16.01.2021

Способы осушения месторождений


Наличие воды в породах уменьшает их прочность и устойчивость.

Если порода состоит из весьма тонкозернистого песка, то при насыщении ее водой она полностью теряет свою прочность и устойчивость и приобретает плывучие свойства. В практике горных работ такие породы принято называть плывунами.

Наличие значительного количества воды в породах уменьшает связность и трение частиц пород и способствует образованию оползней.

Кроме того, присутствие воды в породах затрудняет ведение горных работ. В этом случае влажная порода налипает на ковши экскаваторов, уменьшая их производительность.

При наличии воды в породах забойные и отвальные железнодорожные пути вязнут, что создает угрозу для работы железнодорожного транспорта.

При мокрых мягких породах невозможна установка экскаваторов в забоях и укладка рельсовых путей.

Налипание влажной породы на ленты конвейеров и стенки думпкаров ухудшает эксплуатацию конвейеров и затрудняет разгрузку на отвале думпкаров.

В зимнее время на откосах уступов образуются наледи, создающие производственные затруднения.

Только при относительно сухих породах могут быть созданы нормальные производственные условия, поэтому предварительное и текущее осушение или дренаж обводненных месторождений имеют первостепенное значение.

Целью осушения является обезвоживание вскрышных пород и угольного пласта и снижение уровня напорных грунтовых вод в породах, залегающих в почве угольного пласта. Кроме того, в задачи осушения входит также ограждение карьера от поверхностных вод и атмосферных осадков, которые могут служить причиной затопления карьеров.

Осушение месторождений производится: штольнями, шурфами, штреками, канавами, траншеями, специальными скважинами и другими дренажными горными выработками. Во всех случаях осушения вода из дренажных выработок удаляется устройством естественного стока из штолен, траншей, скважин или откачкой насосами из шахт, скважин и шурфов.

На угольных карьерах различают поверхностный, подземный и комбинированный способы осушения.

Поверхностный способ осушения производится при помощи канав, траншей, горизонтальных дренажных скважин и водопонизительных скважин.

Для осушения угольных месторождений канавы применяют в тех случаях, когда горизонт грунтовых вод находится близко от поверхности и заключен в породах, обладающих хорошей водоотдачей.

Канавы располагают так, чтобы они охватывали карьер с трех сторон, препятствуя тем самым стоку воды в карьер. Дно канавы заглубляют по возможности в водоупорные породы; поперечные размеры и уклон канавы устанавливаются в зависимости от притока воды и свойств пород, по которым проходят канавы.

Хорошо отдающие воду крупнозернистые гравелистые пески и трещиноватые скальные и полускальные породы допускают иногда использование для целей осушения вскрышных пород разрезные траншеи, которые принимают в себя воду из бортов, откачиваемую затем со дна траншей на поверхность.

Иногда для повышения эффективности осушения бортов траншей, породных и угольных уступов пробуриваются при помощи специальных буровых станков горизонтальные дренажные скважины диаметром 200 мм, которые в условиях песчаных пород и пластов бурого угля дают хорошие результаты по осушению.

Для осушения угольных месторождений в настоящее время применяются водопонизительные скважины (на Богословском, Волчанском и др. месторождениях).

Водопонизительные скважины бурятся с поверхности до осушаемого слоя породы и оборудуются для откачки воды штанговыми поршневыми или специальными так называемыми глубинными насосами, которые работают будучи погруженными в воду.

В зависимости от глубины водопонизительной скважины, притока воды в нее, типа и габаритных размеров насоса рассчитывается диаметр скважины.

При бурении в мягких породах водопонизительные скважины закрепляются обсадными трубами, внутри которых устанавливается фильтр.

Фильтр водопонизительной скважины представляет собой металлическую трубу, на поверхности которой высверлены круглые или прорезаны щелевидные отверстия (перфорированная труба), общая площадь которых должна быть в пределах 20—25% от наружной поверхности трубы.

Кольцевое пространство скважины между опущенной в нее перфорированной трубой и обсадными трубами засыпается мелкозернистым гравием и крупнозернистым песком.

После устройства фильтра обсадные трубы извлекаются на поверхность.

На рис. 18 показана конструкция фильтра водопонизительной скважины из перфорированных труб с засыпкой гравием.
Способы осушения месторождений

Размер отверстий в трубе и диаметр зерен гравийно-песчаной засыпки устанавливаются в зависимости от крупности частиц породы водоносного слоя.

Внутренний диаметр фильтра определяется наружным диаметром находящегося в нем насоса или всасывающей трубы.

Водопонизительная скважина с глубинным насосом погружного типа представлена на рис. 19.

Этот насос вместе с двигателем помещен в водонепроницаемый корпус и вследствие этого может работать под водой.

Производительность таких насосов 1,5—3,3 м3/мин при напоре 75—80 м. Наружный диаметр насосов этого типа от 280 до 420 мм. Так как между внутренними стенками фильтра и наружным диаметром насоса должен быть зазор не менее 20 мм, то внутренний диаметр фильтра должен быть от 320 до 460 мм.

Диаметр фильтра в водопонизительной скважине, оборудованной насосом непогружного типа АТН, будет несколько меньше — от 250 до 390 мм; диаметр нагнетательных труб здесь колеблется от 210 до 350 мм.

Насосы ATH имеют двигатель, устанавливаемый над устьем скважины, а самый насос — внизу под водой; двигатель и насос соединяются вертикальным валом. Изготовляются насосы ATH для напора 85—100 м при производительности 30— 170 м3/час.

Водопонизительные скважины применяются для осушения глубоко залегающих водоносных горизонтов; в частности, их используют для снижения напора и обезвоживания подугольных водоносных песков к Подмосковном бассейне и на Ермолаевском карьере.

Так как водопонизительные скважины могут быть оборудованы фильтрами на всей глубине, то при наличии нескольких водоносных горизонтов последние могут осушаться одновременно.

Подземный способ осушения заключается в проведении по угольному пласту (реже по пустым водоносным породам) сети подземных выработок — дренажных штреков, сообщающихся с поверхностью через штольню или ствол дренажной шахты.

Для организации подземного способа осушения проходится одна (рис. 20), две или несколько дренажных шахт, от которых чаще по пласту угля проходятся штреки с уклоном к стволу.

Направление дренажных штреков выбирается таким, чтобы главные из них проводились по наиболее низким отметкам, например, по оси мульды; второстепенные дренажные штреки или бремсберги при наклонном залегании пласта проводятся от главных штреков к ближайшим участкам, требующим быстрого осушения.

Последовательность осушения карьерного поля подземным способом следующая.

Сначала осушается та площадь карьера, на которой будут проходиться капитальная и разрезная траншеи. Примерно за один-полтора года до окончания проходки траншей и до начала эксплуатации карьера должно быть начато проведение дренажных выработок и осушение на той площади карьерного поля, которая подлежит отработке в первый год эксплуатации.

По мере отработки указанной площади должны быть развернуты осушительные работы на площади второго года эксплуатации и т. д.

Дренажные штреки, пройденные в осушаемом угольном пласте или в другом водоносном слое, являются достаточно эффективным устройством для того водоносного горизонта, в котором они находятся. Для осушения же выше- и нижележащих водоносных слоев применяются забивные фильтры в кровлю и почву пласта (рис. 21 и 22), сквозные фильтры и понижающие колодцы.

Все эти подземные дренажные устройства применяют для осушения глубоко залегающих водоносных горизонтов.

Забивной фильтр (рис. 23) служит для осушения водоносных горизонтов, залегающих на небольшой высоте или глубине от штрека, и представляет собой железную трубу диаметром 42—75 мм, состоящую из отдельных звеньев, соединяемых между собой при помощи муфт.

Для установки забивного фильтра необходимо предварительно пробурить скважину в надугольных глинах при помощи бурового станка (рис. 24).

Бурение скважин производится двумя рабочими, один из которых нажимает на длинное плечо рычага, а другой при помощи хомута вращает инструмент. Бурение скважины заканчивается при подходе бура до водоносного горизонта на расстояние не более 10—15 см, затем буровой инструмент из нее извлекают и сразу же, во избежание выноса песка, устанавливают фильтр.

Фильтр вставляется в скважину и при помощи рычага залавливается в водоносный горизонт так, чтобы в нем находилась вся перфорированная часть. Производительность забивных фильтров различна и доходит до 5 м3/час, причем, как показала практика, наибольшее количество воды дают фильтры в первые часы его работы; после достижения наибольшего значения производительность фильтра постепенно уменьшается до тех пор, пока горизонт не будет осушен полностью. Время действия фильтра до полного осушения колеблется от 2—3 месяцев до года. Забивные фильтры устанавливаются обычно на расстоянии 10—50 м друг от друга.

Для снижения напора подугольного водоносного горизонта применяют, кроме забивных фильтров в почве пласта, так называемые понижающие колодцы, представляющие собой вертикальную выработку глубиной 4—5 м сечением 1,5х1,0 м. Крепление колодца деревянное — сплошное или на бабках — с затяжкой стенок горбылями. Проходка колодцев ведется обычным способом.

Сквозные фильтры устраиваются в буровых скважинах, пройденных с поверхности до подземной дренажной выработки и пересекающих таким образом все вышележащие водоносные горизонты. Скважины для сквозных фильтров проходят при помощи буровых станков через всю толщу вскрышных пород. Глубина скважины зависит от глубины подземной выработки, так как скважина выходит непосредственно в эту выработку. Скважины закрепляются обсадными трубами диаметром 150—300 мм.

В обсадную трубу вставляется фильтр, после чего скважину добуривают уменьшенным диаметром до кровли дренажного штрека, куда будет стекать вода, а фильтр будет стоять в скважине, опираясь внизу на выступы ее стенок.

Сквозные фильтры употребляются диаметром от 56 до 150 мм с диаметром отверстий в перфорированной части трубы от 10 до 19 мм и с общей площадью отверстий в пределах 15—20%.

По своей конструкции различают сетчатые, проволочные и гравийные фильтры.

В сетчатых фильтрах перфорированные трубы покрываются специальной металлической (медной или бронзовой) сеткой, в проволочных — те же трубы покрываются вместо сетки обмоткой проволоки толщиной 2—3 мм с промежутками в 1—2 мм между витками.

В гравийных фильтрах перфорированные трубы опускаются в скважину и затем кольцевое пространство между обсадными трубами и перфорированными заполняется гравием с постепенным поднятием обсадных труб.

Приток воды из сквозного фильтра может достигать 200 м3/час. Сквозные фильтры целесообразно применять при наличии в толще вскрышных пород нескольких водоносных горизонтов, разделенных между собой угольным пластом, по которому пройдены дренажные выработки и водонепроницаемыми породами.

При осушении буроугольных месторождений сквозные фильтры закладывают через 50—100 м, в то время как забивные устанавливаются через 10—50 м. Это объясняется большой стоимостью устройства сквозных фильтров и большим радиусом их действия.

Комбинированный способ осушения заключается в одновременном применении на одном и том же угольном месторождении подземного и поверхностного способов дренажа. При наличии, например, в толще вскрышных пород нескольких водоносных горизонтов, обводненного угольного пласта и напорных вод в почве пласта применяют водопонизительные скважины, оборудованные глубинными насосами, и сеть подземных выработок с дренажными устройствами (сквозными и забивными фильтрами).





Яндекс.Метрика