Осушение шахтных стволов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Наряду со специальными способами проходки шахтных стволов - замораживанием грунтов, цементацией, битумизацией, инъекцией смол и т.п., применяется также и осушение при помощи различных дренажных устройств, причем осушение нередко дает наилучшие технические результаты и является более экономичным, нежели указанные специальные способы. Следует, однако, отметить, что проходка стволов с помощью осушения не всегда возможна. Так, например, осушение не может быть применено в тех случаях, когда в разрезе участка заложения ствола имеется несколько водоносных горизонтов, приуроченных к неустойчивым песчаным слоям, в особенности, если эти горизонты имеют небольшую мощность и содержат напорные воды. Это обусловлено тем, что в данных условиях понизить уровень воды ниже кровли каждого водоносного горизонта невозможно, а остаточные напоры могут вызывать прорывы песка и воды в ствол (а иногда и оползание глин, среди которых содержатся песчаные водоносные слои).

Для осушения участков стволов, так же как и при дренировании шахтных и карьерных полей, могут быть использованы все три способа: поверхностный, подземный и комбинированный.

Выбор того или иного способа осушения определяется гидрогеологическими условиями участка заложения ствола и экономическими показателями.

Поверхностный способ осушения заключается в заложении на участке ствола водопонижающих, реже поглощающих скважин. Этот способ применяется при проходке стволов в обводненных устойчивых скальных и полускальных породах, в валунных и песчано-галечниковых отложениях, подошва которых залегает ниже забоя ствола. Такое положение подошвы водоносного горизонта имеет немаловажное значение, так как в этом случае создается возможность снизить уровень подземных вод ниже зумпфа и, следовательно, ствол пройти «посуху», без водоотлива.

Поверхностный способ осушения дает также хорошие результаты, когда требуется снизить напоры водоносного горизонта, залегающего ниже забоя ствола

СПОСОБЫ ОСУШЕНИЯ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ

Как показывает опыт, водопонижающие скважины успешно работают в безнапорном водоносном пласте в том случае, если его коэффициент фильтрации более 3 м/сутки, а в напорном - даже при коэффициенте фильтрации 0,3 м/сутки, когда требуется лишь снизить пьезометрический уровень воды. Осушение водопонижающими скважинами обычно неэффективно, если подлежащие дренированию водоносные пласты сложены мелкозернистыми и глинистыми лесками, обладающими меньшими коэффициентами фильтрации.

Наибольший перехват подземных вод, притекающих к стволу, обеспечивается при контурном расположении водопонижающих скважин относительно ствола. Поэтому скважины следует располагать в вершинах равностороннего треугольника, по периметру многоугольника или по окружности, в которые вписан участок ствола. Целесообразно производить одновременно осушение участков обоих стволов, так как при совместной работе водопонижающих установок в результате их взаимодействия на участках каждого ствола сокращается общее количество скважин, достигается наилучший эффект осушения и ускоряется процесс формирования депрессии подземных вод. При одновременной проходке обоих стволов, если водопроницаемость дренируемого горизонта высокая, водопонижающие скважины возможно располагать вокруг всего околоствольного двора с охватом одной установкой обоих стволов.

Имеется ряд примеров успешной проходки стволов с применением поверхностного способа осушения, в частности на Глубочанском и Иртышском месторождениях рудного Алтая [16].

Ствол шахты на Иртышском месторождении должен был пересечь трещиноватую обводненную зону в палеозойских породах, из которой в скважинах разведочного бурения наблюдался самоизлив с расходом 8 мг!ч, Для дренирования этой зоны были заложены три водопонижающие скважины. В результате откачки из них воды с расходом 100 мд/н в течение 5 месяцев было достигнуто снижение уровня воды на 47 м, что позволило успешно пройти трещиноватую зону.

На Глубочанском месторождении для проходки трещиноватой обводненной зоны вначале применяли цементацию. Но так как она не дала положительных результатов, перешли на осушение водопонижающими скважинами. В результате откачки 124 мъ1ч воды из де ажин ствол был пройден с притоком воды, не превышавшим 5 м3/ч.

Поверхностный способ осушения был использован при проходке ствола шахты «Капитальная» № 1 на Северо-Уральском бокситовом месторождении в закарстованных сильно обводненных известняках. Попытка пройти здесь ствол обычным способом не увенчалась успехом, так как уже на глубине 35м от поверхности приток воды достиг 280 м3/ч.. В целях осушения участка ствола вокруг него было заложено 8 водопонижающих скважин глубиной по 300 м. Скважины имели многоствольную конструкцию, которая заключалась в том, что из основного ствола скважины в разные стороны от него проходились вспомогательные скважины меньшего диаметра. Многоствольные скважины в условиях неравномерной трещиноватости пород обеспечивают максимальное вскрытие обводненных зон, что исключает поступление воды в ствол по изолированным трещинам.

Из-за отсутствия в то время насосов с необходимой высотой напора, по предложению В. Л, Алексеева, применялось ступенчатое осушение с использованием имеющихся насосов АТН-14, которыми оборудовались все скважины (рис. 1). На глубине около 55 м вокруг ствола была пройдена специальная кольцевая выработка, из которой подсекались водопонижающие скважины и вновь монтировались насосы. Откачиваемая вода подавалась к перекачкой насосной станции.

Рис. 1 - Ступенчатое осушение участка ствола шахты «Капитальная» № 1 на СУБРе (по В. Л- Алексееву): 1 - ствол шахты; 2 - водопонижающие скважины, 3 - кольцевая выработка, подсекающая скважины; ниша для установки насоса; 5- насосная станция перекачки; 6 - распределительная и трансформаторная подстанции; 7 - квершлаги 1, 2 и 3-го горизонтов

В результате работы этой ступени насосов оказалось возможным пройти ствол до глубины 110 м, где снова была сооружена кольцевая выработка. Под защитой перенесенных в нее насосов и был вскрыт эксплуатационный горизонт на глубине около 150 м; при этом производительность откачки воды достигала 3300 м3/н. Подземный способ осушения заключается в заложении непосредственно в стволе или в других горных выработках на участке осушаемого ствола легких иглофильтровых установок (ЛИУ), дренажных скважин и забивных фильтров; он применим в том случае, когда поверхностный способ не обеспечивает необходимого осушения, например при полном пересечении шахтным стволом водоносного горизонта. В этом случае, как известно, не удается достичь полного осушения, и часть подземных вод поступает в ствол, в обход скважин. Если водоносный горизонт, который должен быть пересечен стволом, не имеет напора и сложен песками, то для его осушения целесообразно применять иглофильтры.

Так, на Грушевском марганцевом руднике при проходке шахтных стволов иглофильтры были успешно применены для осушения нижнесарматского водоносного горизонта [11]. Этот горизонт залегает на глубине 80-90 м в песках мощностью до 15 м с коэффициентом фильтрации 4-5 м/сутки. Иглофильтры устанавливали ярусами - вначале при приближении забоя ствола к водоносным пескам, а затем, по мере его проходки, в осушенных песках вслед за продвижением забоя. С помощью иглофильтров практически удается понизить уровень воды на 3-3,5 м поэтому и высота яруса должна быть равна около 3 м. Применяют два способа установки иглофильтров. В мелкозернистых песках более эффективна установка их за временную крепь по периметру ствола с наклоном 15° к вертикали (рис. 2, а). В крупнозернистых хорошо отдающих воду песках иглофильтры возможно ставить пряма на забой (рис. 2, б). Второй способ более удобен, так как не мешает креплению ствола. Иглофильтры погружаются гидравлическим путем.

И.Ф. Ампилогов на основании опыта применения ЛИУ при проходке стволов Грушевского рудника считает, что иглофильтры дают положительные результаты в водоносных горизонтах, сложенных мелкозернистыми песками, если их мощность не превышает 10 м. При большей мощности нижние 2 м песков осушить не удается.

Рис. 2 - Осушение участка ствола подземным способом с применением иглофильтров (по И.Ф. Ампилогову): а - иглофильтры устанавливаются за временную крепь; б - иглофильтры устанавливаются на забой; 1 - иглофильтры; 2 - коллектор; 3 - вакуумный насос; 4 - бак переливного насоса; 5 - переливной нас ос; забивные фильтры; 7-сниженный уровень подземных вод; 8 - клинья временной крепи

шахта ствол осушка иглофильтр

Подземный способ осушения участка ствола также успешно был осуществлен на Чурубай-Нуринском угольном месторождении. Возможны также и другие схемы подземного способа осушения. Весьма эффективным, например, является осушение с помощью восстающих скважин, которые бурятся в водоносный пласт из горной выработки, пройденной под участком ствола. В этом случае возможно осушение не только безнапорных, но и напорных горизонтов. Подобная схема была предложена для проходки ствола на Каражальском железном руднике в обводненных породах.

Комбинированный способ осушения состоит в совместной работе водопонижающих скважин и иглофильтров или восстающих скважин.

Рис. 3 - Осушение участка ствола комбинированным способом (по О.Б. Схиргелло); 1 - суглинки; 2 - водоносные пески; 3 - глины; 4 - водопоннжающая скважина; 5 - погружной насос; 6 - патрубок; 7 - иглофильтр; 8 -коллектор; 9 - агрегат ЛИУ; 10 - статический уровень подземных вод; 11 - сниженный уровень при работе водопонижающих скважин; 12 - то же, при работе скважин и иглофильтров

Он наиболее эффективен, если пересекаемый стволом пласт обводненных пород обладает напором [3], при этом с помощью водопонижающих скважин срабатываются напоры, а дальнейшее снижение уровня подземных вод осуществляется иглофильтрами (рис. 3). В этом случае практически возможно достичь осушения всего водоносного слоя.

Рис. 4 - Осушение участка сопряжений шахтного ствола с околоствольными выработками (по О.Б. Схиргелло) а - разрез, б - план, 1 - суглинок 2 -глина, 3 - водоносный песок; 4 - уголь, 5 - известняк. 6 - статический уровень надугольиых водоносных песков, 7 - то же, под- угольных, 8 - сниженный уровень в надугольных водоносных горизонтах при работе горизонтальных и восстающих забивных фильтров, 9 - то же, в подугольных горизонтах при работе ЛИУ

Водопонижающие скважины располагаются по контуру вокруг ствола, а иглофильтры закладываются в водоносный пласт ярусами по одному из описанных выше способов по мере приближения забоя ствола к сниженному уровню воды. При работе иглофильтров происходит дополнительное снижение уровня воды, позволяющее вести проходку ствола в обводненной контактной зоне водоносного пласта с водоупором. В том случае, если не удается полностью осушить контактную зону (мощность ее обычно не превышает 1-2 м), применяют, как это например было осуществлено на шахте № 6-7 Чурубай Нуринского угольного месторождения, короткую забивную или опускную крепь.

Рис. 5 - Осушение песков в горной выработке с помощью ЛИУ (по Д.В. Солоджовиикову и Г.С. Багдасарьяну): - насос; 2 - всасывающий коллектор; 3 - иглофильтры} 4 - наблюдательный иглофильтр; б - резиновый шланг; 6 - уровень воды до работы ЛИУ; 7 - сниженный уровень при работе ЛИУ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Заканчивая рассмотрение способов осушения околоствольных участков, отметим, что во всех описанных случаях одновременно с осушением стволов производится осушение их сопряжений. Однако при проходке стволов с замораживанием пород или другим специальным способом часто возникает необходимость в дополнительных работах по осушению сопряжений, проводимых в помощь мероприятиям, предусматриваемым для осушения околоствольного двора. В большинстве случаев такие работы, как указывает О.Б. Скиргелло [59], заключаются в заложении через стенки ствола в водоносные горизонты, залегающие над сопряжениями, горизонтальных и наклонных забивных фильтров или дренажных скважин, а в горизонты, расположенные на уровне или ниже сопряжений, иглофильтров. В некоторых случаях может потребоваться предварительная сработка напоров подземных вод с помощью водопонижающих скважин. Забивные фильтры, заложенные по периметру ствола, образуют контурную водопонижающую установку (рис. 4). При большой мощности водоносного слоя, а также при наличии нескольких водоносных слоев забивные фильтры располагаются в несколько ярусов.

Если остаточные напоры в водоносных слоях все же остаются большими, то дополнительно в кровлю сопряжений, по мере их проходки, устанавливаются наклонные и вертикальные забивные фильтры.

Залегающие в подошве сопряжений водоносные слои осушаются установками наклонных и вертикальных иглофильтров (ЛИУ). Эти установки передвигаются вслед за забоями сопряжений. Принципиальная схема работы такой установки показана на рис. 5.

Список литературы

1. “Осушение шахтных и карьерных полей”, С.К. Абрамов, О.Б. Скиргелло, изд. “Недра”, Москва, 1968 г.

Размещено на Allbest.ru