有色金屬礦山給排水系統(tǒng)設(shè)計

王麗平

（紫金礦業(yè)建設(shè)有限公司廈門設(shè)計分公司 福建廈門 361000）

有色金屬礦山給排水設(shè)計的主要任務(wù)是滿足采礦工程、選礦工程，配套的生活區(qū)及辦公區(qū)等生產(chǎn)和生活用水對水質(zhì)、水量和水壓的要求；同時要將生產(chǎn)及生活產(chǎn)生的污廢水有組織的收集并處理后回用或達標(biāo)排放[1]。

有色金屬礦山企業(yè)給排水設(shè)計與城市給排水設(shè)計相比有許多相似之處，但有具有特殊性[2]。具有以下特點：①由于大部分允許開采的礦產(chǎn)資源地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，遠(yuǎn)離城市、無市政配套設(shè)施，因此礦山要滿足正常生產(chǎn)、生活需要需自成給排水體系。②生產(chǎn)用水量大，從環(huán)保節(jié)水角度需考慮生產(chǎn)回水重復(fù)利用。③不同用水點對水質(zhì)、水量和水質(zhì)要求差異較大，因此給排水系統(tǒng)復(fù)雜，需要針對礦山實際情況進行分區(qū)、分壓及分質(zhì)供水。

因此給排水設(shè)計在整個礦山工程設(shè)計過程中顯示出了其重要的作用。如果設(shè)計不合理，不但會影響采選工藝的正常生產(chǎn)，還會對環(huán)境造成危害[1]。本文以黑龍江省某有色金屬礦山設(shè)計項目為例，對有色金屬礦山企業(yè)給排水系統(tǒng)設(shè)計做一些探討。

1 給排水系統(tǒng)方案制定

本項目地處偏遠(yuǎn)地區(qū)無市政配套設(shè)施，因此整個礦山自成給排水體系。首先制定給排水系統(tǒng)方案，本工程共分為給水、回水及排水三大系統(tǒng)。

1.1 給水系統(tǒng)

礦山給水系統(tǒng)根據(jù)用途的不同可分為生活、生產(chǎn)、消防及冷卻水給水系統(tǒng)。由于本項目礦山遠(yuǎn)離市區(qū)，無市政給水管網(wǎng)，因此需自建水源取水系統(tǒng)。水源地離礦山約20km，為保證生產(chǎn)連續(xù)進行，避免事故停水或水源地供水不穩(wěn)定影響生產(chǎn)正常運行，在礦區(qū)設(shè)置生產(chǎn)新水水池，水池一般按儲存8～10h生產(chǎn)用水量容積設(shè)計。同時考慮二次增壓能耗大以及給水系統(tǒng)穩(wěn)定性，一般采用重力供水方式，采礦及選礦大部分生產(chǎn)新水用水點壓力要求通常為0.4MPa左右，因此生產(chǎn)新水水池設(shè)置于高于選廠場地標(biāo)高約50m左右的山坡上，部分壓力要求較高的用水點可采用局部加壓方式供水。

選礦工藝及采礦工藝生產(chǎn)用水水質(zhì)要求不高，本工程取水水源水質(zhì)即可滿足要求。從礦區(qū)高位生產(chǎn)新水，通過生產(chǎn)新水管道輸送至采礦工藝及選礦工藝各生產(chǎn)新水用水點。

礦區(qū)生活區(qū)、廠區(qū)生活用水及鍋爐房補充水等用水點對水質(zhì)要求較高，部分新水經(jīng)過生活飲用水一體化凈水設(shè)施處理達到《生活飲用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》后，通過生活水管道系統(tǒng)供礦山生活用水使用。

消防用水儲存于生產(chǎn)新水水池內(nèi)，同時采取保證消防水不做他用的措施。廠區(qū)內(nèi)大多為丁、戊類單層廠房，根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置室內(nèi)外消火栓給水系統(tǒng)，水池出水可滿足消防供水壓力。從消防水池設(shè)消防給水管網(wǎng)至廠區(qū)。

本工程選礦工藝中磨機電機等設(shè)備需要大量冷卻水冷卻，因此需設(shè)置循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。冷卻循環(huán)水管道系統(tǒng)，包括冷卻循環(huán)給水管道系統(tǒng)及冷卻循環(huán)回水管道系統(tǒng)。冷水通過冷卻循環(huán)給水管道輸送至選礦設(shè)備，冷卻排出的升溫水通過冷卻循環(huán)回水管道輸送至冷卻塔進行冷卻，冷卻后進冷水集水池循環(huán)使用。

1.2 回水管道系統(tǒng)

選礦工藝生產(chǎn)用水量較大，精礦及尾礦中含有大量水，因此需考慮生產(chǎn)用水重復(fù)利用。生產(chǎn)回水管道系統(tǒng)，包括生產(chǎn)回水加壓管道系統(tǒng)和生產(chǎn)回水供水管道系統(tǒng)。考慮到生產(chǎn)回水供水系統(tǒng)穩(wěn)定性，設(shè)高位生產(chǎn)回水水池，水池按儲存4～6h生產(chǎn)回水量容積設(shè)計，生產(chǎn)回水水池設(shè)置于高于選廠場地標(biāo)高約50m左右的山坡上。

生產(chǎn)回水通過生產(chǎn)回水加壓管道系統(tǒng)輸送至高位生產(chǎn)回水水池后，再通過生產(chǎn)回水供水管道系統(tǒng)重力輸送至采礦工藝及選礦工藝各生產(chǎn)回水用水點。

回水分為廠前回水及尾礦庫回水。精礦濃縮池溢流水、尾礦濃縮池溢流水及過濾濾液等廠前回水經(jīng)水泵加壓后通過生產(chǎn)回水管道系統(tǒng)輸送至高位回水水池。尾礦礦漿濃密后濃度約為55%，因此進入尾礦庫尾礦礦漿仍含有大量水，同時選礦工藝中的除塵廢水，沖洗廢水以及廠區(qū)溢流跑漏的廢水等隨尾礦漿一并進入尾礦庫中。根據(jù)環(huán)保要求尾礦庫內(nèi)水不能排放至下游，且從節(jié)水角度考慮，尾礦庫內(nèi)設(shè)回水設(shè)施。尾礦礦漿在尾礦庫內(nèi)沉淀澄清后經(jīng)庫內(nèi)浮船回水泵站，通過生產(chǎn)回水管道系統(tǒng)輸送至高位回水水池。

1.3 排水管道系統(tǒng)

本工程礦山排水管道系統(tǒng)包括生活污水排水管道系統(tǒng)和生產(chǎn)排水管道系統(tǒng)。不包含雨水排水管道，礦山雨水主要通過排水溝排除。生產(chǎn)排水包括采礦井下涌水及選礦生產(chǎn)排水。

礦區(qū)生活區(qū)、選礦車間衛(wèi)生間等生活污水經(jīng)化糞池預(yù)處理后，與經(jīng)隔油池處理后的食堂含油廢水通過生活污水排水管道系統(tǒng)匯集，經(jīng)一體化生活污水處理設(shè)施處理，達到標(biāo)準(zhǔn)后回用至生產(chǎn)回水水池。

采礦井下涌水一般水質(zhì)較好，通過簡單沉淀澄清后可直接進入生產(chǎn)新水管道系統(tǒng)，作為生產(chǎn)新水補充水用于生產(chǎn)。

選礦生產(chǎn)工藝過程中生產(chǎn)廢水一般通過流程或者生產(chǎn)排水管道系統(tǒng)進入濃密機或者尾礦庫，通過廠前回水和尾礦庫回水進入回水系統(tǒng)循環(huán)使用，實現(xiàn)礦山工藝廢水零排放。

整個礦山室外給排水管道系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 礦山給排水系統(tǒng)示意圖

綜上可知，整個礦山室外給排水管道系統(tǒng)較為復(fù)雜，因此設(shè)計時首先要根據(jù)工藝等對水質(zhì)不同要求，制定室外給排水系統(tǒng)方案。

2 給排水管道參數(shù)設(shè)計

給排水系統(tǒng)設(shè)計在滿足環(huán)保、安全要求的前提下，既要滿足整個礦山用水和排水要求，同時也要考慮經(jīng)濟性。因此管徑及管材的選用時需考慮以上三點要求。

2.1 管徑的確定

給排水管道管徑應(yīng)根據(jù)流體的流量、性質(zhì)、流速及管道允許的壓力損失等確定。在經(jīng)濟流速確定的前提下，管徑的選擇與流量有直接關(guān)系，因此流量和水量的準(zhǔn)確計算至關(guān)重要。礦山總水量包括生活、生產(chǎn)及消防用水量。礦山用水量計算時宜分別列表計算采礦工程、選礦工程及生活區(qū)用水量，同時需要區(qū)分不同用水水質(zhì)，計算生產(chǎn)新水、生產(chǎn)回水、冷卻循環(huán)水及生活用水量。

管徑的選擇主要以近期為主，同時根據(jù)管道性質(zhì)決定是否適當(dāng)考慮礦山遠(yuǎn)期發(fā)展要求。以項目為例，水源取水設(shè)施一般一次性建成，水源輸水管線管徑滿足遠(yuǎn)期發(fā)展要求。礦區(qū)其他給排水管道管徑以近期礦山規(guī)模計算的用水量來選擇，無特殊要求時，一般再考慮1.1的生產(chǎn)波動系數(shù)即可。

2.2 管材的選擇

給排水工程管材的選擇需要根據(jù)給排水工程的實際情況，進行擇優(yōu)選擇，按照不同的特性，選擇適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的管材。給排水管材的選用一般遵循以下原則：①管道的安全性與衛(wèi)生性。根據(jù)環(huán)保健康與安全要求，選用給水管材必須滿足衛(wèi)生環(huán)保要求。尤其是生活給水管道，選用管材必須符合國家現(xiàn)行有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保運輸過程中的水質(zhì)衛(wèi)生情況。②管材的實用性。即選用的管材必須滿足使用要求，首先要求管道在運輸壓力及溫度環(huán)境下要具有足夠強的機械強度，其次管道內(nèi)還具有良好耐腐蝕性。確保所選的材料能夠具有較強的環(huán)境適應(yīng)性。③管材的經(jīng)濟性。設(shè)計時應(yīng)該選擇既經(jīng)濟，又具有良好性能和安裝維修方面的管材。

3 給排水管道布置

對給排水管道進行布置、設(shè)計時應(yīng)結(jié)合整個礦山總圖規(guī)劃。在管線設(shè)計過程中，要充分考慮管線的可用性，在可用性的基礎(chǔ)上再考慮安全性。此外，還需對管線布置的簡潔性和美觀性進行優(yōu)化。給排水管道布置、設(shè)計包含以下內(nèi)容：

（1）管道布置形式的選擇。管道布置形式可分為環(huán)狀管網(wǎng)和枝狀管網(wǎng)。本項目室外消防給水管網(wǎng)采用環(huán)狀管網(wǎng)，供水可靠，滿足消防給水系統(tǒng)設(shè)計要求；其他生活及生產(chǎn)給水管網(wǎng)均采用枝狀管網(wǎng)，管網(wǎng)構(gòu)造簡潔，層次清晰，節(jié)省管材，有利于節(jié)省投資。

（2）管道保溫措施的選擇。本項目位于北方地區(qū)，冬季氣溫較低，管道需要考慮防凍問題。管道可以外包保溫層明設(shè)或埋地敷設(shè)在土壤冰凍線凍土層以下保溫。本項目經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，采用埋地敷設(shè)方式，管頂覆土深度位于土壤冰凍線以下0.15m。

（3）管道敷設(shè)。給排水管道布置時應(yīng)遵守“壓力管讓重力管，小管徑讓大管徑，支管讓干管”的原則。管線交叉時，優(yōu)先設(shè)計重力管，然后再進行壓力管設(shè)計。本項目污水排水管為重力管，設(shè)計時先干管后支管，做到管線最短、管徑最小、埋深最小，充分發(fā)揮出重力的作用。優(yōu)先設(shè)計主管道以及管徑較大的管道，盡量保證管線布置水平，避免出現(xiàn)交叉、打彎等情況，且主管道應(yīng)盡量靠近最大用戶布置。本項目中回水供水管主管管徑DN1000，主要回水用水點為選礦廠房，因此優(yōu)先在選礦廠房旁布置回水供水管道。

4 結(jié)語

給排水系統(tǒng)是有色金屬礦山企業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施，給排水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是礦山生產(chǎn)穩(wěn)定運行的必要條件。合理的方案，不僅能夠提升給排水系統(tǒng)的有效性與可持續(xù)性，還對礦山環(huán)保、安全等工作都會產(chǎn)生重要影響。因此設(shè)計合理、經(jīng)濟的給排水系統(tǒng)，對于建設(shè)綠色、節(jié)能礦山有著重要意義。