Визначення водопритоків у гірські виробки

Основою гідродинамічного методу є аналітичні залежності динаміки підземник вод. При вивченні цієї теми слід ознайомитися також з основами гірництва, способами розробки родовищ корисних копалин.

Слід відмітити, що у практиці гірничої справи широко використовуються похилі стовбури та інші похилі гірські виробки. Для визначення дебіту такого рівний типу водоприймачів С.К. Абрамовим було досліджене питання про вплив кутів нахилу свердловин на їх дебіт. Ці досліди в умовах басейну і потоку довели, що зміна кута нахилу практично не впливає на дебіт свердловин. Таким чином, формули для вертикальних свердловин (виробок) без великої погрішності можна використовувати у розрахунках дебітів похилих виробок. Якщо похила виробка проведена по одному й тому ж водоносному шару і має відхилення від вертикального положення більш ніж на 45°, її слід розраховувати як горизонтальний водозабір. При цьому виробка розбивається на декілька характерних ділянок, для кожної з яких визначається свій середній напір – Н_ср, а довжина ділянки розраховується за проекцією на горизонтальну площину (а не по довжині похилої лінії).

Часто при визначенні водопритоків використовується метод "великого колодязя". Нагадаємо, що під ділянкою підземних гірських виробок розуміють систему взаємопов'язаних по гірничо-технічним умовам похилих горизонтальних і вертикальних, підготовчих і очисних виробок. Ця система виробок з гідродинамічної точки зору може розглядатися як єдиний вертикальний або горизонтальний водоприймач (в залежності від структури родовища і використаної системи розробок).

Аналогічно рудне поле або кар'єр, які оцінюються за ступенем обводненості на заданий етап експлуатації або на кінцевий період відробки запасів, можуть розглядатися як загальний водоприймач із зведеним радіусом (метод "великого колодязя"). Очевидно, що кар'єри за своїми гідродинамічними особливостями найбільше відповідають схемі "великого колодязя". Умовний розгляд ділянки виробок (або кар'єру) до "великого колодязя" з радіальною схемою потоку доцільно проводити до тих пір. поки відношення ширини ділянки до його довжини не стає меншим 0,1, в решті випадків притоки до ділянки виробок визначаються, як правило, за схемою плоского потоку − як для вузької горизонтальної дрени з одностороннім або двостороннім надходженням підземних вод (в залежності від умов живлення).

При прямокутній (у плані) формі ділянок виробки значення може бути визначене формулою Н.К. Гіринського:

(14)

де: г₀ − зведений радіус ділянки відробки або кар'єру, м;

А − довжина котловану, м; В − ширина котловану, м;

η - коефіцієнт, що залежить від відношення − А/B

Таблиця 1

Значення коефіцієнту η

А/B		0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,8	1,0
η		1,05	1.08	1,12	1,14	1.16	1,174	1.18	1.18	1.18

При неправильній (у плані) формі ділянки відробки, при відношенні довжини до ширини не більше 3 (якщо форма виробок наближується до квадрату), зведений радіус визначається по за такими формулами:

(15),

(16),

де F − площа ділянки, м².

При відношенні довжини ділянки до її ширини більше 3 можна користуватися формулою:

(17)

де Р - периметр ділянки, м.

Для ділянок більшої довжини і малої ширини, коли співвідношення A/B наближається до нуля, якщо тільки притоки до цих ділянок не визначаються по схемі плоскої фільтрації, як для горизонтальних дрен величина зведеного радіусу визначається за формулою:

(18)

Методом "великого колодязя" можна користуватись при умові, що L/r₀≥3, де L − відстань від центру виробки до її границі.

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ №3

Задача 3. Визначення водопритоків гідродинамічним методом з використанням методу "великого колодязя".

Умова. Родовище складене сильно тріщинуватими закарстованими вапняками. Розміри тріщин - від декількох мм до 30-50 см, карстові порожнини частково заповнені піщано-глинистим матеріалом, частково відкриті. Вапняки містять водоносний горизонт із вільною поверхнею з абсолютною відміткою 125м. За даними проведених пошуків нижче абсолютної відмітки 96 м вапняки відносно слабо проникні.

Рис. 5. Гідрогеологічний розріз (до задачі 3)

Підошва гірських виробок закладена на абсолютній відмітці 96 м, що призводить до зниження статичного рівню на 29 м.

Площа, зайнята виробками, має форму прямокутника (500 м х 400 м).

Коефіцієнт фільтрації визначено дослідними відкачками, складає 0,00015 м/с. Радіус впливу R = 3000м. Потік безнапірний. Визначити водоприток до системи гірських виробок.

Приводимо виробку до зведеного радіусу "великого колодязю" (r₀). Виходячи з того, що форма кар'єру наближена до квадрату, згідно з (15) та складає 252,31м. Умова для виконання методу "великого колодязю" виконується: L/г_о > З (11,9>3). у даному випадку L = R.

Потужність водоносного шару до відкачки Н_П= 125-96=29 м.

Величина шару води у виробці h_K, в розрахунку від слабо проникної зони (водотриву), складає 96-96 = 0 м.

Водопритік до виробки по формулі (5):

(19)

де

Н_П − потужність водоносного шару до відкачки;

h −висота стовпу води, рахуючи від водотриву, у виробці;

R − радіус впливу, м;

г₀ − приведений радіус ділянки відробітки.

Питання для самоконтролю:

1.Які Вам знайомі основні формули для визначення радіусу "великого колодязя"?

2.Охарактеризуйте зони, що виникають в породі над підземною

Виробкою?

3.Як можна визначити водопритоки у похилі гірські виробки?

Рекомендована література:

(4)-с. 163-164; (9)-т. І. с. 348-353: (10) - ч. З с. 31-39

Задача 3.1.

Розглянемо ту ж саму задачу, але з іншими умовами.

Якщо у попередній умові величина зведеного радіусу − г₀ була набагато меншим за радіус впливу гірничої виробки − R (252,31 < 3000),

Рис. 5.1. Схема до задачі 3.1

то у даному варіанті задачі г₀ буде перевищувати L. L=R = 100м (L<г_о).

г_о=252м. Така картина характерна у випадку контакту водоносного горизонту із «закритою» бічною межею (непроникною, або слабо проникні гірські породи) та близьким розташуванням виробки поблизу межі.

Рис. 5.2. Схема до задачі 3.2

Розрахункова формула відповідно зміниться тому, що у формулі (5) в даному випадку значення ln(R)-ln(r₀)=ln(R/r₀) буде від'ємним.

Тому розрахункова формула буде мати наступний вигляд:

(20)