Гидрогеологические условия разработки угольных месторождений Кузнецкого угольного бассейна

26.03.2020

Степень обводненности шахтных полей главным образом на верхних горизонтах связывается с тремя основными факторами: геоморфологическими особенностями местности, литологическим составом пород и климатическими условиями. В зависимости от этих факторов угольные месторождения Кузбасса и отдельные шахтные поля разделены на три типа и семь подтипов (табл. 56).

К I типу отнесены месторождения, залегающие на водораздельных участках. Гидрогеологические условия их разработки простые. Из действующих (на 1964 г.) 94 шахт и 13 карьеров и строящихся 10 шахт и 4 карьеров к I типу относятся 78 шахт и 11 карьеров. В начальные периоды эксплуатации шахт с развитием фронта горных работ почти всегда происходит сравнительное резкое увеличение водопритоков. В последующие периоды водопритоки стабилизируются или даже несколько снижаются, но при нарезке новых участков снова несколько увеличиваются (рис. 44).



Режим водопритоков в горные выработки в основном обусловлен режимом питания подземных вод. Максимальные притоки воды наблюдаются в весеннее и осеннее время. Кратковременное увеличение водопритоков наблюдается при встрече горными выработками обводненных зон тектонических нарушений, а также после посадки лав. Для первого типа месторождений характерно полное дренирование горных пород, залегающих выше горизонта работ и в пределах развития депрессионной воронки шахты. Площади дренированных пород развиваются до 8—10 км2 и более (шахты Бабанаковская, Капитальная 1, Журинка 3 и др.). Скорость дренирования пород сравнительно высокая. Так, на поле шахты Ягуновская за 11 лет в скважине, находящейся в 2 км от шахтного ствола, уровень понизился на 70—75 м.

В настоящее время в пределах многих шахтных полей запасы угля на верхних горизонтах отработаны и в ближайшее время начнется отработка более глубоких горизонтов. Увеличения притоков воды в выработки с развитием работ шахты на более глубоких горизонтах не наблюдается. Наоборот, удельные, а также и абсолютные притоки воды с глубиной разработки существенно снижаются. Это происходит по всем шахтам. В табл. 57 приведено изменение притока воды по одной из наиболее старейших и глубоких шахт — Центральной на разные горизонты.

К II типу отнесены месторождения, в значительной мере залегающие под долинами мелких рек и депрессиями рельефа. Повышенные притоки воды в горные выработки шахт этого типа обусловлены высокими фильтрационными свойствами и обводненностью пород под долинами рек и депрессиями рельефа и непосредственной гидравлической связью поверхностных вод с подземными. Большую роль в обводнении горных выработок играют подземные воды аллювиальных отложений. При подработке мелких водотоков и депрессий в рельефе с временными водотоками возможны внезапные прорывы воды. Значительный приток в очистные выработки происходит после обрушения отработанного пространства. Увеличение среднегодовых притоков, например, в шахту Пионерка в 1948 г. до 303 м3/час (рис. 45) происходило по мере приближения горных работ к долине реки. После того как в 1949—1952 гг. были прекращены работы в лавах, прилегающих к первой террасе р. Бачат, притоки стали резко сокращаться. В 1957 г. среднегодовой приток воды в шахту сократился в 2 раза (до 145 м3/час). После 1957 г. увеличение притоков воды в шахту происходило за счет расширения горных работ в юго-восточной части шахтного поля и поступления воды в вертикальную шахту.

При подработке долин мелких рек, логов повышенная обводненность палеозойских пород и галечников не представляет существенной угрозы для горных работ. Усложняющими факторами являются лишь периодическая затопляемость депрессий в периоды весенних паводков и обильных дождей, когда возможны внезапные прорывы воды по трещинам и провальным воронкам.

При освоении месторождений II типа и строительстве новых шахт значительные притоки наблюдаются в шахтные стволы и подготовительные выработки. Так, при проходке клетьевого и вентиляционного стволов строящейся шахты Никитинской 1 (1960—1964 гг.) наблюдались притоки в вентиляционный ствол, находящийся в долине рч. Kaмышной, до 220 м3/час. Максимальные притоки наблюдались из горизонта трещиноватых песчаников на глубине 37—58 м. За три года проходки ствол затапливался несколько раз. После бетонирования стенок и перекрытия этого горизонта приток в ствол составляет всего 20 м3/час. Притоки воды в клетьевой ствол не превышали 20—55 м3/час. В результате проходки стволов и нарезки горизонтальных выработок подземные воды галечников и продуктивных отложений сдренировались.

К III типу отнесены месторождения или отдельные их участки, залегающие под сильно обводненными породами и под долинами крупных рек. Гидрогеологические условия разработки месторождений очень сложные. Сюда относятся некоторые участки Осиновского района, залегающие под сильно обводненными юрскими породами, ряд шахтных полей и участков в Прокопьевско-Киселевском районе, на которых развиты значительной мощности обводненные обожженные породы, а также месторождения, залегающие под террасовыми отложениями рек Томи, Кондомы, Ини и других.

К подтипу IIIа отнесены месторождения, залегающие под сильно обводненными мезозойскими, в основном юрскими песчано-конгломератовыми отложениями. Гидрогеологические условия разработки месторождений очень сложные. Сложность обусловлена внезапными прорывами воды из обводненных пород в кровле, высоким горным давлением в выработках.

Значительной сложностью гидрогеологических условий характеризуются некоторые участки шахт Капитальных I, II, III треста «Осинникиуголь», разрабатывающих уголь под юрскими обводненными породами. С 1957 г. зафиксировано 10 случаев крупных прорывов воды в горные выработки шахт из перекрывающих палеозойские отложения сильно обводненных юрских пород. Внезапные прорывы воды в горные выработки происходят при отработке угля в приконтактовой зоне и зонах тектонических нарушений. Прорыв происходит после 2—3 посадок кровли лавы. Во время прорыва приток возрастал до 50—100 и даже 500 м3/час, однако через несколько суток он снижался до 70—100 м3/час, а через 2—4 месяца стабилизировался до 20—40 м3/час. При проходке выработок в приконтактовой зоне отмечалось высокое горное давление. Металлическая крепь не выдерживала, деформировалась, вдавливалась в почву или кровлю.

К подтипу IIIб отнесены месторождения, залегающие под обводненными обожженными породами. Значительные осложения наблюдались, например, на поле шх. Тайбинской. «Горельники», развитые по вмещающим породам пластов Мощного и Прокопьевского II, имеют карманообразное залегание, местами глубиной до 150—200 м. Эти породы характеризуются открытой трещиноватостью от 7 до 36% и высокими коллекторскими и фильтрационными свойствами. Ниже уровня дренажа (горизонта +250 м) «горельники» сильно обводнены, и запасы свободной воды в этих породах составляли около 2 млн. м3, что несомненно представляло большую угрозу для ведения горных работ на нижележащем горизонте +150 м. При проходке штрека на горизонте + 150 м по пласту Прокопьевскому II произошел прорыв подземных вод, в результате которого горные выработки объемом 75 тыс. м3 оказались затопленными в течение 9 час. Если приток воды в выработки до прорыва составлял около 52 м3/час, то в момент прорыва и первые часы после него приток достигал 8000—10 000 м3/час. Уровень воды в стволе через 14 час установился на горизонте +225 ж, т. е. поднялся на 75 ж. По мере приближения к обгоревшим породам наблюдалось некоторое увеличение притоков и обводненности пород.

К подтипу IIIв отнесены месторождения, залегающие под долинами крупных рек. Сложность условий ведения горных работ обусловлена высокими притоками воды в шахты, достигающими 2500 м3/час и более, и возможностью прорыва поверхностных вод в горные выработки.

Угленосные отложения под долинами рек Томи, Кондомы, Ини характеризуются высокой обводненностью, особенно горизонты трещиноватых песчаников. Удельные дебиты скважин достигают здесь 6—9 л/сек (Ленинское месторождение). Высокой обводненностью характеризуются аллювиальные отложения. Удельные дебиты скважин, пройденных в них, достигают 1—2 л/сек (Кемеровский, Кондомский и другие районы). Коэффициент фильтрации угленосных отложений до 15—20 м/сутки, а галечников террасы до 100 м/сутки и более. В периоды паводков в реках происходит затопление поймы и в некоторых случаях поверхности первой террасы.

Высокая обводненность продуктивных отложений, наличие в кровле обводненных аллювиальных образований, тесная гидравлическая связь подземных вод с поверхностными, периодическое затопление пойменных участков долин очень сильно осложняют ведение горных работ. Так, при производстве горных работ шахтами 7-е Ноября, им. Кирова, Полысаевская 1—2 под долиной р. Ини притоки воды в период нарезки основных выработок не превышали 400—500 м3/час, затем они возросли до 800—1000 м3/час под влиянием паводковых вод. Среднегодовые притоки воды по шахте 7-е Ноября с 1935 по 1950 г. изменялись от 147,6 до 1167 м3/час, затем в 1951 г. снизились до 605,0 м3/час (рис. 46). Максимальный среднемесячный приток за этот период наблюдался в мае 1950 г. и составил 1882 м3/час.

Снижение притоков в выработки шахты вызвано снижением запасов воды в припойменной части долины р. Ини, в результате чего в зоне подработки галечники и продуктивные отложения были осушены. Уровень подземных вод понижен на 24—36 м. В пределах долины реки в зоне влияния горных работ происходило снижение уровня воды на 1,5—3,0 м в год. Общее дренирующее влияние горных работ распространилось от шахты 7-е Ноября на 2,5—3,0 км. Аналогичное увеличение притоков воды в горные выработки по мере приближения к долине реки наблюдалось и на других шахтах.

Таким образом, водопритоки и условия ведения горных работ в пределах каждого из трех выделенных типов месторождений специфичны, а вытекающие из этого задачи и методика исследований — своеобразны.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна