Курс лекций по направлению Рудничная гидрогеология

№1

Основные задачи гидрогеологического обслуживания горнодобывающих предприятий

Гидрогеологическое обслуживание горнодобывающих предприятий позволяет получить более полные сведения о распространении, условиях залегания, питания, фильтрационных свойствах и режиме водоносных горизонтов и поведении пород при вскрытии и эксплуатации месторождения. Вновь полученные данные позволят своевременно проводить комплекс мероприятий по планомерному осушению горных выработок и предупреждению их обводнения, которое может возникнуть в процессе эксплуатации месторождения.

Главной целью гидрогеологического обслуживания горнодобывающих предприятий является своевременное их обеспечение материалами, необходимыми для обоснования и проведения технически и экономически рациональной эксплуатации месторождения. Гидрогеологические наблюдения должны способствовать безопасному проведению всех видов горных работ.

Основными задачами гидрогеологической службы горнодобывающего предприятия является:

·                     гидрогеологические и инженерно-геологические наблюдения и исследования;

·                     прогноз возможных изменений гидрогеологических и инженерно-геологических условий месторождения в процессе его эксплуатации, а также возможных водопритоков в горные выработки;

·                     разработка и обоснование мероприятий по борьбе с поверхностными и подземными водопритоками;

·                     прогноз изменения химического состава подземных (шахтных) вод и возможности вредного влияния их на горное оборудование;

·                     определение возможности использования шахтных вод для водоснабжения;

·                     разработка мероприятий по охране источников водоснабжения от истощения вследствие влияния эксплуатации месторождения;

·                     изучение гидрохимических особенностей месторождения с целью выявления новых параллельных или слепых рудных тел;

·                     определение параметров устойчивости полезного ископаемого и вмещающих пород;

·                     исследование возможного влияния используемых систем разработки месторождения на его гидрогеологические и инженерно-геологические особенности;

·                     анализ и обобщение материалов по гидрогеологии и инженерной геологии эксплуатируемого месторождения и разработка мероприятий по рационализации методов гидрогеологических и дренажных работ.

Для выполнения выше отмеченных задач в штате гоологического отдела горнодобывающего предприятия необходимо иметь специалистов соответствующего профиля. Гидрогеологические наблюдения должны проводиться в соответствии с Инструкцией по гидрогеологическому обслуживанию горнодобывающего предприятия, утверждаемой руководством этого предприятия или вышестоящей организацией.

Проведение гидрогеологических наблюдений на действующем руднике

В целях осуществления выше отмеченных задач работники гидрогеологической службы проводят систематические исследования и наблюдения в горных выработках и на поверхности месторождения за режимом поверхностных и подземных вод и физико-геологическими явлениями в пределах шахтного поля.

Гидрогеология месторождения первоначально изучается в ходе геологоразведочных работ одновременно с изучением геологического его строения. В геологическом отчете с подсчетом запасов, представляемом в ГКЗ, вопросам гидрогеологической характеристики месторождения отводится специальная глава, в которой дается описание всех водоносных горизонтов и их состава, устанавливаются статические уровни вод, гидростатические напоры, коэффициенты фильтрации вод в различных породах и т.п. и наконец, вычисляются возможные притоки вод в момент вскрытия месторождения и при развитии работ на нем.

Таким образом, рудничный геолог или гидрогеолог еще до начала подготовки месторождения к эксплуатации располагает необходимой информацией по гидрогеологической характеристике месторождения. Однако на этом не заканчивается изучение гидрогеологии месторождения, оно должно продолжаться, как и изучение геологии месторождения, в процессе его эксплуатации, поскольку в процессе разведки все выводы и заключения по гидрогеологии месторождения делаются на основании ограниченных и не вполне достоверных данных. Это относится и к расчетам ожидаемых притоков вод.

Можно привести многочисленные примеры, когда вычисленные цифры ожидаемых притоков вод в горные выработки оказались заниженными или завышенными в несколько раз, когда не были учтены отдельные обводненные зоны и т. д. Так, проходка ствола шахты Первомайской на Покровском железом руднике проектировалась при притоке 50 м³/ч, в действительности же приток достигал 450 м³/ч, что вызвало значительное увеличение сроков строительства шахты. Разработка Полуночного марганцевого месторождения по проекту должна была производиться при незначительных притоках воды, но в действительности, была встречена обводненная тектоническая зона, вода из которой затопила все горные выработки.

Таким образом, гидрогеологические наблюдения и соответствующая документация должны начинаться уже при вскрытии месторождения и продолжаться на протяжении всего периода его эксплуатации.

В начальный период, перед организацией систематических гидрогеологических наблюдений, рудничный геолог или гидрогеолог обязан собрать и образовать все геологические, гидрогеологические материалы по району и участку месторождения. Это позволит выяснить гидрогеологические особенности месторождения и наметить пути борьбы с рудничными водами. Как показывает опыт, эффективная борьба с подземными водами может быть обеспечена только при условии хорошей организации гидрогеологической службы.

Рудничный геолог или гидрогеолог должен обеспечить систематические гидрогеологические наблюдения при проходке разведочных, капитальных, подготовительных и эксплуатационных выработок. При проходке шахтных стволов рудничный геолог должен точно определить водоприток из каждого пересекаемого водоносного горизонта. Эти данные заносятся в специальные журналы гидрогеологических наблюдений.

При проходке горно-подготовительных и очистных выработок имеется возможность изучить характер и степень трещиноватости и водоносности вмещающих пород, а также степень водоносности рудного тела. Благодаря тщательной документации горно-подготовительных и очистных выработок можно установить основное направление трещиноватости вмещающих пород, выделить тектоническую трещиноватость, изучить характер пустот различного происхождения.

Результаты изучения режима подземных вод в горных выработках могут быть более полноценными, чем результаты, полученные при специальных гидрогеологических исследованиях, так как в горных выработках имеется возможность непосредственно наблюдать за условиями движения вод в водоносных горизонтах, изменением напоров при вскрытии их горными выработками на различных глубинах.

Следует отметить, что сложные гидрогеологические условия, требующие организации специальной гидрогеологической службы и постоянных гидрогеологических наблюдений, имеются не на всех рудниках. Ряд месторождений залегает выше уровня грунтовых вод или вблизи от этого уровня, гидрогеологические условия здесь являются простыми и при их разработке не приходится иметь дело с грунтовыми водами.
Ниже дается классификация месторождений по гидрогеологическим условиям, из которой видно, что эти условия могут быть весьма различными, от самых простых до наиболее сложных.

Группировка месторождений по гидрогеологическим: и инженерно-геологическим условиям
Гидрогеологические и инженерно-геологические условия месторождений твердых полезных ископаемых весьма разнообразны и зависят от многочисленных факторов. Основными факторами, влияющими на обводненность месторождения или инженерно-геологические условия его эксплуатации, являются:

·                     наличие на месторождении или вблизи его границ поверхностных водотоков или водоемов;

·                     мощность и литологический состав пород, напоры воды па кровлю пласта, взаимосвязь водоносных горизонтов;

·                     напоры подземных вод на почву пласта или на нижние горизонты разработок полезного ископаемого;

·                     физико-механические свойства песчано-глинистых пород, степень трещиноватости и тектонической нарушенности вмещающих пород и полезного ископаемого, наличие или отсутствие закарстованности в рудном теле и во вмещающих породах;

·                     степень изоляции полезного ископаемого водоупорными слоями;

·                     характер современного и погребенного древнего рельефа;

·                     принятая система разработки месторождения;

·                     положение месторождения но отношению к местному базису эрозии и отдельным водоносным горизонтам;

·                     положение месторождения по отношению к поверхностным водоемам и водотокам, связь последних с водоносными горизонтами и сильно трещиноватыми, тектоническими зонами и карстами;

·                     физико-географические условия района, определяющие возможность накопления подземных вод;

·                     наличие многолетней мерзлоты или таликов (немерзлой породы), положение месторождения по отношению к мерзлотному массиву и т. п.

Естественно, что при таком разнообразии факторов разработка компактной и удовлетворительной группировки месторождений по гидрогеологическим условиям весьма затруднительна.

По степени сложности и трудности промышленного освоения месторождения подразделяются на четыре группы.

·                     Группа I — месторождения с простыми гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями.

·                     Группа II — месторождения с гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями средней сложности.

·                     Группа III — месторождения со сложными гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями.

·                     Группа IV — месторождения с очень сложными гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями.

Месторождения группы I характеризуются следующими природными факторами:

·                     месторождения залегают выше местного базиса эрозии;

·                     месторождения залегают ниже местного базиса эрозии, но физико-географические и геолого-тектонические условия не благоприятствуют интенсивному питанию и накоплению подземных вод;

·                     водопритоки в шахту шли карьер не превышают 100—200 м³/ч;

·                     породы в горных выработках устойчивы;

·                     месторождения но требуют специальных осушительных мероприятий (Печенга, Коунрадское и др.).

Для месторождений группы II характерны следующие природные факторы:

·                     месторождения расположены ниже местного базиса эрозии;

·                     геолого-тектонические и физико-географические условия благоприятствуют питанию подземных вод;

·                     с поверхностными водотоками и водоемами водоносные горизонты месторождения связи не имеют;

·                     руд о вмещающие породы обычно перекрыты рыхлыми образованиями различной мощности (до 15 м), которые в откосах карьеров подвергаются разрушению;

·                     приток воды в шахту или карьер колеблется от 200 до 500 м³/ч, в связи с чем иногда необходимо проведение комплекса мероприятий по предварительному осушению или снижению напора подземных вод (Алапаевское, Березовское и др.).

Характерными природными факторами для месторождений группы III являются следующие:

·                     геолого-тектонические и физико-географические факторы весьма благоприятны для накопления значительных запасов подземных вод, локализующихся в рыхлых образованиях;

·                     поверхностные водотоки и водоемы расположены вблизи шахты или карьера;

·                     притоки воды в горные выработки достигают 500—1000 м³/ч;

·                     рудовмещающие породы весьма неустойчивы и характеризуются слабой водоотдачей, в связи с чем до вскрытия и эксплуатации месторождения требуется проведение предварительных мероприятий по осушению или снижению напора подземных вод.

Для месторождений группы IV характерны следующие природные факторы:

·                     рудовмещающие породы перекрыты мощной толщей рыхлых образований, обильно насыщенных водой;

·                     водоемы и водотоки расположены вблизи шахтного поля;

·                     притоки воды в горные выработки колеблются от 1000 до 2000 м³/ч;

·                     перед началом горных работ требуется проведение большого объема работ по осушению или снижению напора подземных вод.

По степени сложности гидрогеологических условий в каждой из выше отмеченных четырех групп выделяются типы месторождений с простыми, сложными и очень сложными гидрогеологическими условиями. Ниже приводится краткая характеристика выше отмеченных типов месторождений и отдельных их подтипов.

Месторождения группы I приурочены к песчано-глинистому несцементированному комплексу пород. К этой группе относятся многочисленные месторождения бурого угля (Урал, Украина, Подмосковный бассейн), марганцевых руд (Никополь, Урал), россыпные месторождения золота, платины и других металлов, месторождения огнеупорных глин, кварцевых песков, трепела, фосфоритов, бурых железняков (Урал, Тула, Липецк) и др. Многие из этих месторождений залегают на относительно небольшой глубине и разрабатываются открытым способом, часть месторождений разрабатывается подземным способом. Месторождения рассматриваемой группы подразделяются на три типа.

Тип Iа. К этому типу относятся месторождения с простыми гидрогеологическими условиями, которые определяются залеганием полезного ископаемого выше местного базиса эрозии или физико-географической обстановкой, не способствующей накоплению подземных вод; тектонические нарушения и карсты отсутствуют, поверхностных водоемов и водотоков вблизи, месторождений нет.

При разработке таких месторождений открытым способом водоотлив или не требуется, или он применяется лишь для откачки накапливающихся в карьере атмосферных осадков и небольших притоков грунтовых вод из маломощных водоносных горизонтов, покрывающих месторождение, или из почвы карьера. Образование устойчивых откосов в карьере затруднений не вызывает. При подземной разработке месторождений гидростатический напор в горных выработках не превышает 5—10 м, а общий приток воды в шахту — 100 м³/ч.

Предварительное водопонижение в этих условиях не требуется, специальная гидрогеологическая служба на руднике не организуется.

Гидрогеологическая документация проводится работниками геологической службы и ограничивается регистрацией сбрасываемых рудником вод (по учету времени работы насосов) и простейшими наблюдениями.

Тип Iб. К этому типу относятся месторождения со сложными гидрогеологическими условиями, зависящими от залегания полезного ископаемого значительно ниже уровня подземных вод и от физико-географической обстановки, благоприятствующей пополнению запасов подземных вод; в ряде случаев в толще пород висячего бока имеются обводненные пески, иногда тектонически нарушенные зоны или карсты, но не связанные с поверхностными водотоками и водоемами.

Обводненность этих месторождений значительная и в условиях карьерной разработки приходится применять мощные водоотливные средства для создания устойчивых откосов в карьере и, во избежание в нем оползневых явлений часто ведется углубка карьера с опережением водопонижения.

При подземной разработке таких месторождений гидростатическое давление достигает 5—7 кгс/см³, а приток воды в шахту — 200—200 м³/ч и более.

При наличии тектонически нарушенных зон в пределах их могут создаваться условия, способствующие прорыву воды в горные выработки. Такой прорыв имел, например, место на Полуночном марганцевом руднике в 1948 г. Приток воды в шахту в момент прорыва достигал 3000 м³/ч, а в дальнейшем установился на уровне 500 м3/ч, Для нормальной работы рудника пришлось проводить водононижение. Был создан цех водопонижения, который бурил скважины диаметром до 300 мм; для откачки воды применялись глубинные насосы АТН-10 и АТН-6. Через два года водопонижение составило 60 м, что дало возможность вести эксплуатационные работы в нормальных условиях. На глубине 80 м, с которой ведется откачка воды из скважин, приток воды в настоящее время достигает 300 ми/ч.

Тип Iв. Месторождения этого типа находятся в аналогичных с типом 1б гидрогеологических условиях, усложняемых наличием вблизи от месторождений водотоков или водоемов, связанных с водоносными горизонтами месторождения или с тектоническими зонами.

При разработке таких месторождений приходится иметь дополнительно значительную мощность водоотливных установок в карьере или шахте, а в ряде случаев осуществлять специальные мероприятия по изоляции водоемов от просачивания или прорыва воды в карьер. Притоки воды в шахте при отсутствии специальных мероприятий могут достигать 500—800 м³/ч и более.

В таких условиях находится, например, участок «Тягун» Зыряновского железного рудника Алапаевской группы месторождений железных руд. Здесь доказана связь грунтовых вод участка с протекающей поблизости

р. Нейвой. Для исключения возможности попадания речных вод в горны выработки на этом участке запроектирована проходка скважин, оборудуемых глубинными насосами. Вдоль этой линии будет создана дополнительная депрессионная воронка и воды, поступающие со стороны реки, буду перехвачены этими скважинами.

Естественно, что при разработке месторождений со сложными и особенно сложными гидрогеологическими условиями на рудниках должна быть создана специальная гидрогеологическая служба, осуществляющая водопонижение, регистрирующая уровни грунтовых вод в различны: пунктах месторождения и развитие депрессионной воронки, а также водопритоки в различных выработках и т.п. При отсутствии специального гидрогеологического аппарата в составе геологической службы должен быть опытный гидрогеолог, под руководством которого и при его участии должны проводиться все гидрогеологические наблюдения и специальные работы.

Месторождения группы II приурочены к скальному или полускальному комплексу пород. К этой группе относятся многочисленные месторождения, железных руд (Кривой Рог, Урал, Сибирь), угля (Донбасс, Кузбасс, Урал), цветных и редких металлов, строительного камня и др. Месторождения обычно залегают на различной глубине, часть из них залегает на относительно небольшой глубине или даже выходит на поверхность и разрабатывается или может разрабатываться открытым способом.

Водообильность этой группы месторождений зависит от степени трещиноватости и тектонической раздробленности пород и размеров областей распространения и условий питания водоносных горизонтов и размеров трещинных тектонических зон.

Тип Ι а. К этому типу относятся месторождения с простыми гидрогеологическими условиями, зависящими от физико-географических условий, неблагоприятствующих накоплению подземных вод, от отсутствия вблизи месторождения крупных водотоков и водоемов и пересекающих их крупных тектонических нарушений. Месторождения этого типа часто разбиты на мелкие блоки с ограниченными областями питания водоносных горизонтов.

В условиях карьерной разработки для таких месторождений характерны небольшие притоки вод, обычно довольно быстро дренируемых; первоначальный приток при углубке карьера на новый горизонт сравнительно быстро снижается до незначительных размеров.

При подземной разработке месторождений, находящихся в указанных гидрогеологических условиях, приток воды в шахту не превышает 100 м³/ч.

Тип IIб. Месторождения этого типа характеризуются сложными гидрогеологическими условиями, обусловленными физико-географической обстановкой, благоприятствующей питанию водоносных горизонтов, развитых на месторождении. В ряде случаев рудовмещающая толща включает водоносные пески или трещиноватые карбонатные породы, а также крупные водообильные тектонические зоны.

Обводненность таких месторождений значительная, при вскрытии новых горизонтов в карьере или шахте водопритоки весьма значительные, в ряде случаев в несколько раз превышающие нормальные, которые устанавливаются по истечении того или иного отрезка времени.

Примером месторождений этого типа является Высокогорское железорудное месторождение. В 1952 г. нижней площадкой Высокогорского карьера являлась площадка с абсолютной отметкой +130 м (глубина 90 м). Приток воды в карьер из трещиноватых известняков лежачего бока составлял 200—250 м³/ч. Для дальнейшей углубки карьера в известняках были пройдены дренажные скважины, которые, вскрыли новые водообильные системы трещин. Уровень депрессионной воронки в области карьера повысился, скважины начали фонтанировать и общий приток в карьер повысился до 900 м³/ч. По мере откачки вековых запасов воды приток постепенно снизился и достиг 500 м³/ч; на этом уровне он остается и по настоящее время, хотя карьер дополнительно углублен на 20 м.

Совершенно очевидно, что при разработке месторождений данного типа необходимо постоянно следить за развитием и изменением депрессионной воронки и вести другие основные гидрогеологические наблюдения, для чего на руднике должна быть организована гидрогеологическая служба.

Тип II в. Месторождения этого типа отличаются от месторождений типа II б наличием крупных водотоков или водоемов, в той или иной мере сообщающихся с водоносными горизонтами или с зонами тектонических нарушений. Водообильность таких месторождений весьма значительна. При вскрытии новыми эксплуатационными горизонтами трещиноватых зон здесь также значительно увеличивается приток воды, в связи с чем подготовка новых горизонтов к эксплуатации должна проводиться с необходимой осторожностью при наличии резервных водоотливных средств.

Приток воды в шахту может достигать на месторождениях этого типа 500—600 м³/ч и более.

Месторождения группы III залегают в карбонатных породах, характеризующихся значительной закарстованностью. К этой группе относятся месторождения различных полезных ископаемых — бокситов, никелевых руд, угля (Кизеловский бассейн), гипса, горючих сланцев (Прибалтика) и др., обводненность которых связана с сильно трещиноватыми и закарстованнымн известняками и доломитами.

Тип III а. Сравнительно несложные гидрогеологические условия месторождений этого типа обусловлены, во-первых, залеганием их выше или вблизи от местного базиса эрозии, во-вторых, физико-географической обстановкой, не благоприятствующей пополнению запасов подземных вод. Благодаря отмеченным особенностям первоначальная обводненность месторождений, если она имела место, сравнительно быстро снижается и разработка их осуществляется при ограниченном использовании водоотливных средств. Максимальный возможный приток воды в шахту при разработке месторождений этого типа составляет 150 м³/ч.

Тип IIIб. Сложные гидрогеологические условия месторождений этого типа обусловлены значительным гидростатическим давлением карстовых вод. При разработке месторождений имеют место значительные притоки вод, часто незакономерно повышающиеся при вскрытии новых карстовых зон. В связи с этим при разработке необходимо иметь значительный резерв мощности водоотливных установок.

Тип IIIв. Весьма сложные гидрогеологические условия месторождений этого типа обусловлены залеганием их значительно ниже местного базиса эрозии, среди мощной толщи водоносных закарстованных карбонатных пород. Физико-географическая и геолого-тектоническая обстановка благоприятствует усиленному питанию подземных вод, в пределах месторождения имеются крупные поверхностные водотоки, водоемы и суходолы, область питания известняков характеризуется значительными размерами. На месторождениях развиты крупные тектонические нарушения. Отмеченные особенности месторождений обусловили весьма интенсивную обводненность месторождений, в связи с чем необходимо проводить постоянный специальный надзор за гидрогеологическими условиями и водопритоками в горные выработки. Приток воды в шахту может достигать в условиях этих месторождений 1500 м³/ч.

К группе IV относятся месторождения, залегающие в зоне многолетней мерзлоты; например, место рождения различных полезных ископаемых северной части СССР, залегающие в слое многолетнемерзлых пород либо под этим слоем.

В условиях многолетней мерзлоты гидрогеологические особенности месторождения определяются их положением по отношению к таликам, развитым обычно в мерзлотном массиве, главным образом под крупными реками и водоемами.

Тип IVa. Простые гидрогеологические условия месторождений этого типа обусловлены залеганием полезного ископаемого в толще многолетнемерзлых пород или выше местного базиса эрозии. Некоторое усложнение гидрогеологических условий разработки этих месторождений связано с оттаиванием мерзлотного слоя вблизи от горных выработок, в результате чего притоки воды в горные выработки могут постепенно возрастать.

Тип IVб. Месторождения этого типа находятся в сложных гидрогеологических условиях, обусловленных их приуроченностью к подмерзлотной талой зоне водоносных пород. По этой причине притоки коды в горные выработки здесь значительны и для обеспечения нормальных условий при проходке горных выработок необходимы соответствующие меры борьбы с водопритоками.

Тип IVв. Очень сложные гидрогеологические условия этого типа месторождений обусловлены наличием вблизи них крупных поверхностных водотоков или водоемов, имеющих связь с водоносными горизонтами месторождения. В ряде случаев эта связь возникает в процессе эксплуатации месторождения. Для обеспечения нормальных условий производства горных работ на месторождениях требуется выполнение специальных мероприятий по борьбе с подземными водами.

Из приведенного обзора видно, что гидрогеологические условия многих месторождений являются сложными или весьма сложными, в связи с чем необходимо систематическое их изучение для разработки мероприятий по борьбе с подземными водами и по предупреждению аварийных прорывов воды в горные выработки. Таким изучением, как отмечено выше, занимается геологическая или специальная рудничная гидрогеологическая служба.

№2

Направление работ по изучению гидрогеологических условий месторождений

В карьерах и шахтах, вскрывающих месторождения ниже уровня грунтовых вод, наряду с геологической документацией необходимо производить систематическую гидрогеологическую документацию, детальное изучение общей трещиноватости пород и руд, а также сильно трещиноватых и карстовых зон, последние часто имеют решающее влияние на обводненность месторождений и развитие оползневых явлений в карьерах.

Независимо от степени сложности гидрогеологических условий месторождения в процессе его разведки, а также от геологического и гидрогеологического изучения прилегающего района должны быть с той или иной степенью детальности и достоверности выявлены и уточнены:

·                     площади распространения водоносных горизонтов, условия их залегания, области питания и дренажа, литологический состав слагающих их пород и основные особенности режима подземных и поверхностных вод;

·                     положение месторождения по отношению к ближайшим рекам и водоемам, возможность фильтрации или прорыва вод из них в горные выработки;

·                     размер ожидаемых во до притоков в горные выработки, включая глубокие горизонты месторождения и мероприятия по борьбе с подземными водами;

·                     возможные изменения режима подземных и поверхностных вод в процессе эксплуатации месторождения и связанные с ними изменения водопритоков;

·                     возможности предварительного осушения рудных тел с целью улучшения условий производства горных работ;

·                     возможные варианты расширения водоснабжения предприятия;

·                     инженерно-геологические условия на участке месторождения.

В дальнейшем все полученные данные уточняются на основе специальных гидрогеологических работ, наблюдений при эксплуатационных разведках, систематической гидрогеологической документации в процессе эксплуатации место рождения и стационарных наблюдений за режимом подземных и поверхностных вод.

Гидрогеологические наблюдения в карьере или шахте включают:

·                     систематическую регистрацию общего притока воды, установление сезонных колебаний и других закономерностей количественного к качественного изменения водопритока;

·                     регистрацию водопритоков из отдельных толщ или массивов горных пород, отдельных зон, горизонтов, участков и забоев месторождения, а также выявление закономерности изменения водопритока с глубиной, скорости дренирования водоносных горизонтов, вскрытых горными выработками и дренажными сооружениями;

·                     установление характера водопритоков в отдельных пунктах месторождения и зависимости их от строения пород и тектонической их нарушенности;

·                     регистрацию уровней воды в специальных наблюдательных скважинах, если они на руднике имеются;

·                     регистрацию отметок появления воды в скважинах эксплуатационной разведки, устанавливающихся уровней в них, фактов потери нагнетаемой в скважины воды, наблюдения за развитием депрессионной воронки, возникающей при откачке воды из горных выработок;

·                     установление температур грунтовых вод и степени их минерализации;

·                     регистрацию уровней воды в соседних с карьером или шахтой источниках и водоемах;

·                     изучение сильно трещиноватых и карстовых зон, степени их обводненности, взаимосвязи и связи их с водоемами;

·                     специальное изучение общей трещиноватости руд и пород, слагающих месторождение.

Для выполнения этих задач рудничный геолог или гидрогеолог организует систематическое изучение колебаний уровней воды в специальных наблюдательных скважинах и горных выработках, расположенных в пределах эксплуатируемого шахтного поля и прилегающих к нему участков месторождения.

Рис.1 Наблюдательные скважины

Главное внимание необходимо уделять изучению выходов подземных вод в горные выработки и установлению их приуроченности и тому или иному литологическому горизонту пород. Выходы подземных вод, представляющие наибольший интерес в гидрогеологическом отношении, подвергаются специальному изучению (дебит воды, ее температура и химический состав в различные периоды года).

Все результаты гидрогеологических наблюдений должны фиксироваться в специальном журнале гидрогеологических наблюдений, где отмечаются размеры притоков и характер поступления подземных вод в горные выработки, постепенное увеличение водопритоков в горные выработки или появление значительных масс подземных вод после производства буровзрывных работ.

Наряду с этим в журнале гидрогеологических наблюдений отмечается интенсивность капежа, площадь его распространения и другие водопроявления, устанавливаемые в пределах горных выработок.

Гидрогеологические наблюдения в горных выработках следует сопровождать геологическими зарисовками обнажений в местах выходов подземных вод, отражать эти наблюдения на погоризонтных геологических планах и разрезах.

При наличии па руднике различных дренажных устройств, например дренажных скважин, сквозных и забивных фильтров, колодцев и пр., устанавливают постоянное наблюдение за их дебитом, температурой и химизмом вод. Результаты наблюдений за дренажными устройствами фиксируют в журнале гидрогеологических наблюдений.

Правильное определение водопритоков в горные выработки имеет большое практическое значение, так как на основе этих данных разрабатываются профилактические меры по борьбе с рудничными водами.

Наиболее часто основная масса воды в штреках поступает из груди забоя, а в квершлагах (горизонтальная, реже наклонная, подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность и пройденная по вмещающим породам вкрест простирания пласта полезного ископаемого) обычно из всех частей выработки на всем ее протяжении. Для определения количества воды, поступающей в горные выработки, недалеко от забоя последних проходят неглубокий зумпф, в который собирается вода. Откачка воды из этого зумпфа насосом необходимой производительности позволит определить водоприток в горные выработки за любой отрезок времени.

Другой способ определения дебита подземного источника заключается в устройстве водосливов треугольной, трапецеидальной или прямоугольной формы, в которых замеряют высоту вытекающей струи воды. Таким образом, определяют сечение струи и по таблицам в гидрогеологических и гидротехнических справочниках находят размер дебита.

Размер общего притока воды в карьер или шахту определяют замерами в пункте сброса его из водоотливных труб при помощи водосливов, наполнением сосудов известной емкости, по регистрации времени работы водоотливных насосов (при известной их производительности) или, наконец, по скорости заполнения водосборника при выключении насосов (при известной емкости водосборника или известном его сечении).

Данные систематических определений притока воды в карьер или шахту оформляют в виде графиков, по оси абсцисс которых откладывают те или иные отрезки времени (сутки, недели, месяцы), а по оси ординат— средние притоки воды в карьер за соответствующие отрезки времени. Эти графики отражают сезонные колебания притоков, повышение притоков при вскрытии новых нижележащих горизонтов месторождения или при вскрытии трещиноватых и карстовых зон, а также колебания, связанные с ливневыми явлениями и т. п. Даты этих явлений с указанием их характера отмечают на графиках.

Количество воды, поступающей из отдельных толщ, массивов, зон, участков и забоев, определяют при помощи водосливов или путем приближенной визуальной оценки отдельных притоков, чаще всего в процентах от суммарного притока в карьер. Эти данные можно указывать на графиках общего притока в карьер.

Данные о притоках воды из отдельных толщ, массивов горных пород и отдельных трещинных зон месторождения и сведения о характере истечения воды из них позволяют прогнозировать возможные водопритоки по мере развития горных работ и вскрытия водонасыщенных участков.

Уровни воды в скважинах и колодцах определяют, замеряя хлопушками расстояние до воды от устья этих выработок, а в водоемах регистрируют по специально установленным рейкам. Полученные абсолютные отметки уровней воды в различных точках месторождения на определенную дату оформляют в виде карты гидроизогипс, по которой устанавливается характер депрессионной воронки, связанной с откачкой воды из карьера.

Температуры грунтовых вод в различных пунктах их истечения определяют непосредственным замером, степень минерализации — соответствующими химическими анализами. Измерение температур воды в неглубоких скважинах производят при помощи так называемого родникового термометра, а в глубоких скважинах — специальным глубинным термометром, рассчитанным на большие давления. Для этих целей используют также герметически закрывающиеся термометрические гильзы, в которых помещают ленивые или максимальные термометры. Измерение температуры воды фонтанирующих скважин, а также воды при откачках производят на дневной поверхности путем погружения родникового термометра или термометра без оправы в струю воды.

При гидрогеологических наблюдениях рудничный геолог (гидрогеолог) должен уделить особое внимание изучению гидрогеологических особенностей различных тектонических нарушений (трещин, сбросов и др.), так как они нередко являются местом прорыва напорных подземных вод и плывунов.

При изучении сильно трещиноватых тектонических зон, регистрируют элементы их залегания, мощность и состав пород в пределах этих зон, наличие зияющих трещин, характер истечения воды из этих зон, углы откоса, образуемые породами, слагающими эти зоны, послеживают зоны по простиранию и падению, устанавливают характер взаимного пересечения таких зон в карьере, выясняют наличие их связи с различными водоносными горизонтами и поверхностными водоемами и т.п.

В условиях карбонатных пород тектонические трещинные зоны часто сопровождаются карстами, которые могут быть заполнены обломочным и глинистым материалом или только водой. Объемы таких карстов или серии карстов вдоль трещинной зоны могут достигать многих сотен тысяч, а иногда и миллионов кубических метров, и неожиданное вскрытие их карьером шли подземными выработками может повести к временному затоплению выработок. Поэтому трещиноватые и карстовые зоны старательно прослеживаются и изучаются как в ходе разведочных, так и эксплуатационных работ.

Для установления зон максимальной трещиноватости и закарстованности известняков широко применяются геофизические методы (электропрофилирование, электрозондирование и каротаж скважин).

Изучение трещиноватости пород и установление максимально трещиноватых и карстовых зон имеет большое практическое значение для выяснения характера движения подземных вод, поскольку позволяет при проходке горных выработок заблаговременно принимать профилактические меры против затопления их водой. С этой целью рекомендуется проходку забоя горной выработки опережать скважинами или глубокими шпурами, задаваемыми веерообразно.

При изучении гидрогеологических условий месторождения нельзя ограничиваться только наблюдениями за водопроявлениями в горных выработках рудника. Для многих месторождений количество водопритока в подземные горные выработки находится в прямой зависимости от характера поверхности месторождений. В связи с этим рудничный геолог (гидрогеолог) должен нанести на геологическую карту месторождения все места возможного скопления атмосферных осадков (канавы, ямы, шурфы, карьеры, озера, болота и др.), расположенные в пределах эксплуатируемого шахтного поля.

Таким образом, для правильного определения гидрогеологических условий месторождения необходимо иметь полные данные о водопроявлениях, как в подземных горных выработках, так и на поверхности месторождения.

Последствия добычи полезных ископаемых ниже горизонта грунтовых вод

Последствия добычи полезных ископаемых ниже горизонта грунтовых вод можно разделить на две основные категории.

1. Вода будет поступать в скважины. Притоки в открытый карьер обычно приводят к снижению эффективности работы и увеличению затрат на добычу по следующим причинам:

■ потеря доступа к части карьера из-за затопления и, в некоторых случаях, окончательная потеря возможности добычи полезных ископаемых.

■ влажный и неэффективный процесс бурения и взрыва, который может привести к плохой эффективности взрыва и, в некоторых случаях, к нарушению детонации. Как правило, требуется более интенсивное использование взрывчатых веществ или применение пульп или эмульсий.

■ повышенный износ оборудования, включая повреждение шин, электрических компонентов или даже коррозию оборудования, что приводит к повышению требований к техническому обслуживанию.

■ общее снижение эффективности, что может привести к повышению затрат на погрузку, снижению проходимости и увеличению затрат на перевозку, увеличению расходов на содержание дорожного полотна и, для некоторых типов руды, повышенному содержанию влаги в продукте, которое необходимо регулировать до отгрузки и доставки заказчику.

На рисунках 4a и 4b приведены примеры того, как затопление дна карьера может оказать непосредственное влияние на горнодобывающую деятельность.

Рисунок 4: Неблагоприятное влияние затопления дна карьера на работу и безопасность (Источник: Schlumberger Water Services)

2. Произойдет снижение устойчивости бортов. Присутствие воды неизменно приводит к снижению эксплуатационных характеристик откосов карьера. Давление воды, действующее внутри любых разрывов и поровых пространств в массиве горных пород, снижает эффективное напряжение с последующим снижением прочности на сдвиг массива горных пород.

Либо борт должен быть осушен, либо спроектирован с более низким коэффициентом безопасности, либо выровнен чтобы компенсировать снижение прочности горной массы. При избыточном давлении воды под дном котлована может возникнуть пучение.

На рисунке 5 показан пример негативного влияния грунтовых вод на устойчивость бортов. В данном случае попадание воды из реки слева от фотографии в стену периметра угольной шахты справа от фотографии привело к разрушению стены. Очевидными последствиями разрушения внешней высокой стены являются снижение безопасности, производственные потери и рост затрат на добычу, а также ущерб окружающей среде. В других случаях опасения по поводу устойчивости бортов могут привести к отсрочке или консервации руды и потенциально к потере репутации предприятия или корпоративного имиджа.

Рисунок 5: Пример неустойчивости, возникшей в результате насыщенности борта (предоставлено Тимом Салливаном, Пелсом Салливаном Мейнинком, Сидней)

№3

Гранулометрический анализ рыхлых пород и определение их пористости

Вода в обводненных рыхлых породах заполняет все поры между зернами. Пористость пород , т.е. относительное количество пустот в породе, зависит от размеров и формы слагающих ее частиц (гранул). Поэтому при изучении водоносности пород выясняют гранулометрический состав их, т. е. определяют процентное содержание частиц различного размера. Гранулометрический анализ рыхлых пород дает основание для определения, их фильтрационных (водопроводящих) и физико-технических свойств.

Методы гранулометрического анализа различны. Наиболее простым и широко распространенным методом является ситовый анализ.

Для научения рыхлых пород этим методом необходимо иметь набор сит с отверстиями разного диаметра, например 10, 5, 3, 1,0, 5, 0,25, 0,1 мм. Рыхлую породу помещают на сито с отверстиями самого крупного диаметра, под которым размещены другие сита с отверстиями последовательно уменьшающегося диаметра. При легком встряхивании мелкие частицы исследуемого материала постепенно просеиваются через сита. Самые тонкие частицы рыхлых пород, задержавшиеся на сите с отверстиями самого малого диаметра, обычно промываются водой. После этого частицы, задержавшиеся на ситах с отверстиями различного диаметра, сортируют и взвешивают. Определив вес частиц, различных диаметров и зная исходный вес исследуемых рыхлых пород, можно определить процентное содержание частиц различного диаметра, входящих в состав исследуемой породы.

При изучении гранулометрического состава рыхлых грунтов пользуются также методом, основанным на разнице скорости падения частиц разного диаметра в спокойной или движущейся воде.

Сущность этого метода заключается в следующем. Навеску испытываемой рыхлой породы, предварительно растертую, помещают в сосуде с водой определенного объема и взмучивают, после чего дают возможность осесть крупным частицам. Затем воду с более мелкими частицами, находящимися во взвешенном состоянии, сливают в другой сосуд. Разбавив определенным объемом воды оставшуюся часть материала, снова его взмучивают и потом сливают. Эти операции проделывают до тех пор, пока сливаемая из сосуда вода по будет содержать мути (будет прозрачной). Осевший материал после выпаривания и высушивания взвешивают и определяют весовое отношение частиц разной крупности.

Имеются и другие методы гранулометрического анализа рыхлых пород, описание которых можно найти в специальных курсах по гидрогеологии.

При проведении гранулометрического анализа рыхлых пород принята следующая классификация фракций по диаметрам частиц (в мм):

 

Все результаты гранулометрического анализа регистрируют в специальном журнале и для наглядности представляют в виде графиков. Принцип построения графиков следующий. На оси абсцисс откладывают в определенном масштабе диаметры фракций, а на оси ординат — нарастающую сумму процентных содержаний различных фракций — от мелких к крупным (рис. 10).

По данным гранулометрического анализа обычно судят о степени пористости рыхлых пород, которая зависит от размера зерен, однородности материала, их формы и сложения пород. Ниже приводятся данные о средней пористости различных пород и рыхлых отложений (в %):

№4

Специальные работы по изучению водообильиости глубоких горизонтов месторождения

Большое значение для изучения водообильиости глубоких горизонтов месторождения имеют глубокие буровые разведочные или специальные гидрогеологические скважины. Позональное (с интервалом 50 м) опробование откачкой воды из этих скважин до глубин, доступных современной технике, позволяет установить водообильность глубоких горизонтов месторождения.

Для определения водообильиости глубоких горизонтов месторождения используют также геофизические методы. С этой целью воду в буровых скважинах искусственно насыщают поваренной солью и немедленно после этого производят каротаж скважин. Если в скважине наблюдается движение воды по трещинам, то степень засоления воды будет резко падать, что хорошо фиксируется каротажем.

 
Рис. 116. График зависимости расхода шахтных водопритоков

Насыщение воды в скважине поваренной солью производят с целью обеспечения электропроводности раствора. Количество засыпаемой в скважину соли колеблется от 5 до 50 кг и более, в зависимости от глубины скважины, дебита и скорости потока — при небольших глубинах и малом дебите и скорости потоков требуется минимальное количество соли, при глубоких скважинах и больших дебитах— максимальное. Если глубокие горизонты месторождения не вскрыты разведочными или гидрогеологическими скважинами, степень водообильности этих горизонтов может быть установлена по аналогии с другими сходными месторождениями или методом экстраполяции. Методом экстраполяции для определения ожидаемой водообильности глубоких горизонтов можно пользоваться только в том случае, когда на месторождении будет установлена зависимость расхода шахтных водопритоков от глубины (рис. 116).

Полученные при помощи одного из вышеописанных методов данные о водообильности глубоких горизонтов имеют только предварительный характер. Для окончательной оценки водообильности глубоких горизонтов месторождения необходимо проведение специальных гидрогеологических исследований.

Общий водоотлив

Типовой задачей системы общего отведения воды из карьера является понижение уровня грунтовых вод под контуром подошвы карьера и удаление остаточного просачивания грунтовых вод и поверхностного стока воды внутри карьера. Цель данного раздела – дать общую информацию о водоотливе рудника в контексте устойчивости откосов карьера.

Существует пять широко используемых методов горного водоотлива:

1. Производственные водоотливные скважины

■ В большинстве карьерных систем водоотлива в той или иной форме используются насосные скважины. Они могут быть расположены за пределами карьера (в некоторых случаях на значительном расстоянии), на верхней бровке карьера или на верхних уступах, в середине откоса карьера или в его подошве.

2. Дренажные скважины большого диаметра

■ Для осушения боковых расширений карьера можно использовать горизонтальные или наклонные дренажные скважины. В основном они бурятся в нижней части борта карьера. Поскольку они обычно действуют самотёком, их необходимо увязать с общей системой водоотлива карьера.

3. Водоотливные туннели

■ Там, где позволяет рельеф местности, под горной выработкой можно прокладывать водоотливные туннели для дренажа расположенного выше рудного тела. Как правило, для повышения эффективности водоотлива и расширения зоны действия туннеля необходимо бурение дренажных скважин внутри туннеля. Специально построенные водоотливные туннели обычно прокладываются таким образом, чтобы водоотлив осуществлялся самотёком.

■ Если карьеры расположены над подземными выработками, водоотливные туннели могут прокладываться изнутри выработок.

Многие водоотливные туннели, проложенные из подземных выработок, подразумевают использование насосной системы.

4. Поверхности просачивания

■ Там, где борта карьера состоят из крепких пород, может быть допустимо «неконтролируемое» просачивание воды сквозь борта непосредственно в карьер. Однако, если просачивающиеся потоки имеют большой объём, вода часто является фактором риска, и обычно необходимо использовать отстойники ниже области просачивания в сочетании с водоотливными или дренажными скважинами.

■ В тех случаях, когда гидравлическая связь между соседними карьерами непрерывна, то для осушения одного карьера часто используется соседний карьер.

5. Системы сбора воды и отстойники

■ Обычно на нижних уровнях большинства карьеров имеются отстойники. Отстойники часто служат для сбора и откачки поверхностной воды и остаточной фильтрации подземных вод.

■ На многих предприятиях используется несколько отстойников, часто со вспомогательными отстойниками, расположенными на уровнях выше основного, чтобы не было необходимости откачивать всю воду с самой подошвы карьера.

■ Отстойники часто эксплуатируются вместе с канавами для сбора и отведения поверхностной воды в отстойник. Для отведения грунтовых вод из аллювиальных отложений в верхней части откоса карьера также могут быть оборудованы накопительные канавы, как показано на рис. 1.34.

В системах водоотлива карьеров используется несколько методов «пассивных» барьеров с низкой проницаемостью. В частности, для снижения бокового притока в угольных разрезах обычно применяются шламовые перегородки.

Рис. 1.34: Пример сбора просачивающейся воды в карьере

Рис. 1.37: Поведение грунтовых вод вокруг карьера, с этапа до начала добычи и до периода после закрытия карьера

Снижение давления в откосах карьера и общий водоотлив

Программа снижения давления в откосах карьера направлена на локальное рассеивание порового давления в откосе карьера для улучшения характеристик откоса (увеличение коэффициента безопасности) или снижения затрат на вскрышные работы за счёт увеличения угла наклона откоса.

Снижение давления в откосах карьера и общий водоотлив, безусловно, взаимосвязаны, и во многих рудниках требуется как осушение для повышения эффективности работы, так и снижение давления для улучшения характеристик откоса. Однако есть два важных различия.

1. Программы общего водоотлива рудника направлены на достижение общего понижения уровня грунтовых вод в зоне разработки до уровня ниже контура подошвы рабочей зоны карьера или ниже какого-либо другого целевого показателя. Программы снижения давления в откосах карьера направлены на рассеивание давления грунтовых вод на более локальном уровне, как правило, в чётко определённых местах рудника. Если какой-либо участок откоса карьера связан с проницаемым(-и) блоком(-ами), обычно невозможно достичь требуемого снижения давления без предварительного осушения проницаемого(-ых) блока(-ов).

2. Программы общего водоотлива рудника часто включают откачку большого объёма воды, что требует интеграции системы в общий водный баланс рудника и, возможно, сброса воды за пределы карьера. Программы по снижению давления в откосах обычно подразумевают сравнительно небольшой сброс воды, что означает, что управление сбросом зачастую менее обременительно.

Однако цель программы общего водоотлива или программы снижения давления одинакова: добиться снижения общего напора воды до целевого уровня.

Для программы общего водоотлива определение целевых показателей часто является относительно простым, поскольку они обычно связаны с глубиной карьера в определённый момент времени . Однако необходимая скорость откачки для достижения заданной цели может сильно различаться для разных операций. Для программы снижения давления в откосах определение целевых показателей обычно более сложное, поскольку требуемое распределение порового давления взаимосвязано с геомеханическим поведением массива горных пород, проектными особенностями и характеристиками откоса, допустимым риском и критериями приёмки для данного проекта и эксплуатации рудника .

В некоторых случаях система общего водоотлива может обеспечить необходимое снижение давления в откосе, поэтому нет необходимости в реализации программ, направленных на снижение давления на отдельных участках карьера. Однако для большого количества карьеров требуются дополнительные специальные меры по снижению порового давления на некоторых или всех участках откоса. Это особенно важно, когда борта карьера сформированы неустойчивыми горными породами и когда потеря пиковой прочности на сдвиг из-за давления грунтовых вод является определяющим фактором при проектировании и эксплуатации откосов.

Для рудников, расположенных в водопроницаемых породах, как правило, невозможно добиться необходимого снижения давления в откосах без использования системы общего водоотлива.

Однако для рудников в породах с низкой проницаемостью или в пустыне программа общего водоотлива может не потребоваться, и единственной целью системы контроля грунтовых вод является понижение давления в бортах карьера. В условиях слабого, поддающегося деформации горного массива приток подземных вод может быть очень незначительным, но давление подземных вод может сильно влиять на устойчивость откосов.

Взаимосвязь между общим водопонижением и снижением давления в откосах можно разделить на пять широких категорий (Read & Stacey, 2009). Наиболее важными факторами, контролирующими эту взаимосвязь, являются местные гидрогеологические условия (пункт 4, раздел 1.3.1) и прочность материала, формирующего борта карьера (пункт 5, раздел 1.3.1). Эти категории показаны на рисунке 1.35.

Категория 1: Рудники, расположенные ниже уровня грунтовых вод в проницаемых породах, гидравлически связанных между собой.

Для категории 1 (рис. 1.35a) программа общего водопонижения может достаточно снизить давление во всех откосах карьера, не требуя дополнительных локальных мер по рассеиванию порового давления. Это происходит потому, что предварительное понижение уровня грунтовых вод с помощью скважин вызывает самоточный дренаж поровых пространств в разрабатываемом горном массиве. Если проницаемость породного массива высокая и породы гидравлически связаны между собой, то градиент уровня грунтовых вод внутри борта карьера будет относительно небольшим в результате почти равномерного дренирования породного массива.

Примером данной категории является рудник Кортез Пайплайн в Неваде, где из законтурных и внутрикарьерных водопонизительных скважин в массиве сильно трещиноватых известняковых пород было откачано более 1500 л/с грунтовых вод для понижения их уровня более чем на 500 м в течение 15 лет. Программа водоотлива была направлена исключительно на постепенное понижение уровня грунтовых вод перед углублением карьера. Никаких локальных мер по водопонижению для бортов не потребовалось.

Категория 2: Рудники ниже уровня грунтовых вод, где на некоторых участках встречаются породы с пониженной проницаемостью В категории 2 (рис. 1.35b) по мере понижения уровня грунтовых вод горный массив может не полностью дренироваться на всех участках. Основная часть горного массива и участков проницаема и легко дренируется, но эффективное заблаговременное осушение невозможно на некоторых участках, где изменение или вариации в литологии локально создают более низкую проницаемость. В результате грунтовые воды будут двигаться очень медленно, а давление в некоторых частях горного массива не будет рассеиваться достаточно быстро. По мере углубления горной выработки может потребоваться упреждающее снижение порового давления в пределах всего или части борта с помощью целенаправленных локализованных мер.

Примером этой категории являются северо-восточный и юго-западный борта рудника Слипер в Неваде, где из аллювия и проницаемых вулканических туфов с помощью скважин было откачано более 1300 л/с, но дренаж аргиллитовых пород на некоторых участках борта карьера был плохим, что потребовало локального горизонтального дренажа.

Категория 3: Рудники ниже уровня грунтовых вод с зонами верховодки

В категории 3 (рис. 1.35c), по мере понижения уровня грунтовых вод, на более высоких горизонтах могут появляться зоны подвешенных грунтовых вод (верховодка). Эти зоны могут быть обусловлены менее проницаемыми структурами, подстилающим слоем или изменениями, которые препятствуют вертикальному движению грунтовых вод, и это приводит к росту порового давления, которое не связано с основным массивом грунтовых вод. Такая ситуация в той или иной степени имеет место на многих карьерах после мероприятий общего водоотлива.

Примером этой категории является северный борт железорудного карьера Уэйлбэк в Пилбаре, Западная Австралия. Осушение проницаемых гематитовых пластов является относительно простым при использовании водопонижающих скважин. Однако сланцевые и глинистые породы в верхней части борта не реагируют на осушение гематитовых пластов и сохраняют повышенное поровое давление.

Категория 4: Рудники в трещиноватом горном массиве ниже уровня грунтовых вод, где геологические структуры образуют барьеры для их потока

В категории 4 (рис. 1.35d) горный массив может не дренироваться, поскольку геологические структуры служат препятствием для потока подземных вод, создавая резервуары с водой с высоким поровым давлением. В результате программа общего водоотлива не приводит к рассеиванию давления на всех участках борта карьера.

По мере расширения выработки и приближения к структурным перегородкам, требуются локальные мероприятия для проникновения в эти структуры и отвода воды из них. Большинство крупных карьеров в твёрдых породах имеют структурные перегородки, которые в той или иной степени влияют на напор и движение грунтовых вод. Примерами рудников со структурными перегородками, требующими упреждающих дренажных мероприятий для обеспечения устойчивости борта, являются южный борт рудника Чино в Нью-Мексико и рудник Борон компании Рио Тинто Минералз в Калифорнии.

Категория 5: Рудники выше уровня грунтовых вод, где сезонные осадки приводят к повышенному напору грунтовых вод в верхних стратиграфических интервалах.

Для категории 5 (рис. 1.35e) для устойчивости откоса требуется контроль давления грунтовых вод, даже при том, что карьер полностью расположен выше уровня грунтовых вод. Осадки могут просачиваться и накапливаться в низкопроницаемых слоях и формировать зоны подвешенных грунтовых вод на верхних горизонтах, что приводит к высокому поровому давлению на отдельных участках борта карьера.

Существует множество примеров этой категории в тропических рудниках, где инфильтрация местных осадков может привести к временному или постоянному высокому поровому давлению в формирующих борта породах. Другим примером может быть разработка карьера вблизи отложений погребённого русла (палеорусла) или действующего потока.

Рисунок 1.35a: Категория 1: Рудники ниже уровня грунтовых вод в проницаемых горных породах и при наличии связанных слоёв грунтовых вод

Рисунок 1.35b: Категория 2: Рудники с бортами, сформированными в низкопроницаемых горных породах

Рисунок 1.35c: Категория 3: Рудники с верховодкой

Рисунок 1.35d: Категория 4: Рудники, где структурные перегородки препятствуют снижению давления в откосах карьера

Рисунок 1.35e: Категория 5: Шахты, расположенные выше уровня грунтовых вод

Водный баланс рудника

Оценки или измерения притока воды в карьер обычно включаются в водный баланс всего рудника. Типичная упрощённая схема водного баланса для действующего рудника показана на рисунке 1.36. Для большинства рудников основными зонами водопотребления являются обогатительная фабрика (где потребляемая вода «запирается» в хвостах) и площадки кучного выщелачивания. В тёплом и засушливом климате значительное количество воды может быть потеряно из контура кучного выщелачивания, технологических прудов и пруда с осветлённой водой на хвостохранилище в результате испарения. Во влажном климате, где количество выпадающих осадков превышает потери на испарение, площадки кучного выщелачивания, технологические пруды и хвостохранилища будут накапливать воду. Большинство климатических условий также имеют ярко выраженный сезонный компонент, обычно есть влажный сезон и сухой сезон, и/или период с высоким испарением и период с низким испарением.

В определённые периоды года управление водными ресурсами становится более сложной задачей.

В случаях, когда объём воды, извлекаемый при водопонижении, превышает общее потребление и потери на испарение согласно схеме водного баланса, возникает необходимость сброса воды за пределы рудника. Потребность в очистке воды и/или сбросе за пределы рудника может возникать в течение всего периода эксплуатации рудника или в течение нескольких лет (например, когда водопонижение требуется для предварительных вскрышных работ, но объекты на территории ГОК ещё не построены). Для некоторых рудников необходимость в сбросе воды за пределы ГОК может быть сезонной (например, во влажный сезон или в зимние месяцы), или может возникать только время от времени после экстремальных осадков. Всё больше случаев, когда инженерные решения и затраты, необходимые для управления водными ресурсами и сброса приточной воды из карьера, превышают стоимость самой системы водопонижения карьера.

Влияние системы снижения давления в откосах карьера на водный баланс всего ГОК и объёмы сброса воды за пределы карьера обычно невелико, поскольку большинство специализированных систем снижения давления в откосах производят относительно небольшие объёмы воды. В результате, при планировании программы снижения давления обычно нет необходимости учитывать затраты на последующие работы.

В некоторых ситуациях, когда руднику требуются дополнительные запасы воды, можно создать расширенную программу водоотлива карьера или провести предварительное осушение задолго до дальнейшего углубления горных работ, чтобы создать больший поток воды. Такие условия безусловно благоприятны для снижения давления в откосах, особенно когда речь идёт о выделении необходимого бюджета на программу снижения давления.

Рис. 1.36: Типичная схема водного баланса рудника (Кётэси Лишин, Ирландия)

Гидрогеологические исследования при поисках, разведке и разработке месторождений твердых полезных ископаемых.

Задачами гидрогеологии месторождений полезных ископаемых является не только изучение геолого-гидрогеологических условий месторождений полезных ископаемых, но и рекомендации условий их освоения и разработки.

Месторождения твердых полезных ископаемых встречаются в самых разнообразных геологических структурах, на разной глубине, с разнообразными видами подземных вод. Поэтому, здесь решаются вопросы осушения месторождений, расчет водопритоков в горных выработках, условие водоснабжения их, экология.

Рис. 147. Карта МПИ Казахстана [15]

В связи с этим, можно привести классификацию месторождений полезных ископаемых по геолого-структурным и гидрогеологическим условиям:

1. Месторождения платформенных областей, приуроченные к массивам осадочных пород с порово-пластовыми водами.

2. Месторождения в метаморфических и магматических массивах, перекрытых осадочными породами с порово-пластовыми водами в покровных отложениях и трещинными водами в породах фундамента.

3. Месторождения в массивных метаморфических и магматических породах с трещинными и трещинно-жильными водами.

4. Месторождения в массивах вулканогенно-осадочных пород с трещинными, трещинно-пластовыми водами.

5. Месторождения в массивах ритмического чередования осадочных и метаморфических пород краевых прогибов и мульд с водоносными горизонтами трещинных и трещинно-пластовых вод.

6. Месторождения в массивах закарствованных карбонатных пород.

В зависимости от степени сложности гидрогеологических условий выделены подтипы:

1)                С простыми условиями, когда коэффициент фильтрации изменяется не более чем в 3-5 раз.

2)                Сложные условия, когда фильтрационные свойства изменяются в 10-15 раз.

3)                Очень сложные, когда К_ф изменяется в десятки, сотни раз.

Правильная классификация месторождения во многом определяет выбор видов, объемов, методики работ на предварительной и детальной стадиях гидрогеологических исследований.

Требования к гидрогеологической изученности месторождений.

Также, как и подземные воды, твердые полезные ископаемые имеют категории запасов.

Не вдаваясь в подробности оценки твердых полезных ископаемых, определим гидрогеологические требования к изучению МПИ при различных категориях оценки запасов твердых полезных ископаемых.

Категория А – гидрогеологические и другие природные условия должны быть изучены с детальностью, обеспечивающей получение исходных данных для составления проекта разработки.

Категория В – гидрогеологические и другие природные условия должны быть оценены с полнотой, позволяющей качественно и количественно охарактеризовать их основные показатели и влияние на вскрытие и разработку месторождения.

Категория С₁ – гидрогеологические и другие условия были изучены с полнотой позволяющей сделать предварительную оценку возможного водопонижения.

Категория С₂ – гидрогеологические и другие природные условия оцениваются методом аналогии по другим изученным месторождениям.

При любой сложности гидрогеологических и инженерно-геологических условий на каждой стадии исследований с соответствующей степенью достоверности должны быть изучены вопросы:

1)                Распространение водоносных горизонтов, их состав, условия залегания, области питания и стока, режим.

2)                Влияние будущей эксплуатации месторождения на естественный режим подземных и поверхностных вод.

3)                Проектные водопритоки в горные выработки и методы борьбы с ними.

4)                Условия водоснабжения горнорудного предприятия.

5)                Инженерно-геологические условия разработки месторождения.

Стадии гидрогеологических исследований.

Гидрогеологические исследования на месторождениях твердых полезных ископаемых включают стадии: поиски, предварительную, детальную и эксплуатационную разведки.

Съемка – изучают фондовые материалы в сложных условиях и при плохом качестве материала, проводятся инженерно-геологическая и гидрогеологическая съемка в масштабе 1:200000 – 1:50000. В комплекс работ входит наблюдение за уровнем и расходом подземных вод, их химическим и качественным составом в сложных условиях для оценки типов водоносных горизонтов, проводятся единичные пробные откачки.

Поисково-разведочные работы – является одной из основных в данных исследованиях. Начинается она проведением съемки масштаба 1:50000-1:25000 на платформенных областях и 1:25000-1:10000 в горно-складчатых областях. Съемка может сопровождаться полевыми геофизическими методами.

Глубина гидрогеологических скважин должна быть на 30-50м больше глубины оценки запасов полезного ископаемого, а конструкция соответствовать возможности качественного опробования каждого водоносного горизонта.

Для сравнения однородности пород, каждый водоносный горизонт изучается  одиночной откачкой, которая проводится зонально на каждый водоносный горизонт.

Для определения усредненных гидрогеологических параметров водоносных горизонтов, уточнения граничных условий проводят кустовые откачки в пределах основных геолого-структурных элементов (2-3 на месторождение), для изучения взаимосвязи между горизонтами, получения максимально возможного дебита – групповые откачки. В слабопроницаемых породах проводят наливы или нагнетания. Инженерно-геологические исследования грунтов проводят по керну,  с отбором шламовых проб и с отбором проб на определение физических свойств.

Пробы воды отбирают на полные и сокращенные химические анализы, на определение агрессивности. Наблюдение за режимом подземных и поверхностных вод обычно ведут до одного года.

На стадии детальной разведки более подробно изучают и уточняют количественные и качественные показатели основных водоносных горизонтов, инженерно-геологические условия месторождения. Проводится крупномасштабная съемка 1:10000-1:5000, режим наблюдения не менее 1 года, уточняются параметры граничных условий.

Для некоторых месторождений полезных ископаемых с очень сложными гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями могут проводиться исследования специального характера: (бурение контрольных скважин на месте проходки стволов шахты и проведение в них необходимых исследований пород и воды, уточнение, проверка размещения и конструкций дренажных устройств, обоснование мероприятий по борьбе с водопритоками и др.).

Эксплуатационная разведка – гидрогеологические работы включают в себя наблюдение за режимом подземных вод и за выполнением дренажных работ (выполнение прогнозов по дренажу). Отдельной задачей всех гидрогеологических исследований является изучение режима рудничных вод, на который оказывают влияние и искусственные факторы (система и способы разработки МПИ, способ осушения, виды дренажей, изменение глубины и толщи работ, интенсивность и длительность водоотлива).

При организации работ по изучению режима рудничных вод учитывается опыт таких наблюдений на действующих рудниках. При этом изучают все элементы режима рудничных и подземных вод:

1)                Водопритоки в горные выработки.

2)                Дебиты источников и самоизливающих скважин.

3)                Расход дрен, рек.

4)                Уровни вод в районе действия воронки депрессии, созданной водоотливом из шахты, карьера, а также за их пределами.

5)                Химический состав и температуру вод.

Водопритоки определяются по сумме расходов насосов или у места сброса шахтных вод на поверхность.

Режимные наблюдения проводятся в течение одного года в процессе соответствующей стадии исследования и в течении всего срока эксплуатации.

Обработка материалов гидрогеологических наблюдений

По результатам гидрогеологических наблюдений, проведенных в процессе разведки или эксплуатации месторождения, составляют гидрогеологический отчет. В гидрогеологическом отчете или в разделе по гидрогеологии месторождения общего геологического отчета указывают объемы и методику проведенных гидрогеологических работ, приводят данные об уровнях, химизме и температуре вод всех водоносных горизонтов, динамике изменения режима подземных вод. Кроме того, приводят необходимые сведения об общих водопритоках, величине водопритока на единицу длины горных выработок, изменении уровней различных водоносных горизонтов, а также дают характеристику прорыва подземных вод. В отчете должны найти отражение проведенные мероприятия по осушению горных выработок, данные о режиме подземных вод в связи с расширением фронта горных работ или вскрытием: новых горизонтов месторождения. При обработке материалов гидрогеологических наблюдений необходимо определять ожидаемый водоприток в горные выработки, коэффициент фильтрации различных пород, устойчивость горных выработок, предельное снижение статических уровней, радиус влияния депрессионной воронки, связь дебита и понижения уровня вод.

Для большей наглядности полученных выводов текстовую часть отчета необходимо иллюстрировать различными графиками и схемами, характеризующими гидрогеологические особенности месторождения. Например, можно показать зависимость водопритока в горные выработки от времени года, что позволит установить степень участия атмосферных осадков в обводнении горных выработок.

На топографическом плане месторождения необходимо показать гидрографию месторождения, с указанием данных о расходе постоянных водотоков при их максимуме и минимуме, а также отметить естественные выходы подземных вод.

 
Рис. 117. Геолого-технический разрез гидрогеологической скважины

Общее геологическое строение месторождения должно быть представлено на геоморфологических и литологических картах и разрезах. На последних, должна быть отмечена литология и водоносность пород, слагающих данный разрез.

Для каждой гидрогеологической скважины обычно составляют геолого-технический разрез, на котором строят геологическую колонку скважины, с указанием ее конструкции, глубины обсадки, тампонажа, цементации и т. п. (рис. 117). На этом разрезе по данным наблюдений за уровнем и температурой воды в скважине с правой стороны вычерчивают график колебаний уровня воды при углубке скважины и график температуры воды. Кроме того, на разрезе составляют графики, характеризующие выход керна и потери промывочных вод в зависимости от глубины скважины.

Сведения о пробных откачках представляют в виде:

·                     специальных журналов откачки скважин;

·                     графика восстановления уровня воды в скважине непосредственно после откачки;

·                     графика колебаний динамического уровня воды и дебита во время откачки в зависимости от времени, а также кривой дебита скважины.

Расчет притока на основе базовых решений в программе ANSDIMAT.

Расчет притока подземных вод в карьер осуществляется по базовым зависимостям для напорного, безнапорного, напорно-безнапорного пласта и водоносного комплекса с перетеканием. В расчете учитывается влияние границ фильтрационного потока: границ обеспеченного питания и непроницаемых границ. Рассматриваются полуограниченные и ограниченные в плане пласты: пласт-полоса, пласт-квадрант, круговой пласт.

Для расчета используется диалоговое окно "Приток в карьер". В окне изображена схема (разрез и план), в которой расположен карьер, и предлагаются поля для ввода параметров, необходимых для расчета притока. Программа также может определить понижение в карьере при задании предполагаемого притока. При вводе данных о притоке (поле "Q, м^3/сут") и времени (поле "t, сут") используйте одновременное нажатие клавиши SHIFT (или CTRL) и кнопки мыши для пересчета значения в другую единицу измерения.

Окно вызывается через главное меню "Калькулятор гидрогеолога > Притоки > Приток в карьер" или через кнопку "Основные уравнения", находящуюся во вкладке "Приток в карьер" диалогового окна "Карьер" (см. кнопку "Карьер" на панели управления программы AMWELLS).

Рис 3. Примеры диалогового окна "Приток в карьер": безнапорный неограниченный в плане пласт с инфильтрационным питанием (а), напорно-безнапорный пласт-полоса (б) и безнапорный пласт с наблюдательной скважиной (в).

Рис 4. Примеры диалогового окна "Приток в карьер": несовершенный карьер в напорном однослойном пласте (а) и в двухслойном комплексе (б).

Таблица

Пояснительная таблица к диалоговому окну "Приток в карьер"

Поле "Q, м^3/сут"	Информационное поле для отображения результата вычисления притока в карьер. При вводе притока определяется понижение (поле "so"). Поле блокируется, если радиус влияния рассчитывается по величине инфильтрационного питания или по понижению в наблюдательной скважине
Поле "so, м"	Понижение в карьере
Поле "ɛ, м/сут"	Инфильтрационное питание. Используется при определении радиуса влияния через инфильтрационное питание
Поле "Q', м^3/сут"	Дополнительный приток в карьер. Используется для кругового пласта с непроницаемой границей
Поле "s, м"	Понижение в наблюдательной скважине. Используется при определении радиуса влияния через понижения в карьере и наблюдательной скважине
Поле "k, м/сут"	Коэффициент фильтрации водоносного пласта. Для несовершенного карьера – коэффициент фильтрации по горизонтали Нажатие левой кнопки мыши и клавиши SHIFT – пересчет проводимости в коэффициент фильтрации Нажатие клавиши INS – равенство коэффициентов фильтрации по горизонтали и вертикали (при доступности поля "kz") При наведение курсора на заголовок поля – подсказка со значением проводимости для заданных значений
Поле "kz, м/сут"	Вертикальный коэффициент фильтрации водоносного пласта. Используется для несовершенного карьера Нажатие клавиши INS – равенство коэффициентов фильтрации по горизонтали и вертикали
Поле "B, м"	Параметр перетекания. Используется для водоносных комплексов с перетеканием
Поле "H, м"	Напор, отсчитанный от подошвы водоносного пласта. Используется для напорно-безнапорного пласта
Поле "m, м"	Мощность напорного водоносного пласта или начальная обводненная мощность безнапорного пласта
Поле "k2, м/сут"	Горизонтальный коэффициент фильтрации нижнего водоносного пласта. Используется для несовершенного карьера в двухслойном комплексе Нажатие левой кнопки мыши и клавиши SHIFT – пересчет проводимости нижнего пласта в коэффициент фильтрации При наведение курсора на заголовок поля – подсказка со значением проводимости нижнего пласта
Поле "kz2, м/сут"	Вертикальный коэффициент фильтрации нижнего водоносного пласта. Используется для несовершенного карьера в двухслойном комплексе
Поле "m2, м"	Мощность нижнего водоносного пласта. Используется для несовершенного карьера в двухслойном комплексе
Поле "ro, м"	Расчетный радиус карьера. Задается вручную или рассчитывается (см. рамку "Радиус карьера")
Поле "lo, м"	Глубина вскрытия водоносного пласта
Поле "R, м"	Радиус влияния. Задается вручную или рассчитывается (см. рамку "Радиус влияния"). Используется для неограниченных в плане пластов Для кругового пласта – радиус круга
Поле "r, м"	Расстояние от центра карьера до наблюдательной скважины. Используется при определении радиуса влияния через понижения в карьере и наблюдательной скважине
Поле "Lo, м"	Расстояние от центра карьера до границы для полуограниченных пластов, пласта-полосы и пласта-квадранта
Поле "L, м"	Ширина пласта-полосы
Поле "L'o, м"	Расстояние от центра карьера до второй границы пласта-квадранта или до центра круга для кругового пласта
Список "Водоносный пласт"	Выбор водоносного пласта: напорный, безнапорный, напорно-безнапорный, двухслойный пласт. Приток в несовершенный карьер по степени вскрытия может учитываться при выборе напорного пласта, безнапорного пласта и двухслойного пласта
Флажок "Перетекание"	Включение дополнительного притока воды за счет перетекания из нижележащих слоев. Перетекание рассматривается для всех выше перечисленных пластов (см. список "Водоносный пласт")
Список "Граница"	Выбор границ фильтрационного потока (неограниченный, полуограниченный, пласт-полоса, пласт-квадрант, пласт-круг) и типа граничных условий (I род, II род). Например, "Полуограниченный I" – полуограниченный пласт с границей обеспеченного питания, "Пласт-полоса II-II" – пласт-полоса с непроницаемыми границами. Для несовершенного карьера границы не рассматриваются
Рамка "Радиус карьера"	Содержит опции для расчета радиуса карьера по его площади, периметру и протяженности
Список	Выбор способа расчета радиуса карьера: вручную, по площади, по периметру и по отношению ширины к длине карьера. Формулы расчета см. в таблице предыдущего раздела
Поля "Площадь", "Периметр"	Площадь (периметр) карьера, по которой определяется расчетный радиус карьера. Используются для карьеров невытянутой формы, у которых отношение ширины к длине больше 0.5
Поля "Длина", "Ш / Д"	Длина карьера и отношение ширины к длине карьера. Используются для карьеров вытянутой формы, у которых это отношение меньше 0.5
Список "Радиус влияния"	Расчет радиуса влияния для неограниченных в плане пластов: вручную, через величину инфильтрационного питания, по нестационарной зависимости и по известному понижению в наблюдательной скважине
Рамка "Нестационар"	Определение радиуса влияния по пьезопроводности (поле "a") или водоотдаче (поле "Sy " или "S") и времени (поле "t") действия карьера для неограниченных в плане пластов. Также используется для ограниченных пластов, расчетные схемы которых не имеют стационара Для несовершенного карьера в двухслойном комплексе: - поле "a" – горизонтальная пьезопроводность верхнего пласта; - поле "a2" – горизонтальная пьезопроводность нижнего пласта; при наведении курсора появляется подсказка со значением водоотдачи (S2) нижнего слоя
Кнопка "Слоистый пласт"	Расчет притока в карьер, расположенный в слоистом водоносном пласте. Кнопка активируется при расчетах в безнапорном водоносном пласте
Кнопка "Отчет"	Формирование отчета: описание расчетной схемы, входные параметры, расчетная формула и т.д. Необходимо наличие на компьютере редактора Microsoft Office Word

Таблица

Формулы для расчета притока в карьер (Q) и понижения в карьере (s_o) для напорного, безнапорного и напорно-безнапорного пласта

Границы	Напорный пласт		Безнапорный пласт	Напорно-безнапорный пласт
Неограниченный пласт (расчет по радиусу влияния)
	Радиус влияния задается вручную или по следующим зависимостям: 1) расчет радиуса влияния для нестационарной фильтрации: 2) расчет радиуса влияния при наличии инфильтрационного питания: 3) расчет радиуса влияния по известному понижению s в наблюдательной скважине, находящейся на расстоянии r от центра карьера:
Неограниченный пласт(расчет по понижению в наблюдательной скважине)
Граница I рода
Граница II рода

Таблица

Формулы расчета понижения в карьере для водоносных комплексов с перетеканием

В таблице приводятся формулы расчета понижения в напорном пласте с учетом притока воды из нижележащих слоев. Понижение и приток в карьер, расположенный в безнапорном и напорно-безнапорном пластах, с учетом перетекания рассчитывается с помощью приведенных ниже формул (см. пример для неограниченного пласта).

Границы	Формулы
Неограниченный пласт	Напорный пласт Безнапорный пласт Напорно-безнапорный пласт
Граница I рода
Граница II рода

Таблица

Формулы расчета понижения в несовершенном по степени вскрытия карьере

Приток рассчитывается из приведенных ниже формул.

Пласт	Рисунок	Формула
Напорный пласт
Безнапорный пласт
Напорный пласт с перетеканием
Безнапорный пласт с перетеканием
Двухслойный пласт (решение задачи в изображениях)

Пример расчета:

По имеющимся из геологического отчета данным произведем расчет водопритока воды в угольный карьер.

Для прогнозирования водопритоков в карьер на  определенный срок его эксплуатации  применяется формула для условий  безнапорных вод при понижении уровня воды до дна совершенного колодца – дна карьера.

При расчетах прогнозных водопритоков  на перспективу -  последующие  десять лет  эксплуатации углеразреза, использованы технико-экономические  данные и гидрогеологические параметры, полученные  на основе опыта работы карьерного водоотлива и данных гидрогеологических исследований при разведке месторождения .

Проектная площадь карьера  на 2023г. - F=7,0км²; проектная отметка дна карьера по данным маркшейдерской службы ТОО «Каражыра ЛТД» +197м; понижение уровня подземных вод под влиянием карьерного водоотлива (от статического уровня 307,2м), S=110,2м;  t  время - срок  эксплуатации карьера в период 2012-2023гг. - t=10 лет (3650суток).

 Прогнозирование водопритока в карьер будет осуществляться по методу «большого колодца» с использованием формулы Дюпюи:

    Qn=,   где:

Qn - прогнозный водоприток  в  карьер на 2023г., м³/сут;

Km -  водопроводимость, 22 м/сут (принята по результатам детальной разведки  как средневзвешенное значение);

  S – понижение уровня в центре «большого колодца», 110,2м;

  R – радиус влияния депрессионной воронки (осушения), определяемый по формуле:

R = Rпр.  + r₀, где:

Rпр.  - радиус влияния депрессионной воронки на 2023год;

Rпр.= 1,5 а t, где;

  а - коэффициент уровнепроводности  - 2,8х10³ м²/сут (по ранее проведенным опытным работам  при детальной разведке;

  t -  10 лет х365суток=3650 суток (срок эксплуатации  до 2023г.).

r_{0 –}  приведённый радиус «большого колодца», рассчитываемый по формуле:        r₀=, где:

F – площадь  «большого колодца»  карьера по поверхности на определенной  глубине (324,0м -197,0м= 127,0м), 7.0км².

Алгоритм расчета:

1.Открываем программный комплекс ANSDIMAT вкладку файл → калькулятор гидрогеолога → притоки в выработки → приток в карьер. Появляется диалоговое окно, в котором необходимо выбрать условия участка работ.

2.Исходя из геологических и гидрогеологических условий участка, в диалоговом окне выбираем напорный пласт с неограниченными условиями

3. Далее необходимо задать время эксплуатации 3650 сут, понижение 110,2м, коэффициент фильтрации 0,1 м/сут, мощность 89м и площадь карьера. Далее программа сама рассчитывает не достающие данные и определяет величину водопритока в карьер. По заданным параметрам водоприток составит 3930,6 м³/сут.

4. После получения величины водопритока в карьер, нажимаем клавишу отчет и программа в течении 30 секунд выдает все расчеты в программе Word.

5. Отчет

Напорный пласт. Пласт не ограничен в плане

Рис. Типовая схема.

Формула расчета водопритока в карьер:

,

где

 – коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сут;

 – мощность водоносного пласта, м;

 – водоприток в карьер, м³/сут;

 – радиус влияния, м;

 – приведенный радиус карьера, м;

 – понижение в карьере, м.

Радиус влияния рассчитан в зависимости от времени работы дренажной системы:

,

где

 – пьезопроводность (уровнепроводность) водоносного пласта, м²/сут;

 – время от начала работы дренажных систем, сут.

Расчет приведенного радиуса карьера по его площади:

,

где  – площадь карьера, м².

Таблица

Расчетные параметры

Параметр	Значение
Коэффициент фильтрации, , м/сут	0,1
Мощность водоносного пласта, , м	89
Пьезопроводность, , м2/сут	2800
Водоотдача,	0,003178571
Время от начала работы дренажной системы, , сут	3650
Радиус влияния, , м	7159,016
Площадь карьера, , м2	7000000
Приведенный радиус карьера, , м	1492,705
Понижение в карьере, , м	110,2
Приток в карьер, , м3/сут	3930,661

Литература

Синдаловский Л.Н. Гидрогеологические расчеты с использованием программы ANSDIMAT. СПб.: Наука, 2021.

Троянский С.В., Белицкий А.С., Чекин А.И. Гидрогеология и осушение месторождений полезных ископаемых. М.: Углетехиздат, 1956.

Мироненко В.А., Норватов Ю.А., Бокий Л.Л. Фильтрационные расчеты осушения карьерных полей. Часть II. Л.: ВНИМИ, 1965.