И прогнозные водопритоки

Гидрогеологическая структура участка является типичной для угольных месторождений Кузбасса. Условия формирования водопритоков в горные выработки определяются наличием мощной зоны активного водообмена, приуроченной к зоне повышенной трещиноватости угленосной толщи. Мощность этой зоны и проницаемость пород существенно изменяются по площади, достигая максимальных значений характеристик в долинах рек и логах. Средняя мощность наиболее проницаемых трещиноватых пород около 70 м. В этой зоне коренные породы обладают высокими фильтрационными свойствами. Для зоны характерна сложная пространственная неоднородность. При хаотичном характере распределения открытой трещиноватости, гидрогеологические параметры весьма изменчивы в пространстве. Так диапазон изменения величины коэффициента водопроводимости огромен от 14 до 517 м²/сут. Проходка горных выработок в данной зоне сопровождается высокими резко изменяющимися величинами водопритоков.

Залегающие ниже зоны повышенной трещиноватости угленосные отложения характеризуются резким снижением их проницаемости. В зоне затухающей трещиноватости (зона затрудненного водообмена) наблюдаются высоконапорные подземные воды, приуроченные к слоям песчаников и зонам нарушений. Глинистые породы в основном являются водоупорами. Запасами вод зоны ограничены. В связи с этим проходка выработок в данной зоне будет сопровождаться наименьшими величинами общих водопритоков.

Но при проходке выработок в зоне затрудненного водообмена, стоит учитывать следующее: при обрушении кровли над горными выработками происходит изменение структуры и увеличение фильтрационных свойств пород. В подработанном массиве образуется зоны нарушенности с изменением коллекторских свойств пород. Водопроводимость этой зоны многократно увеличивается. При проходке выработок на глубинах где возможно объединение зоны активного водообмена с зоной над подработанным пространством возможны резкие увеличения водопритоков и внезапные прорывы.

Отработка запасов участка «Нижние горизонты шахты «Котинская» предусматривается шахтами «Котинская» и №7 с общей производственной мощностью 9 млн.т в год. Отработка предусмотрена открытым и подземным способом с объединенной технологической площадкой. Отработка запасов открытым способом будет произведена после полной отработки запасов подземным способом.

Отработка подземным способом.

Основные факторы, определяющие обводненность данного участка – это ландшафтно-геоморфологические условия, литологический состав угленосных и покровных отложений и степень трещиноватости горных пород. По геокриологическим условиям, степени литификации и дислоцированности углевмещающих пород, характеру подземных вод условия обводнения изучаемого месторождения относятся к 3 типу – месторождение в скальных и полускальных дислоцированных породах, содержащих трещиннно-пластовые и трещинные воды, с неоднородными фильтрационными свойствами водовмещающих пород. Основной источник формирования водопритоков – атмосферные осадки, поступающие через толщу водопроницаемых пород и подземные воды угленосных коренных пород. Гидрогеологические условия характеризуются как сложные.

Существующие схемы вскрытия по шахтам для доработки запасов пласта 52 сохраняются. Сохраняется применяемая на шахтах система разработки – длинными столбами по простиранию с управлением кровлей полным обрушением. Принят нисходящий порядок отработки пластов. После доработки запасов пласта 52 отрабатывается пласт 50, за ним 49.

Оценка водопритоков в подземные горные выработки при дальнейшей разработке угольных пластов в пределах участка выполнена сотрудниками лаборатории гидрогеологии и экологии Научного центра геомеханики и проблем горного производства Санкт-Петербургского государственного горного университета по договору с ОАО «СУЭК – Кузбасс». Вся исчерпывающая информация представлена в отчете о научно-исследовательской работе «Геологическое и гидрогеологическое обеспечение высокоинтенсивной выемки угля в тектонически ослабленных зонах на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс», данный отчет помещен в текстовые приложения настоящего отчета (прил.40). Ниже приводятся лишь основные результаты прогнозной оценки водопритоков.

Построена геофильтрационная модель, выполнена оценка гидродинамического режима разработки месторождения подземным способом, оценены прогнозные водопритоки в шахту. Определение фильтрационных параметров природно-техногенной структуры и интенсивности инфильтрационного питания приповерхностного водоносного комплекса выполнялось на численной модели путем подбора ее характеристик (калибровки модели). При известной величине водопритока в горные выработки и заданных граничных условиях на модели подбиралась проводимость приповерхностного комплекса и интенсивность инфильтрационного питания с контролем этих подбираемых характеристик по соответствию модельных и фактических притоков подземных вод в шахту. При имитации техногенного гидродинамического режима шахты «Котинская» в условиях поэтапной отработки пласта 52 от лавы 5201 до лавы 5207 рассмотрено более 20 вариантов соотношения проводимости и интенсивности инфильтрационного питания по площади.

Фильтрационные параметры приповерхностного водоносного комплекса, полученные при калибрации модели по естественному режиму фильтрации, можно считать оптимальными - при калибрации модели в условиях техногенного режима они были сохранены. Коэффициент фильтрации массива в зоне водопроводящих трещин задавался равным 1 м/сутки. Кроме калибрации инфильтрационного питания над выработанным пространством, также проводилась корректировка параметра связи приповерхностного комплекса с реками. В конечном итоге проводимость подрусловых отложений реки Нижняя Тыхта была принята равной 3 м²/сутки, а ручья Саландушка 1,5 м²/сутки, при размерах блоков 50х50 м.

Далее калиброванная модель использовалась для прогноза водопритоков в горные выработки. В таблице 6.5 представлены прогнозные водопритоки при доработке пласта 52.

Таблица 6.5

Прогноз водопритоков при доработке пласта 52

Лава	Прогнозный водоприток м³/час

Также выполнен прогноз водопритоков при отработке нижележащих пластов, а именно пластов 50 и 49. В таблице 6.6 представлены прогнозные водопритоки в горные выработки по пластам 50 и 49. Тенденция изменения водопритоков в шахту показана на рисунке 6.7.

Таблица 6.6

Суммарные прогнозные водопритоки в горные выработки шх. «Котинская»

при отработке пластов 50 и 49

Стадия отработки пласта	Отрабатываемая лава	№№ отрабатываемого пласта	Водоприток, м³/час



	5011*		1112*



	4911*		1212*

Примечание: *) приведены прогнозные водопритоки при отработки пластов без оставления целиков под рекой Нижняя Тыхта

Рис 6.5. График изменения водопритоков в шахту «Котинская»

Кроме выполненных научным центром расчетов, в их подтверждение выполнен расчет методом гидрогеологических аналогий. Оценка общего водопритока сводится к переносу фактических геолого-гидрогеологических показателей с эксплуатируемых участков шахт. Сам же расчет выполняется по коэффициенту водообильности, определяющемуся из отношения величины водопритока к величине добычи (таблицы выше 6.4 и 6.5).

Согласно тому, что средний коэффициент водообильности по шахтам «Котинская» и №7 составляет 0,95 м³/т, а проектируемая добыча на участке составит 1027 т/час или 9 млн. тонн в год, средний водоприток в выработки может составить 976 м³/час. С учетом сезонного увеличения 1,515 (средняя величина по данным многолетних наблюдений обоих шахт) величина прогнозного водопритока в выработки может достигать до 1479 м3/час. Так результаты выполненного расчета так же подтверждают порядок величин прогнозной оценки приведенной выше.

Согласно ТЭО на период доработки запасов пласта 52 на шх. «Котинская» дополнительно к существующему предусматривается строительство участковых водоотливов пл. 52, расположенных на горизонте -100 м и -115 м. На шахте № 7 планируется строительство дополнительного водоотлива на горизонте -160 м в осевой части складки у центральных стволов.

Для отработки пласта 50 предусматривается строительство на фланговых стволах главных водоотливов. В дальнейшем планируется строительство на флангах водоотливов в оси Соколовской синклинали у нижней границы участка по обеим шахтам. Также устраиваются участковые водоотливы у основания центральных стволов. Схема расположения водоотливов и откачки воды по пласту 49 аналогичны пласту 50. Для обеспечения водоотлива пластов верхней свиты предусматривается строительство на каждом пласту главных водоотливов на флангах в районе оси Соколовской синклинали, и участковых водоотливов у основания центральных стволов.

Отработка открытым способом.

Как отмечалось выше отработка запасов участка «Нижние горизонты шахты «Котинская» предусматривается так же и открытым способом. Проектная мощность участка принята 1500 тыс. т/год. Срок службы участка открытых горных работ с учетом периода развития и затухания добычи определен календарным планом развития горных работ и составляет 23 года.

Поле участка по простиранию пластов угля разделено на 3 блока, вскрытие которых предусматривается как самостоятельное. В качестве первоочередных блоков приняты блоки №3 и 4, имеющие наименьший коэффициент вскрыши. По завершении работ в блоке №3 вовлекается в отработку блок №5.

По геокриологическим условиям, степени литификации и дислоцированности углевмещающих пород, характеру подземных вод условия обводнения участок относятся к 3 типу – месторождение в скальных и полускальных дислоцированных породах, содержащих трещиннно-пластовые и трещинные воды, с неоднородными фильтрационными свойствами водовмещающих пород. Основной источник формирования водопритоков – атмосферные осадки, поступающие непосредственно в горные выработки, а так же подземные воды угленосных пород в зоне активного водообмена. Гидрогеологические условия характеризуются как сложные.

Обводнение выработок будет происходить в основном за счет атмосферных осадков, в т.ч. талых вод, и характеризоваться большой неравномерностью. В многолетнем разрезе будет происходить постепенное нарастание среднегодовых притоков в связи с увеличением площади горных выработок.

Приток от атмосферных осадков определяется как среднегодовой суточный приток с площади водосбора по формуле:

м³/сут

где:

- среднесуточное количество осадков, м/сут;

F₁, F₂, F₃ - площадь водосбора ненарушенная, нарушенная и под внутренними отвалами соответственно, м²;

a₁, a₂, a₃ - коэффициенты поверхностного стока для выше названных площадей.

Результаты расчетов сведены в таблицу.

Максимальные притоки воды определяются для ливня и паводкового периода.

Приток за счет ливневых вод рассчитывается по формуле:

м³/сут

где:

l - коэффициент, учитывающий вероятность события при переходе от 1% к 20% обеспеченности.

м³/сут

Приток от паводковых вод рассчитывается по формуле;

где:

Нсн - среднегодовое количество твердых осадков, м;

F - площадь водосбора, м²;

a - коэффициент стока;

t - период интенсивного снеготаяния (10 дней по 16 часов в сутки).

Результаты расчетов для каждого из блоков сведены в таблицу.

Открытые горные работы планируется вести после отработки угольных пластов подземным способом. Естественный режим подземных вод будет нарушен. В силу дренажного влияния подземных горных выработок статические запасы подземных вод в пределах участка открытой отработки будут частично сработаны. Водоприток будет формироваться за счет привлечения динамических запасов подземных вод со стороны целика под долиной р. Нижняя Тыхта, которая будет являться областью питания.

Блок №3

В данном случае водоприток за счет динамических запасов подземных вод будет формироваться в основном с западной стороны, длина которой равна 1000 м и соответствует ширине подземного потока.

Расчет произведен по формуле: где

K – средний коэффициент водопроводимости пород – 17,3 м²/сут;

I – градиент напора на пути фильтрации длиной L=150 м – 0,07;

B – ширина потока подземных вод, определяемая, по длине участка западной границы – 1000 м.

Q=17,3х0,07х1000=1211 м³/сут=51 м³/час.

Водоприток будет являться максимальным, так как река к моменту начала ведения открытых работ, вероятнее будет находиться в "подвешенном" состоянии, тогда нормальный водоприток составит 51/1,5=35 м³/час.

Блок №4

Водоприток за счет динамических запасов подземных вод будет формироваться в основном с северо-западной, западной сторон, длина, которой равна 2500 м.

где

K – средний коэффициент водопроводимости пород, (скв.№17063 - 102 м²/сут; №17054 – 0,6 м²/сут; №16193 – 43 м²/сут; №15840 – 38 м²/сут; №15845 – 22 м²/сут; №15855 – 49 м²/сут; №15932 – 4 м²/сут; №15970 – 1 м²/сут; №11 – 8 м²/сут) – 29,7 м²/сут.

I – градиент напора на пути фильтрации – 0,07;

Q =29,7х0,07х2500=5197,5 м³/сут=217 м³/час.

Максимальный водоприток – 217 м³/час, нормальный – 217/1,5=145 м³/час, округляя до целых чисел – 150 м³/ч.

Блок №5

Водоприток рассчитывается аналогично выше приведенным расчетам.

k– средний коэффициент водопроводимости пород - 13,6 м²/сут;

I – градиент напора на пути фильтрации – 0,3;

Q= 13,6х0,3х1200=4896 м³/сут=204 м³/час.

Максимальный водоприток 204 м³/час, нормальный – 204/1,5=136≈140 м³/час.

Расчетные водопритоки на 10 год эксплуатации участка приведены в таблице 6.7.

Таблица 6.7

Прогнозные водопритоки к участку открытых горных работ

Наименование показателей	Един. изм.	Блок №3	Блок №4	Блок №5
Площадь ненарушенной зоны	тыс. м²			30,4
Площадь нарушенной зоны	тыс. м²		815,5	1743,9
Площадь под отвалами	тыс. м²	781,4	1355,7
Коэффициент стока для
ненарушенной зоны		0,45	0,45	0,45
нарушенной зоны		0,6	0,6	0,6
Продолжение табл. 6.7
под отвалами		0,3	0,3	0,3
Среднее количество осадков в год	мм
Жидкие + смешанные	мм
Суточный максимум	мм
Время таяния	час
Процент вероятности	%
Коэффициент обеспеченности		0,56	0,56	0,56
Приток от атмосферных осадков	м³/час
Приток от паводковых вод	м³/час
Приток от ливневых вод	м³/час
Приток от подземных вод	м³/час
Максимальный приток	м³/час
Нормальный приток	м³/час

Согласно ТЭО удаление воды из горных выработок будет осуществляться с помощью открытого водоотлива. Вода будет отводиться в самое низкое место (водосборник), откуда она откачивается водоотливной насосной станцией на поверхность.

Для организованного отвода воды к водоотливным установкам всем рабочим горизонтам придается продольный (2⁰/₀₀) и поперечный (10⁰/₀₀) уклоны. Во избежание неорганизованного перелива воды во время ливней с вышележащих горизонтов на нижележащие предусматривается устройство обвалования из породы на бермах уступов.

Наибольшие затруднения при эксплуатации участка будут связаны с обводнением горных выработок ливневыми водами. Карьер должен быть огражден нагорными канавами и, при необходимости, защитными дамбами для сведения к минимуму возможности попадания в него поверхностного стока с прилегающей территории.

⇐ Предыдущая 21 22 23 24 252627 28 29 30 Следующая ⇒