Способы осушения: поверхностный способ

На выбор способа осушения и частоты расположения дренажных сооружений влияют физико-механические и водные свойства пород, число водоносных горизонтов, подлежащих осушению, и глубина их залегания, тип запасов подземных вод, участвующих в обводнении, и водопроницаемость осушаемых пород. При этом надо учитывать условия вскрытия и систему отработки месторождения.

Исходя из этих показателей и степени обводненности месторождений установлены четыре категории сложности условий осушения: простые, средней сложности, сложные и очень сложные.

Простыми условиями осушения отличаются месторождения, сложенные устойчивыми некарстующимися скальными и полу-скальными породами, в которых распространен один, реже два водоносных горизонта в основном незначительной водопроницаемости. Подземные воды на этих месторождениях легко дренируются, так как вмещающие их устойчивые трещиноватые породы не подвержены смещению, оплыванию, суффозии и пучению независимо от степени их водопроницаемости. Строительства специальных сооружений для осушения этих месторождений обычно не требуется. В шахтах подземные воды дренируются непосредственно горными выработками с откачкой воды на поверхность насосами шахтного водоотлива (угольные шахты Донбасса и Кузбасса). На карьерах горные работы могут проводиться с открытым водоотливом, обеспечивающим откачку подземных и поверхностных вод, поступающих в карьер. Для сбора и отвода воды применяют простейшие дренажные сооружения в виде дренажных траншей (канав) и водоотливных шурфов.

В районах с длительной и суровой зимой (Урал, Сибирь) при подтоплении подземными водами забоя карьера возникают наледи, обмерзают железнодорожные пути и смерзаются разрабатываемые породы, что усложняет работу экскаваторов и снижает их производительность. В этих районах и на месторождениях, сложенных устойчивыми породами, для осушения следует использовать редкую сеть дренажных установок, так как откачка в одном пункте позволяет осушить значительную площадь скальных пород. Наиболее эффективный способ осушения в таких условиях — заложение небольшого числа водопонижающих скважин. Он успешно применяется на ряде карьеров, в том числе на Веселовском, Волчанском и Харанорском угольных, Ахтенском и Сухоложском железорудных.

Так, на Волчанском угольном месторождении (Северный Урал) отработка карьера № 4 проводилась при работе двух-трех водопонижающих скважин. Для осушения песчаников и углей на Веселовском карьере (Северный Урал) была создана система водопонижающих скважин, расположенных в ряд впереди фронта горных работ на рабочем борту карьера. При подработке верхним уступом карьера первого ряда скважин включались в работу скважины второго, затем третьего и т. д. Одновременно работало до 13 водопонижающих скважин с суммарным расходом 280 м³/ч.

Обводненные месторождения, сложенные переслаивающимися неустойчивыми песчано-глинистыми или устойчивыми скальными и полускальными породами, устойчивыми породами, прикрытыми толщей неустойчивых песчано-глинистых, а также карстующимися или сильно раздробленными тектоническими нарушениями породами, по условиям осушения являются сложными. На этих месторождениях осушение проводят в полном объеме, обеспечивающем нормальные условия ведения горных работ.

При открытом способе разработки полезного ископаемого применяют поверхностный, подземный и комбинированный способы осушения. Кроме того, принимают меры для защиты карьера от поверхностных вод.

Поверхностные способы осушения

К способам осушения с поверхности земли или с уступов карьера относят следующие: 1) глубокий дренаж водопонижающими или поглощающими скважинами; 2) ярусное (ступенчатое) осушение; 3) горизонтальный дренаж неглубокого заложения; 4) горизонтальный дренаж в откосах карьера.

Глубокий дренаж системой водопонижающих скважин широко применяется в горной промышленности. Наиболее эффективно его использование для снятия высокого напора водоносного горизонта большой мощности, залегающего в почве пласта полезного ископаемого и сложенного устойчивыми породами. Водопонижающие скважины широко применяются и для осушения водоносных рыхлых пород, залегающих в кровле и почве разрабатываемых пластов, при коэффициенте фильтрации осушаемых пород более 2 м/сут и глубине отработки в пределах 300–500 м.

Глубокий дренаж заключается в откачке воды из водоносных пластов, обводняющих карьер, при помощи скважин, оборудованных погружными электронасосами и размещенных за технической границей карьера для постоянного дренажа, а также на рабочих бортах, уступах и дне карьера для временного дренажа.

Осушение водопонижающими скважинами не требует больших капитальных затрат. Для создания системы таких скважин требуется мало времени. Путем изменения числа и положения скважин можно легко обеспечить требуемое снижение подземных вод на отдельных участках в процессе эксплуатации.

К недостаткам глубокого дренажа прежде всего следует отнести большие эксплуатационные расходы, высокую энергоемкость откачки воды, значительное число обслуживающего персонала, сложность централизованного отвода воды и частый выход из строя насосов. Применение водопонижающих скважин не дает полного осушения: над подошвой безнапорного водоносного горизонта обычно остается слой воды, равный 15–35% его естественной мощности, в результате чего приходится откачивать воду, профильтровавшуюся через откос.