Показатели обводненности
Обводненность месторождения полезных ископаемых в пределах шахтного (карьерного) поля количественно определяется статическими, динамическими и упругими запасами (ресурсами) подземных вод в водоносных горизонтах (зонах, комплексах).
Статические запасы равны объемам воды в водоносных горизонтах (зонах) и старых затопленных выработках. Они зависят от суммарной мощности водоносных горизонтов (зон, комплексов), площади их распространения в зоне влияния горных выработок и коэффициента водоотдачи. Наибольшие статические запасы содержат закарстованные породы, меньшие — горизонты рыхлых несвязных пород (пески, галечники) и наименьшие — скальные (твердые) породы. При вскрытии месторождений большие статические запасы дают значительный водоприток, величина которого затем снижается.
Динамические запасы (ресурсы) подземных вод соответствуют расходу воды, протекающей через поперечное сечение водоносного горизонта (зоны, комплекса) в единицу времени. Они зависят от водопроницаемости горных пород водоносных горизонтов, условий их питания (из атмосферы, поверхностных водоемов, других водоносных горизонтов) и расположения мест дренирования. Важное значение имеют интенсивность и продолжительность дренирования водоносных горизонтов, площади их обнажений в горных выработках. Для оценки динамических запасов необходимо знать мощность водоносных горизонтов, их поперечное сечение, действующие градиенты и показатели водопроницаемости, водоотдачи и уровнепроводности горных пород, радиусы влияния горных выработок.
К количественным показателям обводненности месторождений относятся:
• суммарный приток воды к месторождению, шахтному (карьерному) полю Q, м3/ч;
• удельный приток воды на 1 м2 обнаженной поверхности горных выработок q, л/ч;
• коэффициент водообильности, т.е. приток воды, м3, приходящийся на 1 т добытого полезного ископаемого, кв, м /т;
• единичные водопритоки, представляющие собой отношение водопритока к площади отработанной предприятием части залежи (пласта) за один год qe, м3/м2;
• коэффициент фильтрации основного водоносного горизонта kф, м/сут.
Шахтные и карьерные поля месторождений твердых полезных ископаемых по степени обводненности разделяют на весьма обводненные, обводненные, умеренно- и слабообводненные (табл. 3.55).
Примерами весьма обводненных месторождений являются: Кизеловское каменноугольное (Q = 1500+2500 м3/ч, kв = 8/36 м3/т); Ленинградское и Эстонское горючих сланцев (Q = 1000+4000 м3/ч); Миргалимсайское полиметаллическое (Q > 10 000 м3/ч; к = 30 м3/т); Северо-Уральские бокситов (Q = 5700+10 000 м3/ч; = 45 м3/т); Яковлевское KMA (Q = 4000 м3/ч).
Обводненными считаются, например, месторождения ряда угольных бассейнов: Подмосковного (Q = 900 м3/ч), Канско-Ачинского (Q = 180+650 м3/ч), а также железорудные месторождения Криворожского и Ангаро-Илимского бассейнов, Соколовское, Сарбайское, Качарское (Q до 1000 м3/ч). К слабообводненным относятся буроугольные месторождения Восточного Урала, Иркутского и Экибастузского бассейнов, где суммарный водоприток не превышает 100 м3/ч, а коэффициент водообильности менее 3 м3/ч.
Состав и свойства подземных вод месторождений
Химический состав и свойства подземных вод определяются количеством и соотношением ионов, наличием некоторых недиссоциированных соединений, кислотностью-щелочностью (pH), жесткостью, общей минерализацией, количеством и составом растворенных и нерастворенных в воде газов.
По степени минерализации воды делятся на пресные (с содержанием растворенных веществ до 1 г/л), соленые (до 50 г/л) и рассолы (более 50 г/л), по температуре — на холодные (ниже 20 °C), теплые (20—37 °С), горячие (37—42 °С) и очень горячие (выше 42 °С), по химическому составу на классы: гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные и сложного состава. Кроме того, различают воды по составу растворенных в них газов.
Состав подземных вод месторождений полезных ископаемых формируется под влиянием физико-географических условий, геологического строения месторождений, глубины залегания водоносных горизонтов (зон, комплексов), режима подземных вод, а также минерального состава горных пород и геохимической обстановки.
Согласно Г.Н. Каменскому, по степени влияния на состав подземных вод выделяются следующие типы месторождений: 1) не содержащие характерных легкорастворимых элементов; воды имеют состав, свойственный общей геологической обстановке; 2) сложенные легкорастворимыми солями, образующими минерализованные воды (воды соляных месторождений); 3) содержащие минералы, которые в зоне выветривания преобразуются в легкорастворимые соли, придающие водам специфический состав (кислые воды зоны окисления сульфидных и угольных месторождений); 4) характеризующиеся восстановительной обстановкой на глубоких горизонтах и образованием высокоминерализованных подземных вод.
Вблизи рудных и угольных месторождений нередко формируются так называемые агрессивные воды (в том числе кислые воды зон окисления), которые разрушают сооружения из бетона и металла, неблагоприятно влияют на растительный и животный мир водоемов. Кроме того, состав вод активно изменяется под воздействием человека в результате механического, химического, радиоактивного и биологического загрязнения.
Режим подземных вод
Режим подземных вод — это совокупность изменений во времени напора, уровня, температуры, химического и газового состава, дебита различных водозаборов, притоков воды в горные выработки под влиянием естественных и искусственных факторов.
Как уже отмечалось, общая обводненность месторождения определяется статическими и динамическими запасами подземных вод в водоносных горизонтах, зонах и комплексах. Эти запасы формируются под воздействием природных условий. На месторождениях, не нарушенных горными работами, все показатели водоносных горизонтов, зон и комплексов характеризуют естественные гидрогеологические условия.
Вместе с тем и в природных условиях имеют место изменения ряда гидрогеологических показателей. Уровни подземных вод колеблются под влиянием вертикального перемещения воды (в зоне аэрации и областях питания грунтовых и артезианских вод), при подпоре подземных водоносных горизонтов, прилегающих к поверхностным водотокам и водоемам, путем передачи гидростатического напора.
Для грунтовых вод выделяют два типа режима: водораздельный и прибрежный. Первый определяется неравномерностью инфильтрации атмосферных осадков, второй — режимом поверхностных вод. Амплитуда годового колебания уровня грунтовых вод изменяется от 1 до 3 м. Для трещиноватых пород эта величина достигает 10 м. Межпластовые и артезианские воды в глубоких зонах отличаются незначительными (менее 1 м) изменениями уровня.
Режим подземных вод резко изменяется при освоении месторождений. Он может быть стационарным, если суммарный объем отводимых от выработок вод равен их притоку, и нестационарным, если этот баланс будет отрицательным или положительным.
Существует достаточно много причин для нарушения стационарности режима подземных вод на месторождениях в процессе их освоения. Первой является осушение месторождений при вскрытии, подготовке и эксплуатации. При интенсивной сработке статических запасов подземных вод в процессе осушения уровень воды снижается на несколько метров в год и образуются депрессионные воронки площадью в десятки квадратных километров (Подмосковный бассейн, Кривбасс и др.). При осушении создаются благоприятные условия для инфильтрационного питания подземных вод дождевыми, талыми, а также водами поверхностных водоемов и водотоков.
Другая причина — сдвижение горных пород при подработке их подземными горными выработками с нарушением сплошности трещинами и образованием на поверхности мульд сдвижения, оседаний и других деформаций. Такие нарушения облегчают инфильтрацию атмосферных и поверхностных вод, обеспечивают перетекание воды из одних водоносных горизонтов в другие и увеличивают водопритоки в выработки. Такие же перетекания и увеличения суммарных притоков воды возникают при пересечении горными выработками структур напластования горных пород и тектонических нарушений. Режим подземных вод изменяется (обычно на первом этапе в сторону увеличения водопритоков) при развитии горных работ на площади и в глубину за счет увеличения площади обнаженных поверхностей.
Таким образом, изменение во времени величины притока при водоотливе, понижение уровней или напора воды, изменение химического и газового состава шахтных (рудничных, карьерных) вод и их температуры определяют в совокупности режим подземных вод на месторождениях в процессе их освоения. В зависимости от степени влияния факторов — природных (характер ресурсов подземных вод, наличие связи между водоносными горизонтами, взаимосвязи между поверхностными и подземными водами) и горно-технических (глубина выработок, длительность эксплуатации, интенсивность водоотлива) — выделяют типы режимов рудничных (шахтных) вод (табл. 3.56).
- Факторы обводненности месторождений
- Использование углей в промышленности
- Ртуть в углях
- Фосфор в углях
- Малые элементы в углях
- Группировка углей по показателям влаги, зольности и содержания серы
- Сера в углях
- Минеральные компоненты и зольность углей
- Влага углей
- Вещественно-геохимическая характеристика неорганической массы углей