Дренажні прилади та споруди що застосовуються при осушенні підземних виробок

Глибокий дренаж найбільш ефективний на родовищах скельних порід, але застосовується і для пухких порід. Якщо ж є розшарування порід за літологічним складом та фільтраційними властивостями, він стає неефективним, тому що неможливо зменшити рівень води до водотривкої підошви. Глибокий дренаж дає позитивний ефект при високих напорах, привеликій потужності і водопроникності осушуваних порід.

Мілкий дренаж широко використовується при осушенні кар’єрів. Він відрізняється великою різноманітністю способів застосування. Головне значення мають голкофільтрові споруди і дренажні траншеї, або прибортовий горизонтальний дренаж у вигляді трубчастих дрен, який закладають на уступах кар’єрів для пониження рівня води. Мілкий дренаж при осушенні відкритих виробок здебільшого використовують для перехоплення потоків поверхневих вод, дренування верховодки, малопотужних горизонтів грунтових вод. Технічні засоби осушення передбачають створення системи дренажних штреків, які прокладають із спеціальних шахтних стволів, шурфів і штолень.

Штреком називають горизонтальну гірничу виробку, яка йде по корисній копалині. Квершлаг - горизонтальна гірнича виробка, яка йде по вміщуючих гірських породах. Посеред штреків, іноді збоку, проводяться дренажні канави, які служать для відведення дренажних вод.

Дренажні штольні - мають нахил до свого гирла, в них іноді встановлюється насосне обладнання; в окремих випадках застосовуються дренажні свердловини. В підошву гірничих виробок закладають водопонижуючі колодязі або свердловини, чи самовиливні свердловини й голкофільтри.

Водопонижуючі колодязі і забивні фільтри використовуються для пониження рівнів або зниження напорів у водоносних горизонтах, що залягають відповідно під підошвою та над покрівлею горизонтальної підземної виробки. Колодязі для цього забезпечуються насосами.

30. Класифікація схем дренування за Скиргелло О.В. заснована на врахуванні розташування дренажних споруд у плані.За даною класифікацією виділяють такі схеми осушення: 1) однолінійні; 2) дволінійні 3) одноконтурні; 4) двоконтурні; 5) сітчасті; 6) кущові; 7)комбіновані.

Лінійні схеми осушення складаються з одного або більше рядів водо понижуючих свердловин, дренажних канав, штреків або горизонтальних свердловин. Вони частіше застосовуються при осушенні похилих водоносних пластів або пластів з високою водопроникністю та при осушенні в’їзних і розрізних траншей, робочих бортів кар’єрів тощо.При контурній схемі осушення дренажні свердловини розташовуються по кутах трикутника, квадрата, багатокутника по периметру невеликих розмірів огородженої ділянки.За лінійною або контурною схемою виконується також огороджуючий дренаж, який знижує напори на укосах кар’єрів до величин, що забезпечують мінімальний ризик опливання укосу. Двоконтурна схема осушення утворюється двома взаємодіючими контурними спорудами або двома концентрично розташованими спорудами. Сітчаста схема використовується при підземному способі, коли дренажними спорудами є наскрізні фільтри. Кущова схема осушення – це система водопонижуючих свердловин, які закладаються групами, без вищеозначеної системи, в місцях зон високої обводненості а також великої закарстованості і тріщинуватості. При кар’єрній розробці рудних родовищ

31. Комбінований спосіб осушення гірничих виробок у складних гідрогеологічних умовах.
На другому етапі, після промислової відробки об’єкту, при освоєнні більш глибоких рудних горизонтів, осушення ведеться комбінованим способом – за допомогою випереджаючої підземної кільцьової галереї, пройденої із шахт по трасі водопонижуючих свердловин, а також за допомогою наскрізних фільтрів, які переобладнано з цих свердловин. При комбінованому способі з поверхні робочого борту кар’єру обладнуються наскрізні фільтри та вбирні свердловини, в дренажних штреках – забивні фільтри і трубчасті колодязі.
Наскрізні фільтри - це сітчасті, жорствяно-дротяні або каркасно-стержневі фільтри d = 68-70 мм. Їх встановлюють у пробурені з поверхні свердловини для дренування кількох водоносних горизонтів малої потужності, що лежать вище корисної копалини. Понижуючі колодязі та розвантажуючі свердловини використовують для пониження рівня водоносних горизонтів, що лежать в підошві кар’єру. Якщо перші обладнують центробіжними насосами, то другі розкривають напірний горизонт і працюють як самовиливні.

Поглинаючі (або вбирні) свердловини використовують, якщо надпродуктивний горизонт має невелику потужність і проникність, а також більші напори, ніж підпродуктивний. Вода самопливом перетікає з верхнього в нижній водоносний горизонт. Для неробочого борту кар’єру також закладають дренажні споруди, але тут для забезпечення осушення можна обмежитись лише тільки одним горизонтальним дренажем.

Дренажні шурфи з штреками використовуються для безпосереднього осушення поля кар’єру, якщо в геологічному розрізі мають місце стійкі породи (піщаники, алевроліти і т.п.).

Дренажні штреки є горизонтальними осушувальними спорудами, що проходять нижче всіх гірничих виробок, з яких вони приймають воду, або вздовж робочого борту кар’єру, нижче його підошви. В залежності від гідрогеологічних умов дренажні штреки використовуються.

Осушення внутрішніх відвалів гірських порід має свої характерні особливості, які залежать від інженерно-геологічної обстановки (найбільш розповсюджений тип деформацій у відвалах - зсуви). Для збереження стійкості відвалів необхідно, щоб лежачий бік родовища (у кар`єрі), складеного з пісків, був осушений.

32. Типізація і схематизація гідрогеологічних умов родовищ корисних копалин.
В першу чергу виконується схематизація та типізація гідрогеологічних умов родовищ корисних копалин: визначають форму області фільтрації у плані і розрізі (для завдання границь); умови живлення і стоку по площі поширення водоносних шарів; тип і розташування гірничих виробок. На практиці, для попередніх найбільш загальних оцінок, здебільшого використовують балансовий метод і метод аналогій.

33.Методи визначення загального водопритоку у гірничі виробки. Умови їх застосування.
Метод водного балансу. Метод грунтується на урахуванні всіх складових живлення й розвантаження підземних вод в умовах їх відбору при осушенні 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 поширення (наприклад, замкнені або напівзамкнені пласти).

Рівняння балансу має такий загальний вигляд:

Q = (Q _{пружні запаси} + Q _стат) + Q _{інфільтрація на площі} +

+ ∆ Q _{за рахунок зменшення випаровування} + Q з водотоків і водойм +∆Qперетікання + Q _{штучне живлення} + Q _{розвантаження підземних вод джерелами}

Q_стат =

де µ - коефіцієнт водовіддачі; V – об’єм осушуваних порід.

Метод гідрогеологічних аналогій заснований на аналогії гідрогеологічних і гірничо- технічних умов ділянок родовищ, що розробляються і проектуються до розробки.

Особливо часто цей метод застосовують при оцінках притоків до нижчих горизонтів,що намічаються до відробки в аналогічних гідрогеологічних умовах, або на суміжних з діючимишахтами ділянках. За наявності об’єктів-аналогів величини прогнозних водопритоків повинні бути зіставлені з фактичними водопритоками до виробки, шахти або кар’єру, а також встановлені співвідношення структурних, гідрогеологічних, балансових параметрів об’єкта-аналога та розвіданого родовища для подальшого вибору розрахункової схеми підрахунку водопритоків даним методом.

34.Умови обводнення та методи розрахунку водопритоків до виробок, що розробляють родовища, у геологічному розрізі яких переважають товщі пухких незцементованих порід.

Всі гідрогеологічні класифікації засновані на оцінці обводненості. Коефіцієнт обводненості (Ко) - це відношення кількості води до кількості добутої корисної копалини за той же проміжок часу.

(к.к – корисна копалина; V_{0 -} V води)
Водонасиченість родовищ цього типу досить висока і залежить як від літологічного складу нашарувань, розвинених у покрівлі і ґрунті корисної копалини, так і від сучасних ерозійно-географічних факторів. Окремі шахти родовищ другого типу характеризуються відносно високим водопритоком, що досягає 100-300, а іноді і більше кубічних метрів за годину. Значення коефіцієнта обводненості може коливатися в широких межах: від 2 до 15. До другого типу відносяться родовища бурого вугілля, вогнетривких глин, марганцю, фосфоритів, деякі залізорудні родовища і розсипні родовища олова, золота, платини, вольфраміту та ін. При експлуатації родовищ другого типу труднощі проходки виробок звичайно обумовлюються не величиною водопритоку, а тим, що у виробки разом з водою надходять дрібнозернисті піщані породи. Швидкість виносу дрібних часток породи залежить від величини гідростатичного напору, під яким вода знаходиться у водоносному шарі, а також від потужності і літологічного складу водомістких порід.

При зміні від глинистийх фракцій до піщаних виробки, які були слабко обводненими затоплюються, при чому у виробки можуть надходити пливунні маси. Від літологічного складу гірських порід, від їх віку, ступеню відслонення, текстури і структури та рельєфу залежить інтенсивність їх вивчення.

Коли пласт напірний, об’єм пливуна дуже значний та необмежений в часі. Пливунні властивості також мають насичені кварцево-серецитові сланці, які можуть напливати у вигляді рідкої маси, а іноді стрімко прориваються у виробки великими масами; зруйновані сланці вугленосної товщі, які перетворюються у глинисту масу, яка при розкритті заповнює вирбобки.

Метод розрахунку для цього типу - гідродинамічний (рівняння Дюпюі, р-ня великого колодязя), також методи моделювання,та при цьому враховувати швидкість розширення виробки

35. Методи гідрогеологічних аналогій основані на гідродинамічних залежностях та на порівнянні коефіцієнта обводнення
На практиці, для попередніх найбільш загальних оцінок, здебільшого використовують балансовий метод і метод аналогій.
Методи аналогії, засновані на гідродинамічних залежностях. В умовах, наприклад, коли шахта, що проектується, відрізняється від шахти-аналогу лише значенням заданого пониження рівня води у водоносному горизонті, що створює водоприток до неї, розрахунок водопритоку може здійснюватись за формулою Тіма, яка враховує різницю пониження в безнапірних умовах. Для тектонічно порушених масивів порід може бути використане рівняння (Бесєда М.І., 1987):

Q сер прогн = Qmax/В(С-H)² + 1

де Qmax – середнє максимальне значення водопритоку до виробки, що надходить із данного типу порушень у певному гідрогеологічному районі, м3/год; Н – глибина розкриття тектонічного порушення майбутніми виробками, м; В – параметр, що визначається по цій самій формулі за фактичними середніми поінтервальними значеннями водопритоку при розкритті порушень даного типу; С – глибина, на якій спостерігається максимальний середній водоприток із порушень даного типу, м. Існують формули для більш складних випадків, коли залежність базується на гідродинамічній формулі, що враховує загальну схему потоку, а гідрогеологічні параметри приймаються як узагальнені коефіцієнти.Застосування методу аналогій виконується на першій стадії розробки родовищ або при детальній розвідці. Згідно цього методу пониження значення коефіцієнту обводнення від об’єктів аналогів на гірничі виробки . Цей спосіб є достатньо надійним для попередження уяви про ступінь обводнення гірської виробки.

36.Метод гідрогеологічних аналогій для визначення водопритоку, заснований на аналогії гідрогеологічних та гірничо-технічних умов.

Метод гідрогеологічних аналогій заснований на аналогії гідрогеологічних і гірничо- технічних умов ділянок родовищ, що розробляються і проектуються до розробки.

Особливо часто цей метод застосовують при оцінках притоків до нижчих горизонтів,що намічаються до відробки в аналогічних гідрогеологічних умовах, або на суміжних з діючимишахтами ділянках. За наявності об’єктів-аналогів величини прогнозних водопритоків повинні бути зіставлені з фактичними водопритоками до виробки, шахти або кар’єру, а також встановлені співвідношення структурних, гідрогеологічних, балансових параметрів об’єкта-аналога та розвіданого родовища для подальшого вибору розрахункової схеми підрахунку водопритоків даним методом.

Аналогія між новим родовищем та підібраним для нього об’єктом-аналогом повинна бути:

- за геологічним розрізом ділянок робіт;

- за типом гідрогеологічних умов, тобто за умовами формування ресурсів підземних вод і обводнення гірничих виробок;

- за способом та системою розробки ділянок родовища;

Допускається різниця :

- за глибиною залягання корисної копалини;

- за розмірами ділянок розробки;

- за фільтраційними властивостями порід, що містять родовище;

- у відстані до контуру живлення та ін.

Розрахунки можуть базуватися на емпіричних зв’язках або гідродинамічних залежностях.
Застосування методу аналогій 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, і їх вивчення для обґрунтування застосування гідродинамічного та інших методів пов‘язано із значними труднощами.

За методом аналогій можна поширювати величину коефіцієнту обводнення, встановлену для ряду розроблюваних шахт або лав, на запроектовані гірничі виробки, що знаходяться в подібних гідрогеологічних умовах на тих самих або нових родовищах. Метод є наближеним, оскільки обгрунтування прогнозу в значній мірі зумовлене вибором ділянки-аналога, а повного аналога в природі не існує.