統(tǒng)在夏季時使用，在冬季停用，因此需在各罐送水管線的最低處設放空閥，防止冬季管道凍脹損壞。共設置放空閥4個，分別于1#、3#罐供水管線最低處和2#罐供水U形管線最低處，多級潛水深井泵出口處。

2、供水管線實施方案

1#儲罐供水，1#儲罐供水由1#水源至1#儲罐（1#儲罐由兩罐并列排放，中心間距5米）接入，管線長約為1300m（經(jīng)計算管線長為1019m，考慮礦區(qū)地勢、障礙物等實際情況，管線增加約180m），管采用DN80的PE管。

2#儲罐供水，2#儲罐供水是從1#水源至1#儲罐前（節(jié)點1）接入，2#罐的管線長約為370m（經(jīng)計算管線長為265米，考慮礦區(qū)地勢、障礙物等實際情況，管線增加約105m），管采用DN80的PE管。

3#罐供水，3#罐供水由1#水源接入，3#罐的管線長約為950m（經(jīng)計算管線長約為785米，考慮礦區(qū)地勢、障礙物等實際情況，管線增加約165m），管采用DN80的PE管。

管道的連接方式為熱熔連接，與設備、罐體法蘭連接。

總平面布置圖

1#植被恢復區(qū)灌溉系統(tǒng)圖

2#植被恢復區(qū)灌溉系統(tǒng)圖

3#植被恢復區(qū)灌溉系統(tǒng)圖

五、主要設備及材料表

六、自動澆灌系統(tǒng)安裝之后效果

該工程使用近一年以來，實現(xiàn)了礦山澆灌自動化、節(jié)省人力的同時也保證了作業(yè)人員的安全；可以實現(xiàn)分區(qū)控制，分區(qū)、分層、分棵澆灌，自動化程度高，便于控制；可以根據(jù)實際澆灌區(qū)域需水量合理分配水源；提高灌溉系統(tǒng)管理水平；節(jié)約水資源，維持環(huán)境恢復治理成果。自動澆灌工程在礦山環(huán)境恢復治理工作中起到了至關重要的左右，即使用又操作簡單，2-3人即可實現(xiàn)整個礦區(qū)全系統(tǒng)灌溉，解決了礦山綠化樹木成活率低，環(huán)境恢復治理效果差等問題，真真正正起到了自動灌溉的效果。

自動澆灌系統(tǒng)滴灌帶滴水效果圖

自動澆灌噴水效果圖

自動澆灌系統(tǒng)澆灌之后效果圖

 第一作者：李文凱 第二作者：王淑霞