尾矿库窗口式井一管排水系统泄流能力的探讨.pdf

第 3 3卷 第 3期 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2 0 1 2钲 6 月 尾矿库窗 口式井一管排水系统泄流能力的探讨 王海超 ， 刘瀚和 ( 中国瑞林工程技术有 限公司， 江西南昌 3 3 0 0 3 1 ) 摘 要 以某工程 圆形 窗口式 井一管排 水 系统为例， 通过理论计算和水工模型试验 比较 分析 窗 17式 井一 管排水 系统的泄流特征及规律 。理论计算可以较准确地定量描述该 系统的 自由泄流流态 较难定量描述其 压力流流 态， 需要根据模型试验进行修正； 对于该系统的半压力流流态 很难通过理论计算定性和定量描述 关键词 尾矿库 ； 窗 口式排水井； 泄流能力 中图分类号 ： T U 9 9 2 0 3 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 4 4 3 4 5 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 0 9 0 2 Di s c us s on Fl ow Ca pa c i t y o f W i nd ow-t ype W e l l -Cul v e r t Dr a i n a ge S ys t e m Di s c u s s o n Di s c h a r g e Ca p a c i t y o f W i n d o w- t y p e W e l l - Cu l v e r t Dr a i n a g e S y s t e m W ANG Ha i c h a o LI U Ha n h e ( C h i n a N e r i n E n g i n e e r i n g C o ， L t d ， N a n c h a n g ， J i a n g x i 3 3 0 0 3 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t Th i s p a p e r ma k e s a n a n a l y s i s o n c h a r a c t e ris t i c s a n d r e g u l a rit i e s o f d i s c h a r g e c a p a c i t y f o r wi n d o w- t y p e w e l l - c u l v e r t d r a i n a g e s y s t e m b y c o mp a r i n g t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n a n d h y d r a u l i c mo d e l t e s t ， wi t h c i r c u l a r wi n d o w we l l - c u l v e r t d r a i n a g e s y s t e m i n a p r o j e c t a s a n e x a m p l e The f r e e d i s c h a r g e fl o w o f t h i s s y s t e m c a n b e q u a n t i t a t i v e l y d e s c r i b e d b y t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n ， b u t p r e s s u r e fl o w s t a t e s h o u l d b e mo d i fi e d b y mo d e l t e s t I t i s d i ff i c u l t t o q u a n t i t a t i v e l y o r q u a l i t a t i v e l y d e s c rib e h a l f t h e p r e s s u r e f l o w c o n d i t i o n o f t h i s s y s t e m b y t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n Ke y wo r d s t a i l i n g s p o n d ； wi n d o w t y p e d r a i n a g e w e l l ； d i s c h a r g e c a p a c i t y 窗 口式井一管排水系统是一种常见的尾矿库排 水系统。 由于此类排水系统排水量较小 ， 通常用于汇 水 面积较小的尾矿库 ， 且因其规模小 ， 造价低 ， 也常 用作尾矿库的库内回水系统。 排水系统的泄流能力计算是尾矿库工程设计 的 重要内容。 在尾矿库排水系统设计时 ， 需要掌握其泄 流特征及泄流能力 ， 为尾矿库排洪系统设计或 回水 系统设计提供技术支持 。 1 计算原理 根据 尾矿设施设计参考资料 1，窗口式井一管 排水 系统的工作状态随泄流水头 的大小而异。当水 头较低时 ， 泄流量较小， 排水井内水位低于最低工作 窗 口的下缘 ， 此 时为 自由泄流 ； 当水头增大 ， 井 内被 水 充满 ， 但排水 管尚未呈满管流 ， 此时为半压力流 ； 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 4 2 3 作者简介： t( 1 9 8 2 -) ， 男， 主要从事水工专业设计与研究工作。 当水头继续增大 ， 排水管呈满流时 ， 即为压力流。 2 工程实例 某赤泥库采用窗 口式井一管排水系统作为排洪 系统。排水井井壁采用钢结构 ， 井座采用C 2 5 钢筋混 凝土结构 。 井内直径为1 5 m， 壁厚2 0 mm， 底板高程 8 4 1 0 m， 排水管入 口高程8 4 5 0 m， 出口高程8 3 9 0 m， 第一排排水窗 口底高程8 4 6 6 m。 每隔0 4 m 设置一排 4 个直径为0 3 m的排水窗口， 每排排水窗口交错布置。 排水管内径为0 8 m， 规格为D 8 3 0 m mx l 5 mm钢管。 排 水管长约6 0 5 0 m 通过隧洞同库外埋地回水管相连。 3 理论计算及水工模型试验成果 笔者根据 尾矿设施设计参考资料 中关于窗 口 1 0 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 3 3卷 式井一管排水系统泄流能力 的计算公式 ， 编制表格 计算不同起始泄流窗 口和不同泄流水头工况条件下 窗 口式井一管排水系统泄流流量。为便 于计算和分 析 ， 选取第 1 、 5 、 1 O 、 l 3 、 3 1 、 4 1 排排水窗 口为起始泄流 窗 口， 根据排水井的结构特点 ， 设定 系列泄流水头 。 排水井 的糙率n = 0 0 1 7 ， 排水管的糙率n = 0 0 1 3 。 水工 模型试验成果及理论计算成果详见图1 。 4 成果分析 流量 Q， m s 图1 理论计算及水工模型试验成果对 比 由理论计算及水工模型试验成果对 比可知 ： 1 ) 自由泄流流态时 ， 理论计算 成果 与水工模 型 试验结果十分接近。 2 1 随着泄流水头 的增加 ， 窗 口式井一管排水 系 统逐渐进入压力流态。 理论计算条件下 ， 该 系统由 自 由泄流向压力流过渡得很快 ， 泄流能力 曲线上没有 出现半压力流流态。 水工模型试验成果反映 ， 当排水 井 内水 位在 8 4 6 5 4 8 5 3 6 6 m之 间 ， 系统 过 流 量 为 0 9 7 7 1 9 4 0 m3 s 之间时， 排水管为明流向压力流 的过渡流态 ， 管 内出现 明满流交替状态 。 可见 ， 实际 运行过程中该排水系统仍然会发生半压力流 。笔者 认 为半 压力流理论计算公式未考 虑排 水管道 的底 坡 、 沿程水力损失和水流掺气等因素对流量 的影响 存在一定误差。 3 1 压力 流流态时理论计算 图线斜率与水工模 型 试验压力流段图线斜率 比较接近 ， 存在一定的偏差。 这说明理论计算较充地分反应 了该排水系统的压力 流泄流特征 ， 同时需利用压力流工况对流量进行定 量控制时应对理论计算成果进行修正。 理论计算的 自由泄流控制段直接 向压力流控制 段转变 的起点与水工模型试验结果 比较接近 ， 这进 一 步证明理论计算成果在描述该排水系统 自由泄流 和压力流时比较准确。 4 ) 根据理论计算， 综合流量影响系数 和 受淹 没水深影响较大， 并随淹没水深增加而趋于稳定 。当 排水系统处于半压力流流态时 ， 淹没排水窗 口面积 小于2 倍排水管断面面积时( 对应淹没水深为 1 6 m1 ， 变化相对显著， 变化范围为0 2 8 0 7 6 ； 当淹没排水 窗口面积大于等于2 倍排水管断面面积时 D 变化趋 于平缓。 变化范围为0 7 6 0 8 ， 见图2 。 h ， in 图2 半压力流淹没水深与综合流 量影 响系数关 系 当排水 系统处于压力流流态时 ， 淹没排水窗 口 面积小于 1 倍排 水管断面面积 时f 对应 淹没水深 为 O 8 m ) ， 变化相对显著， 变化范围为0 2 2 0 0 2 3 2 ； 淹 没排水窗 口面积大于等于 1 倍排水管断面面积时， 肚 趋于稳定 ， 变化范围为0 2 3 2 0 2 3 6 ， 见图3 。 5 结论 1 ) 窗 1 5 1 式井一管排水系统泄流有 自由泄流 、 半 ( 下转第 1 4页) 1 4 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 3 3卷 1 - 3 1 、 氧压 0 _ 3 MP a 、 液 固比 5 ： 1 、 浸出时间 6 h 。 在 2 L 釜 中完成的综合试验， 同时分析铁 、 铟浸 出率， 结果 见表2 。 表 2 综合条件试 验结果 编号 渣率 浸出渣成分 浸 出率 z n F e A g ， g t I n S Z n F e A g I n 从表 2可知 ， 综合条件试验较好地验证 了条件 试验 的结果， 按 以上条件进行浸 出， 渣含锌约 3 ， 锌 浸 出率大于 9 7 ； 渣含铟约 0 0 0 0 4 。 铟浸 出率约 9 6 ； 铅和银浸出很少， 大部分 留于渣 中； 浸出渣含硫 大于 7 8 。 4 结论 1 ) 结果表明， 在常压装置中直接富氧浸出锌精矿 在技 术上是可行 的 。优 化浸 出条件 为 ： 精矿 细度 一 0 0 4 4 m m 9 7 、 初始酸锌比 1 -3 1 、 浸出温度 1 0 0 ( 2 、 氧压 0 - 3 MP a 、 搅拌转速 7 5 0 r mi n 、 浸出时间 6 h 、 液 固 比 5 ： 1 。 c c 2 1 优化浸出条件下， 锌浸出率 大于 9 7 ， 渣含锌 约 3 ： 铟浸出率约 9 6 ， 渣含铟约 0 0 0 0 4 ； 银浸出 很少。 大部分留于渣 中： 浸出渣含硫大于 7 8 。 在此特别感谢广西有色金属集团桂北投资有 限 公司领导和北京矿冶研究总院王忠教授等大力支持 和帮助。 参 考文 献 【 1 王吉坤， 周廷熙硫化锌精矿加压酸浸技术及产业化【 M 】 j E 京： 冶金 工业 出版社 2 0 0 8 2 】高 良宾， 赫冀成， 徐红江 精矿高温高压浸出技术 J 有色矿冶， 2 0 0 7 ，2 3 ( 4 ) ： 3 3 - 3 6 【 3 】刘 斌 简述锌冶炼浸出新技术 J 中国有色冶金， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 5 7 【 4 】李若贵 常压富氧直接浸出炼锌 J 中国有色冶金， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 1 2 1 5 5 】李有 刚， 李 波 锌氧压浸 出工艺现 状及技 术进展 【 J 中国有 色冶 金 2 0 1 0 ( 3 ) ：2 6 2 9 6 】徐 毅_硫化锌精矿中镓锗在高压氧浸中的浸出行为研究 J 】 湖南 工业大学学报， 2 0 1 l ，2 5 ( 4 H- 4 【 7 】徐志峰， 邱定藩， 卢惠民， 等 锌精矿氧压酸浸过程的研究进展 J 有 色金属， 2 0 0 5 ， 5 7 ( 2 ) ： 1 0 1 1 0 5 8 J8 陈永强， 邱定蕃， 王成彦 ，等 闪锌矿常压富氧浸 出f J 过程 工程学 报， 2 0 0 9 ，9 ( 3 ) ：4 4 1 4 4 8 ( 上接第 1 0页 ) 压力流和压力流三种情况 ， 理论计算可能不会 出现 半压力流情况， 但模型试验条件下会出现 。 h 图3压 力流淹 没水深 与综合流量影响 系数关系 2 1 理论计算 能准确描述 窗 口式排水 系统 自由 泄流流态 。 3 1 由于半压力流流态理论计算公式存在 缺陷。 故理论计算不能准确描述半压力流流态。 4 1 由于影响压力流流量系数 的因素较 多， 理论 计算 与实际综合 流量影响系数不可避免地存 在一 定误差， 但压力流理论计算成果总体可以反映实际 流量变化趋势。 参考文献 1 】 尾矿设施设计参考资料 编写组 尾矿设施设计参考资料 M 北京 ： 冶金工业 出版社 。 1 9 8 0 ： 3 2 5 3 4 9