自动浇灌系统在矿山环境治理中的应用

  摘要：本文主要讲解了矿山环境恢复治理过程中开发的一种新型灌溉方式，主要采用多级深井潜水泵从水源地向设置在各个植被恢复区地势最高点的水罐输水，再由各水罐分别为各个植被恢复区供水，浇灌方式采用易于管理、稳定可靠微喷灌方式，有效解决了矿山环境恢复治理难度大，绿化树木成活率低等问题，从而达到自动化浇灌的效果。

  关键词:水罐;供水;管线;植被恢复;自动灌溉

  一、矿山建设绿化自动浇灌工程的目的

  为保护矿山地质环境，减少矿产资源开采活动造成的矿山地质环境破坏，保护人民生命和财产安全，促进矿产资源的合理开发利用和经济社会、资源环境的协调发展，同时更重要的是保证绿化成活率，维持环境恢复治理成果，打造生态文明绿色和谐矿山。

  二、目前矿山环境恢复治理存在的问题

  1、水资源匮乏

  2、绿化成活率低

  3、受矿山地理环境和开采方式影响，很多地方有水也无法浇灌到，即使能浇灌到也同样费时、费力。

  针对以上情况大连天瑞水泥有限公司自主研发设计矿山绿化自动浇灌系统。

  三、项目分区概况

  本工程位于辽宁省大连市长兴岛东部地区，主要通过南山44采面开采形成的天然雨水收集池对矿山绿化植被进行灌溉，以保证绿化所需用水。采用多级深井潜水泵从水源地向设置在各个植被恢复区地势最高点的水罐输水，再由各水罐分别为各个植被恢复区供水，浇灌方式采用微喷灌方式，从而达到矿山环境恢复的效果。根据矿区地势将该区域的植被恢复划分为1#植被恢复区、2#植被恢复区、3#植被恢复区。

  ①、1#供水系统：包括1#水源提升水泵、柴油发电机、配电控制柜、自控设备、储水罐（1、2、3#）、液位控制阀及配套管线；1#供水系统服务于1#植被恢复区、2#植被恢复区、3#植被恢复区。1#供水系统由1#水泵先从1#水源将水提升至在各个植被恢复区设置的储水罐中，再由各水罐分别为各个植被恢复区供水。1#供水系统为三个供水点供水（1、2、3#罐），其中：在1#植被恢复区并列设置两个储水罐（1-1#、1-2#），在2#植被恢复区设置2#储水罐一个；在3#植被恢复区设置3#储水罐一个。

  四、系统参数计算

  1#水泵及供水管线计算

  本方案中1#水源东部岸边地面标高约为68m，水泵底现标高约为44m，因后期开采需求水泵底标高将降至约30m。故本方案中水泵底标高设计为30m。1#供水系统最高供水点位于罐1-1#处，罐底标高约为160m，进水管设计标高为160m。

  根据《给水排水设计手册》（第1册）常用资料及综合考虑各方面因素，为降低造价，同时符合规范要求，本方案提升水泵流量选取Q=20m ?/h，流速v=1.1m/s。则管径为：

  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（公称压力为1.6MPa）。

  1#水源至1-1#罐底的高差为130m，管线长约为1300m（经计算管线长为1019m，考虑矿区地势、障碍物等实际情况，管线增加约180m）。

  查《给水排水设计手册》（第1册）知，管径为DN80，流速为1.1m/s时，1000i=14.73

  故，沿程水头损失为：H1=i×l==19.15m；

  局部水头损失为沿程水头损失的5%-10%，本方案中取7%，则局部水头损失为：H2=H17%=19.15×7%=1.35m，则，泵扬程为：

  H=160-30+19.15+1.35=150.5m

  因此，本方案提升水泵参数为：流量Q=20m ³/h,扬程H=156m,功率N=15kw。选用304不锈钢多级潜水深井泵,水泵出口管径DN80。

  采用柴油发电机供电，柴油发电机型号50kw/0.4KV，提升泵的运行由液位开关及管道压力传感器控制。

（二）2#水泵供水管线计算

  水面标高约为50m，水深约为6m，则泵底标高约为44m，最不利点标高约为111m，则高差为111-44=67m，管线长约为710m，本方案中水泵流量选取Q=20m³/h，流速v=1.1m/s。则管径为：

  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（公称压力为1.6MPa）

  查《给水排水设计手册》（第1册）知，管径为DN80，流速为1.1m/s时，1000i=14.73

  故，沿程水头损失为：H1=i×l==10.46m；

  局部水头损失为沿程水头损失的5%-10%，本方案中取7%，则局部水头损失为：H2=H17%=19.15×7%=0.74m，则，泵扬程为：

  H=111-44+19.15+1.35=87.5m

  因此，本方案中水泵参数为：流量Q=20m³/h,扬程H=93m,功率N=9.2kw。选用304不锈钢多级深井潜水泵，水泵出口管径DN80。

  五、具体实施方案

  1、供水系统实施方案

  通过水泵加压，将1#水源中清水分别送至1#罐、2#罐及3#罐。在1#泵供水管线适当位置处，分别向各罐并联供水。在1#罐（两罐并列布置，中间设置连通管）2#罐、3#罐进水端各安装一台浮球式水位控制阀，在水罐水位上升至水罐最高设计水位时，安装在该水罐的浮球式水位控制阀自动关闭，停止送水。

  在1#罐、2#罐采用同一条组管线，在1#罐管线前通过三通分别向两罐供水。由于两罐位于不同山坡顶部，供水管线至2#罐采用U型管连接。U型管处地面标高从约160m降至约90m，然后再上升到约144m。

  在多级深井潜水泵的出口设二台DN80的手动球阀、止回阀、伸缩节及压力传感器。各罐进出口设置DN80的手动蝶阀，便于人工手动控制水泵向各罐及植被恢复区送水。

  多级潜水深井泵用304不锈钢浮桶形式固定在水源适当位置，用绳索将浮桶与岸边固定。泵出口法兰连接通过高压胶管、PE管等将水输送到各个储水罐。

  由于本灌溉系统在夏季时使用，在冬季停用，因此需在各罐送水管线的最低处设放空阀，防止冬季管道冻胀损坏。共设置放空阀4个，分别于1#、3#罐供水管线最低处和2#罐供水U形管线最低处，多级潜水深井泵出口处。

  2、供水管线实施方案

  1#储罐供水，1#储罐供水由1#水源至1#储罐（1#储罐由两罐并列排放，中心间距5米）接入，管线长约为1300m（经计算管线长为1019m，考虑矿区地势、障碍物等实际情况，管线增加约180m），管采用DN80的PE管。

  2#储罐供水，2#储罐供水是从1#水源至1#储罐前（节点1）接入，2#罐的管线长约为370m（经计算管线长为265米，考虑矿区地势、障碍物等实际情况，管线增加约105m），管采用DN80的PE管。

  3#罐供水，3#罐供水由1#水源接入，3#罐的管线长约为950m（经计算管线长约为785米，考虑矿区地势、障碍物等实际情况，管线增加约165m），管采用DN80的PE管。

  管道的连接方式为热熔连接，与设备、罐体法兰连接。

总平面布置图

1#植被恢复区灌溉系统图

2#植被恢复区灌溉系统图

3#植被恢复区灌溉系统图

  五、主要设备及材料表

  六、自动浇灌系统安装之后效果

  该工程使用近一年以来，实现了矿山浇灌自动化、节省人力的同时也保证了作业人员的安全；可以实现分区控制，分区、分层、分棵浇灌，自动化程度高，便于控制；可以根据实际浇灌区域需水量合理分配水源；提高灌溉系统管理水平；节约水资源，维持环境恢复治理成果。自动浇灌工程在矿山环境恢复治理工作中起到了至关重要的左右，即使用又操作简单，2-3人即可实现整个矿区全系统灌溉，解决了矿山绿化树木成活率低，环境恢复治理效果差等问题，真真正正起到了自动灌溉的效果。

自动浇灌系统滴灌带滴水效果图

自动浇灌喷水效果图

自动浇灌系统浇灌之后效果图