CC BY
45
УДК 622: 014.3: 502.76
А.Е. Смолдырев
ПОДЗЕМНЫЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ В РОЛИ ВОДОХРАНИЛИЩ
В самых разнообразных горногеологических условиях на подземных горных предприятиях верхняя часть геологического разреза часто является природным коллектором и зоной накопления поды из разных источников (осадки, поверхностный и подземный водосток). При ведении горных работ характерно дренирование водоносных горизонтом разными выработками и даже предварительное осушение. Между тем подземные воды привлекают все большее внимание, поскольку поверхностные источники водоснабжения, даже не подверженные антропогенному воздействию, часто не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к питьевой воде из-за загрязнения промышленными и бытовыми стоками, содержания органических веществ. Часто отмечаются в них повышенные концентрации нитратов и хлоридов, калия и отдельных микрокомпонентов. Степень загрязнения отдельных видов подземных рудничных и поверхностных вод оказывается несопоставимой.
В нашей работе [1] обращено внимание на практическую целесообразность в определенных условиях локализации и использования рудничных подземных вод на действующих подземных горных отводах. Это направление развития горного производства приобретает особую актуальность в связи с массовой остановкой подземных предприятий, а так же их закрытием, как нерентабельных. На многих из них остаются большие объемы неотработанных запасов, которые могут быть безвозвратно потеряны, Возникает проблема проработки рациональных мероприятий по лик-
видации и консервации горнодобывающих предприятий при условии максимальной отдачи от основных производственных бондов, охраны окружающей среды, зданий и сооружений. Должны также решаться вопросы с оставшимися неотработанными запасами на ликвидируемых предприятиях [2].
Из возможных технических мероприятий по ликвидации и консервации подземных горных предприятий, а их количество по РФ составляет несколько сотен, подлежат рассмотрению, прежде всего, хозяйственное использование горных выработок для других промышленных производств и применение их, как водоприемников и водонакопителей - ценного природного сырья. Ниже приведены соображения и объяснения по использованию горных выработок в качестве подземных водохранилищ и источников водоснабжения.
Просматривается три случая возможного использования подземных вод на горных отводах:
• локализация водоносного горизонта, например, путем осуществления фильтрационных блокад и закладки дренирующих выработок с последующей его эксплуатацией;
• перехват и накопление части незагрязненных подземных вод в пределах верхних горизонтов, останавливаемых или закрываемых подземных предприятий;
• регулирование (отвод) подземного дренажа при погашении выработанных пространств способами тампонирования и закладки в охранных целиках, поскольку вертикальные и наклонные выработки всегда являются дренирующими.
Выполнение гидрогеологических исследований в пределах технологического регламента специальных работ для конкретного предприятия позволяет оценить экономическую и природоохранную значимость использования подземных рудничных вод, как сырьевого продукта. В этом направлении работ полезны оценочные технико-экономи-ческие проработки регионального характера, например, при наличии значительных запасов воды высокого качества, расположенных в пределах горных отводов и наличии потребителя в виде промышленных или сельскохозяйственных предприятий.
Здесь следует отметить, что водоносные горизонты, сформированные в рыхлых или коренных осадочных и кристаллических (особенно сульфидных, колчеданных и др. ) массивах характеризуются различным качеством подземных вод. Оно определяется условиями протекания гидрохимических процессов в недрах и установившимся их режимом. Гидродинамическая активность дренажа в свою очередь способствует развитию фильтрационных деформаций в массивах пород и сдвижению подрабатываемых толщ.
Как показывает практика, воды четвертичных отложений отличаются невысокой минерализацией среднем
0,1 г/л, причем тип воды определяется содержанием гидрокарбонатов и сульфатов. Качество воды в естественных условиях водоносного горизонта, как правило, соответствует питьевым нормам, за исключением рН « 5.5-6.5 и перманганатной окис-ляемости. Высокими качествами и во-дообильностью отличаются флювиог-ляциальные отложения. Воды, аккумулируемые в рыхлых отложениях, не требуют специальной подготовки, кроме подщелачивания. Ресурс таких водоисточников, приуроченных к горным отводам, может оцениваться по расходу водозаборов от десятков до многих сотен м3/час.
Из вековой рудничной практики известны основные источники загрязнения дренажных вод, которого можно избежать при локализации и регулировании подземного стока. Поэтому для каждого конкретного предприятия потребуется установление определенной зональности
качества дренажных вод и применения специальных систем водоотлива,
Особый случай представляют водоносные горизонты, дренируемые остановленными и ликвидируемыми подземными предприятиями. На них может быть оправдано выполнение определенного порядка погашения и поддержания выработок (особенно капитальных, служащих для аккумуляции и откачки дренажных вод). Важным элементом указанного порядка следовало бы считать проведение в ограниченных объемах тампо-нажных, заиловочных и закладочных работ. Их задача локализовать определенные участки продуктивного водоносного горизонта от распространения подземных вод в выработанные пространства и сформировать водотоки для заполнения водоприемных выработок и водосборников с устройствами для первичной очистки воды.
Способы тампонажной и закладочной технологий наиболее экономично базировать на использовании дешевых (и доступных) сырьевых источников (глинистых песках, суглинках, супесей и других некондиционных сыпучих материалах, а также отходах промышленного производства).
Принятый порядок погашения и проведения в безопасное состояние горных выработок потребует применения взрывных и гидравлических способов перепуска пород в выработанные пространства, проведения засыпки близких к земной поверхности выработок и закладки их в охранных целиках.
Уместно привлечь сведения практики подземных предприятий по оценке качества дренажных вод и
особенностей исполнения водоотливных систем. Характерно, что при дренировании воды из водоносных горизонтов через массивы горных пород происходит ее насыщение химическими растворами, минеральными и органическими частицами. Рудничные воды бывают поэтому жесткими, кислыми, а иногда и солеными. Жесткость воды зависит от содержания в ней соединения кальция и магния. Чем больше в шахтных породах сульфидов, тем в большей степени повышается кислотность воды, которая характеризуется водородным показателем рН. Наиболее высокой кислотностью отличаются воды шахт по добыче сульфидных руд.
Поэтому рудничные воды используются в бытовых целях (для питья и др.), когда возможно по их качеству удовлетворить питьевым нормам. Наиболее известный способ - улавливания воды путем каптажа при изоляции водотоков и устранение последующего их загрязнения. Улавливание притоков из определенных водоносных слоев пород, например, в стволах шахт или подготовительных выработках, производят с последующим отводом воды в резервуары-накопители водоотливных установок.
Заметим, что загрязнение рудничных вод при повышенной температуре в выработках (порядка 2530°) может создать условия для распространения анкилостома, вызывающего профессиональную болезнь горнорабочих. Поэтому производится очистка водоотводящих выработок от загрязняющих предметов.
Для иллюстрации возможностей
использования технических решений рудничного водоотлива для систем промышленного и бытового водоснабжения воспользуемся данными практики предшествующих лет [3]. Объемы подземных водосборников достигают первых единиц тысяч м3. При всем разнообразии их исполнения можно выделить отдельные элементы их устройства.
Для повышения качества осветления рудничных вод водосборники снабжаются осветляющими резервуарами. Их располагают на стороне подвода воды к секциям водосборников. Вода в резервуарах осветляется от механических примесей с крупностью частиц в доли мм, а их объем бывает равен максимальному часовому притоку. Характерные технологические схемы выработок рудничного водоотлива, примыкающих к околоствольным сооружениям, приведены на рис. 1,а, б, в.
С целью перепуска воды подводящие канавки оборудуются временными перемычками для изменения направления движения в ту или другую секцию водосборника. При оборудовании фильтрующих элементов секция отстойной части выполняется с повышенным углом наклона в сторону водосборника с пороговыми перемычками (рис.
1, в) и может иметь длину выработки в несколько десятков метров. Перед подходящей канавкой вода проходит через осветляющий колодец глубиной 1-1,5 м, который устраивают сбоку откаточной выработки и оборудуют сеткой для задержания крупных легких предметов и крупного шлама (на рис. 1,а подводящие выработки и насосная камера с приемным колодцем
расположены выше выработок водосборника).
Важными элементами водоотливных систем являются водоспускные устройства (шпуры и скважины). При помощи буровых достаточно протяженных скважин можно пересекать не вскрытые при проходке горных выработок водоносные трещины и карстовые полости для регулирования водотоков. Для перепуска водопритоков используются, так называемые, сквозные фильтры в виде скважин пройденных между горизонтами.
При оценках ресурсов подземных вод в случаях локализации водоносных горизонтов на горных отводах или использовании дренажных вод через системы рудничного водоотлива может потребоваться определение водопритоков через подработанные толщи горных пород. Для примерного расчета, по мнению автора, можно использовать схему водопроницаемости горного массива в
направлении нормали к напластованию, используя оценки коэффициентов фильтрации и водопритоков для известных случаев практики, приводимые в работе [4]. В простейшем случае отсутствия уровня воды в налегающих осадочных обводненных породах водопри-ток определится по формуле:
2 • Со • m • S з ,
Q =------0-------,м3/ч,
H
ш - вынимаемая мощность залежи, м; 8 - площадь очистной выработки, в которую происходит фильтрация; Н -расстояние до водоносного горизонта, м.
Для оценки величины перетекания воды между двумя водоносными горизонтами в налегающем массиве пород в практике гидрогеологических исследований применяют соотношение:
_ =Н2-Н1 .
Р = К—2-------1 ,м/ сут,
2 т -22
Рис. 1 Технологические схемы выработок рудничного водоотлива:
а - схема околоствольного сопряжения выработок; 1 - откаточная выработка, 2 - водоотводная канавка, 3 - приемный отсек, 4 - осветляющий резервуар, 5 -ходок для очистки, 6 - секции водосборника; б - схема расположения секций водосборника и насосной камеры; 1-4 - секции, 5 -подводящие выработки, 6 - насосная камера, 7 -перемычки; в - фильтры и отстойники подземного водосборника; 1 - подводящая канавка, 2 и 3 -угольные фильтры первой и второй ступени, 4 -пороговые перемычки, 5 - основная секция водосборника
где К - коэффициент фильтрации, которых может быть определен в виде произведения Сош/ 2 (ъ - мощность подрабатываемой толщи) или по формуле Дюпюи на основе откачек воды из скважины; Н2 - и Н - соот-ветственно отметки пьезометрического уровня водоносного горизонта на отметках и Из приведенных соображений следует, что подземные рудники могут выполнять функции предприятий водоснабжения. Возможности получения доброкачественной питьевой воды заключены в выявлении и эксплуатации их запасов. Эксплуатация рудничных водозаборов может повысить надежность водоснабжения и смягчить дефицит в воде в маловодные годы. Одновременно можно в значительной мере предотвратить потери пресных вод, вовлекаемых обычно в водоотлив.
Дренажные воды-важный источник технического водоснабжения и орошения. Целесообразность и эффективность их использования доказаны практикой, например, на Лисаковском ГОКе. Минерализованные подземные воды могут быть использованы для специальных целей (умягчения воды на ТЭЦ, охлаждения тепло агрегатов) или опреснены. Такие воды можно применять для орошения и различных хозяйственных нужд. Техническое водоснабжение многих производств может и должно осуществляться за счет использования минерализованных рудничных или подземных вод. Это позволит применять пресную воду только для бытовых нужд.
1ШИИИШИШИИИШИШИ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Смолдырев А.Е.. Концепция локализации и использования ской службы РФ.-''Маркшейдерский вестник", 1998, № 4(28), с. 8-16. рудничных подземных вод.-"Цветная металлургия", 1999,№ 5-6,
с. 1-3
2. Зимич Б.С.. О состоянии и очередных задачах маркшейдер- 3. Шевяков Л.Д., Бредишн А..Н.. Шахтаьш водо°тлив. М.: "Угле-
техиздат", 1960, 354 с.
4. 'к'мнсса />.//.. Гхпиеняпюс Определение 6с’.опасной иу-
бины разработки на основе допустимых водопритоков в горные вы-раоо|ки. - "Маркшейдерский вес шик”. 1998. №3(25). с. 35-37.
/■
w
Смолдырев, Анатолий Евтихьевич профессор Московской тсударавенной геоло-
горазведочной академии, докюр юхнических наук.
