Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Прогноз притоков в очистные горные выработки и оценка необходимой степени осушения участка горных работ

Прогноз притоков в очистные горные выработки и оценка необходимой степени осушения участка горных работ



Величины притоков воды в выработанное пространство определяются, главным образом следующими факторами:
- водопроницаемостью водоносных слоев, дренируемых зоной водопроводящих трещин, и напорами в них;
- расстояниями от границ зоны водопроводящих трещин до контуров питания дренируемых водоносных слоев;
- размерами и формой очистной горной выработки;
- скоростью поступательного перемещения очистного забоя;
- водопроницаемостью пород в зоне водопроводящих трещин;
- интенсивностью перетекания через водоупоры из водоносных слоев, расположенных выше зоны водопроводящих трещин.
При выемке угольных пластов под водными объектами на глубинах больших, чем высота зоны водопроводящих трещин, основным фактором, определяющим притоки в выработки, является водопроницаемость ненарушенных сдвижением пород. В специфических условиях угленосных толщ, где водопроницаемость водоносных пород весьма мала, а их границы иногда выделяются с трудом, полученные при полевых опытах значения коэффициентов фильтрации часто отличаются от действительных в несколько раз. Поэтому правильность прогнозов притоков в выработки, прежде всего, зависит от тщательности проведения полевых определений водопроницаемости пород.
Наблюдавшаяся при натурных экспериментах практическая неизменность напоров в слоях позволяет допускать, что перетекание через водоупоры в угленосных отложениях пренебрежимо мало. Поэтому на угольных месторождениях достаточно учитывать только тот приток воды, который поступает из водоносных слоев, дренируемых на боковых границах зоны водопроводящих трещин. Этот приток, в зависимости от его величины, может либо полностью поступать в выработанное пространство по трещинам, ближайшим к границам зоны водопроводящих трещин, либо, в какой-то мере, отводиться с помощью трещин расслоения к центральным зонам выработанной площади.
Для упрощения расчетов притоков воды в очистную выработку во многих случаях, когда зона водопроводящих трещин не распространяется под угрожающий водный объект, фильтрационное сопротивление этой зоны можно не учитывать. Из зависимости (VII.5) следует, что фильтрационное сопротивление зоны водопроводящих трещин сравнительно невелико; если же в каких-то случаях это сопротивление окажется существенным, то величина притока, рассчитанного без его учета, будет несколько завышенной, а вместе с тем и более надежной. Однако при оценке притока воды в выработку в условиях соприкосновения водного объекта с зоной водопроводящих трещин фильтрационное сопротивление пород этой зоны должно учитываться обязательно.
Скорость перемещения очистного забоя определяет скорость осушения подрабатываемых пород, а следовательно, и интенсивность поступления в выработку отдаваемой породами воды. Кроме того, при низкой пьезопроводности вмещающих пласт пород перемещение контура зоны водопроводящих трещин вслед за очистным забоем существенно повышает градиенты напора и притоки воды в выработку возрастают.
Прогноз притоков в очистные горные выработки и оценка необходимой степени осушения участка горных работ

Влияние скорости движения очистного забоя на приток воды в выработку. В большинстве случаев очистная горная выработка имеет форму в плане, близкую к прямоугольнику, размеры которого в процессе выемки пласта постоянно изменяются в направлении простирания (рис. 79). Все водоносные слои, попадающие в зону водопроводящих трещин, дренируются по ее контуру OMLP. Поступающий при этом в выработанное пространство приток может условно рассматриваться как сумма односторонних притоков к четырем линейным контурам стока. Один из этих контуров ML (со стороны монтажной камеры или разрезной печи) неподвижен и имеет постоянную длину D. Боковые контуры стока OM и PL, соответствующие контурам выработанного пространства по простиранию, имеют переменную длину Li, являющуюся функцией времени t и скорости подвигания забоя v. И, наконец, контур стока вдоль фронта обрушения подработанных пород OP, равный контуру ML, поступательно перемещается за забоем очистной выработки со скоростью v. Если допустить, что водопроводимость и напоры в одном из дренируемых слоев заданы и являются величинами постоянными по всему контуру стока, совпадающему с контуром выработки, то приток с каждого отдельного участка контура стока будет изменяться с увеличением его длины и соответствующего ему расчетного радиуса влияния R. При дренировании водоносного слоя в условиях фиксированного контура стока, приращение величины R за единицу времени будет постоянно уменьшаться, а так как фронт обрушения пород перемещается с постоянной скоростью v, то через некоторое время после начала движения забоя скорости приращения величины R и продвижения фронта обрушения сравниваются. Для оценки этого времени воспользуемся полученным нами ранее решением плоской задачи фильтрации для расчета притока воды в карьер с учетом скорости подвигания забоя. В соответствии с этим решением, можно считать, что через период времени ti≥(1/2)a/v2 (а — коэффициент пьезопроводности) расчетный радиус влияния перед движущимся дренажным контуром OP будет равен постоянной величине R0 = a/v. При меньших t соответствующие значения расчетных радиусов влияния Ri приведены ниже.
Прогноз притоков в очистные горные выработки и оценка необходимой степени осушения участка горных работ

На неподвижных контурах зоны водопроводящих трещин (ОМ, ML и PL на рис. 79) расчетные радиусы влияния будут расти, пока не достигнут границ области фильтрации с постоянными напорами. Выразив время работы очистной выработки ti через отношение Li/v, получим:
Прогноз притоков в очистные горные выработки и оценка необходимой степени осушения участка горных работ

Среднее значение Rбicp для полных контуров OМ или PL определится соотношением
Прогноз притоков в очистные горные выработки и оценка необходимой степени осушения участка горных работ

Приведенные зависимости для определения расчетных радиусов влияния для различных участков контура зоны водопроводящих трещин в осушаемом слое устанавливают связь между скоростью поступательного движения забоя и притоками к соответствующим участкам контура очистной горной выработки.
Расчет притока воды в очистную выработку. Приток воды в очистную выработку определяется притоками из водоносных слоев, осушаемых зоной водопроводящих трещин по ее контуру, и притоком, перетекающим через первый ненарушенный сдвижением относительно водоупорный слой в кровле этой зоны. Очевидно, точность расчетов притока в очистную горную выработку зависит, прежде всего, от полноты учета определяющих его факторов. Поэтому ниже приводятся сравнительно простые, но проверенные практикой приближенные зависимости, позволяющие оценить ожидаемые притоки к различным участкам очистной выработки, исходя не только из гидрогеологических параметров осушаемых слоев, но и из высоты зоны водопроводящих трещин, скорости движения забоя и формы очистной выработки.
Необходимость выделения притоков по участкам вызвана тем, что выработанное пространство в пределах шахтного поля очень редко состоит только из одной выработки. Почти всегда оно имеет достаточно сложную форму, изменяющуюся во времени в результате работы нескольких очистных забоев. При этом вода поступает в выработку, образованную одним очистным забоем, только с трех или двух ее сторон.
Почти во всех случаях движение воды в слоистой толще к зоне водопроводящих трещин над выработкой можно рассматривать как напорно-безнапорное. Удельный расход напорно-безнапорного потока в этих условиях определится по известной формуле
Прогноз притоков в очистные горные выработки и оценка необходимой степени осушения участка горных работ

где k — коэффициент фильтрации слоя; M — мощность осушаемого слоя; H — напор на контуре питания или на расчетной границе влияния относительно уровня подошвы осушаемого слоя на контуре стока.
Зная очертания контура стока и величины расчетных радиусов влияния на различных его участках, можно получить соответствующие выражения для притока в выработку из одного водоносного слоя. Так, приток Qзі, поступающий из дренируемого слоя в выработанное пространство со стороны движущегося очистного забоя (контур OP на рис. 79) в любой момент времени с начала его работы определится по приближенной формуле
Прогноз притоков в очистные горные выработки и оценка необходимой степени осушения участка горных работ

где μ — коэффициент водоотдачи осушаемой породы; D — длина очистного забоя; 0,68/lgRi — величина, учитывающая радиальные потоки на краях очистного забоя; μvDM — дополнительный приток, возникающий за счет осушения слоя в зоне водопроводящих трещин.
Расчетный радиус влияния перед движущимся забоем лавы можно считать установившимся (Ri=R0) с момента, когда пi=1 (см. табл. 31). Аналогично выражается и приток Qпі со стороны разрезной печи или монтажной камеры (контур ML, рис. 79):
Прогноз притоков в очистные горные выработки и оценка необходимой степени осушения участка горных работ

Выражение для притока со стороны одного из штреков (контур OM или Pt) примет вид
Прогноз притоков в очистные горные выработки и оценка необходимой степени осушения участка горных работ

Если расчетная граница влияния выработки не достигает контура питания дренируемого слоя, то общий приток в выработанное пространство по полному контуру в заданный момент времени определится суммой
Прогноз притоков в очистные горные выработки и оценка необходимой степени осушения участка горных работ

Полный приток воды в горную выработку складывается из суммы расходов ΣQi всех слоев, связанных водопроводящими трещинами с выработкой, и расхода Qк, поступающего через первый ненарушенный сдвижением относительно водоупорный слой по всей подработанной площади. Последний оценивается по зависимости
Прогноз притоков в очистные горные выработки и оценка необходимой степени осушения участка горных работ

где F — площадь фильтрации через первый ненарушенный относительно водоупорный слой; ΔН — падение напора на пути фильтрации; Ф1 — удельное фильтрационное сопротивление относительно водоупорного слоя по нормали к слоистости (Ф=Мk); Ф2 — удельное фильтрационное сопротивление зоны водопроводящих трещин по нормали к слоистости, для оценки которого k определяется опытным путем или по формуле (VII.5).
Точность опенок в очистную горную выработку по приведенным зависимостям около 15%. Для более точных оценок, при соответствующей точности исходных параметров, следует применять аналоговое или численное моделирование.
О необходимой степени дренажа участка горных работ. Притоки в очистную выработку пропорциональны напорам в водных объектах, захваченных зоной водопроводящих трещин, или в осушаемых этой зоной слоях. Следовательно, если это экономически целесообразно, то посредством предварительного снижения напоров можно довести притоки в выработку до уровня, допускаемого правилами техники безопасности и технологией добычи. Необходимая степень дренажа участка горных работ может быть определена с помощью зависимостей (VII.13) и (VII.14). Искомыми величинами здесь будут напоры, при которых ожидаемые притоки к различным участкам выработки не превышают допустимых величин.
Осушаемые в очистную выработку водоносные слои могут где-то контактировать с водными объектами. Приближение границ зоны водопроводящих трещин к таким контактам существенно увеличивает поступление воды в выработку из водного объекта — даже когда этот водный объект не захватывается непосредственно зоной водопроводящих трещин. Если при этом предварительное осушение водоносных слоев или водных объектов экономически нецелесообразно или невозможно, то необходимо планировать приближение очистных горных выработок к водным объектам не только по допустимой глубине, но и по допустимым в горные выработки притокам.
При наличии гидравлической связи между горной выработкой и водным объектом через глинистые слои, расположенные в верхней части зоны водопроводящих трещин, напор в водном объекте должен быть снижен до уровня, исключающего развитие в глинистых породах процессов механического выноса вдоль трещин. Соответствующие критические градиенты определяются специальными исследованиями; при отсутствии таковых проект должен ориентироваться на недопущение выхода зоны водопроводящих трещин под водный объект.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent