Способ создания искусственного водоема на угленосной площади

 

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 водопроводящих 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.

СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН ае (и) (Si)S Е 21 С 41/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHCNIY СВИДЕТЕЛэСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Г1РИ ГКНТ СССР (21) . 4809278/03 (22) 29.03.90 (46) 07.02.92. Бюл. и 5 (71) Всесоюзный научно-исследователь" ский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) .В.И.Болучевский и А.С.Ведяшкин (53) 622.278(088.8) (56) Иеркулов В.A. Охрана природы на угольных шахтах. М.: Недра, 1981, с. 159, 162.

Болучевский В.И. Экономическая оценка рекультивации земель ° - Народ, ное хозяйство Казахстана, 1978, Н 5, с. 76. (54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННОГО

ВОДОЕМА НА УГЛЕНОСНОЙ ПЛОЦАДИ (57) Изобретение относится к горному делу и позволяет уменьшить затраты на создание водоема (В) и охраны водных ресурсов. Отработку угольного пласта ведут на участке, расположенном под наибольшим понижением рельефа земной поверхности (ЗП). Для "исключения проникновения воды. иэ водо-. носных отложений (aO) в горную выраИзобретение относится к горному делу, предназначено для .обеспечения водохозяйственного использования территорий, затопляемых грунтовыми водами вследствие ведения подземных горных пород, и может быть использовано в угольной промышленности для создания искусственных водоемов при подработке зон распространения вод четвертичных аллювиальных,отложений.

2 бот ку соблюдают условие Н > Н z, rAe

Н - расстояние между отрабатываемым ь ,пластом и ВО; Нт - высота зоны водопроводящих трещин. До начала отработ.ки пласта ведут выемку покрывающих пород и ВО в пределах участка, ограниченного поверхностью естественного откоса. При этом должно выполняться условие f =h-шп, гле — ожидаемое оседание ЗП; h — наименьшая сезонная глубина залегания зеркала вод; и „мощность грунтов, покрывающих водоносный горизонт. Допустимую глубину

В устанавливают иэ соотношения г> h +

+(h +0,18 cos g-, ш,), где Ь

q 2 4М

1е ма к си мал ь на я глубина водного слоя, при которой происходит зарастание дна

В; h — высота сечения рельефа на пла" не ЗП, где производится оконтурйвание

Фй зоны затопления; m„ — вынимаемая мощность i-ro пласта из и пластов, отработка которых вызывает затопление ЗП;

OC — средний угол падения угольных пластов. 2 ил.

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.

3 1710747

Недостатком этого способа являет" ся ухудшение качества вод при их фильтрации из водоносного горизонта в водоем через горные породы, залегающие на водоносных отложениях. Кроме того, отсутствуют рекомендации по допустимой глубине водоема, что приводит при малой глубине к его высыханию или зарастанию, т.е. к выходу из эксплуатации.

Известен также способ создания искусственного водоема в мульде сдвижения, заключающийся в прогнозировании ее границ и зоны затопления, 15 снятии здесь плодородного слоя почвы и подстилающих его пород, создании бетонного экрана на участках обнажения этих пород для предотвращения поступления из них воды. 2О

Недостаток данного способа состоит в большой стоимости и сложности возведения экрана. Кроме того, при установлении допустимой глубины водо-. ема не рассматривается погрешность 25 предрасчета оседания земной поверхности. Это приводит в случаях, когда фактические оседания меньше расчетных, к недостаточной глубине, т.е. к зарастанию водоема или к полному отсутст- gg вию 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 ожидаемого затопления плодородного слоя почвы 4О и выемке здесь горных пород, залегающих на водоносных отложениях, и самих водоносных отложений за исключением будущего донного слоя водоема.

Недостатком этого cnocoba является то, что он не учитывает формы рельефа и при наличии возвышенностей обу-. словливает 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 гра" ницей выхода вод на земную поверхность и границей мульды сдвижения, что приводит к фильтрации их через подвергшиеся оседанию слои этих пород и ухудшению качества вод. Недостатком является также отсутствие рекомендации 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 Н ) Н, где Н вЂ” расстояние от кровли пласта до почвы водоносного ; 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 =Ь-щ, где g - -ожидаемое оседание земной поверхности; h. — наименьшая сезонная глубина залегания зеркала вод; m< — мощность грунтов, покрывающих водоносный горизонт, причем допустимую глубину водоема устанавливают из соотношения

Г 1 +

l 7

i=-4 . где h максимальная глубина водного слоя, при которой происходит зарастание дна водоема;

h — высота сечения рельефа на плане земной поверхности, где производится оконтурива we зоны затопления;

m — вынимаемая мощность i-го

f пласта из и пластов, отработка которых вызывает затопление земной поверхности;

g - среднии угол падения пластов.

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 предотвра1710747 тить фильтрацию вод через эти породы и ухудшение качества вод; установлена лопустимая глубина водоема, ис- ключающая его зарастание и высыхание.

На фиг. t 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 по" род 3) и использованием оседания земной поверхности, отработку угольного пласта 4 осуществляют на участке горной выработки 5, расположенном под. наибольшим понижением 6 рельефа земной поверхности. Для исключения проникновения воды из водоносных отло- 25 жений 2 в горную выработку соблюдают условие Нвъ Нг, где Ня — расстояние между отрабатываемым пластом 4 и водоносными отложениями 2, а Нт - высота зоны водопроводящих трещин 7 над О .горной выработкой 5.

Чтобы избежать фильтрации воды из водоносных отложений 2 в водоем 1 через покрывающие водоносный горизонт и подвергшиеся оседанию породы 3 мощностью m, выемку этих пород и водоносных отложений осуществляют (до начала отработки угольного плас. та 4) в пределах участка 8, ограни" ченного поверхностью естественного от- 4О коса 9, в точках пересечения 10 которой с зеркалом 11 грунтовых вод в период наибольшего сезонного поднятия последних выполняется условие

)=h-щ. Чтобы избежать зарастания и 4g высыхания водоема, максимальную глу" бину его на период самого низкого сезонного положения зеркала 12 вод подбирают из условия

r)h +

1 =1 которое при отработке одиночного пласта вынимаемой мощностью m (см. фиг. 1) приобретает вид .«>h +

Приведенные выше условия получены следующим образом. где m — мощность оставляемого в водоеме донного слоя водоносных отложений;

АЬ вЂ” сезонное опускание зеркала грунтовых вод;

,„ - ожидаемое максимальное оседание земной поверхности;

m — мощность водоносных отложений.

Отсюда следует, что

«=Я,„+щ„+щ -m +h+hh. (2)

Известно, что

3 -->-2п (3) ь=z-е, (4) где Z — высотная отметка земной по" верхности до подработки;

Еп — наименьшая ожидаемая после подработки высотная отметка земной поверхности;

Š— наибольшая за сезон высотная отметка зеркала грунтовых вод i

Пользуясь параметрами Еп и Z, строят планы ожидаемого после подработки рельефа земной поверхности и границы зон затопления.

Подставляя выражения (3) и (4) в формулу (2), получают, что

«=Ее,-Еп+щп+щь™Э-6Ь (5)

Очевидно,. что при фактической глубине водоема, равной вычисленной по формуле (5) глубине и превышающей

Нп должно превышать высоту Н, поскольку .в противном случае зона водопроводящих трещин достигает водонос- . ного горизонта, вода отсюда поступа" ет в очистную выработку и водоем осушается.;

Условие g =h-m < следует из фиг.2, так как при невыполнении этого условия, т,е. при смещении границ (бортов) водоема в сторону больших оседаний (gy h-щ„) 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

«+щ +Ь+ЬЬ f +m„+m> (1) 1710747 (6) (7) r-И > Ь., .й откуда

r>h +И (8)

Установлено (4),. что средняя квадратическая погрешность ожидаемой высотной отметки земной поверхности составляет

m =+2 3, (9) где 0, - угол падения i-го пласта. .40

Отсюда, заменяя {k", на среднее значение 0, получаем, что

1 ш .=+3 (10)

45 а предельная погрешность

mi+ (11) а ° 1

Подставляя выражение (11) в неравен-. ство (8), устанавливаем, что

r>h + (12)

1=

Пример. Шахта "Долинская" ПО !Карагандауголь" отрабатывает пласт

4 (см. Фиг. 1) вынимаемой мощностью ш=4 м на глубине 200-203 м от земl ной поверхности. Последняя характериh, водоем в центральной части не зар стает и не выходит из эксплуатации.

Однако погрешности предрасчета могут; привести к тому, что фактическая глубина окажется намного меньше расчетной и водоеи высыхает или зарастает за сезон и также выбивает из эксплуатации. Поэтому указанному неравенству целесообразно придать вид

l0

r- 5 .И ъ h Ä

pl где М вЂ” предельная погрешность j-го

3 параметра правой части формулы (5) .

Но Z<, ш, m> и g h определяются гидрогеологической и геологической разведкой непосредственно на месте строительства водоема, а ш принимается при его проектировании, погрешности этих параметров не имеют существеннога значения. Погрешность же ожидаемой высотной отметки может би ь весьма значительной (достигает 2-4 м) 25 и подлежит обязательному учету. Поэтому зуется достаточно спокойным рельефом, однако имеется котловина глубиной до 3 м. Мощность водоносных четвертичных аллювиальных отложений 2 (см.

Фиг. 1 и 2) составляет тп =4 м, а расстояние от кровли пласта 4 до их почвы - Н =195 м. На водоносных отложео ниях 2 залегают суглинки, мощность которых в котловине равна 1 м, а выше — плодородный слой по 1вы мощностью

0,3 м, таким образом, m„=1,3 и. Глуби-на зеркала грунтовых вод (питьевого качества) после снеготаяния h=l,3 и, максимальное понижение их уровня ЛЬ=

=1 и. Угол падения пласта 10

Ожидаемое в этих условиях максимальное оседание земной поверхности составляет 2,95 м. Поскольку здесь,„ >

p h, то следует ожидать затопления земной поверхности и, следовательно, считать целесообразным создание здесь искусственного водоема l.

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 4 Н =120 м. Следовательно, условие НВ» Нт. выполняется (195 м » 120 м).

Наибольшая высотная отметка зеркала вод Z =480 и, а наименьшая ожида6 емая высотная отметка земной поверхности Zä=478,3 и. Расчеты ожидаемых высотных отметок, построение прогнозного рельефа и оконтуривание зоны затопления осуществляются с использованием планов земной поверхности масштаба 1:2000 с высотой сечения рельефа Ьс=0,5 м, Величина шд принята равной 1 м, В соответствии с формулой (5) r=

=480-478.3+1,3+4-.1-1=5 м. h в условиях района распространения вод четвертичных аллювиальных отложений равНд

Таким образом, г > 3,74 м, т.е. и данное условие создания водоема 1 выполняется.

Выемку гравелистых песков осуществляют на глубину 3 м, а вышележащие породы вынимают полностью. В

9 1710Уйу 10 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 ) =1,3-1,3=0. Следовательно, граница выемки здесь совпа- 10 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 эксплуатации вследствие зарастания и высыхания.

Экономический эффект от использования предлагаемого способа состоит в уменьшении затрат на выемку грунтов и приросте доходов от использова. ния вод для нужд народного хозяйства, например, для разведения рыбы, и может25 достичь 108 тыс. руб. в год. формула изобретения

Способ создания искусственного водоема на угленосной площади, включающий прогнозирование оседания рельефа земной поверхности, предварительное снятие грунтов в пределах зоны влияния очистной. выемки, очистную, выемку угольного пласта и формирова35 ние зеркала водоема, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью умень3 шения затрат на создание водоема и охраны водных ресурсов, очистную выемку угольного пласта ведут под максимальным естественным понижением рельефа с соблюдением условия H@ H>, где Н - расстояние от кровли пласта

6 до почвы водоносного горизонта; Нтвысота 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 условие ) -=-Ь-m,, где -. ожидаемое создание земной поверхности;

h — - наименьшая сезонная глубина залегания зеркала вод; mù — мощность горных пород, покрывающих водоносный горизонт, причем допустимую глубину водоема устанавливают из соотношения

rrh +

) где Ь вЂ” максимальная глубина водного слоя, при которой происходит зарастание дна водоема;

h — высота сечения рельефа на

С плане земной поверхности, где производится оконтурива. ние зоны затопления;

m — вынимаемая мощность i-го пласта из и пластов, отработка которых вызывает затопление земной поверхности;

oC - средний угол падения угольных. пластов.

1710747

Составитель В.Тычина

Редактор М.Стрельникова Техред М.Моргентал Корректор И.Самборская

Заказ 320 Тираж Подписное

ВНИИИИ Г(н".У,ирственн(го к,.(митета по иэобретениям и открытиям нри ГКНТ СССР

113Ю з, (1(. (ва, Ы-35, Раушская наб., л. 4/5

Проиэволств ..нню-i(.3;.ëòåëü(..ûø к >мбинат Патент", г, У кг роп, ул, Г;1гарин», 101