Лабораторная работа № 4 эксплуатационная разведка водоносных горизонтов и старых затопленных горных выработок

Цель работы: Усвоение метода и приобретение практических навыков эксплуатационной разведки водоносных горизонтов и контуров старых затопленных горных выработок. Данная лабораторная работа выполняется в течение 2 часов.

Используемое оборудование и материалы: методические указания к курсу, лист ватмана формата А4, карандаши и линейка.

Краткие теоретические сведения

В процессе эксплуатации нередко уточняют положение водонос­ных горизонтов и водообильных зон путем бурения скважин из горных подземных выработок. Так, из шахтных стволов бурят опережающие скважины, располагая их по периметру через 5-10 м, и часть скважин в центральной части забоя шахтного ствола. Глубина скважины определяется мощностью водоносного горизон­та плюс 20 м предохранительного целика.

В горизонтальных и наклонных горных выработках для развед­ки водоносных пород бурят одиночные опережающие скважины по оси выработок.

Бурение разведочных скважин на водоносные горизонты, опас­ные из-за возможности внезапных прорывов воды, начинается при приближении к ним забоя выработки на расстояние (по нормали), равное десятикратной высоте выработки.

Разведка водоносных зон тектонических нарушений произво­дится горизонтальными или наклонными скважинами, которые бу­рят по возможности из горных выработок вкрест простирания сместителей.

При разведке старых, затопленных горных выработок в зави­симости от положения их по отношению к действующим выработ­кам разрабатывается наиболее рациональная схема расположения разведочных опережающих скважин. Все скважины опережающего бурения должны рассматриваться как водоспускные или угрожаемые по поступлению воды и газа в горные выработки. Поэтому бурение их производится с учетом необходимых мероприятий по безопасности (установка трубы-кондуктора и задвижки Лудло, проверка целика на герметичность, бурение через обратный саль­ник, подготовленность шахтного водоотлива и вентиляции и др.).

При этом возможны следующие наиболее часто встречающиеся случаи разведки:

1. Если старые и действующие горные работы расположены на одном и том же пласте, при этом положение старых горных выработок неизвестно, разведка их должна начинаться при приближении к предполагаемому их контуру на расстояние не менее 200 м. Из забоя выработки по угольному пласту бурится ряд скважин: одна – по оси выработки, а остальные – в сторону от нее под некоторым углом (обычно 10 – 20^о). Это обеспечивает безопасную проходку горной выработки с охранным угольным целиком, размеры которого устанавливаются расчетным способом.

Максимальная длина скважин, как правило, не должна превышать 50 – 70 м. В связи со значительным расстоянием от установленной расчетной границы безопасного ведения работ до предполагаемого контура старых выработок, 200 м бурение скважин производится через каждые 30 – 40 м подвигания забоя.

2. Если действующие и старые выработки находятся на одном и том же пласте и контур старых выработок точно известен, в этом случае при разведке определяется лишь степень затопления и загазованности старых выработок одиночными скважинами, которые бурятся в направлении нижнего контура этих выработок. Длина скважин принимается равной ширине охранного целика у старых горных работ, составляющего 20 – 40 м, при углах падения пластов до 30^о, и 40 – 60 м при углах падения более 30^о.

3. Если горные работы осуществляются в пласте, залегающем под затопленными выработками, разведка их ведется, когда расстояние по нормали от действующих выработок к ним составляет не менее 40-кратной выемочной мощности разрабатываемого пласта, при производстве очистных работ, и 10-кратной высоты (вчерне) выработки, при прохождении подготовительных и вскрывающих выработок. При меньших значениях этих величин горные работы запрещены. Длина скважин при этом может меняться от 20 до 80 – 100 м. Бурение их производится в направлении, близком по нормали к напластованию пород под углами порядка 30 – 60^о вверх от горизонта.

4. Если горные работы ведутся в вышележащем пласте, расположенном ниже уровня воды в затопленных выработках нижележащего пласта, скважины бурятся, как и в предыдущем случае, вскрест простирания пород. Скважины задаются под углом 1 – 2^о.

5. Диаметр скважин на старые затопленные выработки не должен превышать 76 мм. Давление воды в выработках определяется с помощью манометра, который устанавливается в устье скважины.

6. Расчет ожидаемого максимального притока воды из скважины рекомендуется производить по следующим формулам:

Q = F*V*3600,

где F – сечение скважины, м²;

V – скорость воды по скважине, м/с.

V=

где:

H – давление столба воды на забой скважины (место подсечения скважиной угольного пласта), м;

g – ускорение силы тяжести – 9,81 м/с²;

 - коэффициент трения – 0,03;

l – длина скважины, м;

d – диаметр скважины, м;