 |
Подработка водных объектов.
|
|
|
|
Проблема разработки месторождений полезных ископаемых под водными объектами становится с каждым годом все острее. Это объясняется, с одной стороны, открытием и разведкой ряда месторождений под крупными водными объектами, в том числе под морями и океанами, с другой — интенсивным строительством ирригационных сетей, каналов, водохранилищ, прудов, шламонакопителей и других подобных сооружений.
При решении задачи отработки месторождений под водными объектами рассматривают обычно два вопроса:
1) предотвращение опасных поступлений воды и насыщенных водой пород в горные выработки;
2) обеспечение сохранности и нормальной эксплуатации подрабатываемого объекта.
Наиболее сложен и ответствен первый вопрос, так как он связан с безопасностью работ в шахтах и рудниках. Условия ведения горных работ под водными объектами, расположенными на земной поверхности, регламентируются законодательными актами (например, “Правилами охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях”, “Правилами безопасности”), в частности, значениями безопасной глубины работ под водными объектами.
При этом под безопасной глубиной разработки под водными объектами понимается минимальная глубина, при которой зона водопроводящих трещин, образующаяся над выработанным пространством, не достигает нижней границы водного объекта, т. е. не создается условий для прорыва воды и затопления горных выработок.
Безопасную глубину горных работ под водными объектами определяют из выражения
Нб = Кб m,(21.3)
где Кб — коэффициент безопасности, выбираемый из соответствующих таблиц “Правил” в зависимости от состава и свойств горных пород, угла падения пластов, значения и размеров водного объекта; m — вынимаемая мощность пласта.
|
|
|
Значения коэффициентов Кб, приведенные в «Правилах», установлены преимущественно опытным путем и в связи с этим предпринимаются попытки обобщить результаты подработки и создать единую, объективную методику определения безопасных условий выемки полезных ископаемых под водными объектами.
Перспективным подходом в этом направлении является классификация водных объектов, исходя из характера гидравлической связи их с подземными водами коренных пород. При этом все водные объекты подразделяются на две группы:
1) объекты на водоупорном основании;
2) объекты на водопроводящем основании.
Подработка водного объекта, относящегося к первой группе, за пределами зоны опасного влияния не приводит к существенному увеличению притока воды в горные выработки.
При подработке водного объекта, относящегося ко второй группе, за пределами той же зоны гарантируется предотвращение внезапных прорывов воды и затопления шахты, но не исключается возможность постепенного нарастания притока за счет фильтрации по водоносным горизонтам, получающим питание на выходах под водный объект. Иногда такие притоки по мере развития горных работ могут быть значительными.
Зоной опасного влияния водного объекта считают участок, выемка полезного ископаемого в пределах которого может повлечь за собой недопустимое увеличение притока воды в горные выработки, а в определенных условиях — прорыв воды и затопление выработок.
Границы зоны опасного влияния строят от границ водного объекта по углам разрывов d¢, b¢, g¢. Нижней границей зоны опасного влияния водного объекта является горизонт безопасной глубины.
При таком подходе подработка водных объектов проходит, как правило, благополучно. За последние десятилетия извлечены многие миллионы тонн угля под такими относительно крупными реками в бывшем СССР, как Воркута и Аяч-Яга в Печорском бассейне, Челы и Большая Анжера в Кузнецком бассейне, Виашер и Сухой Кизел в Кизеловском бассейне, Северский Донец и Нижняя Крынка в Донбассе, Западный Буг и Рата во Львовско-Волынском бассейне, Цаки-Квара и Маки-Квара на Ткварчельском месторождении и др. Под морским дном ведут работы в Великобритании, Канаде, Чили, Японии и др.
|
|
|
Для предотвращения опасных поступлений воды в горные выработки применяют различные профилактические мероприятия, как на земной поверхности, так и в подземных выработках.
В тех случаях, когда водные объекты имеют ограниченный расход или запас воды, бывает целесообразно отвести их или перекачать из них воду за пределы влияния горных работ. Воду в небольших ручьях и балках с водотоком пропускают иногда по специальным лоткам или трубам. Появляющиеся трещины тщательно тампонируют.
В качестве горных мероприятий применяют различные способы закладки выработанного пространства, камерно-столбовую систему разработки, гармоническую отработку пластов и другие меры.
Вопросы охраны ирригационных сетей и каналов, источников водоснабжения и других подобных объектов решают обычно для каждого объекта с учетом конкретных условий. При решении этих вопросов рассчитывают возможные потери воды из водных объектов вследствие фильтрации ее в горные выработки, которая может происходить как непосредственно через зону водопроводящих трещин над выработанным пространством, если она достигает границ водного объекта, так и через проницаемые слои и зоны, связывающие водный объект с зоной водопроводящих трещин.
Особую осторожность следует проявлять при отработке под водными объектами калийных и каменных солей. Опыт подработки водных объектов, накопленный в угольной промышленности, имеет здесь ограниченное применение, так как угольные шахты располагают, как правило, мощными средствами водоотлива и относительно легко справляются с небольшими дополнительными притоками.
В соляных рудниках, где нет водоотлива, даже небольшие притоки воды могут привести к крупным авариям. Следует помнить также, что разрабатываемые пласты соли часто залегают в породах, поддающихся растворению, как и сами пласты.
|
|
|
Предохранительные целики.
Наиболее надежной мерой защиты и охраны объектов и сооружений от вредного влияния подземных горных разработок (но подчас наименее экономичной) является оставление предохранительных целиков.
Установление оптимальных размеров предохранительного целика представляет собой сложную и ответственную инженерную задачу. Известны случаи, когда целики недостаточных размеров вызывали большие повреждения сооружений, чем отработка запасов без оставления целиков.
Вместе с тем оставление излишних запасов в целиках ведет к неоправданным потерям полезного ископаемого и наносит значительный ущерб народному хозяйству.
Оставление целиков существенно нарушает технологию добычи полезного ископаемого и ритм работы горного предприятия. Особенно это ощутимо при высокой степени механизации добычных процессов, так как переход горных работ через оставляемый целик связан с увеличением непроизводительных монтажных работ.
Вообще предохранительные целики оставляют под сооружениями только в тех случаях, когда другие меры охраны технически невыполнимы или нецелесообразны по технико-экономическим соображениям.
В соответствии с «Правилами охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. М, Недра, 1981, 288 с.» целики оставляют при ведении горных работ выше горизонта уже упоминавшейся “безопасной” глубины, определенной на основе опыта или расчета для различных видов сооружений в зависимости от их назначения, конструктивных особенностей, размеров, технического состояния, установленного оборудования и т. д.
При оставлении предохранительных целиков предусматривают, как правило, не полную защиту сооружений, а только защиту их от разрушительных деформаций, т. е. при этом сооружения должны попадать за пределы опасной зоны мульды сдвижения (рис. 21.4), определяемой углами сдвижения. Для особо ответственных сооружений, в том числе для глубоких (свыше 600 м) вертикальных стволов шахт, целики строят по граничным углам.
|
|
|
|
Рис 21.4. Определение границ опасной зоны мульды сдвижения.
1 — мульда оседания, 2 — график горизонтальных деформаций, 3—охраняемый объект.
Под построением целиков следует понимать определение границ, до которых можно вести горные работы, не вызывая недопустимых повреждений в охраняемых объектах или прорыва воды в горные выработки.
Обычно границы предохранительных целиков определяют на вертикальных разрезах линиями пересечения почвы пластов с плоскостями, проведенными под углами сдвижения (или граничными углами) через границы охраняемой площади. При определении границ охраняемой площади контур объекта ограниченных размеров в плане заменяют описанным прямоугольником, стороны которого параллельны направлениям падения и простирания пласта (на рис. 21.5 прямоугольник абвг). Такое направление сторон прямоугольника обусловлено тем, что углы сдвижения в «Правилах охраны сооружений...» задаются по простиранию и падению пласта (залежи).
|
Рис21.5.Построение предохранительного целика способом вертикальных разрезов.
I — разрез вкрест простирания пласта, II — разрез по простиранию пласта; III — план.
Параллельно сторонам полученного прямоугольника строят предохранительную берму, внешние границы которой являются границами охраняемой площади (на рис. 21.5 прямоугольник а'б'в'г'). Берма обеспечивает некоторый запас надежности охраны объектов с учетом погрешности определения углов сдвижения. Размеры берм принимают в зависимости от значимости объекта и его чувствительности к деформациям земной поверхности. Так, в “Правилах охраны сооружений...” ширина бермы для вертикальных шахтных стволов, в том числе и слепых, принимается равной 20 м, для шурфов — 10 м, для технических скважин глубиной более 500 м — 15 м, для скважин глубиной менее 500 м — 10 м. Для зданий и сооружений ширина бермы определяется в зависимости от допустимых деформаций или категории охраны объекта.
Построение предохранительных целиков для объектов ограниченных размеров.
Построение предохранительных целиков производят графически или графоаналитически на планах, разрезах и проекциях на вертикальную плоскость в масштабах 1:2000 и крупнее. При этом применяют в основном следующие способы:
* вертикальных разрезов (сечения),
* перпендикуляров,
* проекций с числовыми отметками (изолиний).
При построении целика по способу вертикальных разрезов вокруг охраняемого объекта строят контур охраняемой площади. Затем через центр этого контура проводят оси O1O2 и O3O4, параллельные линиям падения и простирания залежи (пласта), и по ним строят разрезы (см. рис. 21.5). На разрезы проектируют границы охраняемой площади (точки а, б, в, г) и от этих границ под углом сдвижения j в наносах и b, g и d в коренных породах проводят линии до пересечения с почвой залежи (пласта). Точки пересечения этих линий с почвой залежи (точки А, Б, В и Г) являются границами предохранительного целика в направлении построенных разрезов. Полученные границы целика, спроектированные с разрезов на план и соединенные между собой, образуют в общем случае искомый контур предохранительного целика на плане (трапеция АБВГ). В тех случаях, когда горизонтальная линия, проведенная на уровне безопасной глубины разработки на разрезе вкрест простирания, пересекает целик, нижней границей целика является линия пересечения горизонта безопасной глубины с почвой залежи (линия ДЕ).
|
|
|
|
|
|
