SU1710747A1 - Способ создани искусственного водоема на угленосной площади - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горному делу и позвол ет уменьшить затратына создание водоема (В) и охраны водных ресурсов. Отработку угольного пласта ведут на участ/ке, расположенном под наибольшим понижением рельефа земной поверхности (ЗП). Дл  исключени  проникновени  воды из водоносных отложений (ВО) в горную выра-ботку соблюдают условие Hg>& Н^, где Hg - рассто ние между отрабатываемым .пластом и ВО; Н^ - высота зоны водо- провод щих трещин. До начала отработки пласта ведут выемку покрывающих пород и ВО в пределах участка, ограниченного поверхностью естественного откоса. При этом должно выполн тьс  условие ^ =h-inj,, где ^ - ожидаемое оседание ЗП; h - наименьша  сезонна  глубина залегани  зеркала, вод; й1„- мощность грунтов, покрывающих водоносный горизонт. Допустимую глубину в устанавливают из соотношени  r?h| ++ (h4o,l8 cosV-Sinf)^'^ где Ьз -i = «максимальна  глубина водного сло , при которой происходит зарастание дна В; h(. - высота сечени  рельефа на плане ЗП, где производитс  оконтуривание зоны затоплени ; ra,j - вынИ^лаёма  мощ* ность i-го пласта из п пластов, отработка которых вызывает затопление ЗП; Oci - средний угол падени  угольных пластов. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к горному делу, предназначено дл  обеспечени  водохоз йственного использовани  территорий , затопл емых грунтовыми водами вследствие ведени  подземных горны пород, и может быть использовано в угольной промышленности дл  создани  искусственных водоемов при подработке зон распространени  вод четв ртичных аллювиальных отложений.

Известен способ водохоз йственного использовани  подработанной территории , заключающийс  в прогнозировании ее оседани  и затоплени , сн тии на Участке предполагаемого затоплени  плодородного сло  почвы и использовании образовавшейс  затопленной мульды сдвижени  в качестве искусственного водоема. Нелостатком этого способа  вл етс  ухудшение качества вод при их филь трации из водоносного горизонта в водоем через горные породы, залегающие на водоносных отложени х. Кроме того отсутствуют рекомендации по допусти мой глубине водоема, что приводит при малой глубине к его высыханию или зарастанию, т.е. к выходу из эксплуатации . Известен также способ сЪздани  искусственного водоема в мульде сдВижёни , заключающийс  в прогнозировании ее границ и зоны затоплени , сн тии здесь плодородного сло  почвы и подстилающих его пород, создании бетонного экрана на участках обнажени  этих пород дл  предотвращени  поступлени  из них воды. Недостаток данного способа состоит в большой стоимости и сложности возведени  экрана. Кроме того, при установлении допустимой глубины водо ема не рассматриваетс  погрешность предрасчета оседани  земной поверхнос ти. Это приводит в случа х, когда фак тические оседани  меньше расчетных, к недостаточной глубине, т.е. к зарастанию водоема или к полному отсутствию воды в нем и отсюда к ненужному возведению экрана и излишним материальным затратам. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ создани  искусственного водоема на подработанных территори х , заключающийс  в прогнозировании оседани  и затоплени , земной поверхности , сн тии на участке ожидаемо го затоплени  плодородного сло  почвы и выемке здесь горных пород, залегающих на водоносных отложени х, и самих водоносных отложений за исключением будущего донного сло  водоема. Недостатком этого спосоЬа  вл етс  то, что он не учитывает Формы рельефа и при наличии возвышенностей обусловливает повышенные материальные затраты на выемку грунтов. Другой недостаток способа состоит в неучете возможности утечки воды из водоема в горные выработки. Кроме того, не производитс  выемка указанных горных пород на участке,наход щемс  между границей выхода вод на земную поверхност и границей мульды сдвижени , что приводит к фильтрации их через подвер(- шиес  оседанию слои этих пород и ухуд шению качества вод. Недостатком  вл етс  также отсутствие рекомендаций по допустимой глубине водоема, что при малой глубине имеет следствием выход его из эксплуатации в св зи с высыханием или зарастанием. Целью изобретени   вл етс  уменьшение затрат на создание водоема и охрана водных ресурсов. Указанна  цель достигаетс  тем, что отработку угольного пласта производ т под максимальным естественным понижением рельефа с соблюдением услови  Нц Н, где Hg - рассто ние от кровли пласта до почвы водоносного горизонта; Н - высота зоны водопровод щих трещин над выработанным пространством пЛаста, выемку грунтов осуществл ют в пределах участка, ограниченного поверхностью естественного откоса, на пересечении которой с зеркалом грунтовых вод выполн етс  условие h-m, где - ожидаемое оседание земной поверхности; h. - наименьша  сезонна  глубина залегани  зеркала вод; и - мощность грунтов, покрывающих водоносный горизонт, причем допустимую глубину водоема устанавливают из соотношени  +0,18 cos(x:2 где h. максимальна  глубина водного сло , при которой происходит зарастание дна водоема; высота сечени  рельефа на плане земной поверхности, где производитс  рконтуриваМие зоны затоплени ; вынимаема  мощность i-го пласта из п пластов, отработка которых вызывает затопление земной поверхности 5 Ci - средний угол падени  плас- TOBt Предлагаемый способ от известного следующими признаками: учитываютс  формы рельефа земной поверхности; установлено допустимое рассто ние от отрабатываемого пласта до водоносного горизонта, позвол ющее исключить утечку вод в подземные горные выработки; установлена допустима  взаимосв зь ожидаемого оседани  земной поверхности с глубиной залегани  зеркала вод и мощностью покрывающих водоносный горизонт пород, учет которой дает возможность предотвратить фильтрацию вол через эти породы и ухудшение качества вод; установлена лопустима  глубина вол.оема, исключающа  его зарастание и высыхание . На фиг. 1 и 2 показаны вертикальные разрезы соответственно толщи меж ду отрабатываемым пластом и земной поверхностью и горных пород, слагающих борта и дно искусственного водоема . Способ осуществл ют следующим образом . Чтобы уменьшить материальные затраты на создание искусственного водоема 1 с выемкой грунтов (водоносных отложений 2 и покрывающих их пород 3) и использованием оседаний зем ной поверхности, отработку угольного пласта осуществл ют на участке горной выработки 5, расположенном по наибольшим понижением 6 рельефа земной поверхности. Дл  исключени  проникновени  воды из водоносных отложений 2 в горную выработку соблюдают условие Hg HT-, где Hg - рассто ние между отрабатываемым пластом Л и водоносными отложени ми 2, а Н- -высо та зоны водопровод щих трещин 7 над горной выработкой 5. Чтобы избежать фильтрации воды из водоносных отложений 2 в водоем 1 че рез покрывающие водоносный горизонт и подвергшиес  оседанию породы 3 мощностью Гор,, выемку этих пород и водоносных отложений осуществл ют (до начала отработки угольного пЛаста k) в пределах участка 8, ограниченного поверхностью естественного о коса 9, в точках пересечени  .10 Аоторой с зеркалом 11 грунтовых вод в период наибольшего сезонного подн ти  последних выполн етс  условие h-m. Чтобы избежать зарастани  и высыхани  водоема, максимальную глубину его на период самого низкого сезонного положени  зеркала 12 вод подбирают из услови  +0,18 г h,+ которое при отработке одиночного пла ста вынимаемой мощностью m (см. фиг. 1) п|зиобретает вид +Jhct0,l8 . Приведенные выше услови  получены следующим образом. Hg должно превышать высоту Hf, поскольку в противном случае зона водопровод щих трещин достигает водонос-, ного горизонта, вода отсюда поступает в очистную выработку и водоем осушаетс  ., Условие h-m следует из фиг.2, так как при невыполнении этого услови , т.е. при смещении границ (бортов ) водоема в сторону больших оседаний ( h-m) и выемке водоносных отложений и покрывающих их пород в ; пределах этих границ, вода после сдвижени  горных пород поступает в водо-: ем через оставленные в его бортовых част х участки покрывающих пород и ухудшает свои качества вследствие засолени . Из фиг. 2 видно также, что r+mg+h+Ah j +mn+mg, (l) где mg - мощность оставл емого в во- доеме донного сло  водоносных отложений; Ah - сезонное опускание зеркала грунтовых вод; р, - ожидаемое максимальное оседание земной поверхности; fflj - мощность водоносных отложений . : Отсюда следует, что r f +in +mg-mg+h+Ah; (2) Известно, что fn,Z-Zn(3) где Z - высотна  отметка земной поверхности до подработки; ZP - наименьша  ожидаема  после подработки высотна  отметка земной поверхности; Z - наибольша  за сезон высотна  отметка зеркала грунтовых вод. Пользу сь параметрами Zp и 2, тро т планы ожидаемого после подраотки рельефа земной поверхности и раницы зон затоплени . Подставл   выражени  (З) и (k) в ормулу (2), получают, что rsZg-Zj -Hn +rag-mg-bh. (5) Очевидно,, что при фактической лубине водоема, равной вычисленной о формуле (5) глубине и превышающей

h, , водоем в центральной части не зарастает и не выходит из эксплуатации. Однако погрешности предрасчета могут привести к тому, что фактическа  глубина окажетс  намНоГо меньше расчетной и водоем высыхает или зарастает за сезон и также выбивает из эксплуатации . Поэтому указанному неравенству целесообразно придать вид k .

(6)

r-SMph ,

где MI

- предельна  погрешность j-ro параметра правой части формулы (5). Но Zg, m, определ ютс  гидрогеологической и геологической разведкой непосредственно на месте строительства водоема, а rag принимаетс  при его проектировании, погрешности этих параметров не имеют существенного значени . Погрешность же ожидаемой высотной отметки может бить весьма значительной (достигает 2-1 м и подлежит об зательному учету. Пог-М , h., п о откуда г h,+M7 . Ъ - п Установлено (), что средн   квад ратическа  погрешность ожидаемой высотной отметки земной поверхности составл ет , t ,+0,l8,|:mtco5Vr, (9) где 1 - угол падени  i-ro пласта. Отсюда, замен   на среднее зна чение 0, получаем, что -Ю,18 cosVZ а предельна  погрешность + 0,18 - (11) Подставл   выражение (11) в нерав ство (8), устанавливаем, что + л|Ьс ...с+0,18 cosVS ;- (12) о 1- Пример. Шахта Долинска  ПО Карагандауголь отрабатывает пласт k (см. фиг. 1) вынимаемой мощностью м на глубине 200-203 м от земной поверхности. Последн   характери

зуетс  достаточно спокойным рельефом, однако имеетс  котловина глубиной до 3 м. Мощность водоносных четвертичных аллювиальных отложений 2 (см. фиг. 1 и 2) составл ет f, м, а рассто ние от кровли пласта k до их почвы - м. На водоносных отложени х 2 залегают суглинки, мощность

которых в котловину равна 1

м

а выше - плодородный слой почвы мощностью 0,3 Mi таким образом, ,3 м. Глубина зеркала грунтовых вод (питьевого качества) после снегота ни  ,3 м, с максимальное понижение их уровн  ДЬ 1 м. Угол падени  пласта 10°.

Claims (1)

1. Ожидаемое в этих услови х максималь ное оседание земной поверхности составл ет 2,95 м. Поскольку здесь „ h, то следует ожидать затоплени  земной поверхности и, следовательно, считат з целесообразным создание здесь искусственного водоема 1. Так как дно котловины достаточно существенно (на 3 м) отличаетс  по высотным отметкам от окружающей территории , то эта котловина  вл етс  наиболее подход щим участком дл  создани  водоема. Расчетна  высота зоны водопровод щих трещин 7 над выработанным пространством пласта А м. Следовательно , условие Hg Н выполн етс  (195 м 120 м). Наибольша  высотна  отметка зеркала вод м, а наименьша  ожидаема  высотна  отметка земной поверхности ,3 м. Расчеты ожидаемых высотных отметок, построение прогнозного рельефа и оконтуривание зоны затоплени  осуществл ютс  с использованием планов земной поверхности масштаба 1:2000 с высотой сечени  рельефа ,5 м. Величина гад прин та равной 1м, В соответствии -с формулой (5) г (80-it78.3+1,3-й-1-1 5 м. hiy в услови х района распространени  вод четвертичных аллювиальных отложений рав ,--, на 2 м. Тогда ,18 2+л|о,,,,7 м. Таким образом, м, т.е. и данное условие создани  водоема 1 выполн етс . Выемку гравелистых песков осуще ствл ют на глубину 3 м, а вышележащие породы вынимают полностью. В пределах участка 8, ограниченного поверхностью естественного откоса 9, проход щей под углом естественного откоса, равным 30°, в точках Пересечени  10 которой с зеркалом 11 грунтовых вод, наход щимс  на глубине 1,3 м от земной поверхности, выполн етс  условие 1,3-1,. Следовательно , граница выемки здесь совпа дает с границей мульды сдвижени . Преимущества преллагаемого способа по сравнению с известным состо т в уменьшении работ по выемке грунтов и предотвращении утечки вод из водоемов в горные выработки, ухудшени  качества вод и выхода водоемов из эк плуатации вследствие зарастани  и высыхани . Экономический эффект от использовани  предлагаемого способа состоит в уменьшении затрат на выемку грун тов и приросте доходов от использова ни  вод дл  нужд народного хоз йства например, дл  разведени  рыбы, и може достичь 108 тыс руб. в год. Формула изобрете.ни  Способ создани  искусственного водоема на угленосной площади, включающий прогнозирование оседани  рельефа земной поверхности, предварительное сн тие грунтов в пределах зо ны вли ни  очистной выемки, очистную выемку угольного пласта и формирование зеркала водоема, о т л и м а ю- щи и с   тем, что, с целью умень ....iv V gg bsas -X :s5 Л.л шени  затрат на создание водсзема и охраны водных ресурсов, очистную выемку угольного пласта ведут под максимальным естественным понижением рельефа с соблюдением услови  Hfc Н-р, где HO - рассто ние от кровли пласта до почвы водоносного горизонта; Ну высота зоны водопровод щих трещин над выработанным пространством пласта , а сн тие грунтов ведут в пределах участка, ограниченного поверхностью естественного откоса, на пересечении которой с зеркалом грунтовых вод выполн етс  усхювие h-m, где ожидаемое создание земной поверхности; h - наименьша  сезонна  глубина залегани  зеркала вод; т, - мощность горных пород, покрывающих водоносный горизонт, причем допустимую глубину водоема устанавливают из соотношени  . + - hg-bO,l8 , - максимальна  глубина водно . го сло , при которой происходит зарастание дна водоема; высота сечени  рельефа на плане земной поверхности, где производитс  оконтуривание зоны затоплени ; вынимаема  мощность i-ro пласта из п пластов, отработка которых вызывает затопление земной поверхности; oi - средний угол падени  угольных пластов. . иг.1

   Й/г.2