ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ШАХТНЫХ ВОД 1 страница
ЛЕКЦИЯ 10
ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ГИДРОГЕОЛОГИИ. ТИПЫ ОБРАЗОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
1 Типы подземных вод по условиям залегания и происхождению
Горные породы земной коры залегают слоями, которые чередуются, что в отношении подземных вод можно разделить на водопроницаемые (водоносные) и непроницаемые (водоупорные). Классическим представителем первых является песок (будем обозначать эти породы точками), представитель вторых - глина (обозначим штриховкой). Изобразим разрез верхней части земной коры с чередованием обозначенных слоев (см. рис. 1.1) на участке со склоном и речной долиной. Соотношение вертикального и горизонтального масштабов на схеме принят примерно 10:1, поэтому разрез русла реки выглядит сплющенным.
Рассмотрим на схеме основные типы подземных вод по условиям их залегания (сверху вниз).
1) Верховодка - воды, образующиеся при просачивании атмосферных осадков сквозь хорошо фильтрующие породы вследствие накопления на преграде в виде ограниченного по простиранию слоя водоупорной породы (так называемой “линзы”). Такие воды могут попадать в горных выработок при открытой разработке ископаемых (карьеры) в незначительных количествах.
2) Грунтовые воды образуются аналогично верховодці, но на очень протяженном водотриві. Толщина слоя грунтовых вод может достигать значительных величин: от 10 м в верховьях рек до 70 в нижнем течении. Такие воды могут припливати в значительном количестве в горных выработок (карьеров) при открытой разработке ископаемых, могут попадать в глубокие слои водопроницаемых пород при нарушениях подстилающих водоупорных слоев.
|
|
|
3) Подрусловые (инфильтрационные) воды являются промежуточными между подземными и поверхностными водами. Могут попадать до карьеров при их размещении вблизи рек, водохранилищ.
4) Межпластовые воды подразделяются на напорные и ненапірні, находятся между двумя слоями водотриву и попадают в горные выработки при подземной добыче полезных ископаемых. Мощность межпластовых горизонтов может составлять от 2 до 100 м.
5) Источники (ключи) - разновидность межпластовых вод, выходящих на поверхность земли, как правило, на склонах. Могут использоваться в качестве источников местного водоснабжения.
Различают происхождения подземных вод:
1) инфильтрационное (просачивание сквозь хорошо фильтрующие породы атмосферных осадков и воды из поверхностных источников);
2) конденсация пара из воздуха (в аридных зонах);
3) ювенальные - с пар магмы (первичное образование подземных вод при формировании земной коры).
Рис. 1.1. Разрез верхней части земной коры с чередованием слоев на участке со склоном и речной долиной
|
|
|
Совокупности межпластовых вод представляют собой артезианские бассейны. Таким, например, является Днепровско-Донской артезианский бассейн, что простирается от Смоленска на севере до Днепропетровска на юге и от Киева на западе до Донбасса на востоке (его площадь составляет 350000 квадратных км). Область питания этого бассейна (места выхода водоносных слоев на поверхность) находится по полосе Могилев - Орша - Брянск - Курск.
В различных бассейнах подземные воды формируются в различных геологических структурах. В условиях Донбасса они относятся в основном к отложениям четвертичного, третичного палеоген-неогенового и каменноугольного возрастов.
По условиям накопления и характером циркуляции тип подземных вод Донбасса можно классифицировать как трещинопластовые, в основном напорные.
Фильтрационные свойства вышеназванных пород (коллекторов) низкие. Наибольшей фильтрующей способностью обладают песчаники, в которых коэффициент фильтрации колеблется от 0,002 до 0,06 м/сутки.
2 Запасы подземных вод
Различают запасы и ресурсы подземных вод.
Запасы - количество воды, находящейся в данном слое (бассейне).
Ресурсы оцениваются с учетом обновления при общем круговороте воды.
|
|
|
Ресурсы оцениваются с учетом обновления при общем круговороте воды.
Естественные (возрастные, геологические) запасы воды - общее количество воды в водоносном слое.
Естественные ресурсы - величина питания подземных вод за счет инфильтрации атмосферных осадков, речного стока, перетекания из других горизонтов (выражаются модулем подземного стока (л/с с км2).
Запасы подземных вод оцениваются гидрогеологическими экспедициями. Запасы утверждаются в государственных или территориальных комиссиях по запасам полезных ископаемых (ГКЗ и ТКЗ).
При подземной разработке угольных месторождений запасы и ресурсы подземных вод снижаются за счет их дренирования горными выработками.
В результате стока шахтных вод с массива в подземные выработки, а также проведение мероприятий по осушению месторождения на значительной его площади формируются депрессивные поверхности (воронки). На наличие воронок постепенное понижение уровня воды в водоносном горизонте, хотя приток ее может быть длительным и значительным по величине. Размер депрессивных воронок зависит от горно-геологических и гидрогеологических условий района месторождения и продолжительности его разгрузки. Опыт показывает, что радиус депрессивной воронки, которая образуется вокруг шахты, через несколько лет достигает, как правило, 10 км. и больше.
|
|
|
Депрессивные воронки, образующиеся резко нарушают естественный режим водоносных пластов: нарушается положение областей питания и разгрузки подземных вод, интенсивность их инфильтрационного питания, взаимосвязь между водоносными горизонтами; истощаются запасы высококачественных пресных вод, которые должны использоваться для хозяйственно-питьевых и коммунально-бытовых нужд населения; наблюдается общее понижение уровня подземных вод на некоторую глубину от поверхности (в некоторых районах Донбасса например, наблюдается понижение уровня питьевой воды в колодцах). При срабатывании динамических ресурсов подземных вод качество пресных вод ухудшается также примешиванием минерализованных вод.
После завершения горных работ депрессивные воронки со временем исчезают, восстанавливаются режим подземных вод, уровень воды в колодцах и водозаборных скважинах. Однако длительность восстановления режима и состояния подземных и поверхностных вод зависит от масштаба нарушений. При подземной разработке месторождений восстановительные процессы протекают значительно быстрее, чем при открытом способе.
ЛЕКЦИЯ 11
ОБРАЗОВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД ДОБЫВАЮЩИХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
1 Виды сточных вод добывающей промышленности
Угольная промышленность объединяет горнодобывающие и перерабатывающие предприятия – шахты, разрезы, обогатительные и брикетные фабрики, также машиностроительные и ремонтные заводы, предприятия стройиндустрии и промышленного транспорта. Каждое предприятие в результате хозяйственной деятельности образует различное количество сточных вод, состав и свойства которых зависят в основном от продукции, что выпускается, и принятых технологических процессов.
Вскрытие и эксплуатация угольных месторождений связаны с непременным откачкой воды, что попадает в горные выработки. На некоторых обводненных месторождениях для создания благоприятных условий ведения горных работ производят предварительное осушение полей полезных ископаемых. Вода откачивается на поверхность на угледобывающих предприятиях, является сточной, потому что загрязняется.
Воды попутно забирают, являются естественными. Их можно разделить на группы: шахтные воды (шахтные воды и воды от осушения шахтных полей), карьерные воды разрезов (карьерные воды и воды от осушения карьерных полей), дренажные, производственные сточные воды (поверхностного комплекса шахт, разрезов, обогатительных фабрик и т.д.), коммунально-бытовые воды населенных пунктов, находящихся в окрестностях угольных предприятий.
Шахтные воды образуются в результате фильтрации подземных и поверхностных вод в подземные горные выработки. Вода, что попадает в действующие очистные или подготовительные выработки, в зависимости от состава вмещающих горных пород, горно-геологических и горнотехнических условий, средств механизации выемки и проходки подвергается разного рода загрязнениям. Такая вода не может быть сброшена в водоемы без очистки или использована для технического водоснабжения, как правило, без соответствующей обработки.
Карьерные воды образуются за счет поверхностных, а также подземных вод. Вода, попавшая в горные выработки разрезов, загрязняется и должна, как правило, быть очищены перед выпуском в водоемы или при использовании для технического водоснабжения.
Дренажные воды формируются из поверхностных и подземных вод и откачиваются на поверхность через дренажные горные выработки или сооружения с целью осушения шахтных или карьерных полей. Дренажные воды не имеют контакта с загрязняющими объектами горного производства и поэтому могут быть использованы в хозяйственно-бытовом и техническом водоснабжении как с очисткой, так и без нее.
Деятельность обогатительных и брикетных фабрик, машиностроительных и ремонтных заводов, предприятий стройиндустрии и других вспомогательных производств связана с потреблением воды и образованием во многих случаях производственно-технологических сточных вод. Производственно-технологические сточные воды согласно их образованию можно укрупнено разделить на следующие группы: технологические, охлаждающие, промывочные, обеспыливающие.
Технологические воды является рабочей средой в технологических процессах. К таким технологическим процессам можно отнести: мокрое обогащение углей и сланцев, гидродобыча, гидротранспорт, включая гидрозолеудаление, гидроразрыв, гальванические процессы в машиностроении и т.п.
Охлаждающие воды образуются при охлаждении машин и аппаратов (компрессоров, кондиционеров, дегазационных установок), а также деталей машин и конструкционных элементов при термической обработке и т.п.
Промывные воды образуются в результате продувки котлоагрегатов, промывки деталей и узлов машин и механизмов на ремонтно-механических заводах и в электромеханических мастерских. Обеспыливающие воды используются для борьбы с пылью на технологических комплексах шахт, разрезов, обогатительных и брикетных фабриках, на заводах машиностроения и стройиндустрии.
Все производственно-технологические сточные воды при их использовании и сбросе в гидрографическую сеть в основном нуждаются в очистке.
На территориях промышленных площадок в результате их полива и сбора атмосферных осадков образуются поверхностные стоки. Согласно общепринятой классификации их подразделяют на дождевые, талые, поливочно-моечные.
Дождевые стоки создаются атмосферными осадками, выпавшими в теплое время года – дождями, стекающие с территории промышленных площадок.
Потали токи образуются атмосферными осадками, которые выпали в холодное время года и перешли в весенний период из твердого состояния в жидкое.
Поливочно-моечные стоки образуются за счет полива территорий с целью их обеспыливания, санитарной уборки, орошения трав и зеленых насаждений.
В результате деятельности административно-бытовых комбинатов шахт и разрезов, столовых и бытовых помещений фабрик и заводов, образуются хозяйственно-бытовые сточные воды, которые можно укрупнено разделить на следующие группы: банно-прачечные, фекальные, моющие.
Банно-прачечные воды образуются в результате функционирования душевых для работающих на производстве, а также прачечных для стирки спецодежды.
Фекальные воды отводятся от санузлов.
Моечные воды образуются при санитарной уборке производственных помещений, мытье обуви и т.п.
Все хозяйственно-бытовые сточные воды должны проходить очистку и обеззараживание.
Образование шахтных и других вод, которые забирают попутно, связано с результатом воздействия людей на геологические структуры. В зависимости от конкретных горно-геологических, горнотехнических условий месторождений в формировании шахтных вод могут принимать участие межпластовые, пластово-трещиноватые и карстовые воды надугольного и подугольного комплексов пород, а также грунтовые воды надугольного комплекса и поверхностные воды.
2 Приливы воды в шахтах и карьерах
Количество воды, которая приплывает в горные выработки, то есть обводненность шахт, обусловливается множеством факторов – геолого-структурными, гидрогеологическими, гидродинамическими и климатическими условиями месторождения, литолого-структурными, физико-механическими и химическими особенностями горных пород, тектонической нарушенностью месторождения, способом его раскрытия, мощностью разрабатываемых пластов и системами их разработки, способом управления кровлей, технологией ведения горных работ и др. Однако определяющими в формировании водопритоков является геолого-структурные, гидродинамические и горно-геологические условия, а также горнотехнические факторы разработки месторождений.
В начальный период эксплуатации шахты приток воды в выработки с развитием фронта горных работ возрастает. При дальнейшем увеличении площади выработанного пространства могут иметь место рост притока воды в шахте, его стабилизация или постепенное снижение.
Изменение притоков воды в горные выработки определяется преимущественно характером ресурсов подземных вод основного водоносного горизонта, который питает горные выработки. Если шахтный водоприток обусловлен только запасами подземных вод, то средняя величина прилива постепенно уменьшается. При относительно ограниченных динамических ресурсах приток воды в период эксплуатации шахты остается примерно постоянным. В случае значительных динамических ресурсов с увеличением площади выработанного пространства водоприток постоянно увеличивается. Если питания подземного водоносного горизонта, что формирует шахтный водоприток, происходит за счет поверхностного водотока или водоема, то приток воды в шахту увеличивается при приближении горные выработки до водотока или водоема. Значительное влияние на величину водопритока делают суммарная мощность пластов, отрабатывают, углы падения, глубина разработки и способ управления кровлей. Эти факторы или каждый из них в разной степени обусловливают развитие трещиноватости надугольной толщи горных пород, через которые дренирует вода в горные выработки. Изменение водопритоков по сезонам года связана также с развитием трещин, разрывом сплошности горных пород, и в определенной степени с нарушением дневной поверхности в результате ведения горных работ.
На рост водопритоков кроме природных факторов также влияют концентрация работ и интенсивность нарастания длины выработок, а также связь последних с погашенными выработками других шахт, в том числе уже закрытых, но связанных гидравлически через систему выработок с действующими шахтами.
Поэтому хотя с увеличением глубины водоприток на разрабатываемом горизонте уменьшается, в целом по шахте абсолютные величины водопритоков изменяются незначительно и даже растут вследствие дренажа воды из старых погашенных горизонтов через возбужденные подработкой породы и от закрытых шахт. Это явление характерно для Донбасса, где даже шахты-новостройки оказываются чаще всего связаны гидрогеологично и гидравлически со старыми шахтами.
Образования карьерных вод, как в шахтных, связанное с выемкой угля и созданием для этих целей горных выработок. В формировании карьерных вод принимают участие поверхностные стоки, поверхностные водоемы и водотоки, а также подземные воды. Поверхностные стоки образуются за счет дождевых и талых вод. Объем их зависит главным образом от количества выпадающих осадков и площади водосбора разреза. Близлежащие водоемы и водотоки в зависимости от фильтрационных свойств пород, могут влиять на обводненность разрезов. Из подземных вод, как правило, наибольшее влияние на обводненность горные выработки имеют грунтовые и межпластовые воды.
Соотношение между приливами, образованными поверхностным стоком и подземными водами, зависит от времени года, достатка атмосферных осадков, оно может меняться в значительных пределах. В период весенних и осенних паводков при достаточно больших площадях водосбора преобладающее значение имеют поверхностные стоки, а в сухие периоды – подземные воды. В обводненности разрезов участвует разное число водоносных горизонтов, имеющих различные условия гидравлической взаимосвязи. Существенные изменения в период эксплуатации разрезов происходят в условиях питания и разгрузки водоносных горизонтов. Для естественного режима характерно питания водоносных горизонтов за счет инфильтрации атмосферных осадков, подтоку воды из напорных водоносных горизонтов. В результате сдвига горных пород и почв при ведении горных работ, кроме указанных источников, питание происходит также за счет водоемов и водотоков, что были до эксплуатации месторождения областями разгрузки.
3 Показатели обводненности горного предприятия
По своим геолого-структурными, гидродинамическими, горно-геологическим и горнотехническим условиям угольные бассейны и месторождения страны достаточно разнообразны, поэтому отличается и обводненность угольных шахт, характеризуется среднегодовым водопритоком и коэффициентом водообильности.
Для относительной оценки обводненности шахты используют коэффициент водообильности Кв, который представляет собой отношение количества откачиваемой на поверхность воды Q к количеству угля добывает шахта Т:
, м3/т (2.1)
В Донецком угольном бассейне коэффициент водообильности составляет от 3 до 7 м3/т.
В настоящее время в Донбассе завершается отработка угольных пластов на малых и средних глубинах (до 800 м), осуществляется переход угледобывающих работ на отметки 1200...1400м.
углублением горных работ наблюдается увеличение воды, но не безгранично. Как показал опыт, с увеличением глубины водоносных горизонтов уменьшается роль факторов, определяющих коллекторские и фильтрационные свойства угленосных отложений (пористости и трещиноватости). Значимость названных факторов и их показателей зависят от степени метаморфизма пород, а также тектонической нарушености пород. Высокие показатели данных факторов, а следовательно, высокий водоприток, свойственные породам, содержащие низкометаморфизованные угля, а самые низкие - при высокометаморфизованному угле. Поэтому на глубинах 1000 м в зонах высокометаморфизованного угля обнаруживаются сухие области пород. Особенно резко с увеличением глубины снижается водоприток, водоносных горизонтов в тектонически не нарушенных породах. Такое значительное сокращение водопритока, потерю гидравлической связи между различными зонами, что обводняют, объясняются увеличением давления горных пород, который до закрытия различного рода пор и трещин в массиве.
На больших глубинах очистные работы будут проводиться в зонах застойного режима подземных вод. Лишь в окрестности пластов низкой степени метаморфизма, а также в зонах тектонической нарушености будет более динамичный режим подземных вод, а, следовательно, будет прослеживаться обводнения горных выработок в окрестности действующих забоев. Это подтверждается опытом работы шахт на глубинах 1200...1400 м.
На основании установленного влияния глубины на изменение коллекторских и фильтрационных свойств углесодержащих пород можно сделать вывод об уменьшения водопритока в выработки с увеличением глубины горизонтов, разрабатываемых (действующих).
Кроме того, на рост водопритока кроме природных факторов влияют концентрация работ и интенсивность нарастания протяженности выработок, а также связь последних с погашенными выработками других шахт, в том числе уже закрытых, но связанных гидравлически через системы выработок с шахтами.
М.В. Сыроватко предложил по степени обводненности шахтные поля разделить на четыре группы: слабо обводненные и практические необводненные с притоком до 100 м3/ч; умеренно обводненные, водоприток которых изменяется от 100 до 300 м3/ч; обводненные – от 300 до 1000 м3/ч и достаточно обводненные – более 1000 м3/ч.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 394; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!