Описание движения подземных вод к вертикальным и горизонтальным дренам, радиус влияния и область питания дрен.
Теория движения подземных вод разработана применительно к определению притока воды к вертикальным (скважины, колодцы, щурфы и стволы шахт) и горизонтальным (осушительные канавы, штреки ит.д.) водозаборам.
Вертикальные водозаборы любого назначения, вскрывающие грунтовые и безнапорные межпластовые воды, называются грунтовыми колодцами, а напорные – артезианскими колодцами.
Различают совершенные и несовершенные колодцы. Совершенные доведены до водоупора и имеют проницаемые стенки в пределах всего пласта от подошвы его до динамического уровня воды в колодце.
Грунтовый совершенный водозабор. При откачке уровень воды понизится на величину S. Вокруг колодца уровень воды примет форму депрессионной воронки. Расстояние, на котором сказывается понижение уровня воды, называется – радиусом влияния колодца. Количество притекающей к колодцу воды определяется по формуле:
1,36k (2H - S)
Q = ---------------------;
lgR – lgr
где k – коэффициент фильтрации, м/сут;
Н – мощность водоносного слоя, м;
R – радиус депрессионной воронки (радиус влияния), м;
r – радиус водозабора (колодца), м.
Из формулы видно, что приток воды в колодец будет тем больше, чем больше коэффициент фильтрации, мощность пласта, понижение уровня, радиус колодца и чем меньше радиус влияния. Величина радиуса влияния зависит от продолжительности откачки воды. Предельной величиной является расстояние от колодца до области питания. Границами области питания служат:
- область выхода водоносного слоя на поверхность;
- река;
- озеро;
- крупное обводненное тектоническое нарушение и др.
Артезианский совершенный водозабор. При откачке воды из артезианского совершенного водозабора вода поступает в него со всех сторон в пределах пласта мощностью m. Уровень воды понижается и устанавливается на высоте h от водоупорного ложа. Приток воды рассчитывается по формуле:
2,73kmS
Q = -----------------.
lgR – lgr
Дебит колодца при понижении уровня на 1м называется удельным дебитом q. Практикой установлено, что прямолинейная зависимость между Q и S имеет место при небольших значениях S, при больших выражается кривой.
Q 2,73km
q = --- = -----------------.
S lgR – lgr
Приток воды в несовершенный водозабор меньше, чем в совершенный. Величина притока зависит от длины и положения фильтра в колодце.
При полусферической форме дна:
Q = ПdSk.
При плоской форме дна:
Q = 2dSk.
Горизонтальная канава. Может быть совершенной и несовершенной. Величина притока воды с одной стороны (B – длина канавы, м):
H2 – h2
Q = kB ------------ или
2R
H + h
Q = kB ------------ J.
2
При двустороннем притоке Q удваивается.
Вопросы для самоконтроля
1. Почему закон Дарси называют законом линейной фильтрации?
2. Чем отличается совершенный грунтовый или артезианский водозабор от несовершенного?
3. По каким формулам надежнее определяется коэффициент фильтрации песчаных и скальных пород?
4. Нарисуйте схему грунтового водозабора.
5. Нарисуйте схему артезианского водозабора.
Тема 5.4. Факторы, влияющие на обводнённость горных предприятий, методы определения водопритоков в горные выработки, гидрогеологическая классификация месторождений, осушение шахтных и карьерных полей [7, 8, 11, 13, 16, 24].
5.4.1 Факторы, влияющие на обводнённость горных предприятий
При промышленном освоении м.п.и. существенную роль играют подземные воды, которые представляют один из неблагоприятных факторов, оказывающих влияние на ритмичную работу горнотранспортного оборудования. Подземные и поверхностные воды, проникающие в горные выработки, называются – шахтными или рудничными.
К основным факторам, определяющим обводненность месторождений, относятся:
- просачивание воды из поверхностных водотоков (реки, ручьи) и водоемов (фильтрация воды происходит непосредственно из водоемов через аллювиальные отложения и увеличиваются в период паводков),
- обнаженность коренных пород (обводненность прямо пропорциональна обнаженности пород, при мощности покровных отложений более 5м инфильтрация через них поверхностных вод прекращается),
- литологический состав вмещающих пород (обводненность рудных м.п.и. зависит от водообильности пород, вмещающих рудное тело, особенно велико при наличии среди покровных отложений обломочных или карбонатных карстующих пород; меньше обводнены кристаллические и сцементированные породы – сланцы, роговики, кварциты, граниты, песчаники и др.),
- тектоника района (зоны тектонических нарушений являются участками сосредоточенного, а иногда катастрофического поступления воды, по зонам трещим может осуществляться связь пластовых водоносных горизонтов между собой и с поверхностными водами) и др.
На угольных, особенно буроугольных, месторождениях обычно водоносны один или несколько надугольных и подугольных пластов песка, песчаника или известняка, содержащих напорные реже безнапорные воды.
Объем откачиваемой воды в несколько раз превышает количество добываемого п.и. Особая сложность возникает при встрече плывунов (заносит десятки м горных выработок).
Приток воды характеризуется коэффициентом водообильности: отношение количества откачиваемой воды куб.м к количеству добытого п.и. в тоннах за год, сутки (0,6 – 3,4 – средние значения. Донбасс – в 1985г. – 5,6; Львовско-Волынский – от 30 до 630; Криворожский железорудный бассейн – от 0,1 до 600 и при прорывах до 6000куб.м). Водоприток в карьерах от 50 до 1000 куб.м. (можно оценивать на 1 км длины борта карьера).
Разработка обводненных месторождений возможна при условии предварительного и эксплуатационного осушения шахтных и карьерных полей.
Влияние старых затопленных выработок. Работы могут проводиться после перепуска воды через систему скважин.
Влияние незатампонированных разведочных скважин. Работы могут проводиться после обсадки и цементации затрубного пространства.
Влияние неправильного ведения горных работ. Следует отметить недопустимость работ под водными объектами земной поверхности, затопленными зонами провалов – они должны быть засыпаны глиной.