Обобщённая схема подработки истинных водных объектов

Обобщенная схема формирования гидрогеомеханических осложнений в случае подработки истинных водных объектов представлена на рис. 9.2.

Рис. 9.2. Обобщенная схема формирования прорывов воды из подрабатываемых истинных водных объектов:

1 — покровные песчано-глинистые отложения; 2 — подрабатываемый водный объект (водоносный горизонт); 3 — водоупорные породы; 4 — водопроницаемые породы; 5 — зона беспорядочного обрушения; 6 — статический уровень воды в водоносном горизонте; 7 — динамический уровень воды при подработке водоносного горизонта; 8 и 9 — границы подработки водных объектов, соответственно фактическая и прогнозная.

Водный объект 2 отделен от участка горных работ практически водонепроницаемыми скальными породами 3. Под влиянием очистной выемки водонепроницаемые скальные породы деформируются, и в них возникает зона водопроводящих трещин с внешним контуром 8. Водный объект не влияет на условия ведения горных работ до тех пор, пока он не будет пересечен зоной водопроводящих трещин. Это условие может быть записано следующим образом:

Н_г ≥ Н_звт,(9.1)

где Н_г— расстояние от участка ведения горных работ до водного объекта, м; Н_звт — высота зоны водопроводящих трещин, м.

По мере развития горных работ по площади (для пологих или наклонных рудных тел) или на глубину (для наклонных или крутых рудных тел) контур подработки водных объектов перемещается и занимает некоторое положение 9, при котором водный объект 2 оказывается подработанным. Тогда условие подработки водного объекта будет:

Н_Г<Н_ЗВТ. (9.2)

Вполне очевидно, что при выполнении условия (9.1) ведение горных работ под водным объектом не осложняется гидрогеомеханическими явлениями и не требует проведения мероприятий по их предотвращению, причем это справедливо вне зависимости от класса или вида водного объекта. При подработке водного объекта, т.е. когда выполняется условие (9.2), через зону водопроводящих трещин вода устремляется в очистное пространство с расходом Q_В. Если вмещающие породы проницаемые или хорошо проницаемые, то на своем пути от водного объекта к очистным выработкам поток подземных вод, сформировавшийся в зоне водопроводящих трещин, попадает под дренирующее влияние подготовительных горных выработок, поэтому часть общего потока Q_Д будет перехватываться подготовительными горными выработками и только оставшаяся часть Q₀ будет обводнять рудную залежь или поступать в очистное пространство. На основе рассмотренной схемы можно составить следующее балансовое уравнение:

Q_В = Q_Д + Q₀,(9.3)

где Q_В — расход потока подземных вод из подрабатываемого объекта, м³/ч; Q_Д — часть потока подземных вод, дренируемая подготовительными выработками, м³/ч; Q₀— часть потока подземных вод, обводняющая залежь полезного ископаемого или очистное пространство, м³/ч.

Опыт ведения горных работ показывает, что подработка истинных водных объектов может сопровождаться внезапными прорывами воды с расходом, достигающим десятков тысяч и более кубических метров в час. Поэтому для безопасного ведения горных работ под водными объектами этого класса применяют системы разработки с поддержанием выработанного пространства, с отводом поверхностных водотоков за пределы зоны водопроводящих трещин, с ликвидацией поверхностных водоемов и оставляют предохранительные целики.

В зависимости от фильтрационных свойств вмещающих пород, исходя из балансового уравнения (9.3), могут быть выделены различные варианты формирования гидрогеомеханических явлений.

1. Кровлю рудной залежи слагают водопроницаемые породы, причем поток подземных вод из подрабатываемого водного объекта полностью перехватывается подготовительными горными выработками (т.е. Q_В = Q_Д и Q₀= 0), следовательно, залежь полезного ископаемого и очистное пространство не обводняются. Осложнений при производстве очистных работ, вызванных подработкой водного объекта, не будет. В тех случаях, когда вода, всё-таки поступает в подготовительные горные выработки, но не влияет на технологические процессы горного производства, специальных мероприятий по водозащите горных работ не проводят. В этом случае благоприятные условия ведения очистных работ сохраняются, если

Q_В - Q_Д ≤ Q_Н,(9.4)

где Q_Н — водоприток в очистное пространство или залежь полезного ископаемого, при котором не наблюдается осложнений, м³/ч;

Разработка железорудных месторождений Криворожского бассейна дает ряд примеров подработки водоносных комплексов без проведения специальных мероприятий по водозащите горных работ. Подработка происходила в условиях, когда водопроницаемость горных пород, залегающих непосредственно над рудной залежью, близка по величине к водопроницаемости пород подрабатываемого водоносного комплекса.

В частности, на рудниках им. Ф.Э. Дзержинского, им. СМ. Кирова и им. К. Либкнехта подработка водоносного комплекса антиклинального простирания саксаганской свиты привела к скачкообразному увеличению водопритоков по шахтам на 40—50 м³/ч, а в дальнейшем, по мере развития зоны водопроводящих трещин, водопритоки увеличились до 100 м³/ч. Однако эти водопритоки были перехвачены подготовительными горными выработками, поэтому обводнения рудной залежи и очистного пространства не наблюдалось.

Подработка водоносного комплекса метаморфизованных конгломератов, песчаников и сланцев глееватской свиты на руднике им. Р. Люксембург привела к увеличению общешахтных водопритоков на 200 м³/ч, но и в этом случае, благодаря благоприятному гидрогеологическому разрезу (наличию водопроницаемых пород в кровле рудной залежи), поток подземных вод из подработанного водоносного комплекса был перехвачен подготовительными горными выработками, и отрицательных горно-геологических явлений при очистной выемке не наблюдалось.

2. Однако далеко не во всех случаях подработка водоносных горизонтов и комплексов проходит без горно-геологических осложнений. Наиболее часто при подработке водных объектов наблюдается увеличение влажности добываемой руды выше нормативных значений.

Это явление может быть связано с подработкой водоносных горизонтов и комплексов, степень осушения которых на отдельных участках оказывается недостаточной; или с наличием в массиве обводненных зон разрывных тектонических нарушений и дроблений, а также некачественно затампонированных (или незатампонированных) скважин. Также причиной увеличения влажности руды может служить скопление технических вод в горных выработках отработанных горизонтов.

При этом если проницаемость горных пород, залегающих в кровле тела полезного ископаемого недостаточна и не обеспечивает перехвата потока подземных вод в количестве, обеспечивающем благоприятные или безопасные условия ведения горных работ (т.е. Q₀> Q_Н), то необходимо выполнять комплекс мероприятий, направленный на предотвращение обводнения залежи полезного ископаемого или очистного пространства и обеспечение условия:

Q_В - Q_Д – Q_М ≤ Q_Н,(9.5)

где Q_М — уменьшение притока воды из подрабатываемого водного объекта в результате проведения специальных мероприятий по водозащите горных работ, м³/ч.

В каждом конкретном случае в зависимости от источника поступления воды в очистное пространство разрабатываются конкретные меры по его локализации.

Меры, направленные на снижение влажности руды, могут включать в себя:

· проведение дополнительного дренажа на обводненных участках шахтного поля;

· повторную цементацию скважин;

· упорядочение водоотвода в горных выработках на отработанных горизонтах.

Наиболее сложный и трудоемкий комплекс мер приходится выполнять при угрозе возникновения внезапных прорывов воды из подработанных водных объектов или вторичного обводнения ранее осушенных руд.

Прорывы воды из подрабатываемых водных объектов могут происходить по одной из следующих схем:

♦ непосредственный прорыв воды из подрабатываемого
водного объекта;

♦ опосредствованный прорыв воды из подрабатываемого
водного объекта.

Формирование прорывов воды по первой схеме происходит при подработке поверхностных водных объектов, а также подземных естественных (водоносные горизонты и комплексы, представленные проницаемыми и высокопроницаемыми породами) и техногенных (затопленные горные выработки, подземные водохранилища, гидротехнические тоннели) водных объектов, характеризующихся большими запасами гравитационной воды. В данном случае вода из подрабатываемого водного объекта через зону водопроводящих трещин поступает в горные выработки в количестве, создающем угрозу их затопления или существенно осложняющем технологию производства горных работ.

Прогноз водопритоков в горные выработки при подработке реки Ингулец, выполненный ВИОГЕМом для шахты «Центральная» рудника Ингулец, показал, что, даже если подработка произойдет на ограниченном участке, водопритоки могут составить несколько тысяч кубических метров в час.

Мероприятия, направленные на предотвращение прорывов воды по рассматриваемой схеме, обычно состоят в отводе рек, ручьев за пределы зоны водопроводящих трещин, ликвидации прудов, озер, водохранилищ, осушении подрабатываемых водоносных горизонтов и комплексов, спуске воды из затопленных горных выработок, оставлении предохранительных целиков под водными объектами или в разработке месторождений полезных ископаемых системами с поддержанием выработанного пространства.

Формирование прорывов воды по второй схеме происходит при подработке подземных водных объектов (водоносные горизонты или комплексы, обводненные разрывные тектонические нарушения, зоны дробления, незатампонированные или некачественно затампонированные скважины), которые характеризуются небольшими запасами гравитационной воды. Однако в условиях, когда вмещающие породы представлены слабопроницаемыми или практически непроницаемыми породами, дренирующее влияние подготовительных горных выработок оказывается незначительным и тогда почти вся вода из подрабатываемого водного объекта устремляется в зону беспорядочного обрушения.

Наиболее сложная ситуация возникает, когда и разрабатываемое полезное ископаемое по фильтрационным свойствам является слабо- или практически непроницаемым. В этом случае эксплуатационные горные выработки не обеспечивают удаления воды, поступающей в зону беспорядочного обрушения, что приводит к постепенному накапливанию воды непосредственно над очистными выработками, которая прорывается в горные выработки уже после посадки потолочины. При этом прорывы воды могут сопровождаться интенсивным выносом полезного ископаемого и породного материала.

Таким образом, наиболее существенная отличительная черта прорывов воды по второй схеме — наличие скрытого периода, отделяющего подработку водного объекта от прорыва воды в горные выработки, в течение которого происходит постепенное накапливание ее в зоне беспорядочного обрушения.

Это явление впервые было описано и изучено в Криворожском железорудном бассейне, где оно получило название «вторичного обводнения ранее осушенных руд».

Для предотвращения прорывов воды из зоны беспорядочного обрушения используют предварительное или параллельное осушение подрабатываемых водоносных горизонтов и комплексов, зон повышенной водопроницаемости, повторный тампонаж скважин, а также различные схемы перехвата потока подземных вод в зоне водопроводящих трещин.

В частности, в условиях вторичного обводнения разрабатывается залежь «Основная-95» шахты «Родина» рудоуправления им. К. Либкнехта. Первые прорывы, связанные с явлением вторичного обводнения, были зарегистрированы при разработке залежи в 1978 г.

В целом, в результате вторичного обводнения на гор. 1015 м было временно законсервировано около 2-х миллионов т руды на площади 10 896 м. В качестве временных мер, направленных на предотвращение прорывов воды в очистное пространство, под незатампонированные скважины были оставлены предохранительные целики, в результате чего дополнительно было исключено из эксплуатации 4085 м² рудной площади с запасами более 1-го миллиона т железных руд.

В результате исследований, выполненных ВИОГЕМом, установлено, что вода в очистное пространство шахты «Родина» рудника им. К. Либкнехта поступает, в основном, из подработанного водоносного комплекса саксаганской свиты, имеющего антиклинальное простирание. Дополнительными источниками поступления воды служат незатампонированные разведочные скважины и подработанный дренажный квершлаг гор. 427 м, который был пройден для осушения закарстованных карбонатных пород. Водоприток по дренажному квершлагу был незначительным, в пределах 1—9 м³/ч, но, учитывая, что квершлаг подработан в 1985 г., суммарные потери воды из него в очистное пространство превысили 100 тысяч м³. Разработанные и в дальнейшем реализованные меры, направленные на предотвращение вторичного обводнения, состояли в повторном тампонировании геологоразведочных скважин и в осушении водоносного комплекса саксаганской свиты антиклинального простирания.

Дренирование пород антиклинали на шахте «Родина» было начато в 1981 г. За два с половиной года дренажными выработками было откачано около 8 млн. м³ воды, в результате уровень подземных вод был понижен на 200 м. Вследствие снижения уровня подземных вод прекратилось вторичное обводнение руд, что дало возможность вовлечь в отработку ранее законсервированные запасы железных руд на гор. 1015 м. Однако, в начальный период разработки влажность добываемой руды превышала нормативную на 3—7 %, в дальнейшем, по мере понижения уровня подземных вод в породах саксаганской свиты, влажность руды была доведена до нормативной.

3. В случае, когда в кровле залежи полезного ископаемого размещены водоупорные породы, в которых пройдены подготовительные горные выработки, перехвата потока подземных вод не происходит (тогда Q_д = 0 и Q₀ = Q_В). Рассматриваемая схема наименее благоприятна, так как даже при низкой водообильности подрабатываемого водного объекта вся вода из него попадает в очистное пространство, что приводит к формированию опасных гидрогеомеханических явлений.

Поиск по сайту: