Реферат безопасное проведение подземных горных выработок в условиях обводненности месторождения
Обновлено: 05.07.2024
Способы проведения подземных горных выработок зависят от физико-механических свойств горных пород, их обводненности и устойчивости. Под устойчивостью пород понимают их способность сохранять равновесие при обнажении. Устойчивость определяется структурой пород, их прочностью и величиной действующих в породах напряжений, вызванных силами тяжести налегающих пород. Наибольшее значение при выборе способа проведения горизонтальной выработки имеет устойчивость обнажения кровли, под которой понимают способность пород кровли сохранять равновесие без образования вывалов.
При разработке месторождений горные породы по устойчивости классифицируют по следующим признакам.
Очень неустойчивые — плывуны, сыпучие и рыхлые породы, не допускающие обнажения кровли и боков выработки и требующие специальных способов проведения выработки с применением опережающих крепей, замораживания или укрепления. Неустойчивые породы допускают небольшие обнажения кровли (до нескольких квадратных метров), но требующие прочного поддержания их крепью вслед за выемкой (проходкой) . Породы средней устойчивости допускают обнажения кровли на сравнительно большой площади (до 200 м2), но при длительном обнажении требуют поддержания (применения крепи). Устойчивые породы допускают обнажения кровли и боков выработки на большой площади (до 500 м2) и нуждаются в поддержании только в отдельных местах (в зоне разломов и на участках с сильной трещиноватостью). Очень устойчивые породы допускают огромные обнажения (до 1000 м2) как сверху, так и с боков выработки и длительное время (годы и десятки лет) могут стоять, не обрушаясь, без поддержания. Обводненность пород всегда снижает их устойчивость.
Под обводненностью пород понимают степень влияния подземных и поверхностных вод на условия ведения горных работ.
При проведении горизонтальных горных выработок обнажения кровли и боков представлены вытянутыми прямоугольными плоскостями. В этих условиях устойчивость обнажения кровли определяется величиной пролета (шириной выработки по кровле), а устойчивость обнажения боков выработки — высотой вертикальной стенки. Устойчивость обнажений в выработке в большой степени зависит также от трещиноватости пород, под которой понимают нарушение их монолитности трещинами.
Если породы допускают даже незначительные обнажения кровли, но достаточные для установки крепежной рамы, то применяют обычные, т. е. самые распространенные, способы проведения горных выработок. В очень неустойчивых породах прибегают к специальным способам проведения, которые обеспечивают проведение выработок при пересечении водоносных и сыпучих пород или плывунов. Специальные способы применяют иногда и в тех случаях, когда породы относительна устойчивы, но дают такой большой приток воды в выработку, что борьба с ней при помощи обычного водоотлива нецелесообразна или невозможна. К наиболее распространенным специальным способам проведения выработок относятся способы замораживания, тампонирования, проходки с забивной или опускной крепью, забойного водопонижения, щитовой способ и др.
Обычные способы проведения выработок различают по методу отбойки породы от массива в забое и применяемым при этом механизмам. К обычным способам относят проведение выработок с помощью отбойных молотков, с применением средств гидромеханизации, комбайновый и буровзрывной способы, а также проведение выработок бурением. Применение того или иного способа зависит в основном от крепости пород, под которой понимают сопротивляемость их разрушению при добывании.
Наиболее распространенным в настоящее время является буровзрывной способ, при котором порода разрушается с помощью зарядов взрывчатого вещества (ВВ), размещаемых в шпурах или скважинах, пробуренных бурильными машинами или буровыми станками.
Источниками поступления воды в выработки являются обводненные зоны и затопленные выработки, пройденные по тому же пласту и удаленные не более чем на 200 м, а также выработки, расположенные в пластах, которые залегают над и под действующими выработками, проведенными по естественным и искусственным нарушениям и пересекающим затопленные выработки.
Источниками затопления выработок могут быть наземные водоемы и водостоки, незатампонированные геологоразведочные и технические скважины. Существенные предпосылки к затоплению выработок возникают при разработке водоносных и обводненных месторождений, характеризующихся наличием плывунов, водоносных карстов, галечников и других обводненных зон.
При определенном рельефе земной поверхности и строении массива горных пород источником затопления выработок могут быть атмосферные осадки. Кроме того, одним из источников затопления выработок являются прорывы глины и пульпы, используемые в шахтах в качестве заиловочных материалов.
Предупреждение прорывов воды из затопленных выработок
Горные работы на расстоянии менее 200 м от затопленных выработок, расположенных в пределах шахтного поля и вне его границ, могут осуществляться только по специальному проекту, составляемому шахтой, утвержденному техническим директором производственного объединения и предусматривающему мероприятия по предотвращению прорывов воды и вредных газов в действующие выработки.
В числе основных в проекте должны предусматриваться следующие мероприятия:
-оставление барьерных целиков между затопленными и действующими выработками, расположенными на одном и том же пласте;
-установление границы безопасного ведения горных работ, оконтуривающей в пласте с затопленными выработками зону возможного прорыва воды;
-оставление предохранительных целиков в пластах, залегающих под или над пластом с затопленными выработками, ниже уровня воды в этих выработках;
-спуск или откачка воды из затопленных выработок, специальный режим ведения горных работ.
Ширину барьерных целиков для пластов мощностью до 3,5 м с углом падения до 30° определяют по формуле
где т - вынимаемая мощность пласта, м; Н - расстояние по вертикали от земной поверхности до барьерного целика, м; l — суммарная протяженность подземных теодолитных ходов (считая от начальных маркшейдерских точек), используемых для определения контура затопленных выработок и построения границ барьерного целика, м.
Ширина целика должна быть не менее 20 м.
Для пластов мощностью 3,5 м и более с углом падения более 30 о барьерные целики не оставляют. При этом производят спуск и откачку воды.
При разработке одних и тех же пластов смежными шахтами необходимо оставлять между ними барьерные целики, ширина которых определяется согласно Правилам технической эксплуатации (ПТЭ) [12].
Очистные работы в пласте, залегающем под затопленными выработками, допускаются при расстоянии по нормали от этих выработок до пласта не менее 40m.
Повторную подработку затопленных выработок на расстоянии по нормали от них до разрабатываемого пласта более 40m, но не менее 40m1, (где m1, - суммарная мощность вынимаемого и ранее вынутых пластов) допускают только при благоприятных горно-геологических условиях, исключающих образование год затопленными выработками водопроводящих трещин (когда под затопленными выработками залегают глинистые породы достаточной мощности, отсутствуют геологические нарушения и т.п.). Повторную подработку при этом необходимо осуществлять не ранее чем через 6 месяцев после предыдущей.
Очистные работы в вышележащем пласте на участке, расположенном ниже уровня воды в затопленных выработках нижележащего пласта, допускаются при расстоянии между пластами по нормали не менее 40m2 (где m2 - вынутая мощность нижележащего пласта). Для пластов с углом падения до 45 0 это расстояние может быть уменьшено до 25m2.
На пластах, где, согласно приведенным ранее условиям, не допускается подработка затопленных выработок, оставляют предохранительные целики.
На крутых пластах проведение выработок у нижней границы барьерных целиков и подработка последних на расстоянии по нормали до разрабатываемого пласта 40m — 80m допускается с разрывом во времени не менее 6 месяцев.
При проведении для спуска воды подготовительных выработок по пласту или породе на участке между границей безопасного ведения горных работ и затопленными выработками необходимо соблюдать следующие условия:
- выработки нужно проводить узкими забоями с бурением системы опережающих веерообразных скважин, позволяющих контролировать отсутствие затопленных выработок впереди и в боках проводимых выработок на расстоянии от них не менее ширины барьерного целика. На наклонных и крутых пластах необходимо проводить парные выработки;
-диаметр скважин не должен превышать 75 мм, а их устья нужно закреплять и оборудовать задвижками для регулирования притока воды.
Для предотвращения внезапного прорыва воды в действующие выработки в определенных случаях следует устанавливать перемычки в подготовительных выработках. При этом перемычка, расположенная на некотором удалении от забоя выработки, должна быть оборудована дверями, открывающимися в сторону ожидаемого потока воды, а перемычка, расположенная непосредственно в забое выработки, если бурение скважины намечено производить из-за перемычки, может быть глухой,
Очистные работы на участке между затопленными выработками и границей безопасного ведения горных работ без спуска воды из затопленных выработок и отработку барьерного (предохранительного) целика после спуска воды выполняют после предварительного оконтуривания участка, намеченного к очистной выемке, подготовительными и нарезными выработками (скважинами).
При необходимости ведения очистных работ без указанного ранее оконтуривания участка очистной выемки необходимо осуществлять предварительное бурение опережающих скважин, позволяющих контролировать отсутствие затопленных выработок на расстоянии от забоя не менее ширины барьерного целика в направлении ранее отработанных участков.
Проведение подготовительных выработок по углю или породе под пластами с затопленными выработками или над ними (ниже уровня воды в них) допускают на расстоянии по нормали не менее 10h, где h - высота (вчерне) проводимой выработки.
Если в забое, приближающемся к затопленным выработкам, появляются признаки возможного прорыва воды (потение забоя, усиление капежа и т.п.), необходимо немедленно вывести людей из этого забоя и из всех выработок, находящихся под угрозой затопления.
При откачке воды из затопленных вертикальных и наклонных выработок необходимо предварительно проверить состояние атмосферы в непроветриваемой части этих выработок выше зеркала воды. Пробы воздуха, взятые сотрудниками ВГСЧ, должны быть исследованы на СО, СО2, СН4, Н2 и О2.
Заиленные участки, в которых обнаружены вода или пульпа, приравнивают к затопленным выработкам. До начала очистных работ под заиленными участками, которые расположены в том же пласте или вышележащем, находящемся от него на расстоянии по нормали менее 2,5m (где m — мощность нижележащего пласта), главный инженер шахты обязан обеспечить разведку подрабатываемого заиленного участка, включая осмотр изолирующих этот участок перемычек, а также земной поверхности над ним, для определения степени обводненности участка и количества воды в провалах, образовавшихся вследствие его отработки.
При наличии в выработках верхнего подрабатываемого горизонта воды или жидкой глины необходимо принять меры по обезвоживанию глины и выпуску воды до начала очистных работ.
В целях предупреждения прорывов глины на опасных участках возможно применение комбинированной системы разработки с гибким металлическим перекрытием. При этой системе происходит накопление и уплотнение обрушенных пород, препятствующих обрушению межэтажного целика и прорыву глины с отработанных вышележащих горизонтов в действующие горные выработки. Таким образом, указанная система может быть рекомендована к применению как вариант способа предупреждения прорыва глины при разработке мощных крутых пластов с обрушением кровли. Перед подачей пульпы в выработанное пространство участка последний ограждают от действующих выработок посредством возведения перемычек.
При подработке отработанных участков мощного пласта, опасного по прорывам глины, нижележащим пластом средней мощности выемочные участки последнего, разрабатываемые с обрушением кровли, относят к опасным по прорывам глины, если мощность междупластья меньше 2,5 мощности нижнего пласта.
Предупреждение прорывов воды из поверхностных источников
Возможность выемки угля под наземными водотоками и водоемами определяется в соответствии с утвержденными правилами и указаниями по охране сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных выработок по данному бассейну или месторождению, а также Инструкцией о порядке утверждения мероприятий по охране сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок и о порядке ведения горных работ в предохранительных целиках.
Провалы на земной поверхности в балках и оврагах, образовавшиеся вследствие горных разработок, должны быть засыпаны глиной, утрамбованы и оборудованы желобами, проложенными по руслу балки (оврага) силами той шахты, в пределах горного отвода которой находятся эти провалы.
Высохшие русла рек, по которым возможны потоки ливневых вод, приравнивают к рекам.
Вертикальные и наклонные шахтные стволы, шурфы и штольни необходимо располагать, а их устья оборудовать таким образом, чтобы поверхностные воды не могли проникнуть в горные выработки.
Прогрессивными методами уменьшения притоков воды при проходке стволов шахт являются замораживание и тампонаж обводненных пород с поверхности через специально пробуренные скважины. По сравнению с цементацией из забоя тампонаж с поверхности имеет явное преимущество с точки зрения безопасности работ.
Для предотвращения внезапных прорывов воды из наземных водоемов и водотоков в горные выработки в зависимости от характера этих водоемов (ручьи, реки, пруды, озера, водохранилища и др.) и ценности их для окружающей природы и хозяйства осуществляют следующие мероприятия:
-оставление под водоемами предохранительных целиков полезного ископаемого;
-отвод воды из водоемов за пределы подрабатываемой территории;
-производство горных работ под водоемами с проведением специальных мер по предупреждению внезапных прорывов воды из них.
Пробуренные с поверхности геологоразведочные и технические скважины тампонируют. Обычный тампонаж выполняют посредством заполнения скважин густым глинистым раствором или с добавлением к нему щебня. Специальный тампонаж заключается в установке в скважине бетонных, цементных или деревянных пробок и заполнении промежутков между ними цементным, глинистым, известковым или другими растворами.
У незатампонированных или некачественно затампонированных буровых скважин, пересекающих затопленные выработки или обводненные породы, предусматривают барьерные целики во всех пластах, пересеченных скважиной, а также в пластах, залегающих от ее забоя на расстоянии по нормали менее 40т (где т - вынимаемая мощность пласта).
Выводы по главе:
Предпосылки к затоплению выработок возникают при разработке водоносных и обводненных месторождений, характеризующихся наличием плывунов, водоносных карстов, галечников и других обводненных зон.
При откачке воды из затопленных вертикальных и наклонных выработок необходимо предварительно проверить состояние атмосферы в непроветриваемой части этих выработок выше зеркала воды.
Вопросы для самоконтроля:
1. Могут ли оказывать влияние поверхностные водоемы на водоприток в горные выработки?
2. Какие охранные мероприятия от прорыва из затопленных выработок применимы для соседних выработок на одном пласте?
Тесты для самоконтроля:
1. Ширина барьерных целиков: влияет на опасность прорыва воды, не влияет на опасность прорыва воды, влияет не несущую способность кровли выработки, влияет на ведение горных работ, влияет на эффективность проветривания, ни на что не влияет?
2. Атмосферные осадки: могут способствовать увеличению водопритока в горные выработки, не могут, влияют на эффективность проветривания, влияют на обводненность выработки, влияют на обводненность вмещающих пород?
ИНСТРУКЦИЯ
ПО БЕЗОПАСНОМУ ВЕДЕНИЮ ГОРНЫХ РАБОТ У ЗАТОПЛЕННЫХ ВЫРАБОТОК
СОГЛАСОВАНА с Министерством топлива и энергетики Российской Федерации 26.05.95 г.
УТВЕРЖДЕНА протоколом Госгортехнадзора России 30.05.95 N 10
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ ЗОН,
ОПАСНЫХ ПО ПРОРЫВАМ ВОДЫ В ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
1.1. Опасные по прорывам воды зоны устанавливают у затопленных выработок, пройденных по угольным пластам или по вмещающим породам, у затопленных шахтных стволов, шурфов и скважин, у разрывных тектонических нарушений, пересекающих затопленные выработки, а также в толщах, залегающих под и над затопленными выработками. Параметры междушахтных целиков также следует оценивать по условиям предотвращения прорыва через них шахтных вод. Горные и буровые работы в опасных по прорывам воды зонах можно вести только с выполнением инженерных мероприятий, которые обеспечивают их безопасность.
1.2. Контуры затопленных выработок могут быть достоверными и недостоверными. Контур можно считать достоверным, если он зафиксирован в горной графической документации по результатам маркшейдерских съемок, выполненных после остановки забоев выработок с соблюдением требований инструкции по производству маркшейдерских работ; правильность нанесения контура выработок может быть проверена по материалам этих съемок. Если эти условия не соблюдаются, то контур затопленных выработок следует считать недостоверным.
1.3. Целики угольных пластов в границах опасных зон называют барьерными, если они оставлены у затопленных выработок с достоверным контуром, у скважин и разрывных нарушений, пересекающих затопленные выработки. Угольные целики в границах опасных зон по пластам, залегающим под и над затопленными выработками, называют предохранительными.
1.4. Ширину опасных по прорыву воды зон (барьерных целиков) у затопленных выработок с достоверным контуром, пройденных в одиночных пластах мощностью до 3,5 м при углах падения 30°, следует определять по формуле
где - ширина опасной зоны (барьерного целика) по пласту при отсутствии в ней тектонических нарушений, м;
- расстояние по вертикали от земной поверхности до пласта в опасной зоне, м;
- вынимаемая мощность пласта, м;
- погрешность положения затопленной выработки (определяется маркшейдером шахты). Для выработок, пройденных до 1950 г., значение должно быть не менее 5 м.
Ширину опасной зоны принимают равной 20 м, если по формуле (1) она получилась менее 20 м. При давлении воды в затопленной выработке менее 0,1 МПа (1 кгс/см) ширину барьерного целика принимают равной 20 м.
При слоевой выемке мощных пластов, а также при разработке сближенных пластов с углами падения менее 30°, когда расстояния по нормали между ближайшими рассматриваемыми пластами менее 5, ширину опасных зон (барьерных целиков) определяют по формуле
где - расстояние по вертикали от земной поверхности до нижнего пласта свиты;
- вынимаемая мощность наиболее мощного пласта свиты;
, - вынимаемые мощности остальных пластов свиты.
В тех случаях, когда мощности междупластий в свите пластов больше 5 или расстояние между проекциями границ затопленных (или проектируемых) выработок на плоскость напластования более 5, ширину опасных зон (барьерных целиков) определяют по формуле (1) для каждого пласта в отдельности. При этом положение границ опасных зон (барьерных целиков) корректируют в отдельных пластах таким образом, чтобы выработки у барьерных целиков в нижележащих пластах не подрабатывали опасные зоны (барьерные целики) в вышележащих пластах. Корректировку размеров опасных зон выполняют по углам разрывов, построенным от границы опасной зоны (барьерного целика) в вышележащем пласте. Значение углов разрывов определяют по Правилам охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях*. Допускается подработка барьерных целиков очистными выработками в нижележащих пластах, если расстояние по нормали между кровлей разрабатываемого пласта и почвой барьерного целика равно или более 60 ( - мощность разрабатываемого пласта). Если это расстояние меньше 60 , то подработка барьерного целика возможна по особому проекту, согласованному с Госгортехнадзором России.
* На территории Российской Федерации действуют ПБ 07-269-98. - Примечание изготовителя базы данных.
Формулы (1), (2) применимы при 500 м. При глубине залегания угольных пластов
1.6. При недостоверном контуре затопленных выработок положение внешней границы опасной зоны (границы безопасного ведения горных работ) устанавливают путем увеличения ширины барьерного целика, определяемой расчетом согласно пп.1.4 и 1.5, на расстояние, которое соответствует возможной погрешности определения положения недостоверного контура затопленной выработки.
1.7. Ширина барьерных и предохранительных целиков должна удовлетворять требованиям Инструкции по безопасному ведению работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам.
1.8. При проведении очистных работ по пласту, залегающему под затопленными выработками, устанавливают опасную зону, если расстояние по нормали от кровли вынимаемого пласта до затопленной выработки менее , определяемого по формулам:
м; (3)
м и ; (4)
м и , (5)
где - суммарная мощность аргиллитов, алевролитов и глинистых сланцев в толще пород мощностью 20 (считая от нижней границы затопленной выработки).
Определение опасных зон при вынимаемой мощности пластов свыше 5 м выполняют с привлечением Государственного предприятия ВНИМИ.
При проведении подготовительных выработок под затопленными выработками устанавливают опасную зону, если расстояние по нормали между подготовительной и затопленной выработками не превышает 10 - высота подготовительной выработки (вчерне), м; при менее 2,5 м принимается 2,5 м.
1.9. Повторная подработка затопленной выработки разрешается не ранее, чем через 6 месяцев после предыдущей подработки.
При многократной подработке затопленных выработок свитой пластов или слоями мощного пласта, когда происходит сложение однозначных горизонтальных деформаций под водным объектом, определение выполняется специализированными организациями.
В качестве наиболее влияющих пластов свиты принимаются пласты, у которых отношения вынимаемой мощности к расстоянию по нормали от кровли до затопленной выработки являются максимальными.
При последовательной разработке свиты пластов (мощного пласта слоями) без оставления целиков под затопленными выработками при расстояниях в плоскости напластования между проекциями границ выработок в пластах, больших или равных 0,5 , значение безопасной глубины следует определять по формулам:
при м; (6)
при м и ; (7)
где , , - вынимаемые мощности первого, второго, третьего наиболее влияющих пластов свиты; в качестве первого принимается пласт с максимальным отношением вынимаемой мощности к расстоянию по нормали от кровли до затопленной выработки.
Примечания: 1. Если значение , рассчитанное по формулам (7), (8), при разработках двух пластов получилось меньше 110 м, а при разработках трех пластов - меньше 145 м, то оно принимается 110 и 145 м соответственно.
2. Если в группе наиболее влияющих пластов мощности одних из них больше, а других меньше 2 м, а также при оставлении целиков в выработанном пространстве, при восходящем порядке разработки свиты пластов, а также при выемке в нисходящем порядке четвертого и последующих пластов свиты значения определяют с привлечением Государственного предприятия ВНИМИ.
3. Пласты, залегающие под затопленными выработками на расстояниях более 80-кратной их мощности, в расчет не принимаются.
1.10. В угольных пластах и вмещающих породах, залегающих над затопленными очистными выработками, устанавливаются опасные зоны ниже пьезометрического уровня* воды в затопленных выработках, если расстояние между планируемыми к проходке и затопленными выработками менее величины безопасной глубины , которую определяют согласно пп.1.8, 1.9 при величинах , соответствующих вынутым мощностям пластов угля в затопленных выработках.
* Уровень пьезометрический - уровень воды, устанавливающийся в скважинах, шурфах, колодцах при вскрытии напорных вод. Выражается в абсолютных или относительных отметках.
Над затопленными подготовительными и капитальными выработками устанавливается опасная зона ниже пьезометрического уровня воды в затопленных выработках, если расстояния по нормали от затопленных до планируемых к проходке выработок менее 10 , где - высота (вчерне) затопленной выработки, м.
1.11. Границы предохранительных целиков по угольным пластам в пределах опасных зон под затопленными очистными выработками и над ними устанавливают по углам разрывов согласно методике, изложенной в Правилах охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. При выполнении графических построений по этой методике за охраняемую площадь условно принимается площадь затопленных выработок и опасных зон (барьерных целиков) вокруг них. Если при графических построениях верхняя граница опасной зоны над затопленными выработками окажется выше пьезометрического уровня воды в последних, то за верхнюю границу опасной зоны следует принимать изогипсу пласта с отметкой, равной отметке пьезометрического уровня.
1.12. Ширина опасной зоны у затопленной выработки, пройденной по породе, определяется по формуле
где - то же, что и в формуле (1);
при .
Ширина опасных зон, вытянутых по простиранию пластов, при углах их падения 45-90° увеличивается на 10 м по сравнению с рассчитанной по формуле (9). Ширина опасных зон у затопленных выработок, пройденных по породе, должна быть не менее 20 м
1.13. У затопленных вертикальных стволов, шурфов, необсаженных технических скважин радиус круговой опасной зоны рассчитывают по формуле (1) с увеличением полученного значения на 5 м. При этом значение принимается равным погрешности определения положения скважины, шурфа, ствола, оцениваемой главным маркшейдером шахты.
Радиус опасных зон вокруг вертикальных стволов, шурфов, необсаженных технических скважин должен быть не менее 20 м по всем направлениям в плане.
1.14. У затопленных вертикальных технических скважин, обсаженных с цементацией затрубного пространства, радиус опасной зоны должен быть не менее 15 м. Под затопленными вертикальными выработками опасные зоны определяют так же, как под выработками, пройденными по угольным пластам (пп.1.8, 1.9).
1.15. При установленной повышенной обводненности сместителей нарушений (зон перемятых пород), пересекающих затопленные выработки, а также при отсутствии данных об обводненности сместителей нарушений (зон перемятых пород) их следует рассматривать как водные объекты. В этих случаях опасные зоны у нарушения строят в обоих крыльях разрабатываемых пластов. Ширину опасных зон определяют по формулам (1), (2), в которых значения принимают равными погрешности определения положения сместителя нарушения (границ зоны перемятых пород). Опасные зоны в пластах в висячем и лежачем боку сместителя строят от ближайших к проектируемым выработкам границ зон перемятых пород. Во всех случаях ширина барьерного целика должна быть не меньше 20 м.
Обводненность месторождений, определяемая количественно суммарным и удельным водопритоками, коэффициентами водообильности и фильтрации основного горизонта, является фактором, значительно осложняющим ведение открытой и подземной разработки месторождений на всех стадиях освоения — от вскрытия до подготовки и последующей отработки. Обводненность уменьшает устойчивость подземных горных выработок и бортов карьеров, способствует развитию в них таких опасных горно-геологических явлений, как плывуны, пучение и текучесть горных пород. Прорывы в выработки значительных масс воды разрушают крепление, оборудование, приводят к затоплению шахт, участков карьеров. Повышенная обводненность вызывает значительные затраты материалов и средств на осушение, водоотлив, сооружение барража.
Повышенная обводненность глинистых пород увеличивает их прилипание, вызывая уменьшение вместимости транспортного средства и снижение производительности горных машин. Влажность пород приводит к их смерзанию и слипанию, ухудшает качество добытого сырья, увеличивает затраты на перевозку горной массы.
Обводненность месторождения может значительно повлиять на выбор систем разработки. При наличии подземных вод требуется исключить возможные нарушения вышележащих пород путем применения систем разработки с закладкой. Высокая водоносность пород перекрывающей полезные ископаемые толщи (например, на КМА) вынуждает оставлять значительное количество руды в целиках для предохранения вышележащих пород от сдвижения.
При выборе систем подземной разработки особое значение придается наличию неосушенных песков и суглинков, карстовых полостей, заполненных водой, плывунов. В плывуне давление распространяется по закону, близкому к гидростатическому, поэтому он раздвигает канал в обрушенных породах и прорывается в горные выработки. По данным В.Р. Именитова, в практике рудников прорывы происходят через толщу отбитой руды и обрушенных пород высотой до 250 м (Зыряновский комбинат). Плывун распространяется по выработкам на расстояние 100—150 м со скоростью около 1 км/ч и более, разрушая крепь, оборудование и т.п. Вероятность прорыва плывуна особенно велика при обрушении руды и вмещающих пород, вызывающем резкое и неравномерное по площади опускание кровли выработок.
Значительную опасность при разработке представляют перекрывающие залежь глины и пески, которые находятся под обводненной толщей наносов. При избыточной влажности не только глины, но и чистые пески приобретают свойства плывунов. Ни одно из таких месторождений в мировой практике не разрабатывается системами с обрушением руды и вмещающих пород. Разработка ведется с применением камерно-столбовой или камерной системы с твердеющей закладкой, а также системы горизонтальных слоев с закладкой. При слабых рудах эффективна нисходящая слоевая выемка с закладкой.
Указанные сложные гидрогеологические условия отмечаются на крупных железорудных (Белозерское, КМА, Соколовское), полиметаллических (Зыряновское), медных месторождениях, что обусловливает применение рассмотренных систем разработки.
Сложные гидрогеологические условия определяют специфику технологических схем и процессов разработки угольных месторождений. Характерно, что при одинаковом развитии горных работ среднесуточный приток при проходке глубоких шахт и вскрытии ряда водоносных горизонтов будет значительно больше, чем при проходке неглубоких шахт.
При форсированной добыче угля на шахтах даже при увеличении водопритока коэффициент водообильности понижается. Как правило, наибольшие водопритоки наблюдаются при проходке ствола шахты, штреков и квершлагов. Последующие очистные работы значительно слабее влияют на водопритоки вследствие дренирования водоносных горизонтов капитальными и подготовительными выработками.
Величина, характер и динамика притоков воды в горные выработки различны. Они зависят от конкретных пространственных и временных соотношений схемы развития горных работ, гидрогеологической структуры месторождения и режима подземных вод. Постоянство притоков и продолжительность их существования зависят от природных запасов воды и условий их пополнения.
Трещиноватость пород, обусловленная ведением горных работ, усложняет прогноз режима шахтных вод. По мере продвижения очистных работ над выработанным пространством происходят обрушение и оседание пород, сопровождаемые появлением многочисленных трещин. Эти трещины пересекают водоносные горизонты, расположенные над очистным пространством, и достигают дневной поверхности, что вызывает дополнительный приток воды. С постепенным развитием очистных работ смещения пород нарастают, что сильно отражается на характере притоков воды в горные выработки.
Читайте также: