Искусственные факторы

К числу искусственных факторов обводненности горных объектов относятся:

а) вскрытие горными выработками незатампонированных скважин или старых заброшенных выработок. Обычно после окончания буровых работ, из скважин извлекаются обсадные трубы и производится их тампонаж вязким глинистым раствором или цементом. При плохом тампонаже скважин вода может прорваться в горные выработки, сопровождаясь выносом обломочного материала, разрушением кровли и оборудования. В целях безопасности ведения горных работ бурение технических скважин прекращают за 2-3 метра до встречи с горной выработкой.

В старых заброшенных выработках может скапливаться большое количество воды. Как правило, такие воды кислые и агрессивны по отношению к оборудованию. Прорывы воды в действующие горные выработки весьма опасны и носят катастрофический характер.

б) способ и системы разработки. При проведении горных работ с обрушением кровли на поверхности образуются локальные понижения в рельефе (воронки, трещины), которые способствуют скоплению застойных вод и проникновению их в более глубокие горизонты и непосредственно в горные выработки.

При таких условиях посадку лавы можно производить только при мощной толще пластичных пород (глин, аргиллитов, пластичных глинистых сланцев), в которых в зоне обрушения не возникают открытые трещины. Особую роль этот фактор приобретает, если горные выработки расположены в долинах рек и балок.

в) не рекомендуется отводить шахтные воды по поверхности шахтного поля канавами и по балкам, производить орошение сельскохозяйственных угодий, строить плотины, если породы водопроницаемы.

Все это в совокупности обязывает при оценке условий обводненности месторождения учитывать характер взаимодействия каждого из природных и искусственных факторов в формировании режима шахтных вод и необходимость проведения современного осушения шахтного поля.

4.2 Типы угольных месторождений по гидрогеологическим условиям

Для систематизации материалов гидрогеологических исследований и правильной их оценки необходима гидрогеологическая типизация угольных месторождений.

Общая обводненность месторождений полезных ископаемых, шахтных и карьерных полей может быть оценена следующими показателями:

а) суммарным притоком воды, м³/ч;

б) удельным притоком воды на 1 м² обнаженной поверхности горных выработок, л или м²/ч;

в) коэффициентом водообильности, м³/т год;

г) коэффициентом фильтрации пород, м/сут и другими водными их свойствами.

Положив в основу оценки степени обводненности месторождения вышеперечисленные показатели, М.В. Сыроватко [18] предложил следующую классификацию (таблица 4.1).

Таблица 4.1 – Классификация месторождений твердых горючих полезных ископаемых по степени обводненности (по М.В. Сыроватко)

Показатели общей обводненности месторождений	Степень обводненности месторождений
весьма обводненные	обводненные	умеренно обводненные	слабо обводненные
Суммарный приток воды (Q), м3/час		1000-300	300-100
Удельный приток воды (q), л или м2/час		4-0,4	0,4-0,05	0,05
Коэффициент водообильности (kв), м3/т год		25-8	8-3
Коэффициент фильтрации горных пород (К), м/сут		100-5	5-0,5	0,05

 

К весьма обводненным месторождениям относятся Кизеловское каменных углей (150 м³/ч) при коэффициенте водообильности равном 8, к обводненным – месторождения Донецкого, Подмосковного, Кузнецкого, Карагандинского, Челябинского, Канско-Ачинского и Ангренского бассейнов. Здесь средние притоки воды в горные выработки изменяются от 175 м³/час до 650 м³/час – 900 м³/час и более. К умеренно и слабо обводненным можно отнести Черемховское, Экибастузкое и др. со средними притоками, не превышающими 100 м³/час и коэффициенте водообильности меньше 3 м³ на 1 т.

При типизации угольных месторождений Донецкого бассейна по степени обводненности определяющими факторами являются:

а) мощность покрывающих карбон водоносных пород;

б) связь водоносных горизонтов карбона с поверхностными водотоками и водоемами;

в) структурно-тектонические условия каменноугольных отложений.

По первому признаку выделены типы, по структурно-тектоническим особенностям – подтипы месторождений [16].

Типы месторождений, выделяемые по мощности покровных отложений:

а) карбон обнажен или в покрывающих его отложениях (супеси, суглинки и глины) водоносные горизонты либо отсутствуют, либо имеют мощность до 10-15 м (открытая часть Донбасса). Здесь характерны значительные сезонные водопритоки в горные выработки, превышающие нормальные в 1,5-2 и более раза;

б) в покрывающих карбон отложениях водоносные горизонты локально развиты и их мощность не превышает 10-15 м. Шахтные поля этого типа распространены в пределах Красноармейской моноклинали и в Северной зоне мелкой складчатости. Здесь покровные отложения сложены водоносными песками, песчаниками и известняками мезозоя и кайнозоя мощностью 100-150 м. Средние притоки составляют от 35-40 м³/ч до 600-860 м³/ч. Коэффициент водообильности 4-7 м³/т.

в) в покрывающих карбон отложениях водоносные породы имеют повсеместное распространение мощностью более 15 м. Такой тип шахтных полей развит в закрытой части бассейна к северу и востоку от границ открытого карбона (северные части Луганского и Краснодонского угленосных районов, закрытые площади Восточного Донбасса). Отличительной особенностью гидрогеологического разреза является наличие мощной покровной толщи мело-мергельных пород. Водоносность их наблюдается лишь в верхней трещиноватой и закарстованной зоне, до глубины 60-70 м, редко до 100 м.

Подтип А (рисунок 4.1) характеризуется следующими особенностями:

• рабочие пласты угля отдалены друг от друга и поэтому, как правило, вскрываются отдельными шахтами;

• в обводнении выработок участвует незначительное количество водоносных горизонтов, которые обычно

дренируются горными выработками на большой площади

• в зависимости от наличия или отсутствия в кровле пласта водоносного горизонта отмечаются весьма большие колебания суммарных притоков по отдельным шахтам. Средний приток в шахту составляет 150 м³/г, максимальные 500-850 м³/г, средний коэффициент водообильности до 4 м³/т.

• с крутым падением слоев (более 45) (рисунок 4.2) распространены в Центральном районе Донбасса. Здесь вертикальными стволами вскрываются до 10 пластов угля с вмещающими породами, а квершлагами пересекаются все водоносные горизонты угленосных свит. Здесь приток в шахту из отложений карбона составляет до 100 м³/ч, иногда 200-300 м³/ч. Коэффициент водообильности – 1,5-2,5 м³/т.

По геолого-структурным признакам в породах Донецкого бассейна выделяются [18] следующие подтипы шахтных полей (или участков): А- месторождения, приуроченные к районам крупной складчатости; Б – расположенные в зонах мелкой складчатости и купольных структур; В – перекрытые толщей более молодых образований.

Подтип А. Здесь различают две группы шахтных полей.

С пологим и наклонным падением (рисунок 4.1) почти все месторождения Чистяково-Снежнянского, Боково_хрустальского, Должанско-Ровенецкого, Шахтинско-Несветаевского, Сулино-Садкинского, Гуково-Зверевского и Задонского районов.

При относительно равномерном обнажении водоносных пород системой горных выработок, притоки по отдельным шахтам между собой почти не отличаются и составляют 150-200 м³/ч, иногда до 650 м³/ч при наличии связей водоносных горизонтов с поверхностными водами.

Б – шахтные поля, расположенные в зонах мелкой складчатости и купольных структур с частыми дизъюнктивными нарушениями (рисунок 4.2): Донецко-Макеевский, Алмазно-Марьевский, Лисичанский и Селезневский угленосные районы и открытые части Луганского, Краснодонского и Каменско-Гундоровского районов обводнены весьма неравномерно. Площадь питания водоносных горизонтов ограничена, в связи с чем ресурсы подземных вод невелики. Внезапное увеличение притоков наблюдается при вскрытии открытых нарушений надвигового типа.

Средний приток в шахты составляет около 150 м³/ч, максимальный – 600 м³/ч, средний коэффициент водообильности до 4 м³/т, максимальный – около 7 м³/т.

В – шахтные поля, где угленосные отложения перекрыты более молодыми образованиями (рисунок 4.4): западный и южный Донбасс, Старобельско-Миллеровская моноклиналь, Красноармейский район, т.е. преимущественно закрытого и полузакрытого типов. Мощность покровных отложений достигает 40 м, из которых 10-20 могут проявлять плывунные свойства.

где 1 – песчаники;

2 – известняки;

3 – угли;

4 – аргиллиты;

5 – дизъюнктивные нарушения

Рисунок 4.3 – Подтип Б шахтных полей Донбасса, расположенных в зонах мелкой складчатости и купольных структур с дизъюнктивными нарушениями.

Отличаются высокой угленосностью (разрабатывают по несколько угольных пластов и ряд водоносных горизонтов, что приводит к поступлению в выработки значительных и устойчивых суммарных притоков, превышающих средние показатели по бассейну (более 200 м³/ч).

4.3 Водоприток. Шахтный водоотлив

Водоприток – поступление подземных и поверхностных вод в горные выработки. Различают общий, участковый и забойный водопритоки.

Общий водоприток в шахты и карьеры складывается: из притока подземных вод (водоносных горизонтов, дренируемых горными выработками); шахтных вод, поступающих из затопленных выработок и соседних шахт, технических вод, подаваемых для орошения, бурения скважин и др.; поверхностных вод и атмосферных осадков. Режим поступления воды в выработки зависит от совокупности взаимодействия природных (климатических, геоморфологических, геологических и гидрогеологических) и технологических (форма и размеры участка горных работ, глубина и интенсивность разработки месторождений, системы разработки) факторов.

Участковый водоприток на шахтах складывается из притоков в подготовительные выработки и в выработанное пространство выемочного участка. В подготовительные выработки вода поступает из залежей полезного ископаемого, водоносных горизонтов, залегающих непосредственно в кровле и в почве выработок или из дренажных скважин. В выработанное пространство вода поступает в основном из водоносных горизонтов, попадающих в зону водопроводящих трещин, из соседних отработанных участков и иногда с поверхности земли.

Забойный водоприток на шахтах складывается из притоков подземных вод и вод, поступающих из выработанного пространства непосредственно в призабойное пространство подготовительных и очистных выработок. Наибольший забойный водоприток наблюдается в случае, когда забой находится гипсометрически ниже, чем выработанное пространство.