» » Условия подработки водных объектов

Условия подработки водных объектов

19.08.2016

Прежде чем сформулировать условия, при которых водный объект может быть подработан, и определить способы ведения горных работ при этом, необходимо кратко изложить классификацию самих водных объектов.
Всё многообразие водных объектов с точки зрения физико-механики проникновения воды при их подработке в горные выработки может быть разделено на три типа (табл. 12.1). При этом предполагается, что взаимное расположение в пространстве водного объекта и горной выработки не является существенным, т.к. механизм проникновения содержимого водного объекта в горные выработки остается принципиально неизменным как при собственно подработке, гак и при надработке.
Условия подработки водных объектов
Условия подработки водных объектов
Условия подработки водных объектов

Заметим, кстати, что для горно-добывающего производства характерны случаи как подработки, так и надработки водных объектов. Поэтому устоявшимся термином «подработка» будем обозначать все случаи взаимодействия горных выработок с водными объектами.
В качестве иллюстрации правомерности такого подхода может быть рассмотрено решение по определению мощности барьерного целика между дном карьера и напорным водоносным пластом на алмазоносном месторождении «Мир» (рис. 12.15).
Задача решалась коллективом сотрудников ВИОГЕМа под руководством автора в середине 70-х годов прошлого столетия по просьбе ПО «Якуталмаз» (теперь AK «АЛРОСА»),
Была разработана механико-математическая компьютерная модель, отражающая геологическую и силовую обстановку на месторождении, и построена расчетная схема решения задачи методом конечных элементов (рис. 12.16).
На основании решения задачи было рекомендовано установить между дном карьера и кровлей напорного водоносного пласта толщину целика, равную 55 м.
В дальнейшем при ведении горных работ в карьере подтвердили правильность полученных результатов. Так, уменьшение толщины целика до 50 м вызвало раскрытие трещин в массиве пород. Уменьшение толщины целика до 40 м сопровождалось поступлением воды в карьер и т.д.
Условия подработки водных объектов

Более подробно решение задачи приведено в работе. Здесь же отметим, что разработанная модель была в последующем (в 1997 г.) использована нами с некоторыми корректировками для решения задачи по воздействию этого подрабатываемого водоносного комплекса на выработки подземного рудника.
Таким образом, одна и та же геомеханическая модель позволила решить задачи как при надработке, так и при подработке водного объекта.
Комментируя классификацию подрабатываемых водных объектов (см. табл. 12.1), поясним некоторые использованные термины.
Истинные водные объекты представляют собой естественные или искусственно созданные сосредоточения гравитационной воды, которые при подработке являются или могут являться источниками её внезапных прорывов в горные переработки.
Переходные водные объекты — естественные или искусственно созданные скопления гравитационной воды, которые залегают на легко размываемых водонасыщенных песчано-глинистых грунтах, содержащих преимущественно пленочную воду. Подработка таких составных объектов сопровождается или может сопровождаться внезапным прорывом воды с интенсивным выносом размытых горных пород.
Специфические водные объекты — естественные или искусственно созданные сосредоточения песчано-глинистых отложений, содержащих преимущественно пленочную воду. При подработке такие водные объекты являются или могут являться источником внезапных прорывов в горные выработки увлажненных песчаноглинистых пород.
Изучение основных параметров водных объектов позволяет определить возможные последствия их подработки подземными горными работами. Подработка как поверхностных, так и подземных водных объектов, которые были отнесены к специфическим как правило, приводит к прорывам в горные выработки увлажненных песчано-глинистых пород Подработка истинных водных объектов сопровождается внезапными катастрофическими прорывами воды, затоплением участка ведения горных работ или полностью шахты. Подработка истинных подземных водных объектов в практике горного дела — обычное явление для всех месторождений, расположенных ниже уровня подземных вод. В результате подработки водоносных горизонтов формируются притоки подземных вод в горные выработки; при подработке высокопроницаемых водоносных горизонтов, комплексов, зон трещиноватости, расход которых обеспечен питанием, возможны осложнения при ведении горных работ (увеличение общешахтных водопритоков, интенсификация водопроявлений на отдельных участках, внезапные прорывы подземных вод, вторичное обводнение ранее осушенных руд и т.д). Подработка таких водных объектов, как трубопроводы, незатампонированные водопонижающие, наблюдательные, геолого-разведочные и другие скважины может привести к интенсификации водопроявлений в горных выработках и осложнениям при ведении горных работ.
Подработка переходных водных объектов сопровождается внезапными прорывами воды с интенсивным выносом размытого твёрдого материала.
Конечно, указанные последствия подработки тех или иных водных объектов представляют весьма упрощённую схему, так как в реальных условиях подработка водного объекта может осложняться и другими факторами, возможна подработка нескольких водных объектов, относящихся к разным классам или типам.
Далее рассмотрим и проанализируем месторождения полезных ископаемых по условиям подработки водных объектов, т.е. классифицируем их по указанному признаку.
Основная цель классификации месторождений полезных ископаемых по условиям подработки водных объектов состоит в том, чтобы установить иерархическую структуру изучаемой проблемы, сделать ее обозримой.
При выделении таксонов (систематических единиц любого ранга при классификации) предъявляются жёсткие требования к классификационным признакам и тем самым определяется объём исходных данных, который должен быть получен в процессе исследований на той или иной ступени, заданной иерархической структурой классификации. Следовательно, классификация определённым образом управляет процессом исследования, так как каждому уровню классификации соответствует строго определённый объём знаний о месторождении, водном объекте и тех горно-геологических процессах, которые сопровождают разработку месторождения. И, наконец, одна из основных задач заключается в том, чтобы классификация в качестве практического выхода давала возможность обосновать условия безопасной подземной разработки рудных месторождений под водными объектами.
Условия подработки водных объектов

Для рудных месторождений классификация, основанная на учёте комплекса признаков, удовлетворяющая достижению поставленной цели и решению указанных задач, построена следующим образом (рис. 12.17).
В качестве наиболее крупной таксонометрической единицы принята типовая схема подработки водных объектов. В основу выделения типовых схем положен тип подрабатываемых водных объектов. В соответствии с рассмотренной ранее классификацией водных объектов выделяют истинные, переходные и специфические. Однако при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом возможна подработка объектов не только одного, а двух или даже трёх типов. Следовательно, по типам подрабатываемых водных объектов могут быть выделены четыре схемы, которые для удобства пользования обозначены индексами R, S, Т, U.
По типовой схеме R при разработке месторождений полезных ископаемых происходит подработка истинных водных объектов. Используя только ту информацию, которая формально содержится в классификационных признаках, можно сделать заключение о горно-геологических явлениях, которые будут сопровождать разработку месторождения. В частности, для рассматриваемой типовой схемы возможны внезапные прорывы воды в горные выработки, вторичное обводнение подготовленных к выемке руд, повышение влажности добытой руды выше установленных (нормативных) значений, интенсификация водопроявлений на отдельных добычных участках.
Типовая схема 5 отражает условия подработки переходных водных объектов. Разработка месторождений полезных ископаемых в этом случае будет сопровождаться внезапными прорывами в горные выработки псевдоплывунных пород или воды с интенсивным выносом размытых горных пород.
Все случаи подработки специфических водных объектов объединены типовой схемой Т. Подработка специфических водных объектов сопровождается внезапными прорывами в горные выработки истинных плывунов, увлажненных глин и песчано-глинистых грунтов.
И, наконец, четвёртая типовая схема U представляет возможность подработки на одном месторождении полезных ископаемых разных типов водных объектов. Последняя типовая схема является, пожалуй, наиболее характерной. В рассматриваемом случае при ведении горных работ возникают осложнения, которые определяются типами подрабатываемых водных объектов. Например, при подработке истинного и специфического водных объектов могут наблюдаться как прорывы воды, вторичное обводнение подготовленных к выемке руд, повышение влажности добытой руды, интенсификация водопроявлений на отдельных участках, так и внезапные прорывы плывунных песков, увлажненных глин или песчаноглинистых пород.
Таким образом, определив тип подрабатываемого водного объекта, можно установить те осложнения, которые будут сопровождать производство добычных работ.
Условия подработки водных объектов
Условия подработки водных объектов

Типовая схема обладает достаточной степенью общности, объединяя обширный круг месторождений полезных ископаемых. Общность типовой схемы характеризуется тем, что она выражает только основные закономерности формирования горно-геологических явлений, которые сопровождают подземные горные работы при подработке водных объектов. Однако именно вследствие своей общности она представляет интерес.
Таксономической единицей более низкого порядка, чем типовая схема, является принципиальная схема подработки водных объектов. Основным признаком, по которому выделяют принципиальные схемы, является класс подрабатываемого водного объекта. Всего в соответствии с классификацией подрабатываемых водных объектов выделяется шесть классов, однако принципиальных схем будет 12, так как необходимо отразить возможность одновременной подработки как поверхностных, так и подземных водных объектов, а также все случаи, когда на месторождениях полезных ископаемых подрабатываются несколько типов водных объектов. Так же, как и для типовых схем, вводится индексация принципиальных схем подработки водных объектов (см. рис. 12.17). Сведение реальной ситуации к одной из принципиальных схем подработки водных объектов позволяет определить условия применения систем подземной разработки месторождений полезных ископаемых (табл. 12.2).
Таким образом, использование классификации месторождений полезных ископаемых по условиям подработки водных объектов уже на уровне принципиальных схем позволяет выбрать в основных чертах возможные системы подземной разработки рудных месторождений. Прогнозирующая способность достигается тем, что в принципиальных схемах предусмотрены не только классификационные признаки (класс подрабатываемых водных объектов), но и достаточно полное знание о горно-геологических условиях месторождений полезных ископаемых. Принципиальные схемы закрепляют определенные соотношения между линейными размерами, характеризующими пространственное расположение водного объекта, месторождения, зон геомеханического преобразования горного массива. Кроме того, для подземных истинных и переходных водных объектов в качестве основного условия выступает такое емкое понятие, как достижение необходимой степени их осушения, а для специфических водных объектов устанавливаются соотношения между мощностью рудопородной подушки, ее пористостью, критической глубиной проникновения опасных по прорывам грунтов в обрушенные скальные породы и их мощностью.
Условия подработки водных объектов

Предложенная классификация позволяет легко вникнуть в суть проблемы, представить все многообразие связей, проявляющихся между водными объектами и месторождениями полезных ископаемых в процессе хозяйственной деятельности человека, выявить специфические задачи, возникающие на той или иной стадии классификации, а также имеет определенный практический выход. Однако в классификации не отражена возможность (а в сложных случаях это необходимо) многовариантных оценок схем вскрытия и систем разработки месторождений. Классификация, предъявляя определенные требования к объему и составу информации, необходимой для выделения таксонов и разработки практических рекомендаций, тем самым управляет процессом исследований подрабатываемых водных объектов и месторождений полезных ископаемых.
Дальнейшее развитие этой проблемы с приведением типовых схем подработки различных классов водных объектов, математических моделей поведения их в различных ситуациях и другие детали изложены в работе.