Гірські виробки

Питання розрахунку водопритоків були розглянуті в працях Д.І. Ще голева, С.В. Трояповського, С.К. Абрамова, М.В. Сироватко. В.М. Шестакова, В.Д. Бабушкіна, Н.І. Плотнікова, П.П. Кліментова, С.Б. Скиргелло, М.І. Чельцова. В.А. Міроненко, І.С. Жернова, С.П. Прохорова, Г.П. Скворцова, М.С. Газизова. Д.І. Пересунько та ін. [10,13].

При розробці родовищ відбуваються значні зміни режиму підземних вод. пов’язані із створенням виробок у них і з роботою дренажних систем та водовідливних споруд.

Існують такі шляхи боротьби з водопритоком: 1) водо пониження (у випадку значної обводненості родовища); 2) встановлення протифільтраційних завіс (у випадку незначної обводненості): 3) сумісне використання протифільтра­ційних завіс і водо пониження.

У вирішених нижче задачах будуть розглянуті тільки випадки водо пониження. Питання боротьби із раптовими проривами води розглядатися не будуть.

Виділяють два способи осушення:

1) Поверхневий (у більшості випадків водо понижуючими свердловинами). Дає позитивні результати при необхідності зниження напору підземних вод, при великій потужності і водопроникності осушуваних порід.

2) Підземний. Використовується в умовах, коли осушення експлуатаційних забоїв може бути досягнуто в процесі проходження підготовчих виробок. Дренажний ефект останніх часто підсилюється при використанні набивних чи скрізних фільтрів, або в результаті буріння спеціальних дренажних свердловин з гірських виробок.

У складних гідрогеологічних умовах найбільший ефект досягнуто при комбінованому способі осушення, тобто з використанням обох (поверхневого і підземною) методів осушення.

В курсі розглянуті питання:

Визначення водо притоку в гірські виробки.

Розрахунок осушення родовищ корисних копалин.

В результаті вивчення цих питань студент повинен розуміти методику визначення водопритоків у гірські виробки і вміти оперувати нею.

Загальний водопритік залежить не тільки від гідрогеологічних умов родовища, але й від способу його відробки. Наприклад, звичайно загальний водоприток до шахти є більш високим при розробці родовища з руйнуванням порід над відробленим простором, ніж при його закладці.

Під загальним водопритоком в шахту (рудник) слід розуміти сумарний приток до водопонижуючого і водовідливного обладнання.

В залежності від гідрогеологічних умов і відповідних вихідних даних, для визначення притоку води в гірські виробки використовуються такі методи:

− метод гідрогеологічних аналогій;

− гідравлічний метод;

− метод водного балансу;

− гідродинамічний метод з використанням

− аналітичних розрахунків або моделювання;

− методи математичної статистики.

Базовим поняттям курсу э витрата потоку підземних вод (Q) - скорочення від англ. Quantity (кількість). Розмірність витрати - (м³/доба).

І. Метод гідрогеологічних аналогій.

Заснований на аналогії гідрогеологічних і гірничо-технічних умов розробки ділянок родовищ.

Аналогія повинна бути:

− з геологічним розрізом ділянок робіт;

− з умовами формування ресурсів підземних вод І обводненням гірських
виробок;

− із способом та системою розробки ділянок родовища;
Різниця може бути:

− в глибині залягання корисної копалини;

− у розмірах ділянок розробки;

− у фільтраційних властивостях порід, обводнюючих родовище;

− у відстані до контуру живлення та ін.

Метод є наближеним; обґрунтування прогнозу в значній мірі обумовлене вибором ділянки-аналога. Розрахунки можуть базуватися на емпіричних зв'язках або гідродинамічних залежностях.

Застосування методу аналогії є доцільним, з одного боку, для попередньої оцінки на перших стадіях вивчення родовища або його окремих ділянок, а з іншого - при детальній розвідці, коли гідрогеологічні умови досить складні, де їх вивчення для обґрунтування гідродинамічним методом пов'язане із значними труднощами.

При використанні методу гідрогеологічних аналогій застосовуються такі

залежності:

1). Розрахунки по коефіцієнту обводнення.

Коефіцієнт обводнення

К_о = V/Р (1)

V − об'єм води, відкачаної з шахти (руднику) за деякий проміжок часу, Р - кількість добутої за цей час корисної копалини, т.

Знаючи Ко, очікуваний водоприток у шахту-аналог визначаємо по формулі:

Q_п = K_o*P_п (2)

де Р_п − проектована продуктивність нової шахти, т.

Використання коефіцієнту обводнення можливе для родовищ, віддалених від великих водотоків і водойм, при незначній різниці в продуктивності шахт (рудників). Область використання методу досить обмежена, тому що у розрахунок приймається зміна лише одного фактора - продуктивності шахти (руднику). При цьому без будь-якого підґрунтя приймається пряма залежність між водопритоком та продуктивністю шахти.

2)Розрахунки по дебіту на одиницю довжини виробки.

У деяких випадках водо притоки є пропорційними довжині виробки або довжині системи виробок, тобто

Q = q*l (3)

де q - питомий водопритік на одиницю довжини шахти-аналогу, м²/доба (м²/год.); l - довжина виробки, м.

Припущення щодо прямої залежності водопритоку від довжини виробки може вважатися доцільним при достатній довжині виробок відносно їх поперечних розмірів (перевищення в декілька десятків разів).

Емпіричні формули, що відносяться до методу аналогії, запропоновані для ряду великих вугільних басейнів. Ці залежності базуються на аналізі масового матеріалу спостережень за водо притоками у гірські виробки.

3)Методи аналогії, засновані на гідродинамічних залежностях.

В умовах, коли проектована шахта відрізняється від шахти - аналогу лише значенням пониження рівня води в ній, розрахунок водо притоку може здійснюватись за формулою, що враховує різницю пониження в безнапірних умовах:

(4)

де

- водоприток у проектований кар'єр (шахту);

- водоприток в діючий кар'єр (шахту);

- потужність незниженого рівня води у пласті проектованої виробки;

- необхідне зниження рівня води у проектованій виробці:

- потужність незниженого рівня води в пласті діючої виробки;

- пониження у діючій виробці.

Існують формули для більш складних випадків, коли залежність базується на гідродинамічній формулі, що враховує загальну схему потоку, а гідрогеологічні параметри приймаються як узагальнені коефіцієнти.

II. Гідравлічний метод.

Цей метод заснований на екстраполяції дослідних даних. До нього відносяться екстраполяція на глибину, тобто екстраполяція, пов'язана із зниженням рівня, і екстраполяція з урахуванням зміни площі, яку займають гірські виробки. Екстраполяція такого типу може виконуватися з використанням гідродинамічних залежностей, про які вказано вище.

III. Метод водного балансу.

Метод заснований на урахуванні усіх складових живлення й розвантаження підземних вод в умовах їх відбору при осушуванні родовища.

Як правило, балансовий метод використовується для орієнтовних оцінок. Більш надійні результати він може дати для оцінки загальних водопритоків у виробки при відборі води з пластів обмеженого розповсюдження (наприклад, замкнені або напівзамкнені пласти).

Рівняння балансу має такий загальний вигляд:

Q=Q_{пружні запаси} + Q_{статичні запаси} + Q_{інфільтрація по площі} + ΔQ_{зменшення випаровування} + Q_{водотоків та водойм} + ΔQ_{перетікання} + Q_{штучне живлення} - Q_{розвантаження підземних вод джерелами та в процесі водовідбору}

Найчастіше використовуються скорочені балансні рівняння.

IV. Гідродинамічний метод з використанням

аналітичних розрахунків або моделювання.

Цей метод дозволяє не тільки визначній загальний водоприток, але й здійснювати прогноз формування депресійної або п’єзометричної воронки.

Слід знати, що метод дозволяє враховувати й неусталений характер руху.

Можливості методу досить широкі. У відповідності із способом відробки родовища застосовують ті чи інші засоби, системи і режими осушення.

В складних гідрогеологічних умовах спосіб використовується відповідно до його гідрогеологічної специфіки і способу осушення.

Розрахункові методи поділяють на аналітичні та на методи моделювання гідрогеологічних умов.

Формули динаміки підземних вод в ряді випадків можуть безпосередньо використовуватись для визначення притоків води. Але при цьому потрібно враховувати ряд специфічних особливостей, пов'язаних з інтенсивністю розвитку гірничих робіт у часі, а також з розмірами великого колодязя.

V. Методи математичної статистики.

Визнання суттєвості статистичних методів пов'язане із значним розвитком статистичної методології, можливостями реалізації відповідних методик на ПК. Статистичні залежності, розглянуті у даних вказівках, спрощені й обмежені внаслідок неможливості охоплення всього широкого спектру статистичних засобів. Опис більш тонких і складних сучасних методів можна знайти у спеціальній літературі з обчислювальної статистики.

Питання й завдання для самоконтролю:

1.Що вивчає гідрогеологія родовищ корисних копалин?

2.Охарактеризуйте основні методи визначення водопритоків у гірські
виробки.

3.Назвіть шляхи боротьби з водо притоками і способи осушення родовищ.

Рекомендована література:

(4) - с. 132 - 185; (6) - с. З - 12: (9) - с. 320 - 329.