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

Взависимости от последствий внезапного прорыва воды

иобъема затопленных горных выработок производят выбор водоотливных средств и устанавливают необходимую суммар-

ную производительность водоотливной установки qн.

Время откачки воды из затопленных выработок может быть определено по формуле

где W – объем воды, скопившейся в затопленных выработках, м3; q – нормальный приток воды в горные выработки, м3/ч; qост – остаточный приток воды из прорыва, м3/ч.

Полное время ликвидации внезапного прорыва воды в горные выработки в рассматриваемом случае составит

где tп – время подготовительных работ; tб – время бурения водопонижающих скважин; to.с – время оборудования скважин насосными агрегатами, не совмещенное с бурением, а также совместного ввода их в работу; tо – время откачки воды из затопленных выработок; tв – время восстановления выработок после откачки из них воды.

В случаях, когда водопонижающие скважины кроме ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки намечается также использовать и для осушения месторождений при дальнейшей проходке выработок или ведения очистных работ, необходимо производить специальные расчеты по осушению, в соответствии с которыми уточнять принятое число водопонижающих скважин и приток воды из них.

31

Рисунок  3.2 – Схема водопонижения при ликвидации внезапного прорыва воды

в горизонтальную выработку: 1 – водопонижающие скважины; 2 – горная выработка; 3 – место прорыва воды в горную выработку; 4 – водоносные пески

В расчетах водопонижения при сложных контурах последние приводят к равновеликому кругу. Расчет одноконтурных систем вертикального дренажа производят в следующем порядке: по эмпирической формуле Керкиса ориентировочно определяют установившийся радиус депрессии

где а = 20 – эмпирический безразмерный коэффициент; Н – мощность (или напор) водоносного горизонта, м; k – коэффициент фильтрации, м/сут (таблица  3.2); lск – понижение уровня воды в скважинах, м.

32

Таблица  3.2 – Величины коэффициента фильтрации для различных горных пород

Определяется приведенный радиус круга (м), к которому приводится площадь, оконтуриваемая водопонижающими скважинами, по формулам:

при четырехугольной форме

где P – периметр четырехугольника, м; N – число водопонизительных скважин; S – общая площадь сложного контура, образованная водопонизительными скважинами, м2; r1, r2, r3, … rN – расстояния от водопонизительных скважин до центра тяжести многоугольника, м.

33

По методу «большого колодца», задаваясь понижением уровня воды в скважинах, по формулам Дюпюи определяют общую производительность водопонизительной установки (м3/сут):

в напорных условиях

в безнапорных условиях

Далее, задаваясь числом водопонижающих скважин в установке, которая принимается при ликвидации внезапных прорывов воды от 3 до 8, определяют среднюю производительность одной водопонижающей скважины

Для определения сниженного уровня подземных вод и построения депрессионных кривых по различным направлениям реального контура в пределах радиуса депрессии могут быть использованы формулы Форгеймера:

в напорных условиях

34

где х1, х2, х3, … xN – расстояния от искомой точки депрессионнойкривойдосоответствующейводопонижающейскважины; Н1 – высота непониженного уровня воды в месте расположения группы водопонижающих скважин, считая от подошвы пласта; m – мощность, или напор, водоносного пласта, м.

Приближенно снижение уровня воды в центре контура водопонизительной установки может быть определено по формулам «большого колодца»:

в напорных условиях

Изменяя число водопонижающих скважин и их расположение, а также величину понижения уровня воды в них, окончательно останавливаются на такой схеме, при которой обеспечивается достижение в центре контура (месте прорыва) минимального заданного напора или высоты сниженного уровня подземных вод.

Задание  1

Зная величину напора водоносного горизонта (принимается по вариантам из таблицы  3.3), необходимо просчитать три различные схемы водопонижения при ликвидации прорывов воды в горные выработки. После расчетов и сравнения необходимо выбрать оптимальную схему с учетом достижения в центре контура (месте прорыва) минимального заданного напора или высоты сниженного уровня подземных вод. Производительность одного артезианского или глубинного насоса принимается по данным из первой работы.

35

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  3.3, в соответствии с вариантом.

3 Далее необходимо сделать схему водопонижения при ликвидации внезапного прорыва воды в горизонтальную выработку в соответствии со своим вариантом и рисунками  3.1 и 3.2.

4 Далее необходимо рассчитать максимально необходимое число водопонижающих скважин для улавливания и откачки всей воды по формуле (3.1).

5 После чего необходимо рассчитать установившийся радиус депрессии по формуле (3.5). Понижение уровня воды

вскважинах (lск, м) задается произвольно, исходя из того, что снижение уровня воды в центре контура водопонизи-

тельной установки (h0) должно быть ниже затопленной горной выработки.

6 Далее определяется приведенный радиус круга (м), к которому приводится площадь, оконтуриваемая водопонижающими скважинами, по формулам (3.6), (3.7) или (3.8).

7 Далее определяют общую производительность водопонизительной установки по формуле (3.9).

8 Далее, задаваясь числом водопонижающих скважин

вустановке, определяют среднюю производительность одной водопонижающей скважины по формуле (3.11). Полученное значение сравнивают с производительностью насосной установки.

9 Дополнительно для определения сниженного уровня подземных вод и построения депрессионных кривых по различным направлениям реального контура в пределах радиуса депрессии можно использовать формулу (3.12).

10  Далее приближенно снижение уровня воды в центре контура водопонизительной установки необходимо рассчитать

37

по формуле (3.14). Полученное значение необходимо сравнить с глубиной залегания горной выработки. Если lг.в > h0, то необходимо увеличить lск.

11  Написать выводы по полученным результатам рас-

четов.

Вопросыдлясамоконтроля

1  При каких условиях применяют водопонижение при ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки?

2  От чего зависит число водопонижающих скважин? 3  Для чего еще можно использовать водопонижение? 4  Какова конструкция водопонижающей скважины? 5  Какой порядок действий при водопонижении в ус-

ловиях проведения аварийно-спасательных работ?

38

ПРАКТИЧЕСКАЯРАБОТА  №  4  Расчетпараметровограждающихдамб приликвидациивнезапныхпрорывовводы вгорныевыработки

Цель работы – научиться рассчитывать параметры ог­ раждающих дамб при ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки, а также изучить конструкции дамб и основные подходы к их сооружению.

Общиетеоретическиеположения

Для ограждения от поверхностных водотоков (воронок обрушения, провалов на поверхности, трещин и карстовых полостей), а также тектонических нарушений, выходящих на земную поверхность и сообщающихся с горными выработками, устраивают обвалование и ограждающие дамбы, которые препятствуют поступлению поверхностных вод в горные выработки и предохраняют тем самым последние от затопления поверхностными водами (СНиП  2.06.05–84 Плотины из грунтовых материалов).

Сооружение ограждающих дамб осуществляется, как правило, из местных рыхлых или мягких горных пород, лучшими из которых являются глинисто-песчаные породы. Дамбы могут также сооружаться и из песка, для водонепроницаемости их откос со стороны воды покрывается слоем утрамбованной глины.

Как правило, конструкция ограждающих дамб представляет из себя в сечении неравнобокую трапецию с откосами со стороны воды от 1:1 до 1:3 и со свободной стороны от 1:1 до 1,5 (рисунок  4.1). Повышение гребня дамб над максимальным уровнем воды должно быть не менее 1 м. Ширину гребня дамб (b) в зависимости от их высоты принимают по таблице  4.1.

39

Таблица  4.1 – Размеры ширины гребня дамбы в зависимости от высоты дамбы

Если на гребне дамбы устраивают автомобильную или железную дорогу, их размеры назначают, руководствуясь требованиями соответствующих нормативных документов, но не менее 4,5 м. Приближенно ширина гребня дамбы также может быть определена по формуле

40