Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные представления о гидродинамических процессах, происходящих при затоплении угольных шахт
1.1.Состояние вопроса 10
1.2.Общие сведения о состоянии изученности сдвижения и деформации пород подработанного массива 15
1.3. Фильтрационные свойства пород и режим движения подземных вод подработанного массива 19
1.4. Зональность гео- и гидрогеологических систем горных массивов в пределах полей закрываемых шахт 25
1.5. Прогноз шахтного водопритока 27
1.6. Форма и размеры депрессионной воронки 32
1.7. Коэффициент заполнения выработанного пространства 34
1.8. Анализ действующих методик определения затопления интервалов массива горных пород 36
1.9. Постановка цели и задач исследования 41
ГЛАВА 2. Гидродинамические параметры процесса затопления углепородного массива как основа мониторинга 44
2.1.Местоположение и гидрогеологические условия шахт исследуемого региона 44
2.2. Объекты маркшейдерского мониторинга 49
2.3. Аналитическая оценка маркшейдерских наблюдений водоподъема 58
2.4.Анализ динамики уровней шахтной воды по объектам гидромониторинга...68
2.5. Районирование объектов мониторинга 72
2.6. Алгоритм расчета абсолютной отметки уровня подземной вод 79
Выводы
ГЛАВА 3. Прогноз динамики водоподъема в техногенно нарушенном массиве 83
3.1. Фильтрационные свойства пород, определяющие динамику затопления исследуемого массива 83
3.2. Аналитическая оценка замеренного шахтного водопритока как фактора водоподъема 85
3.3. Горнотехнические и гидрогеологические параметры зон водопроводящих трещин (ЗВТ) 87
3.4. Методика исследования динамики процесса затопления по отдельным интервалам массива пород 94
3.5. Аналитическая оценка и результаты экспериментального исследования динамики водоподъема 99
3.5.1. Оценка динамики водоподъема группы № 1 вне зон измененной проницаемости 99
3.5.2. Оценка динамики водоподъема группы № 2 в зонах водопроводящих трещин 105
3.5.3.Оценка динамики водоподъема группы № 3 вблизи шахтных стволов.. 107
Выводы 109
ГЛАВА 4. Организация маркшейдерского мониторинга процесса затопления угольной шахты 110
4.1. Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания 110
4.2. Компоновочные и конструктивные решения по технологии маркшейдерского мониторинга с геометризацией массива 112
4.3. Основные расчетные положения по определению параметров затопления 117
4.4. Оценка точности прогнозного положения поверхности подземных вод и скорости водоподъема 119
4.4.1. Оценка точности скорости водоподъема 119
4.4.2. Оценка точности прогноза абсолютной отметки поверхности воды 123
4.5. Экономический эффект предлагаемой методики маркшейдерского мониторинга 125
Заключение 126
Литература
- Фильтрационные свойства пород и режим движения подземных вод подработанного массива
- Объекты маркшейдерского мониторинга
- Горнотехнические и гидрогеологические параметры зон водопроводящих трещин (ЗВТ)
- Компоновочные и конструктивные решения по технологии маркшейдерского мониторинга с геометризацией массива
Введение к работе
Актуальность работы.
Интенсивное освоение угольных ресурсов Стахановско-Брянковского региона восточного Донбасса в 1960-1996 гг. обусловило нарастание объемов шахтного водоотлива до 3 млн. м3 в год. Под влиянием такого мощного техногенного воздействия возникли региональные и локальные воронки депрессии подземных вод и была сформирована квазиравновесная система «подработанный породный массив - шахтная вода».
С середины 90-х годов угольная отрасль Украины проходит этап реструктуризации. В соответствии с программой «Уголь Украины» количество шахт с 2000 по 2010 годы уменьшится с 275 до 159 с одновременным ростом добычи на оставшихся шахтах. В Стахановско-Брянковском регионе ряд нерентабельно работающих шахт поставлен на так называемую «мокрую консервацию» - в результате прекращения работы шахтных водоотливных установок происходит подъем уровня подземных вод и затопление горных выработок и подработанного массива в целом. Стабилизация пьезометрических уровней подземных вод носит долговременный характер и происходит в сложных горно-геологических условиях нарушенного горными работами породного массива. Происходящие при этом гидродинамические процессы в системе «подработанный породный массив — шахтная вода» изучены еще весьма слабо, что затрудняет организацию эффективной системы гидромониторинга за процессами затопления шахт.
Гидрогеологический мониторинг выполняется с целью контроля, оценки и прогноза состояния подземных и гидравлически связанных с ними поверхностных вод для объективного и своевременного информационного обеспечения природоохранных мероприятий в условиях ликвидации нерентабельных шахт. Кроме того, осуществление подобного мониторинга необходимо и для корректировки режимов работы водоотливных установок на шахтах, территориально сопряженных с ликвидированными, что позволяет контролировать возможные перетоки шахтных вод и исключать негативные последствия данных процессов.
Существующие технологии мониторинга водоподъема и прогнозные оценки динамики данных процессов основаны на учете статически заданных объемов притоков воды в шахтные выработки и не вполне отражают влияние на данные процессы горнотехнических и гидрогеологических факторов, характерных для различных частей подработанного массива. Это может привести к существенным ошибкам прогноза характера происходящих в геологической среде гидродинамических процессов.
В связи с этим, для повышения эффективности мониторинга процесса затопления шахт весьма актуальна разработка методик и средств геометризации динамики затопления породного массива, которые позволяют учесть характер техногенной изменчивости данного процесса под влиянием горнотехнических факторов.
Цель работы - геогидродинамическое обоснование мониторинга процесса затопления угольной шахты, позволяющего осуществлять прогноз скорости водоподъема с учетом горнотехнических факторовтгтарггГЕПЇГГйХ^геЗной измен-
8pg/j
БИБЛИОТСКЛ I 08 ТОО/
чивости свойств горного массива. Задачи исследований:
-
Анализ характера изменения уровня шахтных вод и гидродинамических параметров процесса затопления углепородного массива при ликвидации шахты.
-
Классификация объектов затопления с учетом горнотехнических и гидрогеологических факторов и свойств подработанного горного массива.
-
Создание алгоритмического обеспечения математической модели динамики водоподъема в зависимости от горнотехнических и гидрогеологических факторов, позволяющей осуществлять прогноз уровня шахтных вод и скорости водоподъема.
-
Обоснование новой технологической схемы мониторинга процесса затопления угольных шахт, способствующей оптимизации расположения объектов-наблюдения.
Методы исследования.
Для решения поставленных задач осуществлено обобщение и сравнительный анализ значительного объема результатов исследований гидродинамики закрывающихся шахт. При обработке данных использовались методы математической статистики, математического моделирования, структурной геометризации углепородного массива.
Научная новизна работы
Доказано, что изменения пьезометрической поверхности шахтных вод носят, как правило, дискретный характер с разновекторными гидравлическими градиентами, что необходимо учитывать при организации мониторинга процесса затопления шахт.
Разработана классификация объектов затопления по горно-геологическим условиям их местонахождения.
Показано, что повышение эффективности мониторинга процесса затопления возможно только на основе геометризации затапливаемого углепородного массива с учетом его техногенной нарушенности.
Построены математические модели процесса затопления шахты, в основу алгоритмов которых положены разработанные принципы классификации данных объектов и выявленные закономерности динамики водоподъема.
Научные положения, выносимые на защиту
1. Методология мониторинга процесса затопления шахт, основанная из
геометризации зон углепородного массива по скорости водоподъема V, исполь
зуемой в качестве интегрального показателя характера происходящих гидроди
намических процессов.
2. Пространственно-временная модель пьезометрической поверхности
шахтных вод, отражающая функциональную зависимость скорости водоподъема
от совокупности горно-геологических показателей участка затопления и фильт
рационных свойств пород в зонах водопроводящих трещин.
3. Методические подходы к проектированию системы мониторинга процес- '
са затопления шахты и созданию геоинформационной системы ликвидации гор
ного предприятия позволяющие осуществлять прогнозные оценки водоподъема
и его экологических последствий.
Практическая значимость работы
Разработанные методические принципы создания мониторинга процесса-затопления шахты позволяют за счет выбора рациональной схемы расположения объектов наблюдений оптимизировать его структуру и повысить эффективность его функционирования.
Предложенный метод прогноза параметров водоподъема по локальным участкам затопления позволяет принимать управленческие решения по его регулированию.
Разработаны рекомендации по созданию системы информационного обеспечения маркшейдерского, мониторинга затопления шахт на всех этапах существования горного предприятия.
Полученные методические и технологические разработки внедряются на шахте им. Ильича Луганской областной дирекции Управления реструктуризации угольной отрасли.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается результатами большого объема данных наблюдений по 34 объектам гидромониторинга, их соответствия фундаментальным положениям горной геомеханики и гидрогеологии, корректностью используемой для прогноза динамики затопления математической модели. Оценка достоверности прогнозных оценок, проведенная на материалах маркшейдерского мониторинга в условиях шахт Стахановско-Брянковского региона Донбасса, показала высокую сходимость расчетных и фактических параметров (ошибка не превышает 23%).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях Украинской инженерно-педагогической Академии в 1998-2001 г.г., Международном научном семинаре «Экологические проблемы энергетики и ресурсопользования» (Луганск, 2000), Международной научно-практической конференции «Відродження Донбасу" (Луганск, 2001), научных семинарах кафедры маркшейдерского дела Донецкого национального технического университета и кафедры геодезии Национального-университета «Львівська політехніка" в 2001-2002 г.г.
Полученные научные положения, методические и технологические разработки положительно оценены на техническом семинаре с участием специалистов Ленинской геологоразведочной экспедиции (г.Брянка) в 2003 г.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 11 работах, в том числе 4 - в специализированных изданиях, 7 - в материалах конференций различного уровня.
Объем и структура работы.
Фильтрационные свойства пород и режим движения подземных вод подработанного массива
За 200-летний период развития Донбасс превратился в крупнейшую техногенно-геологическую систему.
На рубеже XX -XXI веков в Донбассе эксплуатировались 250 шахт. Глубина большинства шахт достигла 800-1000 м, в отдельных случаях и 1200 м.
В настоящее время в исследуемом Стахановско-Брянковском регионе Восточного Донбасса происходит процесс реструктуризации угольной отрасли, большинство угольных шахт по своим экономическим показателям поставлены н« «мокрую консервацию» или, иначе говоря, затоплены.
Естественная гидрогеологическая обстановка в рассматриваемом регионе в результате шахтной добычи угля существенно нарушена. Произошло коренное изменение природной проницаемости массива каменноугольных пород и гидродинамической структуры потоков подземных вод. Следствием новых гидродинамических условий явилось развитие локально - региональных депрессий уровенной поверхности подземных вод.
К основным горным факторам, обусловившим эти изменения, относятся: -проведение квершлагов и сбоек в процессе добычи угля, что способствовали соединению в единую систему водоносных известняков и песчаникоь, разобщенных в естественных условиях. -проходка штреков резко повысила проницаемость массива в направлении простирания пород. -обрушение кровли над выработанным пространством и образование зоны разуплотненных пород мощностью 15-30 кратной мощности пласта, что значительно повысило водопроводность припластовых зон, в т.ч. и в направлении падения пластов. - усиление взаимодействия поверхностных водных объектов с подземными водами карбонового горизонта из-за разрушения выработками региональных водоупоров.
Все эти факторы определяют специфический характер дренирования подработанного массива пород. Вдоль отработанных угольных пластов формируются крутопадающие линейные зоны осушенных пород, приуроченных к водопроводящим пластам (песчаникам и известнякам)
Таким образом, горный массив в зоне горных работ в гидрогеологическом плане представляет собой сложную систему крутопадающих водоносных горизонтов, гидравлическую связь между которыми можно считать совершенной по квершлагам до нулевой по линейным осушенным зонам [1, 10].
Интенсивное ведение горных работ в исследуемом регионе привело к следующим отрицательным воздействиям на породный массив: - дренирование водоносных горизонтов каменноугольных и четвертичных отложений привело к снижению уровней подземных вод и созданию депрессионных воронок глубиной до 300-800 м и протяженностью около 10 км. На полях старых шахт сформировались локальные, но глубокие (до 1000 м) депрессионные воронки [1,2]. -уменьшение целостности и устойчивости углепородного массива, коэффициент нарушенности выработками в среднем равен 26% [3,19,20]. -возникло практически необратимое состояние пород в зонах обрушения; -произошло смещение границ зон активного, замедленного и затрудненного обмена подземных вод и активности их взаимосвязи с поверхностными гидрографическими объектами; - изменение условий миграции подземных газов и водных потоков, их смещение к зонам горных работ [4].
При выводе шахты из эксплуатации и постановке ее на «мокрую консервацию» прекращаются водозаборные и водоотливные работы, происходит процесс восстановления естественного уровня подземных вод.
При этом возникает ряд проблем, связанных с изменением прочностных свойств подработанных породных массивов, повышением уровня подземных шахтных вод, вызывающего изменение гидродинамических условий в массивах шахтных полей, примыкающих к долинам рек и балок.
Как отмечается данными инженерных служб [5-8], в результате затопления горных выработок шахт региона коренным образом изменилась гидрогеологическая характеристика шахтных полей. Движение подземных вод в этот период носит неустановившийся характер с переменными параметрами градиентов и скоростей фильтрации [9, 17]. При изменении уровня подземных вод во время затопления шахты изменяется скорость фильтрации и расход подземного потока, эти изменения могут быть вызваны влиянием искусственных и естественных факторов, в том числе откачкой воды на соседних работающих шахтах.
Сами коренные породы исследуемого региона представляют собой слоистую, трещиноватую среду с анизотропными механическими свойствами[12,16,18]. Трещины и напластования, являясь поверхностями ослабления, играют значительную роль при формировании процесса сдвижения и фильтрационного потока. По ним происходит расслоение пород, сдвиги и скольжения отдельных блоков. Кроме того, они служат путями для движения подземного потока [12, 18].
После работ по проведению и очистной выемке вокруг выработки возникают зоны повышенных напряжений растяжения и сжатия, которые приводят к деформации и сдвижению пород подрабатываемой толщи.
Академик Авершин С.Г. отмечает, что для прогноза гидрогеологического режима и определения возможности ведения горных работ под водоемами, необходимо иметь представление о механизме процесса сдвижения горных пород в толще подрабатываемого массива. Развивая эту мысль, проф. Сыроватко М.В. утверждает, что гидрогеологический прогноз обязательно должен основываться на маркшейдерских наблюдениях за сдвижением и деформациями горных пород [3]. Следовательно, необходимы прогнозные очертания контуров зон обрушения, трещин и связного прогиба, которые образуются над выработанным пространством при управлении кровлей полным обрушением [11-16].
Объекты маркшейдерского мониторинга
Нами были проанализированы параметры формулы (1). Как было показано ранее, оценка Qj, , qi и Кзап приблизительна, не учитывается влияние глубины разработки, литологического состава пород, системгл разработки, структурного разделения массива и других факторов.
Объем затопляемых выработок Yj определяется в границах предполагаемой депрессионнои воронки по данным маркшейдерских съемок, как произведение площади выработок, измеренной планиметром, м2, на среднюю мощность пласта на этой площади, м. Автором проанализирован исследуемый затопляемый массив по характеру расположения выработанного пространства пластов. Были выполнены совмещенные гипсометрические планы по шахтам «Замковская» (рис. 1.4) и «Брянковская». По профильным линиям вкресг простирания пород были построены разрезы через 500 м в масштабе 1:10000.
Для анализа методики (1) и определения сроков затопления горизонтов и шахты в целом, были построены совмещенные разрезы рабочих горизонтов по исследуемым шахтам. Шахтное поле отработано неравномерно как по площади, так и по высотным горизонтам, что, как правило, и происходит в практике горного дела.
Выполнены совмещенные разрезы рабочих горизонтов шахты «Замковская» с указанием отработанных пластов. Определены (таблица 1.1) по формуле (1) сроки затопления отдельных интервалов, ограниченных рабочими горизонтами шахты «Замковская» с учетом замеренных шахтных водопритоков по горизонтам и отдельным пластам. Таблица 1.1 Расчет сроков затопления горизонтов шахты " Замковская" горизонтов Рабочие пласты Интервал затопления, м Суммарный объем очистных и подготовительных выработок, тыс. м3 Шахтный водопри-ток по горизонту, м /час Коэффициент заполненияKjau Срок затопления, месяц
Суммарное время заполнения депрессионной воронки шахты до горизонта 140м (отметка 100), рассчитанное по формуле (1) составит, таким образом, 81.3 месяца или 6.8 лет. Однако из фактических данных результатов мониторинга по отдельным объектам следует, что через два года после начала затопления шахты по большей части объектов мониторинга абсолютная отметка уровня воды превышает 100м. Кроме того, выявлено, что процесс протекает крайне неравномерно и разброс отметок шахтной воды, измерянных в гидронаблюдательных скважинах, составляет: на начало наблюдений : 135-95 = 40м; на конец наблюдений: 129-118= 11м.
По гидронаблюдательным объектам шахт им. Ильича и « Брянковская» с шахтоучастками картина затопления еще более неоднородная, что обусловлено большим количеством отрабатываемых пластов и сложными горно-геологическими условиями.
Из сравнения отметок объектов наблюдения этих смежных шахт видно, что отметки уровня шахтных вод стремятся к сближению лишь к концу срока затопления депрессионной воронки через 2-3 года.
Отсюда очевидно, что принимать в целом объем выработок и шахтный водоприток по горизонтам, с применением формулы (1) при существующем мозаичной картине отработанного массива некорректно и это неизбежно приведет к неточности в прогнозных оценках затопления. В настоящее время при затоплении шахт, к формуле (1) вновь обращаются для прогнозирования динамики процесса затопления [51-54]. Авторы [51] делают вывод об определяющем значении при расчете времени затопления двух факторов: величины водопритока и перетока вод на соседние шахтные поля. Так как не анализируются водопритоки по отдельным горизонтам, коэффициент заполнения берется усредненно, эти выводы требуют уточнения. Кроме того, авторы не учитывают влияние зон обрушения и зон водопроводящих трещин на фильтрационные свойства пород и на прогноз уровня воды.
В работе [54] приведена систематизация процессов затопления и подтопления в зоне ликвидируемых шахт, определяющим фактором принят пьезометрический уровень шахтной воды в стволе. Отмечен прогнозный неравномерный подъем, ускоренный по стволам. С выводами о периодичности и неравномерности затопления массива можно согласиться, но в то же время, как указывают и сам:: авторы, большие изменения геологической среды требуют разработки адекватных рекомендаций по оценке процесса затопления.
Суммируя сказанное, отметим, что вышеприведенные эмпирические формулы прогнозного расчета затопления массива по горизонтам и шахте в целом, не достаточно адекватно отражают изменение фильтрационных параметров массива при мокрой консервации шахты.
Горнотехнические и гидрогеологические параметры зон водопроводящих трещин (ЗВТ)
Максимальная отметка поверхности 235 м. в юго-восточной части, понижается рельеф к долинам рек до отметок 125 - 130м.
Площадь описываемых шахтных полей в структурном плане находится в пределах Калиновской синклинали, осложненной более мелкими пликативнымч формами, которые представляют собой чередование антиклинальных ч синклинальных складок, имеющих субширотное простирание. Падение пород в центральной части складок пологое 4-7 градусов, на крыльях - до 40 градусов. Пликативные структуры осложнены разрывными нарушениями типа надвигов с амплитудами до 15-20 м., наиболее крупные до 200 м.
В исследуемый регион входят следующие угольные шахты: Шахта "Брянковская" с шахтоучастками сдана в эксплуатацию в 1898 г., в 1947 году была произведена ее реконструкция. За время ее эксплуатации отрабатывались пласты Каменской, Алмазной, Горловской свит: ks кб , к7, її ,1г1 ,h, І4,Ь ,1б ,h, шз, ,m4,. m5 m6.
Размер шахтного поля составляет 12 КВ.КМ., по падению 2000 м, по простиранию -3000 м. Шахта "Криворожская" сдана в эксплуатацию в 1890 г., реконструирована в 1950, за время эксплуатации отрабатывались пласты Алмазной и Каменской свит: , к3 ,к4 к5 ,к6 ,к7, ,1і ,Ь ,Ь U,h 4б Брянковский блок шахты вскрыт двумя центрально-сдвоенными вертикальными стволами: скиповым № 6 бис и клетевым № 6, пройденными на гор.300 м. и двумя ступенями уклонов вскрыт гор.550м.
Гончаровский блок (шахта 11 РАУ) вскрыт центально-сдвоенными наклонными стволами, пройденными по пласту Шз до гор.ЗЗОм (абсолютная отметка -135м.).
Криворожский блок вскрыт двумя вертикальными центрально-сдвоенными стволами и одним отнесенным стволом, пройденными до гор.455 м. (отметка -256,7м), уклонами по пласту к3 вскрыт горизонт 685 м. (отметка — 486.8).
Все шахты Брянковского блока соединены между собой капитальными горными выработками. В 1996 году шахта с шахтоучастками затоплена. Шахта «Замковская» сдана в эксплуатацию в 1957г. За время ее эксплуатации отрабатывались угольные пласты Каменской свиты: к7, к6, к5,1 4, кзк3. Размеры шахтного поля по падению 2000 - 2500 м, по простиранию 5500 м. Сбоек с соседними шахтами «Замковская» не имеет. В пределах шахтного поля на глубинах от 40 до 125 м. расположены старые затопленные шахты.
Поле шахты вскрыто двумя центрально - сдвоенными стволами: - скиповым и клетевым, пройденными до гор.200 м. (абсолютная отметка +30м.) двумя наклонными стволами, пройденными по пласту кб, двумя ступенями уклонов и горизонтальными квершлагами на гор. 140,200,260,330м.
Шахта им. Ильича сдана в эксплуатацию в 1896 г., в 1947 году была произведена ее реконструкция. За время ее эксплуатации отрабатывались пласты Каменской, Алмазной, Горловской свит: кз,к5»кб к7, h\ 1з,Ц,, U U Ь"» 1&в5піз. В 1998 году шахта затоплена. Размер шахтного поля составляет 17 кв. км, по падению 2000 — 3000 м, по простиранию 2500 -3200м.
Поле шахты вскрыто центрально - сдвоенными стволами: скиповым и клетевым, пройденными до гор.710 м. (абсолютная отметка — 540 м.).
Одновременно на шахтах, как правило, отрабатывалось 1- 3 пласта. Средние глубины углевыдачных горизонтов 200-700 м. Работы велись в уклонных полях, выборочно по наиболее производительным пластам. До 40% вскрытых запасов консервировалось. Управление кровлей велось методом полного обрушения.
На рассматриваемой площади подземные воды заключены в четвертичных и каменноугольных породах. Водоносные горизонты, заключенные в четвертичных отложениях, не выдержаны по мощности и простиранию и практически не влияют на обводнения горных выработок шахт.
Водоносными среди пород карбона являются трещиноватые песчаники и известняки. Водоупорами обычно служат глинистые и песчаные сланцы. Отдельные водоносные горизонты обычно гидравлически взаимосвязаны. Эта связь. осуществляется в местах с повышенной тре щи но вато сти как водоносных, так и водоупорных пластов, а именно: в принадвиговых зонах, над выработанным пространством горных выработок, а также в местах замещения водоупорных литологических разностей водопроницаемыми. Кроме того, такая связь может осуществляться по стволам некачественно затампонированных скважин, засыпанных вертикальных стволов.
По условиям накопления и циркуляции подземные воды каменноугольных отложений относятся к типу пластово-трещиноватых. В связи со складчатым залеганием пород в районе и чередованием водоносных слоев с водоупорами, горизонты зачастую обладают напором, что подтверждается случаями самоизлива из отдельных скважин.
Наибольшей водообильностью характеризуются водоносные горизонты, залегающие в зоне выветривания и зоне интенсивной циркуляции подземных вод, нижняя граница последней находится на глубине порядка 200-300 м.
Наиболее выдержанными и водообильными водоносными горизонтами в рассматриваемом регионе являются известняки Kg ,К7,К4 ,К4 ,Mj ,L7 ,LA Л З Л-\ И песчаники: Kg ,sK , K7SK7, K5sK6, K6sK5 K5sK6 Kssk4, K3SK3, L4 SI3, L3SI3, L7SI7, Ljsli. Водопритоки по полям шахт колеблются в пределах 30-350 м3/ час. Горные выработки исследуемых шахт на протяжении всего процесса затопления подработанного массива служат основной областью разгрузкч подземных вод. Они трансформируются в область питания и транзита подземных вод. Формирующиеся в пределах шахтного поля подземные и шахтные воды могут разгружаться в долине рек Лозовая и Камышеваха, а также в устьевых частях впадающих в них балок.
Особенности и интенсивность разгрузки шахтных вод в долинах рек определяется пространственным расположением горных выработок, наличием старых горных работ, фильтрационными свойствами пород, слагающих кровлю и почву горных выработок и размерами зон водопроводящих трещин в выветрелой зоне.
Компоновочные и конструктивные решения по технологии маркшейдерского мониторинга с геометризацией массива
В контуре зон водопроводящих трещин техногенного происхождения формируются трещины как нормально секущие, так и трещины напластования, изменяющие режим движения подземных и шахтных вод и их фильтрационные свойства.
В условиях крупно-трещиноватых пород в непосредственной близости от периферической поверхности водоприемника, какой является обрушенное пространство, возможно проявление турбулентного режима фильтрации, каковой предполагает величину коэффициента фильтрации свыше 130м/сутки.
Так как максимальный коэффициент фильтрации был получен лишь в трещиноватых породах на глубине 100 м и был равен 3,10 м/сутки, в песчаниках 1,0 м/сутки [22], и учитывая также относительно небольшой объем зон обрушения и фактор времени, принимаем в своем исследовании ламинарный режим движения подземных вод, подчиненный закону Дарси.
Высота зоны водопроводящих трещин (ЗВТ) распространяется на высоту, зависящую, как было показано в главе 1, от литологического состава толщи, соотношения мощности слоев аргиллитов и алевролитов к общему размеру толщи и горно-технических факторов. Проявления трещиноватости и водопроницаемости в разных породах значительно разнятся [10,14,15,16, 23]. С целью повышения качества прогноза водоподъема и учета изменения водопроницаемости пород, рассмотрим основные закономерности формирования ЗВТ и коэффициента фильтрации Кф в этих зонах.
Отмечена зависимость Нзвт от длины очистной выработки, гидравлической составляющей, отнесенной к пределу прочности пород на сжатие, угла падения пород, вынимаемой мощности пласта, величины А, характеризующей отношение суммарной мощности аргиллитов и алевролитов к мощности коренных пород исследуемой толщи, мощности и свойств непосредственной породы кровли пласта. В работе [15] фильтрационные свойства пород подработанной толщи определены по результатам наблюдений за потерей промывочной жидкости из геологоразведочных скважин, выявлено, что Нзвт прямо пропорционально вынимаемой мощности пласта и обратно пропорционально мощности слоя породы, залегающей в непосредственной кровле пласта. Кроме того, отмечено, что присутствие в кровле угольного пласта водоупорного слоя мощностью более Юме количеством глинистого вещества 40% служит водоупором. К таким слоям могут быть отнесены аргиллиты или глинистые сланцы. Исследуемый нами регион может быть отнесен к 3 типу по классификации Хохлова И.В.: массив пород сложен чередующимися слоями небольшой мощности и в подработанной толще нет мощных водоупоров.
Выполним исследование и анализ возможной высоты ЗВТ по отрабатываемым пластам шахт Стаханово - Брянковского региона по методикам [23,15,14,16].
В нашем исследовании откажемся от ее использования, так как в ней не учитываются важнейшие параметры кровли пласта. Характеристики угольных пластов и высоты ЗВТ, полученные по выше приведенным методикам, приведены в таблице 3.4
Анализ значений высоты зон водопроводящих трещин показывает, что методики №2 и №4 дают завышенные показатели Нзвт по отношению к « Правилам охраны . . .», кроме того в методике №2 учитываются такие факторы, как длина очистного забоя, мощность пласта, которые выступают в нашем исследовании равнозначными.
Методика № 3 Хохлова И.В. учитывает важнейшие факторы формировани." ЗВТ, опробована экспериментально на большом количестве наблюдений и значения высоты ЗВТ соотносимы с значениями « Правил охраны . . .», что и дает основание использовать ее при моделировании водоподъема по исследуемому региону.
Учитывая результаты расчетов из таблицы 3.4, а также повышенную тектоническую нарушенность исследуемого массива, при построении математической модели динамики затопления высоту ЗВТ рассчитываем с учетом литологического состава и мощности пород непосредственной кровли. В случае повторных подработок величина Н звт определится в соответствии с [16]. За границу зоны изменении фильтрационной способности пород исследуемой стратифицированной толщи условно принимаем параболическую кривую, огибающую на вертикальном разрезе зону трещин и разломов, проведенную под углами сдвижения пород.
В ЗВТ, как показывают испытания [15, 32] происходят значительные изменения водопроницаемости пород. Испытания водопроницаемости пород подработанной толщи проводились в 1960 - 1980-х годах отделениями ВНРІМИ на ряде угольных месторождений путем опытных нагнетаний и наливов воды в комплексе с геофизическими методами в скважины, пробуренные на исследуемый массив [15, 32,71]. Данный вид исследований водопроницаемости пород обеспечивает сохранение естественной структуры и условий залегания испытываемых слоев пород с их пористостью и трещиноватостью, влияющей на фильтрационные свойства-массива в целом.
