способ охраны земной поверхности от подтопления при подработке

Формула изобретения

Способ охраны земной поверхности от подтопления при подработке, включающий создание в грунте контурной траншейной противофильтрационной завесы, внутриконтурных дренажных устройств и отвод воды из мульды сдвижения, отличающийся тем, что контурную траншейную противофильтрационную завесу располагают вдоль прогнозной горизонтали послеосадочного рельефа земной поверхности с высотной отметкой Z_T, определяемой из неравенства Z_T>Z_B, где Z_B - высотная отметка наивысшего весеннего уровня грунтовых вод, а необходимую производительность внутриконтурных дренажных устройств Q устанавливают из условий

где V_п - объем паводковых вод, поступающих в мульду сдвижения, м³;

V_г - объем внутриконтурных грунтовых вод, поступающих в мульду сдвижения за паводковый период, м³;

V_з - объем законтурных грунтовых вод, поступающих в мульду сдвижения за паводковый период сквозь контурную траншейную противофильтрационную завесу, м³;

V_o - объем осадков, поступающих в мульду сдвижения за паводковый период, м³;

t - продолжительность паводкового периода, сут;

Q_г - максимальный внутриконтурный приток грунтовых вод в мульду сдвижения, м³/сут;

О_з - максимальный приток грунтовых вод в мульду сдвижения сквозь контурную траншейную противофильтрационную завесу, м³/сут;

Q _o - максимальный приток дождевых вод в мульду сдвижения, м³/сут.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела и предназначено для предупреждения подтопления участков земной поверхности, подвергающихся сдвижению при подземной добыче полезных ископаемых. Изобретение может быть преимущественно использовано в угольной промышленности.

Известен способ предупреждения затопления котлованов путем открытого водоотлива с помощью насосных станций («Справочник по осушению горных пород». Под редакцией И.К.Станченко. - М.: Недра, 1984. - С.184-185, 278 с.). Недостатком этого способа является невозможность применения его на месторождениях, характеризующихся повсеместным распространением мощных высокопроизводительных водоносных горизонтов в аллювиальных отложениях, поскольку при подземной добыче полезных ископаемых на земной поверхности образуются водоемы больших размеров и для их осушения необходима беспрерывная работа многих насосных установок.

Известен также способ охраны земной поверхности от обводнения грунтовыми водами путем применения горизонтального, вертикального и комбинированных дренажей водоносных горизонтов («Справочник по осушению горных пород». Под редакцией И.К.Станченко. - М.: Недра, 1984. - С.184-185, 278 с.). Недостатком этого способа является его трудоемкость и экономическая неэффективность применения в условиях повсеместного распространения мощных высокопроизводительных водоносных горизонтов в аллювиальных отложениях, так как для охраны от подтопления имеющих значительные площади участков поверхности шахтных полей требуется проведение весьма большого количества канав, закрытых горизонтальных дрен, водопонижающих или водопоглощающих скважин, колодцев и т.д.

Известен также способ защиты от подтопления грунтовыми и поверхностными водами, включающий отработку полезного ископаемого под естественным водотоком подземных вод против течения водотока сначала вдоль его русла, затем - вдоль его склонов снизу вверх с проведением тоннеля с уклоном, обеспечивающим отвод воды из зоны подработки (авт.св. №1700242, МПК Е 21 С 41/18, опубл. 23.12.1991 г., БИ №47. Способ защиты подрабатываемых объектов от подтопления грунтовыми и поверхностными водами).

Недостатком этого способа является его невысокая эффективность по отводу грунтовых вод, поступающих в мульду сдвижения по всему ее контуру.

Наиболее близким к предлагаемому является способ охраны горных выработок и котлованов от притоков подземных вод контурными траншейными противофильтрационными завесами в сочетании с внутриконтурными дренажными устройствами («Справочник по осушению горных пород». Под редакцией И.К.Станченко. - М.: Недра, 1984. - С.184-185, 278 с.).

Недостатком способа является неэффективность применения его для охраны от подтопления земной поверхности, вызываемого подработкой при подземной добыче полезных ископаемых, ввиду отсутствия какой-либо увязки параметров контурной траншейной противофильтрационной завесы и внутриконтурных дренажных устройств с параметрами будущей мульды сдвижения. Создание контурной траншейной противофильтрационной завесы с внутриконтурными дренажными устройствами до начала горных работ без такой увязки приводит к погрешностям в форме, размерах и местоположении контурной траншеи (и, отсюда, к свободному поступлению извне грунтовых вод в образовавшуюся после проведения горных работ мульду сдвижения), а также к ошибкам в определении нужной производительности внутриконтурных дренажных устройств, что обуславливает неполное внутриконтурное дренирование и подтопление мульды сдвижения.

Изобретение решает задачу повышения эффективности способа охраны земной поверхности при подработке за счет исключения подтопления мульд сдвижения.

Для достижения такого технического результата предлагается контурную траншейную противофильтрационную завесу располагать вдоль прогнозной горизонтали послеосадочного рельефа земной поверхности с высотной отметкой Z_T, определяемой из неравенства

Z_T>Z_B,

где Z_B - высотная отметка наивысшего весеннего уровня грунтовых вод, м.

Необходимую производительность внутриконтурных дренажных устройств Q устанавливают из условий

где V_п - объем паводковых вод, поступающих в мульду сдвижения, м³;

V_г - объем внутриконтурных грунтовых вод, поступающих в мульду сдвижения за паводковый период, м³;

V_з - объем законтурных грунтовых вод, поступающих в мульду сдвижения за паводковый период сквозь контурную траншейную противофильтрационную завесу, м³;

V_o - объем осадков, поступающих в мульду сдвижения за паводковый период, м³;

Q_г - максимальный внутриконтурный приток грунтовых вод в мульду сдвижения, м³/сут;

О_з - максимальный приток грунтовых вод в мульду сдвижения сквозь контурную траншейную противофильтрационную завесу, м³ /сут;

Q_o - максимальный приток дождевых вод в мульду сдвижения, м³/сут;

t - продолжительность паводкового периода, сут.

Местоположение контурной траншейной противофильтрационной завесы увязывают с прогнозным послеосадочным рельефом, а производительность внутриконтурных дренажных устройств - с прогнозными параметрами мульды сдвижения.

Способ поясняется графическими материалами, на которых показаны прогнозный план подрабатываемого участка земной поверхности (фиг.1) и вертикальный разрез по А-А подрабатываемого участка земной поверхности (фиг.2).

Способ осуществляется следующим образом. Для охраны от подтопления мульды сдвижения 1 контурную траншейную противофильтрационную завесу 2 располагают в грунте вдоль прогнозной горизонтали 3 послеосадочного рельефа с высотной отметкой Z_T, определяемой из неравенства Z_T>Z_B, где Z_B - высотная отметка наивысшего весеннего уровня 4 грунтовых вод. Необходимую производительность Q внутриконтурных дренажных устройств 5 устанавливают из условий

где V_п - объем паводковых вод, поступающих в мульду сдвижения 1, м³;

V_г - объем внутриконтурных грунтовых вод 6, поступающих в мульду сдвижения 1 за паводковый период, м³;

V_з - объем законтурных грунтовых вод 7, поступающих в мульду сдвижения 1 за паводковый период сквозь контурную траншейную противофильтрационную завесу 2, м³;

V_o - объем осадков, поступающих в мульду сдвижения 1 за паводковый период, м ³;

t - продолжительность паводкового периода, сут;

Q_Г - максимальный внутриконтурный приток грунтовых вод 6, в мульду сдвижения 1, м³/сут;

Q_з - максимальный приток грунтовых вод 7 в мульду сдвижения 1 сквозь контурную траншейную противофильтрационную завесу 2, м³/сут;

Q_o - максимальный приток дождевых вод в мульду сдвижения, м³/сут.

Грунтовая вода, собранная внутриконтурными дренажными устройствами 5 отводится через тоннель (трубу) 8 за пределы мульды сдвижения 1 вниз по склону.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

На шахте «Казахстанская» Карагандинского угольного бассейна вследствие отработки пласта Д₆ образуется мульда сдвижения 1, причем, согласно прогнозу, высотные отметки земной поверхности здесь составят от +473 до +476 м. Высотная отметка наивысшего весеннего уровня 4 грунтовых вод равна Z_B=+475 м. Таким образом, здесь возможно затопление земной поверхности грунтовыми водами. Для предотвращения этого предусматривают контурную траншейную противофильтрационную завесу 2, которую располагают вдоль прогнозной горизонтами 3 послеосадочного рельефа с высотной отметкой Z _г=+476 м, поскольку эта отметка превышает высотную отметку Z_в. Согласно расчету в мульду сдвижения 1 возможно поступление паводковых вод в объеме V_п=80000 м ³ и, в течение паводкового периода протяженностью t=15 суток внутриконтурных грунтовых вод 6 объемом V_г=75000 м², законтурных грунтовых вод 7 объемом V_з =3600 м³ и осадков объемом V_o=10000 м ³. Максимальный ожидаемый внутриконтурный приток грунтовых вод 6 в мульду сдвижения 1 равен Q_г=5000 м³ /сут.

грунтовых вод 7 сквозь контурную траншейную противофильтрационную завесу 2-Q₃=240 м³/сут дождевых вод - 700 м³/сут.

Для сбора этих вод в пределах мульды сдвижения предусмотрена внутриконтурная-дренажная канава 5 глубиной 2 м и производительностью Q=12000 м³/сут. 12000 м³/сут>11240 м ³/сут. Отвод этих вод производится по трубе 8, сечение которой подбирается исходя из вышеуказанной производительности канавы 5.

Благодаря этому, в период паводка не произойдет накопление воды в мульде сдвижения 1. 12000 м³/сут >5940 м³/сут, то есть и в любое иное время года вода не будет накапливаться. Таким образом, контурная траншейная противофильтрационная завеса 2 в сочетании с внутриконтурной дренажной канавой 5 и водоотводной трубой 8 исключает подтопление мульды сдвижения.

Преимуществом предлагаемого способа является предотвращение поступления грунтовых вод в мульду сдвижения из-за ее границ (кроме воды, просачивающейся через контурную траншейную противофильтрационную завесу в связи с нестабильностью противофильтрационных свойств заполнителя завесы) за счет увязки положения контурной траншейной противофильтрационной завесы в плане с ожидаемым по окончании процесса сдвижения земной поверхности рельефом. Другое преимущество состоит в обеспечении полного удаления вод с охраняемой площади за счет увязки производительности внутриконтурных дренажных устройств и водоотводной трубы с объемами поступающих вод и водопритоками, которые рассчитываются по прогнозным параметрам мульды сдвижения (по площади, глубине и объему).

Изобретение предполагается использовать для защиты от подтопления земной поверхности на горных предприятиях России и других государств, осуществляющих подземную добычу полезных ископаемых.