» » Особенности режима подземных вод при комбинированной разработке месторождений

Особенности режима подземных вод при комбинированной разработке месторождений

19.08.2016

В развитие положений промышленной гидрогеологии, изложенных в учебниках и монографиях, следует отметить особенности гидрогеологических условий освоения месторождений и систем водозащиты при их комбинированной разработке.
Первая и наиболее характерная особенность связана с законами гравитации в гидродинамических процессах и геометрией горных работ (пространственной компоновкой открытых и подземных горных разработок).
1. Геометрия компоновки горных технологий. Из анализа этого фактора следует, что при последовательной открыто-подземной разработке месторождения задача обеспечения водозащиты горных работ во многом решается на первом этапе освоения месторождения.
И это остается справедливым независимо от того, какая из комбинируемых (открытая или подземная) технологий оказывается опережающей.
Однако на втором этапе потребуются дополнительные инвестиции, время и проведение строительно-монтажных работ для приспособления эксплуатационных возможностей системы водозащиты, обслуживавшей предшествующую технологию горных работ, для условий последующей технологии.
Другое дело, одновременная открыто-подземная разработка месторождения. В этом случае (при условии ведения горных работ по единому проекту) появляется возможность сооружения оптимальной системы водозащиты всего комплекса открытых и подземных горных выработок.
При разработке месторождения как открытыми, так и подземными технологиями формируются техногенные режимы подземных вод, которые характеризуются тем, что основными контурами разгрузки становятся горные выработки и дренажные сооружения.
Причем интенсивность разгрузки, размеры этих зон находятся в тесной связи с динамикой развития открытых и подземных добычных работ.
2. Водопритоки в карьер и рудник снижаются вследствие истощения запасов подземных вод. В то же время они могут и возрастать в связи с увеличением общей площади горных разработок. Величины водопритоков зависят также от способа управления кровлей при подземных очистных работах, от скорости подвигания фронта горных работ в карьере и руднике, других технологических факторов.
При комбинированной разработке одновременно открытым и подземным способами характер и объемы водопритоков зависят от сформировавшихся гидрогеологических и технологических условий.
Если водоносные пласты приурочены к верхней части геологического разреза и расположены выше отметки дна карьера, водопритоки перехватываются карьером или его дренажной системой, которая в этом случае становится единой с подземным рудником. Водоотлив последнего принимает остаточные притоки в подземные горные выработки, а также поступающие технологические воды.
В том случае, когда водоносные пласты расположены ниже отметки дна карьера, его водозащита ограничивается карьерным водоотливом, а дренажная система сооружается для защиты подземных горных выработок.
И, наконец, если водоносные пласты распределены по всему вертикальному разрезу месторождения, водопритоки формируются по обеим предыдущим схемам, а дренажные системы могут быть ориентированы как на раздельную для карьера и рудника, так и на совместную водозащиту их горных выработок.
При последовательной комбинированной разработке месторождения водопритоки формируются по одной из предыдущих схем и в соответствии с технологиями горных работ, определяемыми во многом вариантами вскрытия месторождения (см. табл. 10.1).
Оценка водопритоков в горные выработки.
1. Наиболее простой и в то же время надежной формой прогнозирования водопритоков является использование коэффициента водообилъности, представляющего отношение объемов откаченной из выработок воды Q к объему добытой за расчетный период горной массы (или полезного ископаемого) А:
Особенности режима подземных вод при комбинированной разработке месторождений

т.е. корреляционной зависимости, установленной по данным статистических производственных материалов или на основе результатов исследований.
Обычно этот прием дает надежные результаты прогнозирования водопритоков Q при сохранении технологии горных работ.
2. Формула (12.16) получена на основе метода аналогий и представляет его упрощенный вариант.
В более строгой форме метод гидрогеологических аналогий используется при отсутствии сведений о фильтрационных параметрах дренируемого массива пород.
Для прогнозирования водопритоков в горную выработку Qп в простейшем случае составляется равенство (по известным Qa и Ha)
Особенности режима подземных вод при комбинированной разработке месторождений

Особенности режима подземных вод при комбинированной разработке месторождений

где Qn и Qа — водоприток прогнозируемый и к объекту-аналогу соответственно; Hn и Ha — понижение уровней напоров в дренируемых водоносных пластах на прогнозируемом объекте и объекте-аналоге соответственно.
3. Широкое распространение получили аналитические методы прогнозирования водопритоков в горные выработки.
Так, расчет водопритоков к карьерам раздельно по каждому водоносному пласту выполняют по формуле «большого колодца»:
• для стационарного режима фильтрации
Особенности режима подземных вод при комбинированной разработке месторождений

где T — проводимость пласта; So — понижение напора относительно естественного уровня на контуре карьера; ro — приведенный радиус карьера; R — приведенный радиус области фильтрации;
• для нестационарного режима фильтрации
Особенности режима подземных вод при комбинированной разработке месторождений

где а — коэффициент пьезопроводности пласта; t — время от момента вскрытия пласта.
При определении водопритоков в подземные горные выработки во многих случаях можно воспользоваться аналитическими зависимостями типа (12.18) и (12.19) с определенными поправками.
Общий водоприток в этом случае получают как сумму двух слагаемых: водопритока по контуру в плане («бокового водопритока») и притока по площади горных работ.
Если «боковой водоприток» можно подсчитать по зависимостям (12.18) или (12.19), то приток по площади очистных работ определяют по формуле
Особенности режима подземных вод при комбинированной разработке месторождений

где kz — коэффициент фильтрации массива вкрест напластования пород в пределах интервала Z (рис. 12.7); Hz — фиксированный напор в водном объекте (отсчитывается от верхней границы зоны водопроводящих трещин); F — площадь очистных работ в контурах водоносного объекта.
При комбинированной разработке месторождения особенно важной является проблема взаимодействия различных горных выработок, например выработок карьера и подземных в целом или каких-то выделенных участков в них.
Определение интегральных водопритоков в каждой из взаимодействующих выработок в этом случае осуществляют посредством решения системы уравнений
Особенности режима подземных вод при комбинированной разработке месторождений

где Rn — расчетный радиус области фильтрации для каждой из взаимодействующих выработок; rn-k — расстояние между выработками n и к.
Формула (12.21) используется для условий стационарного режима фильтрации.