Тема 9. Управление геомеханическими процессами при подработке водных объектов. 4 часа

Классификация подрабатываемых водных объектов. Системы разработки месторождений полезных ископаемых, применяемые при подработке водных объектов. Обобщённая схема подработки истинных водных объектов. Обобщённая схема подработки специфических водных объектов. Обобщённая схема подработки переходных водных объектов. Категории опасности горных предприятий по прорывам воды и грунта в очистные выработки. Мероприятия по предотвращению прорывов воды и защите горных выработок от затопления. Нагрузки и деформации, вызванные депрессионным уплотнением массива пород. Меры защиты горных выработок от депрессионных деформаций массива. Правила безопасного ведения работ при угрозах прорывов воды, рассолов и газов в горные выработки.

Вообще обводнённость месторождений усложняет вскрытие и эксплуатацию месторождений полезных ископаемых и создают неблагоприятную обстановку для работы механизмов и условий труда шахтеров.

В некоторых угольных бассейнах и на отдельных разрезах затраты на водоотлив и осушение составляют 30-40% стоимости по добыче полезного ископаемого, а иногда не окупаются стоимостью добываемого угля.

По характеру, величине и продолжительности притоки подземных вод весьма разнообразны. Количественно это может быть выражено коэффициентом водообильности (К_в), который представляет собой отношение количества воды в м³, откачиваемой за определенный период (обычно за год), к количеству добытого за этот период полезного ископаемого.

Изменение во времени обводнённости шахтных полей и горных выработок зависит от ряда природных и искусственных факторов.

Природные факторы включают:

а) климатические (количество выпадающих атмосферных осадков, температура, испарение, степень влажности и др.). Установлено, что в период паводков притоки воды в горные выработки увеличиваются на 30-40% по сравнению со среднегодовыми при горизонтальном залегании и иногда на 200-300% при развитии карста или наличии дизъюнктивных нарушений.

б) геоморфологические (рельеф местности, степень обнаженности коренных пород, наличие многолетней мерзлоты, поверхностных текущих вод и др.). Как правило, наиболее обводненными горными выработками являются те, которые расположены под долинами рек и оврагов.

в) геологические (литологический состав вмещающих пород, структурные особенности, тектонические нарушения). Замечено, что наиболее сложные гидрогеологические условия наблюдаются на месторождениях, где пласт полезного ископаемого залегает между рыхлыми водопроницаемыми породами. Крепь горных выработок испытывает при этом горное давление во много раз большее, чем, если бы в кровле выработки залегали скальные породы.

Пески - плывуны также создают весьма неблагоприятные условия при ведении горных работ, даже при малой общей обводнённости месторождения. Притоки здесь зависят от степени вскрытия пород горными выработками, мощности и состава покрывных отложений.

В скальных породах, при равномерной их трещиноватости, даже значительная обводнённость не осложняет ведение горных работ. При этом зоны тектонических нарушений (отдельные крупные тектонические трещины) или закарстованность пород могут неожиданно весьма осложнить ведение горных работ при мало дебитных ресурсах подземных вод. В таких случаях характерны большие водопротоки в горные выработки, внезапные прорывы, обрушение кровли и пр.

г) гидрогеологические (количество водоносных горизонтов, их мощность, напоры, гидравлическая связь с поверхностными водами, изменение водопроницаемости пород с глубиной и др., т.е. необходима количественная оценка гидрогеологических условий).

Искусственные факторы обводнённости горных объектов:

а) вскрытие горными выработками незатампонированных скважин или старых заброшенных выработок. Обычно при ликвидации скважин глубинного водоотлива 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.

Все это в совокупности обязывает при оценке условий обводнённости месторождения учитывать характер взаимодействия каждого из природных и искусственных факторов в формировании режима притока вод.

При решении вопросов безопасной подработки водных объектов приходится учитывать не только геомеханические процессы в массивах пород, но и закономерности перемещения водных и насыщенных водой грунтовых масс. Другими словами, здесь мы фактически встречаемся с комплексом относительно мало изученных гидрогеомеханических проблем, решение которых к настоящему времени сопровождается значительными трудностями.