Шахтные воды и дренажные сооружения.

В процессе эксплуатации месторождений полезных ископаемых горными выработками нередко пересекаются водоносные породы и вода из них поступает в горные выработки. Количество воды, поступающей в горные выработки, колеблется в широких пределах и зависит от степени водоносности пород и коэффициента фильтра­ции. Количество откачиваемой из выработок воды часто значительно превышает количество добываемого полезного ископаемого. Известны месторождения, приуроченные к закарстованным породам, на кото­рых приток в горные выработки достигает 5000 м3/час.

Значительные притоки воды в горные выработки осложняют и удорожают эксплуатацию месторождении, так как требуют про­ведения соответствующих мероприятии по борьбе с притоком. В ряде случаев эксплуатация месторождений из-за сильной обвод­ненности оказывается экономически нецелесообразной.

Подземные воды, поступающие в горные выработки и оказывающие то или иное влияние на процесс вскрытия и эксплуатации месторожде­ния, называются шахтными водами.

Степень обводненность месторождений оценивается коэффициен­том водообильности, т. е. отношением количества откачанной воды к количеству добытого за этот же период времени полезного ископа­емого (обычно за год).

Способы осушения шахтных полей

Борьба с притоком воды в горные выработки в зависимости от сложности гидрогеологических условий ведется различными мето­дами. При сравнительно небольшой обводненности для обеспечения нормальной работы обычно достаточно организации шахтного водо­отлива. При сложных гидрогеологических условиях приходится прибегать к специальным осушительным мероприятиям. Разли­чают три основных способа осушения шахтных полей: осушение в процессе эксплуатации, предварительное и комплексное осу­шение.

Осушение в процессе эксплуатации проводится одновременно с проходкой горных выработок. Осушение ведется при помощи дренажных канав и колодцев, забивных и сквозных фильтров, вакуум-фильтров и некоторых других дренажных устройств.

Дренажные канавы служат, с одной стороны, для осушения водоносных пород почвы выработки, с другой, — для отвода воды, стекающей в горную выработку, в водосборник, откуда она при помощи насосов откачивается на поверхность. В связи с этим дре­нажные канавы обычно проходят с уклоном в сторону водосборника. Глубина дренажных канав 0,5—1,0 м.

Дренажные колодцы проходят вдоль почвы выработки на глубину 1—3 м, а иногда и более. Из колодцев производится непрерывная откачка для снижения напора в водоносном горизонте, залегающем ниже подошвы выработки. Откачка ведется в течение всего периода работы на данном участке.

Забивные фильтры (рис 75) представляют собой трубы диаметром 25— 63 мм, нижний конец которых снабжен остроконечным или долото­образным наконечником. Нижняя часть трубы имеет круглые отверстия, диаметр которых зависит от характера породы. Для уста­новки фильтра предварительно бурят скважину. Когда забои скважины будет на расстоянии при­мерно 20—30 см от водоносного пласта, бурение прекращают и в скважину вставляют фильтр, который затем задавливают в водоносную породу.

Длина забивных фильтров обычно не превышает 10—15 м. Для удобства установки их собирают из отдельных звеньев длиной по 1—1,5 м.

Забивные фильтры могут закладываться в кровлю, почву, стенки или забой выработки. Вода из водоносных пород через фильтры самотеком поступает в горные выработки, откуда откачи­вается на поверхность. Осушение водоносных пород, залегающих в почве выработки, при помощи забивных фильтров применяется в том случае, если воды имеют напорный характер. Расстояние, на котором устанавливаются фильтры друг от друга, тем больше, чем выше водопроницаемость пород. Для осушения водоносных песков оно составляет 25—50 м и более

При осушении водоносных пород системой забивных фильтров поры горных пород освобождаются от воды, и если водоносный пласт перекрыт глинистыми воздухонепроницаемыми породами, в нем создается разрежение. Благодаря этому количество воды, стекающей через фильтры, уменьшается. Для устранения разрежения в непосредственной бли­зости от забивных фильтров устраива­ются аэрирующие скважины, которые отличаются от забивных фильтров боль­шей длиной.

Фильтры аэрирующих скважин располагаются таким образом, чтобы их сверленая часть располагалась выше динамического уровня. Для ускорения процесса осу­шения целесообразно через аэрирующие скважины нагнетать сжатый воздух. Вакуум-фильтр отличается от обыч­ного забивного фильтра тем, что к концу его, выходящему в выработку, присо­единяется патрубок с краном и шланг, конец которого опускают в сосуд с водой или же придают ему F-образную форму (рис. 76). Вначале нри «зарядке» фильтра кран закрыт. После заполнения всей системы фильтра водой кран постепенно открывают с таким расчетом, чтобы над краном постоянно находился столб воды, препятствующий поступлению воздуха из выработки. Благодаря этому в верхней части фильтра создается раз­режение и происходит подсасывание воды из водоносного горизонта. Как показывает практика, процесс осушения при помощи вакуум-фильтров более эффективен по сравнению с осушением забивными фильтрами, так как срок осушения может быть сокращен в 3— 4 раза.

Рис 77

Сквозные фильтры (рис 77) применяются для осушения мощных водоносных гори­зонтов, залегающих в кровле полезного

полезного. Их закладывают там, где водоносные пласты залегают сравнительно высоко над кровлей выработки (более 12—15 м) и по­этому не могут быть осушены при помощи забивных фильтров. Для устройства сквозных фильтров вдоль оси подземной выработки через 100—200 м друг от друга с поверхности пробуривают скважины до пересечения их с кровлей выработки. В скважины опускают трубы.

Часть трубы, перекрывающая водоносный горизонт, имеет отверстия круглой или прямоугольной формы (дырчатые и щелевые фильтры). Если водоносный горизонт сложен средне- и мелкозернистыми песками, поверх дырчатого или щелевого фильтра натягивается специ­альная сетка. В тонкозернистых разнородных водоносных песках устраивают гравийный фильтр, т. е. в зазор между фильтром и стен­ками скважины засыпают промытый гравий и песок, задержива­ющие частицы, способные проникать через отверстия фильтра.

Вода через сквозные фильтры стекает в горную выработку, откуда откачивается на поверхность.

Рис 78. Схема предварительного осушения

1 — неустойчивые водоносные пески в осушенном состоя­нии; 2 — неустойчивые водоносные песни в неосугаенном состоянии; 3 — бурые трещиноватые угли; 4 — сквозные фильтры; 5 — забивные фильтры; 6 — ствол дренажной шахты; 7 — насосная установка; 8 — глинистые водо­упорные породы; 9 — дренажные выработки

Эффективность сквозных фильтров можно увеличить при помощи гидравлического затвора, представляющего собой сосуд с водой, в который опускается нижний конец фильтра, выходящий в выра­ботку.

Предварительное осушение шахтных полей проводится до вскры­тия месторождения горными выработками. Применяется на место­рождениях со сложными гидрогеологическими условиями, особенно в тех случаях, когда разработку предполагается вести открытым способом. Осушение производится путем откачки воды из системы скважин, пробуренных в пределах будущего карьера.

Предварительное осушение может быть выполнено также путем сооружения дренажной шахты и системы подземных выработок, пройденных ниже водоносного горизонта (рис.78), Вода из водо­носного горизонта по системе забивных и сквозных фильтров посту­пает в горные выработки, откуда при помощи водоотливной уста­новки откачивается на поверхность.

Описанные способы предварительного осушения применяются сравнительно редко. Обычно предварительное осушение ведут в не­сколько стадий, стремясь обеспечить возможность ведения горных работ на данном этапе. Например, при открытых работах еще до сооружения разрезной траншеи по ее контуру закладывают скважины через которые ведут откачку воды. Снизив уровень подземных вод, часть осушенного грунта снимают и на образовавшейся пло­щадке закладывают вторую линию скважин и т. д.

Предварительное осушение в ряде случаев может быть произве­дено путем сброса воды через систему скважин в водопроницаемые породы, залегающие ниже подошвы проектируемых горных вырабо­ток. Скважины, имеющие такое назначение, называются погло­щающими.

Комплексное осушение производится путем комбинации методов предварительного осушения и осушения в процессе эксплуатации. Применение комплексного осушения может быть обусловлено раз­личными обстоятельствами. В одних случаях этот способ осушения вызывается наличием нескольких водоносных горизонтов, часть из которых может осушаться одновременно с ведением горных работ, а другие требуют предварительного осушения. В других случаях совмещение различных методов осушения проводится для ускорения процесса осушения.