Методы снижения катастрофических водопритоков в горные выработки угольных разрезов за-байкалья Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622. 583.32 Ю.В. Субботин

МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ КАТАСТРОФИЧЕСКИХ ВОДОПРИТОКОВ В ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗОВ ЗАБАЙКАЛЬЯ

Г^уроугольные месторождения Восточного Забайкалья (Та-м.З тауровское, Тарбагатайское и др.) разрабатываются открытым способом и характеризуются сложными гидрогеологическими условиями. Поэтому основные проблемы, возникающие при их разработке, связаны со значительными притоками подземных вод, поступающих в открытые горные выработки за счет фильтрации по современным четвертичным аллювиальным отложениям и углевмещающим породам из поверхностных водотоков.

Наиболее распространенным мероприятием по борьбе с водо-притоками подземных вод в карьер является применение горизонтальных дренажных систем - проходка дренажных траншей, перехватывающих фильтрационный поток со стороны поверхностных водотоков. Однако их применение в условиях разрезов Читинской области («Восточный», «Тигнинский» и др.) ограничено и малоэффективно из-за сравнительно незначительных уклонов долин рек.

Поэтому для обеспечения более эффективного снижения водо-притоков в горные выработки целесообразно создание противо-фильтрационных экранов из водонепроницаемых или слабопроницаемых горных пород непосредственно в дренажных траншеях.

Например, для условий Татауровского месторождения (ОАО «СУЭК» филиал Восточный) применение противофильтрационно-го экрана только со стороны р. Ингоды позволяет снизить водопри-ток из четвертичных отложений в 6-7 раз (рисунок).

Дренажные воды, поступающие в горные выработки разреза со стороны русла р. Ингоды разделяются на дренажные подземные воды рыхлых четвертичных отложений и подземные

8‘£ МН

Схема к расчету притока воды в разрез «Восточный» со стороны р. Ингоды: 1 -

выработанное пространство разреза; 2 -углевмещающие породы и угольный пласт №1; 3 - четвертичные рыхлые отложения; 4 - депрессионная кривая от дренажной траншеи при среднем уровне воды в реке; 5 - экран из слабофильт-рующих пород; 6 - дренажная траншея; 7 - депрессионная кривая от реки при среднем уровне воды; 8 - предохранительная дамба; 9 - депрессионная кривая от реки при максимальном уровне воды; 10 - коренные подстилающие породы; 11 - дно разреза

воды всей пачки углевмещающих пород и углей. Суммарный водо-приток в карьер колеблется от 2500 до 3000 м3/ч. К 2009 году ожидаемый водоприток в горные выработки разреза может достичь 30000 м3/ч. Для защиты карьера от затопления предусматривается проходка дренажной траншеи с созданием в ней со стороны разреза противофильтрационной завесы из слабопроницаемых пород.

Приток воды (средний и максимальный) в дренажную траншею (От, , м3/сут) определя-

ется по формулам соответственно: От = Кт Р(Нк - Нкс)/ Lк; (1) ОГ = КбтГР(НГх - НКс)/ Lк,

(2)

где Кб - коэффициент фильтрации рыхлых четвертичных отложений варьирует Кб = 22...319 м/сут, среднее значение Кб = =170 м/сут;

m1, m2 - мощность водоносного горизонта у реки, м

mi = m - (Ипов - Иреки ); (3)

mmax = m + (H™ - Нпов), (4)

где т - средняя мощность рыхлых четвертичных отложений, т = 7,8 м; Нпов - отметка уровня поверхности земли, Нпов = 689,6 м; Нре-ки, иреи, - уровень воды в р. Ингоде соответственно средний и максимальный, Нреки = 689,0 м, ИрКи = 692,0 м; Р - длина дренажной

траншеи, Р = 3500 м; LK - расстояние от реки до контура дренажной траншеи изменяется от 200 до 400 м, в среднем LK = 300 м;

Ятт max ~

к, Н к - уровень воды в дренажной траншее соответственно средний и максимальный (измеренный от уровня дна разреза Нп =

664.0 м условно принятого нулевой плоскостью отсчета) определяется по формулам:

Ик = (Иреки - Ирт ) - Ип ; (5)

итах = (иреахи - ирт) - ип, (6)

где Нрт - падение напора изменяется в зависимости от расстояния между рекой и дренажной траншеей от 2,6 до 3,5 м, в среднем Нрт =

3.0 м; Нкс - средняя мощность углевмещающих пород и угольного пласта № 1 определяется по формуле,

Икс = (Ипов - Ип) - т, (7)

тогда Нкс = 17,8 м.

Результаты расчета притока воды, поступающей в дренажную траншею за счет фильтрации по четвертичным отложениям из реки Ингоды приведены в табл. 1.

Таблица 1

Приток фильтрационных вод в дренажную траншею

Отметка Водоприток в горные выработки Мощность Мощность

уровня воды разреза «Восточный» слоя воды в водоносно-

в р. Ингоде, Qт, Qrn, max м3/сут max м3/ч дренажной го горизон-

м м3/сут м3/ч траншее, м та у реки, м

Нреки=689,0 59976 2499 - - 4,2 7,2

Иmax =692,0 реки - - 165886 6911 7,2 10,2

Общий приток подземных вод в карьер (0 и 0тах, м3/сут) соответственно при среднем и максимальном уровне воды в реке определяется по формулам:

0 = [Кб (Н2Э - Н2ЭК) / 2Lэ + Кн х Нкс (Нэ - Нп)/ Lк ]р; (8)

0тах = [Кб(Яэтах2 -HЭn;x2)/2Lэ + Кн х НксНГ - Нп)/Lк]Р1, (9)

где Нэ - напор у контура экрана, выполненного из слабопроницаемых пород, при среднем уровне воды в р. Ингоде, определяется по формуле

Н = (Н - Н ) - Н , (10)

э V к тэ / п ’ ч/

где Нтэ - падение напора у контура экрана, величина которого колеблется от 4,6 до 1,4 м в зависимости от мощности экрана и коэффициента фильтрации пород экрана, изменяющегося соответственно от 1 до 3 м/сут, в среднем Нтэ = 3 м, тогда Нэ = 19,0 м; Нэк - отметка выхода депрессионной кривой в разрез

Нэк = (Нэ - Нтк), (11)

где Нтк - падение напора от экрана до контура разреза изменяется от 0,4 до 0,8 м, в среднем Нтк = 0,6 м, тогда Нэк = 18,4 м; Кн - средний коэффициент фильтрации всей пачки углевмещающих пород и угля, Кн = 1,0 м/сут; Ьэ - расстояние от разреза до контура экрана в дренажной траншее, Ьэ = 60 м; Нэта - напор у контура экрана, определяемый в зависимости от коэффициента фильтрации пород экрана и его мощности, при максимальном уровне воды в р.Ингоде

тт тах п тт тах к тт тах

Нреки = 692,0 м, Нэ = 22,0 м; Нэк - отметка выхода депресси-

тах

онной кривой в разрез при максимальном уровне воды в реке, Нэк = 21,4 м.

Результаты расчета притока подземных вод, поступающих в карьер со стороны р. Ингоды приведены в табл. 2.

Таблица 2

Общий водоприток в горные выработки разреза со стороны р. Ингоды

Параметр 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г.

Длина разрезной траншеи, м 2850 2900 2700 2600

Средний приток воды в карьер, м3/сут 93280 94917 88371 85098

Максимальный приток воды в карьер, м3/сут 108015 109910 102330 98540

При разработке угольного пласта №1 кроме дренажных вод, поступающих в горные выработки разреза из реки Ингоды, по дренажным выработкам самотеком будут поступать подземные воды, дренирующие непосредственно в водосборник, а также атмосферные осадки, выпадающие на водосборной площади разреза. Приток дренирующих непосредственно в водосборник подземных вод (0В, м3/сут) определяется по формуле

0В = 1,36х Кср х Н2/[1в^//■„)], (12)

где Кср - усредненный коэффициент фильтрации горных пород,

Кср = т х Кб / Кэ + Нкс х Кн; (13)

Кэ - коэффициент влияния противофильтрационного экрана, Кэ = 4,5; Н - средневзвешенная мощность водоносного горизонта, в пределах радиуса влияния, Н = 18 м; R - радиус влияния до русла р. Ингода, в расчетах с учетом величины охранного целика принимается равным R = 360 м; г0 - радиус водосборника, г0 = 20 м.

При устоявшемся режиме работы водосборника подземные воды, непосредственно поступающие в него, будут постоянны в течение 2006-2009 гг. С учетом усредненного коэффициента фильтрации горных пород (Кср = 11,5 м/сут) и устройства противофильт-рационного экрана созданного в дренажной траншее пройденной в рыхлых породах четвертичных отложений, водоприток составит 0 = 4037 м3/сут = 168 м3/ч.

Приток атмосферных вод (0р, м3/сут) определяется по формуле [1, 2]

др = 10хК'хухНр хF, (14)

где 0р - суточный приток дождевых вод в разрез; К - коэффициент, учитывающий неравномерное выпадение осадков на площади, К = 1; у - коэффициент стока, у = 0,15; Нр - слой суточных осадков при периоде его однократного превышения Р лет, мм.

Нр = цх Н5. (15)

где /л - районный коэффициент, учитывающий выпадения осадков за период времени Р = 0,33 года, для рассматриваемого района л =

0,4. Суточный максимум осадков при Р5 = 5 лет составляет 39 мм. Тогда расчетный слой осадков составит

Таблица3

Ожидаемый приток воды в горные выработки разреза «Восточный»

Год Дренаж в водосборник, м3/ч Дренаж из р. Ингоды, м3/ч Атмосферные осадки, м3/ч Всего, м3/ч

нормаль- ный макси- маль- ный Р=0,33 года ливне- вые воды нор- маль- ный макси- маль- ный

2006 168 3886,5 4500,6 149 469 4203,5 5137,6

2007 168 3954,8 4579,5 144 453 4266,8 5200,5

2008 168 3682,0 4263,7 136 429 3986,0 4860,7

2009 168 3545,7 4105,8 127 399 3840,7 4672,8

Нр = 15,6 мм; F - расчетная водосборная площадь стока принята равной: 153 га - в 2006 г.; 148 га - в 2007 г.; 140 га - в 2008 г.; 130 га в 2009 г.

Приток катастрофических ливневых вод (0л, м3/сут) определяется по формуле

0л = ахНл хF, (16)

где а - коэффициент поверхностного стока, а = 0,8; Нл - среднесуточное количество ливневых осадков Нл = 0,092 м.

Ожидаемые водопритоки в горные выработки разреза «Восточный» приведены в табл. 3.

Внедрение в проект реконструкции ОАО «СУЭК» филиал «Восточный» противофильтрационных мероприятий - проходка дренажной траншеи и создание в ней противофильтрационного экрана из слабофильтрующих глинистых вмещающих горных пород позволит существенно уменьшить водоприток в горные выработки с 15-30 тыс. м3/ч до 3-5 тыс. м3/ч.

------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СНиП 2.06.14-85.

2. СНиП 2.02.01-83.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------

Субботин Юрий Викторович - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры ОГР, Читинский государственный университет.

-------© Ю.В. Субботин, 2007

УДК 622.037: 622.271.1