Технологии горноспасательного дела. Ч.II Ликвидация внезапных прорывов воды в горные выработки. Учебно-методическое пособие

сными агрегатами, смонтированными на платформах или лежнях на уровне воды и постепенно опускаемыми по мере ее откачки.

До начала производства работ по откачке воды из затопленных выработок должны быть разработаны меры по обеспечению безопасности работ при водоотливе, в которых особо предусмотрены мероприятия при приближении уровня воды к сопряжениям откачиваемых горных выработок с затопленными, откуда скопившиеся газы могут проникать в откачиваемые выработки к местам нахождения людей и электрооборудования.

Вода, откачиваемая перекачными насосными агрегатами из затопленных выработок на основной горизонт, направляется к центральной водоотливной установке шахты и откачивается последней на земную поверхность.

Ликвидация внезапного прорыва воды считается законченной после полной откачки воды из затопленных горных выработок и усиления в необходимых случаях шахтных водоотливных установок для обеспечения откачки ими увеличившихся после прорыва притоков воды.

Методикарасчетавремениоткачки затопленныхвыработокинеобходимой производительностинасосныхустановок

Откачку воды из затопленных выработок производят с помощью насосных установок, производительность которых превышает притоки воды в горные выработки в 3–6 раз и более.

При откачке воды из затопленных выработок нужно принимать насосные установки такой производительности, которые бы не только обеспечивали откачку воды из этих выработок в минимальные сроки, но также были бы экономичными в работе, т.е. отвечали минимальным затратам на сооружение насосной установки и на ее эксплуатацию.

21

Время, необходимое для откачки затопленных выработок «насухо», То слагается из времени, необходимого на откачку статического запаса воды, Ts и времени, необходимого для откачки динамического запаса воды, образовавшегося за счет ее притока за время откачки статического запаса воды, Td:

где Qs – статический запас воды в затопленных горных выработках, м3; qн – производительность насосной установки, м3/ч; n – продолжительность работы насосной установки, ч; q – динамический приток воды в горные выработки, м3/ч.

Статический запас воды, скопившейся в горных выработках, Qs определяется по их фактическому объему до затопления. Если срок пребывания горных выработок в затопленном состоянии недостаточен для их полного затопления водой, статический запас воды определяется как произведение полного часового или суточного притока воды на продолжительность пребывания горных выработок в затопленном состоянии.

Полный объем воды, подлежащий откачке из затопленных выработок до их полного осушения

При откачке затопленных выработок резерв водоотливных установок необходимо принимать в пределах 20–30 % от их действующей производительности.

22

Задание  1

В соответствии со своим вариантом по таблице  2.1 необходимо провести расчеты времени откачки затопленных выработок и необходимой производительности насосных ус­ тановок.

Таблица  2.1 – Варианты заданий

Порядоквыполненияработы

1  На первом этапе проводится изучение общих теоретических основ, при этом необходимо сделать краткий конспект.

2  Далее переписываются задание и исходные данные, приведенные в таблице  2.1, в соответствии с вариантом.

3  По формулам (2.3) и (2.4) производится определение времени, необходимого на откачку статического запаса воды, Ts и времени, необходимого для откачки динамическо-

23

го запаса воды, образовавшегося за счет ее притока за время откачки статического запаса воды, Td.

4  Дале определяется время, необходимое для откачки затопленных выработок «насухо», То по формуле (2.2).

5  Дале определяется объем воды, подлежащей откачке из затопленных выработок до их полного осушения по формуле (2.4).

6  Написать выводы по полученным результатам рас-

четов.

Вопросыдлясамоконтроля

1  Какие существуют принципиальные схемы ликвидации внезапного прорыва воды с помощью открытого водоотлива?

2  От чего зависит время, необходимое для откачки затопленных выработок «насухо»?

3  Что понимается под статическим и динамическим запасом воды при локализации и ликвидации аварий, связанных с прорывом воды в горные выработки?

4  Когда ликвидация внезапного прорыва воды считается законченной?

5  Когда может быть использовании открытый водоотлив при локализации и ликвидации аварий?

24

ПРАКТИЧЕСКАЯРАБОТА  №  3  Расчетпараметровводопонижения

иоткрытоговодоотливаприликвидации внезапныхпрорывовводывгорные выработки

Цель работы – научиться рассчитывать параметры водопонижения и открытого водоотлива при ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки, а также изучить порядок действий при проведении аварийно-спасательных работ.

Общиетеоретическиеположения

Ликвидацию внезапных прорывов воды в горные выработки шахт с помощью водопонижения и открытого водоотлива применяют при крупных и катастрофических прорывах воды, при притоках воды, превышающих производительность шахтных водоотливных установок, и полном или частичном затоплении горных выработок.

Наиболее целесообразно применение этого метода в тех случаях, когда дальнейшая проходка выработки или производство очистных работ будут осуществляться с помощью предварительного осушения.

При ликвидации внезапных прорывов с помощью водопонижающих скважин производят перехват воды, поступающей из водоносных горных пород в прорыв, и ее откачку на земную поверхность, чем создаются благоприятные последующие условия для откачки воды из затопленных выработок и их восстановления.

После принятия решения о ликвидации прорыва воды рассматриваемым методом приступают к подготовительным работам, в состав которых входят размещение заказов и доставка к месту ликвидации аварий необходимого оборудования и материалов; разбивка и вынесение в натуру на земную

25

поверхность осей водопонижающих скважин, трасс водоотводящих трубопроводов и лотков, линий электропередачи

ифундаментов под оборудование; подготовка стволов, уклонов и других выработок к размещению и установке в них необходимого оборудования и трубопроводов для откачки воды из затопленных выработок; засыпка на земной поверхности воронок и провалов, образовавшихся при прорыве, и отвод от них поверхностных (ливневых и паводковых) вод.

После этого приступают к установке буровых станков, подводке к ним линий электропередачи, бурению скважин под кондуктора и установке кондукторов. Далее производят бурение водопонижающих скважин, одновременно с которым ведут работы по сооружению водоотводящих трубопроводов, лотков и канав. После окончания бурения каждой водопонижающей скважины ее оборудуют фильтровой колонной труб

ив ней устанавливают глубинный или артезианский насос. Одновременно с бурением и оборудованием насосны-

ми агрегатами водопонижающих скважин в необходимых случаях также устанавливают насосные агрегаты и нагнетательные ставы от них в стволах, уклонах или других выработках для последующей откачки ими воды из затопленных при прорыве горных выработок с таким расчетом, чтобы водоотливные установки были полностью закончены не позже пуска в работу водопонижающих скважин.

Водопонижающие скважины вводят в работу после окончания их оборудования все одновременно. При этом вначале производят пробную откачку, при которой определяют приток воды, откачиваемый каждой скважиной, и суммарный приток, откачиваемый всеми скважинами, и сравнивают с притоком воды из прорыва.

На основе результатов пробной откачки принимают решение о продолжении ликвидации прорыва воды в соответствии с ранее разработанными мероприятиями или технорабочим проектом и в необходимых случаях о дополнительном бурении водопонижающих скважин или усилении водоотливной установки для откачки воды из затопленных

26

при прорыве горных выработок. После пробной откачки все водопонижающие скважины оставляют нормально работать на понижении уровня воды в месте прорыва ее в горные выработки и одновременно вводят в работу водоотливные установки по откачке воды из затопленных выработок. При откачке воды из затопленных выработок контролируют ее приток и понижение уровня, а также состав рудничной атмосферы.

После откачки воды организовывают проветривание, расчистку и восстановление ранее затопленных горных выработок.

Расположение водопонижающих скважин при ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки чаще всего принимается контурное, но в ряде случаев оно может быть линейным, кустовым или комбинированным. Скважины должны располагаться с расчетом пересечения ими водоносных горных пород вблизи от места прорыва воды из них в горные выработки и в местах наибольшей водообильности.

Конструкция водопонижающих скважин состоит, как правило, из колонн: кондуктора и фильтровой, а в сложных геологических и гидрогеологических условиях еще и из дополнительных технических колонн.

Фильтровые колонны через каждые 10 м должны быть оборудованы центрирующими устройствами (фонарями), а нижняя часть каждой колонны обсадных труб – утолщенной трубой длиной 0,4–0,5 м.

Конструкция каждой водопонижающей скважины, кроме своего основного назначения, должна обеспечивать возможность замера в них уровня подземных вод.

При установке кондуктора в скважине его верхняя часть должна выступать над уровнем земли не менее чем на 0,4–0,5 м. Глубина водопонижающих скважин устанавливается в зависимости от глубины прорыва воды в горные выработки, расположения относительно его водоносных горизонтов, питающих прорыв, и их мощности.

Минимальный диаметр водопонижающих скважин выбирается в зависимости от типа глубинных и артезианских на-

27

сосов, наличия и конструкции фильтров и колеблется в пределах от 200 до 380 мм.

Бурение водопонижающих скважин может осуществляться буровыми станками ударно-канатного и роторного бурения, основные технические данные по которым приведены в таблице  3.1.

Таблица  3.1 – Основные технические данные буровых станков

Число буровых станков в зависимости от числа буровых скважин и их глубины принимается при ликвидации аварий 1–3.

Бурение водопонижающих скважин в устойчивых породах производят с водяной промывкой, а в неустойчивых горных породах – с промывкой нормальным глинистым раствором удельного веса 1,1–1,25. При бурении в пористых и трещиноватых горных породах удельный вес глинистого раствора следует повышать до 1,25–1,30.

28

Бурение в крепких скальных породах ведут с применением понизителей твердости, в качестве которых используются добавки промывочной жидкости (0,1–0,5 %) мылонафта, соды, едкого натра и др.

Методикарасчетаводопонижения

При ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки шахт с помощью водопонижения и открытого водоотлива (если не ставится задача дальнейшего осушения месторождения) число водопонижающих скважин определяется в зависимости от притоков воды из прорыва и производительности применяемых для водопонижения артезианских или глубинных насосов.

Максимальные притоки воды из прорывов носят кратковременный характер и при систематической откачке значительно снижаются.

В связи с этим максимально необходимое число водопонижающих скважин для улавливания и откачки всей воды, поступающей в прорыв из водоносных горных пород на поверхность, может быть принято

где qmax – максимальный приток воды из прорыва, м3/ч; qo′ – производительность одного артезианского или глубинного насоса, м3/ч.

В зависимости от установившихся притоков воды с учетом необходимых резервов при длительной откачке число водопонижающих скважин составит

29

где e = 1,3 – коэффициент неравномерности; q – коэффициент перехода от максимальных притоков воды из прорыва к установившимся, равный

при 100 м3/ч – q = 0,8;

от 150 до 750 м3/ч – q = 0,5;

от 1000 до 3500 м3/ч – q = 0,25;

z – коэффициент, упитывающий рабочее время насосов в сутки, z = 24 / tр, где tр – время работы насосов. При условии постоянной работы насосов можно принять z = 1.

На рисунке  3.1, а показано расположение скважин при ликвидации прорывов воды в забоях горных выработок и на рисунке 3.1, б – в протяженных выработках. В обоих случаях число скважин принимается по расчету в зависимости от притока воды из прорыва и производительности глубинных или артезианских насосов, применяемых для откачки воды из скважины.

Рисунок  3.1 – Схемы расположения водопонижающих скважин при ликвидации внезапных прорывов воды в горизонтальные выработки: а – при прорывах в забоях выработок; б – при прорывах в протяженной части выработок

30