Способ создания искусственного водоема на угленосной площади Советский патент 1992 года по МПК E21C41/18 

Изобретение относится к горному делу, предназначено для обеспечения водохозяйственного использования территорий, затопляемых грунтовыми водами вследствие ведения подземных горны пород, и может быть использовано в угольной промышленности для создания искусственных водоемов при подработке зон распространения вод четв ртичных аллювиальных отложений.

Известен способ водохозяйственного использования подработанной территории, заключающийся в прогнозировании ее оседания и затопления, снятии на Участке предполагаемого затопления плодородного слоя почвы и использовании образовавшейся затопленной мульды сдвижения в качестве искусственного водоема. Нелостатком этого способа является ухудшение качества вод при их филь трации из водоносного горизонта в водоем через горные породы, залегающие на водоносных отложениях. Кроме того отсутствуют рекомендации по допусти мой глубине водоема, что приводит при малой глубине к его высыханию или зарастанию, т.е. к выходу из эксплуатации. Известен также способ сЪздания искусственного водоема в мульде сдВижёния, заключающийся в прогнозировании ее границ и зоны затопления, снятии здесь плодородного слоя почвы и подстилающих его пород, создании бетонного экрана на участках обнажения этих пород для предотвращения поступления из них воды. Недостаток данного способа состоит в большой стоимости и сложности возведения экрана. Кроме того, при установлении допустимой глубины водо ема не рассматривается погрешность предрасчета оседания земной поверхнос ти. Это приводит в случаях, когда фак тические оседания меньше расчетных, к недостаточной глубине, т.е. к зарастанию водоема или к полному отсутствию воды в нем и отсюда к ненужному возведению экрана и излишним материальным затратам. Наиболее близким к предлагаемому является способ создания искусственного водоема на подработанных территориях, заключающийся в прогнозировании оседания и затопления, земной поверхности, снятии на участке ожидаемо го затопления плодородного слоя почвы и выемке здесь горных пород, залегающих на водоносных отложениях, и самих водоносных отложений за исключением будущего донного слоя водоема. Недостатком этого спосоЬа является то, что он не учитывает Формы рельефа и при наличии возвышенностей обусловливает повышенные материальные затраты на выемку грунтов. Другой недостаток способа состоит в неучете возможности утечки воды из водоема в горные выработки. Кроме того, не производится выемка указанных горных пород на участке,находящемся между границей выхода вод на земную поверхност и границей мульды сдвижения, что приводит к фильтрации их через подвер(- шиеся оседанию слои этих пород и ухуд шению качества вод. Недостатком является также отсутствие рекомендаций по допустимой глубине водоема, что при малой глубине имеет следствием выход его из эксплуатации в связи с высыханием или зарастанием. Целью изобретения является уменьшение затрат на создание водоема и охрана водных ресурсов. Указанная цель достигается тем, что отработку угольного пласта производят под максимальным естественным понижением рельефа с соблюдением условия Нц Н, где Hg - расстояние от кровли пласта до почвы водоносного горизонта; Н - высота зоны водопроводящих трещин над выработанным пространством пЛаста, выемку грунтов осуществляют в пределах участка, ограниченного поверхностью естественного откоса, на пересечении которой с зеркалом грунтовых вод выполняется условие h-m, где - ожидаемое оседание земной поверхности; h. - наименьшая сезонная глубина залегания зеркала вод; и - мощность грунтов, покрывающих водоносный горизонт, причем допустимую глубину водоема устанавливают из соотношения +0,18 cos(x:2 где h. максимальная глубина водного слоя, при которой происходит зарастание дна водоема;высота сечения рельефа на плане земной поверхности, где производится рконтуриваМие зоны затопления; вынимаемая мощность i-го пласта из п пластов, отработка которых вызывает затопление земной поверхности 5 Ci - средний угол падения плас- TOBt Предлагаемый способ от известного следующими признаками: учитываются формы рельефа земной поверхности; установлено допустимое расстояние от отрабатываемого пласта до водоносного горизонта, позволяющее исключить утечку вод в подземные горные выработки; установлена допустимая взаимосвязь ожидаемого оседания земной поверхности с глубиной залегания зеркала вод и мощностью покрывающих водоносный горизонт пород, учет которой дает возможность предотвратить фильтрацию вол через эти породы и ухудшение качества вод; установлена лопустимая глубина вол.оема, исключающая его зарастание и высыхание . На фиг. 1 и 2 показаны вертикальные разрезы соответственно толщи меж ду отрабатываемым пластом и земной поверхностью и горных пород, слагающих борта и дно искусственного водоема. Способ осуществляют следующим образом. Чтобы уменьшить материальные затраты на создание искусственного водоема 1 с выемкой грунтов (водоносных отложений 2 и покрывающих их пород 3) и использованием оседаний зем ной поверхности, отработку угольного пласта осуществляют на участке горной выработки 5, расположенном по наибольшим понижением 6 рельефа земной поверхности. Для исключения проникновения воды из водоносных отложений 2 в горную выработку соблюдают условие Hg HT-, где Hg - расстояние между отрабатываемым пластом Л и водоносными отложениями 2, а Н- -высо та зоны водопроводящих трещин 7 над горной выработкой 5. Чтобы избежать фильтрации воды из водоносных отложений 2 в водоем 1 че рез покрывающие водоносный горизонт и подвергшиеся оседанию породы 3 мощностью Гор,, выемку этих пород и водоносных отложений осуществляют (до начала отработки угольного пЛаста k) в пределах участка 8, ограниченного поверхностью естественного о коса 9, в точках пересечения .10 Аоторой с зеркалом 11 грунтовых вод в период наибольшего сезонного поднятия последних выполняется условие h-m. Чтобы избежать зарастания и высыхания водоема, максимальную глубину его на период самого низкого сезонного положения зеркала 12 вод подбирают из условия +0,18 г h,+ которое при отработке одиночного пла ста вынимаемой мощностью m (см. фиг. 1) п|зиобретает вид +Jhct0,l8 . Приведенные выше условия получены следующим образом. Hg должно превышать высоту Hf, поскольку в противном случае зона водопроводящих трещин достигает водонос-, ного горизонта, вода отсюда поступает в очистную выработку и водоем осушается ., Условие h-m следует из фиг.2, так как при невыполнении этого условия, т.е. при смещении границ (бортов) водоема в сторону больших оседаний ( h-m) и выемке водоносных отложений и покрывающих их пород в ; пределах этих границ, вода после сдвижения горных пород поступает в водо-: ем через оставленные в его бортовых частях участки покрывающих пород и ухудшает свои качества вследствие засоления. Из фиг. 2 видно также, что r+mg+h+Ah j +mn+mg, (l) где mg - мощность оставляемого в во- доеме донного слоя водоносных отложений; Ah - сезонное опускание зеркала грунтовых вод; р, - ожидаемое максимальное оседание земной поверхности; fflj - мощность водоносных отложений. : Отсюда следует, что r f +in +mg-mg+h+Ah; (2) Известно, что fn,Z-Zn(3) где Z - высотная отметка земной поверхности до подработки; ZP - наименьшая ожидаемая после подработки высотная отметка земной поверхности; Z - наибольшая за сезон высотная отметка зеркала грунтовых вод. Пользуясь параметрами Zp и 2, троят планы ожидаемого после подраотки рельефа земной поверхности и раницы зон затопления. Подставляя выражения (З) и (k) в ормулу (2), получают, что rsZg-Zj -Hn +rag-mg-bh. (5) Очевидно,, что при фактической лубине водоема, равной вычисленной о формуле (5) глубине и превышающей

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

(6)

r-SMph ,

где MI

- предельная погрешность j-ro параметра правой части формулы (5). Но Zg, m, определяются гидрогеологической и геологической разведкой непосредственно на месте строительства водоема, а rag принимается при его проектировании, погрешности этих параметров не имеют существенного значения. Погрешность же ожидаемой высотной отметки может бить весьма значительной (достигает 2-1 м и подлежит обязательному учету. Пог-М, h., п о откуда г h,+M7 . Ъ - п Установлено (), что средняя квад ратическая погрешность ожидаемой высотной отметки земной поверхности составляет ,t ,+0,l8,|:mtco5Vr, (9) где 1 - угол падения i-ro пласта. Отсюда, заменяя на среднее зна чение 0, получаем, что -Ю,18 cosVZ а предельная погрешность + 0,18 - (11) Подставляя выражение (11) в нерав ство (8), устанавливаем, что + л|Ьс...с+0,18 cosVS ;- (12) о 1- Пример. Шахта Долинская ПО Карагандауголь отрабатывает пласт k (см. фиг. 1) вынимаемой мощностью м на глубине 200-203 м от земной поверхности. Последняя характери

зуется достаточно спокойным рельефом, однако имеется котловина глубиной до 3 м. Мощность водоносных четвертичных аллювиальных отложений 2 (см. фиг. 1 и 2) составляет f, м, а расстояние от кровли пласта k до их почвы - м. На водоносных отложениях 2 залегают суглинки, мощность

которых в котловину равна 1

м

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

Ожидаемое в этих условиях максималь ное оседание земной поверхности составляет 2,95 м. Поскольку здесь „ h, то следует ожидать затопления земной поверхности и, следовательно, считат з целесообразным создание здесь искусственного водоема 1. Так как дно котловины достаточно существенно (на 3 м) отличается по высотным отметкам от окружающей территории, то эта котловина является наиболее подходящим участком для создания водоема. Расчетная высота зоны водопроводящих трещин 7 над выработанным пространством пласта А м. Следовательно, условие Hg Н выполняется (195 м 120 м). Наибольшая высотная отметка зеркала вод м, а наименьшая ожидаемая высотная отметка земной поверхности ,3 м. Расчеты ожидаемых высотных отметок, построение прогнозного рельефа и оконтуривание зоны затопления осуществляются с использованием планов земной поверхности масштаба 1:2000 с высотой сечения рельефа ,5 м. Величина гад принята равной 1м, В соответствии -с формулой (5) г (80-it78.3+1,3-й-1-1 5 м. hiy в условиях района распространения вод четвертичных аллювиальных отложений рав,--, на 2 м. Тогда ,18 2+л|о,,,,7 м. Таким образом, м, т.е. и данное условие создания водоема 1 выполняется. Выемку гравелистых песков осуще ствляют на глубину 3 м, а вышележащие породы вынимают полностью. В пределах участка 8, ограниченного поверхностью естественного откоса 9, проходящей под углом естественного откоса, равным 30°, в точках Пересечения 10 которой с зеркалом 11 грунтовых вод, находящимся на глубине 1,3 м от земной поверхности, выполняется условие 1,3-1,. Следовательно, граница выемки здесь совпа дает с границей мульды сдвижения. Преимущества преллагаемого способа по сравнению с известным состоят в уменьшении работ по выемке грунтов и предотвращении утечки вод из водоемов в горные выработки, ухудшения качества вод и выхода водоемов из эк плуатации вследствие зарастания и высыхания. Экономический эффект от использования предлагаемого способа состоит в уменьшении затрат на выемку грун тов и приросте доходов от использова ния вод для нужд народного хозяйства например, для разведения рыбы, и може достичь 108 тыс руб. в год. Формула изобрете.ния Способ создания искусственного водоема на угленосной площади, включающий прогнозирование оседания рельефа земной поверхности, предварительное снятие грунтов в пределах зо ны влияния очистной выемки, очистную выемку угольного пласта и формирование зеркала водоема, о т л и м а ю- щи и с я тем, что, с целью умень ....iv V gg bsas -X :s5 Л.л шения затрат на создание водсзема и охраны водных ресурсов, очистную выемку угольного пласта ведут под максимальным естественным понижением рельефа с соблюдением условия Hfc Н-р, где HO - расстояние от кровли пласта до почвы водоносного горизонта; Ну высота зоны водопроводящих трещин над выработанным пространством пласта, а снятие грунтов ведут в пределах участка, ограниченного поверхностью естественного откоса, на пересечении которой с зеркалом грунтовых вод выполняется усхювие h-m, где ожидаемое создание земной поверхности; h - наименьшая сезонная глубина залегания зеркала вод; т, - мощность горных пород, покрывающих водоносный горизонт, причем допустимую глубину водоема устанавливают из соотношения . + - hg-bO,l8 , - максимальная глубина водно. го слоя, при которой происходит зарастание дна водоема; высота сечения рельефа на плане земной поверхности, где производится оконтуривание зоны затопления; вынимаемая мощность i-ro пласта из п пластов, отработка которых вызывает затопление земной поверхности; oi - средний угол падения угольных пластов. . иг.1

Й/г.2

Изобретение относится к горному делу и позволяет уменьшить затратына создание водоема (В) и охраны водных ресурсов. Отработку угольного пласта ведут на участ/ке, расположенном под наибольшим понижением рельефа земной поверхности (ЗП). Для исключения проникновения воды из водоносных отложений (ВО) в горную выра-ботку соблюдают условие Hg>& Н^, где Hg - расстояние между отрабатываемым .пластом и ВО; Н^ - высота зоны водо- проводящих трещин. До начала отработки пласта ведут выемку покрывающих пород и ВО в пределах участка, ограниченного поверхностью естественного откоса. При этом должно выполняться условие ^ =h-inj,, где ^ - ожидаемое оседание ЗП; h - наименьшая сезонная глубина залегания зеркала, вод; й1„- мощность грунтов, покрывающих водоносный горизонт. Допустимую глубину в устанавливают из соотношения r?h| ++ (h4o,l8 cosV-Sinf)^'^ где Ьз -i = «максимальная глубина водного слоя, при которой происходит зарастание дна В; h(. - высота сечения рельефа на плане ЗП, где производится оконтуривание зоны затопления; ra,j - вынИ^лаёмая мощ* ность i-го пласта из п пластов, отработка которых вызывает затопление ЗП; Oci - средний угол падения угольных пластов. 2 ил.