При разработке залежей полезных ископаемых предварительно изучают гидрогеологию месторождения. Сведения о режиме и составе поверхностных вод, условий питания, положение и распространение водных пластов позволяют разработать широкий комплекс осушительных работ.
Осушительные работы на шахтных и карьерных участках
Под понятием «осушение» подразумевают комплекс работ, направленных на снижение притока воды в выработки и уменьшению влажности горной породы. Мероприятия обеспечивают эффективную отработку месторождения путем отвода вод на земную поверхность.
Основные задачи осушения:
- предварительное, в соответствии с установленными сроками, снижение напора подземных вод;
- полный перехват водных пластов за границами участков.
Комплекс работ направленный на обеспечение устойчивости разработок с целью предотвращения возникновения деформаций в карьерах, прорывов плавунов и притоки вод в места выработки. Осушение позволяет создать наиболее оптимальные условия и существенно повысить производительность.
Внимание! При выборе определенного способа осушительных работ предварительно производятся расчёты устойчивости выработки, и выясняется степень необходимости их проведения.
Способы
Эффективность комплекса работ устанавливается путем сравнения нескольких вариантов, из которого выбирают наиболее оптимальный.
Существует три основных способа осушения:
- Поверхностный.
- Подземный.
- Комбинированный.
Изучение особенностей каждого варианта позволяет получить полное представление о сути осушительных работ и просчитать эффективность их проведения.
Характеристика поверхностного способа
Комплекс таких работ называется еще предварительным. Основным преимуществом способа является заблаговременное снижение напора подземных вод до прохождения выработки. Применяется при залегании водных горизонтов на относительно небольшой глубине — до 100 метров.
Использование поверхностного способа позволяет:
- в сжатые сроки обеспечить безопасность проведения работ по разработке месторождения;
- оперативно управлять осушительными работами;
- интенсивно снизить уровень подземных вод.
В зависимости от типа технических средств, которые применяются в процессе работы предварительный способ разделяется на глубокий и мелкий дренаж. Выбор обосновывается устойчивостью пород.
Глубокий дренаж предусматривает использование:
- Водопонижающих скважин. Эффективны при высоких напорах вод и хорошей водонепроницаемости породы. Сооружаются для снижения уровня при залегании водных пластов на глубине от 25 до 500 метров, мощность которых превышает 10 метров. Предусматривает оснащение погружными насосами и специальными фильтрами.
- Водопоглощающих скважин. Сооружаются при разнице уровней напора в нижнем и верхнем горизонтах для перезапуска воды.
- Горизонтальных дренажных скважин. Сооружаются для осушения уступов карьера в песчаной породе.
Важно! Эффективность вертикальных скважин ниже, чем у горизонтальных.
Мелкий дренаж реализуется:
- канавами;
- иглофильтровыми установками;
- понижающими колодцами.
Опережающие траншеи предназначены для снижения уровня вод в горизонтах на небольшой глубине. Отвод вод производится при помощи насосов либо самотеком, если позволяет рельеф местности.
Иглофильтровые установки используют при необходимости временного снижения уровня вод или определенной локализации. Основным недостатком является небольшая высота подъема воды.
Характеристика подземного метода
Осушение в процессе эксплуатации используется в ситуации, когда водоносные горизонты залегают на большой глубине. На карьерных полях предусматривает использование системы дренажных штреков.
Сквозные фильтры позволяют осушать мощные горизонты в кровле залегания породы. Забивают там, где высота залегания пластов над полезными ископаемыми превышает 15 метров. Забивные фильтры закладываются не только в кровлю, но и в почву или забой.
Дренажные колодцы предназначены для постоянной откачки воды в период проведения работ. Канавы в свою очередь не только осушают породы в почве, но и служат для отвода воды.
Важно! Недостатком использования данного варианта работ является его трудоемкость и необходимость постоянно поддерживать дренажные системы в рабочем состоянии.
Описание комбинированного метода
Предусматривает одновременное использование поверхностных и подземных осушительных работ. Основным преимуществом способа выступает скорость и маневренность, что позволяет завершить осушение в краткие сроки.
Системы осушительных работ
Термин подразумевает порядок проведения осушительных работ в полном соответствии с установленными схемами выработки. Системы разрабатывают исходя из конкретных условий шахтного или карьерного поля с учетом графика и плана разработки месторождения.
Предварительно составляют схему расположения дренажных устройств на каждом участке в зависимости от выбранного способа осушения. Далее определяют график их введения в работу.
Выделяют три основных вида:
- Система опережающего осушения. Используют на шахтных и карьерных полях с простыми гидрогеологическими условиями, когда возникает необходимость в предварительной дренации.
- Система параллельного осушения. Дренажные работы производятся одновременно с остальным комплексом мероприятий выработки, включая подготовительный и эксплуатационный процесс.
- Система совмещенного осушения. Дренаж производится заблаговременно до начала выработки. Осушительные работы ведутся как с опережением, так и во время строительства и эксплуатации. Система используется на месторождениях со сложными условиями.
Расчеты
Существует несколько методов, позволяющих определить схемы расположения дренажных устройств с последующим проведением осушительных работ. Выделяют теоретические, экспериментальные и смешанные виды расчета. Каждый вариант имеет свои особенности. Наибольшее распространение получили аналитические методы, но в последнее время широко используются и экспериментальные.
Выделяют следующие расчеты:
- Расчет притоков к карьерному полю и зоне его влияния.
- Расчет притоков и уровней к дренажным устройствам при условии фильтрации.
- Расчет притоков к дренажным штрекам.
- Расчет притоков к водопонижающим скважинам при их фильтрации.
- Расчет притоков к сквозным и забивным фильтрам.
- Расчет притоков и их уровней при фильтрации к иглофильтрам.
Большинство методик расчёта построены по принципу использования установленного набора формул. Такой подход не позволяет найти более универсальные решения поставленных задач. Вместо изматывающих математических формул нужно изучить суть осушительных работ и научиться на практике определять объём нужных данных с последующей их схематизацией.
Что нужно знать?
Для произведения максимально точных расчетов необходимо знать следующие данные:
- сведения о гидрогеологических условиях карьерного или шахтного поля;
- параметры фильтрации, включая коэффициенты фильтрации, проводимости уровней и водоотдачи;
- сведения об условиях питания водоносных горизонтов;
- количество атмосферных осадков в районе выработки и величину их испарения;
- график проведения работ, площадь полей, оборудование, которое будет использоваться.
Объем данных определяется степенью сложности гидрогеологических условий. При разведке достаточно ограничиться площадью залегания ископаемых. В сложных условиях необходимо учитывать и зону влияния. Величину коэффициента водопроницаемости определяют опытным путем при помощи откачки или налива воды или лабораторными испытаниями.
Внимание! Если не удается точно определить требуемые параметры, то их нужно рассчитать при помощи формул.
Осушение карьерных и шахтных полей – это широкий комплекс сложных технических работ, который позволяет эффективно производить выработку месторождения.
