- •1. ВОПРОСЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ РУДНЫХ И УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
- •1.8. Водоотлив на глубоких горизонтах
- •2. РУДНИЧНЫЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ
- •2.4. Законы пропорциональнрсти
- •2.9. Допустимая высота всасывания
- •2.10. Потери в насосах
- •2.17. Насосы в кислотоупорном исполнении
- •4. ЭЛЕКТРОПРИВОД И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
- •5; ВОДООТЛИВНЫЕ УСТАНОВКИ
- •6.1. Реле уровня
- •6.2. Реле давления
- •7. СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ВОДООТЛИВНЫМИ УСТАНОВКАМИ
- •8. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
Другим примером наиболее обводненного рудного место рождения является Миргалимсайский рудник.
Миргалимсайское рудное поле расположено в районе тре щиновато-карстовых вод, где в пределах предгорной долины распространен обширный артезианский бассейн, на площади которого формируется несколько водоносных горизонтов. Есте ственные запасы шахтных вод создаются за счет инфильтрации атмосферных осадков и действующего стока рек Кантаги с гор ного хребта Кара-Тау и др. Максимум естественного годового колебания уровня шахтных вод наступает в апреле — мае, т. е. в период интенсивного снеготаяния и прохождения паводковых вод. Влияние закарстованности снижается в связи с увеличе нием глубины залегания рудного тела.
Многообразие тектонической иарушенности и водообильность вмещающих пород Миргалимсайского рудника снижают устойчивость руд, создавая тяжелые условия для отработки ме сторождения.
Проходка подготовительных выработок в условиях водо обильных известняков карбона с развитыми процессами карстообразования представляет большие трудности, учитывая раз личную водопроводимость известняков, которую трудно опреде лить даже экспериментально. Обводненность горных выработок неравномерна по флангам и глубине. Поэтому проходка одних выработок сопряжена с большими притоками воды, тогда как другие остаются малообводненными.
Горные выработки, особенно при работе рудничного водоот лива, выполняли функцию дренажа, что способствовало образо ванию в районе депрессионной воронки, захватившей в сферу своего влияния область площадью 100 км2, в результате чего прекратили свое существование ручьи Бургем, Чаго и др. Мак симальные ожидаемые притоки воды в горные выработки, по данным экспертной комиссии Госплана СССР, составляют 20— 35 тыс. м3/ч. Это обусловит усложнение водоотливных устано вок и их эксплуатации.
За период эксплуатации Миргалимсайского рудника йз гор ных выработок откачано свыше 350 млн. м3 воды, что потре бовало оборудования уникальных водоотливных установок та ких, например, как водоотливная установка 9-го горизонта с об щей производительностью насосов 19200 м3/ч.
В условиях обводненных месторождений правильное реше ние проблемы водоотлива определяет безопасность ведения гор ных работ и экономичность добычи полезных ископаемых. __.
1.8. Водоотлив на глубоких горизонтах
Интенсивная разработка рудных и угольных месторождений вызывает быстрое нарастание глубины горизонтов. В настоя щее время многие рудники и шахты разрабатываются на глу
бине 800—1500 м. Предстоит закладка и строительство шахт при глубине горных работ 1500-^2000 м от земной поверхности. Поэтому значение проблемы разработки месторождений на глу боких горизонтах будет возрастать.
Важное значение приобретает изучение прогноза притока шахтных вод на глубоких горизонтах. В работах гидрогеологов указывается, что в связи с увеличением глубины подземных ра бот и уменьшением трещиноватости горных пород притоки воды снижаются.
На Криворожских рудниках, медных рудниках Урала и дру гих наблюдается некоторое уменьшение притока шахтных вод на глубине 400—500 м. Рудники, разрабатывающие месторож дение Коваг (Индия), практически сухие.
Сведения по угольным шахтам [5] показывают, что поступ ление воды в выработки, пройденные в трещиноватых породах примерно в одинаковых гидрогеологических условиях, как пра вило, с глубиной заметно уменьшается.
Наблюдается уменьшение притоков воды на глубине более 500 м. Исключением могут служить области молодой складча тости, осложненные образованием зон дробления, где часто на блюдается выход мощных источников, которые не уступают по дебиту источникам, выходящим из карстовых пород.
Уровень шахтных вод опускается на значительную глубину. До настоящего времени практически не установлена предель ная глубина распространения пористых и трещиноватых пород, как и неизвестна водоносная зона насыщения горных пород. Рядом теоретических и экспериментальных работ подтверждена возможность наличия трещиноватых и пористых пород на глу бине 3—5 км.
Накопленный материал по изучению гидрогеологии в неф тяной промышленности подтверждает уменьшение водоотдачи горных пород, однородных по своему петрографическому строе нию. Притоки шахтных вод становятся незначительными еще задолго до той глубины, на которой, по теоретическим расче там, должны отсутствовать водоотдающие породы.
Рассмотрим особенности гидрогеологии глубоких горизонтов на примере опыта эксплуатации наиболее глубоких шахт ЮАР.
Разработка золото-урановых месторождений ЮАР произво дится в условиях значительного обводнения. При этом шахтные воды приурочены к изверженным породам и вскрыты горными выработками на глубине свыше 1500 м. При проходке стволов на глубину 1500—3000 м вскрывается серия водоносных гори зонтов, содержащих высоконапорные воды с температурой 60—70 °С. ^
Золото-урановая, промышленность ЮАР ведет эксплуата цию месторождений- в семи' горнорудных районах на глубине 2500—4000 м, где весьма обводнены рудники района Оранже вой провинции. И5 горных выработок на глубине 1500—2000 м
в 1955 г. было откачано 22 млн. м3 воды, а в I960—1962 гг. при ток воды возрос до 90 млн. м3 в год. Несмотря на применение совершенного насосного, оборудования, был затоплен рудник «Мерриспруйт», введенный в эксплуатацию в 1956 г. Два года откачки воды из рудника при производительности водоотливной установки 300 м3/ч не дали положительных результатов.
Большое давление, создаваемое шахтными водами, пред ставляет серьезную опасность для ведения горных работ на глу боких горизонтах. Так, например, на руднике «Дубен Рудепорт» при проходке слепого вертикального ствола буровые скважины пересекли водоносную трещину на глубине 2500 м с дебитом 90 м3/ч и давлением до 14 МПа.
Наиболее глубоким рудником ЮАР является «Блайвуртэихт», где горные работы ведутся на глубине 3500 м. Большие
притоки шахтных |
вод на глубоких горизонтах, |
приуроченные |
к контактам даек |
и сбросов, выявляются здесь |
разведочными |
скважинами алмазного бурения при соблюдении мер предосто рожности. С момента развития горных работ на руднике при ток воды из пересеченных водоносных пород на нижних гори зонтах составил 23 660 м3/сут.
При разработке системы жил «Центрального ВигватерРэнда» обнаружилось, что шахтные воды имеют высокое давле ние и значительную скорость движения в горных породах по плоскостям кливажа, сброса и трещин, что затрудняло ведение горных работ.
Опыт эксплуатации глубоких горизонтов на рудниках ЮАР указывает, что водоотливные установки характеризуются: вы соким давлением в ставах; трудностью очистки водосборников и выдачи шлама на поверхность; сложностью организации по следовательной работы насосов, расположенных на разных го ризонтах. Указанные особенности необходимо учитывать при проектировании шахт и оборудования.
Таким образом, существующее мнение, что приток шахтных вод в горные выработки при увеличении глубины значительно снизится, нельзя признать в достаточной мере обоснованным.
По мере перехода разработки месторождений на глубокие горизонты возникает еще одна особенность гидрогеологии шахт ных вод — повышение их температуры. Факторами, способст вующими увеличению температуры вод, являются: повышение температуры горных пород, ухудшение условий проветривания из-за нагревания воздуха и возрастающая температура самих шахтных вод.
По данным Криворожского геологического треста, темпера тура воды в одной из скважин на глубине 120 м 'равнялась 10 °С, а на глубине 1000 м увеличилась до 26 °С. Это указы вает, что водяной градиент оказался равным около 60 м/°С, т. е. несколько ниже геотермического градиента. Повышенная тем пература воды на глубоких горизонтах создает тяжелые усло
вия эксплуатации водоотливных установок, вызывая ухудшение всасывания, образование кавитации в насосах, что необходимо учитывать при их оборудовании.
Вопросы прогноза притоков воды в горные выработки и температурных режимов на глубоких горизонтах должны ре шаться на основе всестороннего изучения гидрогеологических условий для горнорудных и угольных бассейнов в следующих направлениях.
1. Изучение количественных и качественных показателей изменения притоков воды по всем горизонтам рудников и шахт. На основании этого производить выбор рациональной схемы организации работы водоотлива.
2.Исследование водоотдачи горных пород путем непосред ственных наблюдений и замеров в шахте на больших глубинах, как это было выполнено на рудниках Кривого Рога, медных рудниках Урала при бурении глубоких скважин, проходке раз ведочных выработок и применении геофизических методов раз ведки.
3.Применение специальных дренажных насосов по опыту СУБРа и Соколовско-Сарбайского месторождения, что позво ляет снизить притоки шахтных вод на глубоких горизонтах.
4.Оборудование водоотливных установок в строгом соот ветствии с требованиями к установкам высокого давления по рядка 8—10 МПа.
1.9. Водоотлив в условиях откачки кислотных шахтных вод
При эксплуатации водоотливных установок в условиях от качки кислотных шахтных вод особое место занимают вопросы борьбы с коррозией металлов, когда снижается надежность ра боты насосного оборудования и возникают аварийные режимы. Число шахт, откачивающих кислотные воды, непрерывно уве личивается. Поэтому проблема борьбы с коррозией имеет важ ное значение. Изменить условия работы насосного оборудова ния не представляется возможным, вследствие чего применение коррозионно-стойких материалов для изготовления насосов и деталей аппаратуры является пока единственным и наиболее перспективным направлением повышения надежности работы автоматизированных водоотливных установок.
Степень кислотности и агрессивности шахтной воды оцени вается водородным показателем pH, который представляет со бой логарифм lg[H+], взятый с обратным знаком (где [Н+] — концентрация ионов водорода в воде). Установлено, что в 1 л чистой воды содержание свободных водородных ионов равно одной десятимиллионной грамма, т. е. (Н+]=1*10~7 и соответ ственно lg[H+]=—7. Таким образом, для чистой воды, обла дающей нейтральной реакцией, pH = 7. Вода классифицируется
по значению pH следующим образом: |
сильнокислотная — рН = |
||
= 0-7-3; |
среднекислотиая — рН=3-5-4; |
слабокислотиая — рН = |
|
=4-5-6; |
нейтральная — pH = 7; |
слабощелочная — pH = 8-5-9.. |
|
В зависимости от значения |
pH воды производится' выбор |
||
кислотоупорного оборудования |
и трубопроводов водоотливной |
установки.
Коррозионное воздействие шахтных вод зависит также от содержания в них растворенных газов: кислорода, сероводо рода, углекислого газа и хлора.
Между общей минерализацией шахтных вод и величиной pH наблюдается обратная зависимость, выражающаяся в более низком значении pH для высокоминерализованных вод.
Вредное влияние на насосное оборудование на медных руд никах Урала замечается при содержании в воде свободной сер ной кислоты в количестве 100—200 мг/л.
Известно, что кислотные воды проникают на значительную глубину. Так, например, на рудниках Красногвардейском и Карабашских, а также на Гайском ГОКе они встречаются на гор. 305 и 425 м; на шахте «Центральная» Карабашского рудо управления— в выработках на гор. ниже 610 м. Это осложняет организацию водоотлива при столь высоких давлениях.
Характеристика шахтных вод на медных рудниках Урала приведена в табл. 1.2.
Т а б л и ц а 1.2
Характеристика шахтных вод на медных рудниках Урала
Месторождение, рудник |
Глубина |
Характеристика |
вод |
горизонта, м |
|||
Карабашское |
320 |
Сильнокислотные |
|
Красноуральское |
244 |
Среднекислотные |
|
Рудник им. III Интернационала |
185 |
» |
|
«Левиха-Центральная», Кирово |
80 |
Слабокислотные |
|
град |
80 |
» |
|
Гумешское |
|
||
Рудник им. III Интернационала |
375 |
» |
|
Турьинское |
324 |
Нейтральные |
|
То же |
222 |
Слабощелочные |
|
Кислотные шахтные воды |
в горнорудной промышленности |
||
встречаются главным образом при разработке медных |
место |
рождений Урала (за исключением Турьинского), где в рудах и вмещающих породах содержание серы составляет 35—40 %, и в Кизеловском угольном месторождении.
Наиболее важным фактором образования кислотных шахт ных вод являются поверхностные воды, которые при своем дви жении на нижние горизонты сильно минерализуются, обога щаясь сернокислотными соединениями, и приобретают повы
шенное содержание серной кислоты, окислов железа и хло ридов.
Повышенная кислотность вызвана также растворением со единений серного колчедана подземными источниками шахтных вод, что также способствует коррозирующему их действию на насосное оборудование. Возникновение свободной серной кис лоты возможно и другим путем.
Анализы шахтных вод медных рудников Урала показывают, что кислотность вод с глубиной выработок снижается; кислые воды даже иногда переходят в нейтральные. Так, на шахте «Капитальная» рудника им. III Интернационала на гор. 185 м кислотные воды характеризуются значением pH = 3,5 с после дующим снижением кислотности на гор. 3^75 м, где pH = 5,5.
Таким образом, наблюдается вполне закономерная верти кальная зональность в отношении снижения содержания серной кислоты в шахтных водах, что имеет важное значение для орга низации работы водоотлива на глубоких горизонтах.
Кратко характеризуя шахтные воды в Криворожском бас сейне с точки зрения их коррозирующих свойств, необходимо отметить, что в некоторых из них (шахта «Большевик») содер жится большое количество хлора, увеличивающееся с глубиной выработок.
В рудоуправлении «Правда» коррозирующее действие ока зывают воды с содержанием РегОз до 3 г/л. На некоторых шах тах из-за сильного капежа воды из кровли на рельсы последние приходят в полную негодность. По этой же причине быстро вы ходят из строя воздухопроводные трубы, проложенные у кровли выработки. В водах шахты «Новая» шахтоуправления им. Розы Люксембург содержится до 45 мг/л агрессивной углекислоты, что вызывает разрушение отдельных, бетонированных частей вы работок и шахтного ствола.
В вертикальном разрезе месторождений состав вод неодно роден и носит резкие изменения. Так, в Криворожском бассейне на глубине от 10 до 220 м наблюдаются: верхняя зона сульфат ных вод, зона смешанных сульфатно-хлоридных вод и зона вы сокоминерализованных хлоридных вод.
Образование кислотных шахтных вод при разработке мед ных месторождений наблюдается в периоды возникновения под земных пожаров эндогенного происхождения, когда процессы окисления протекают весьма интенсивно. Роль окислителя вы полняет вода, содержащаяся в глинопульпе, используемой, при тушении подземных пожаров. Увеличение кислотности и темпе ратуры шахтных вод является также одним из основных при знаков распознавания очагов эндогенного пожара. Наблюдения на медных рудниках Урала показывают, что содержание серной кислоты в шахтных водах в этот период резко возрастает, в связи с чем повышается коррозионное воздействие их на ап паратуру автоматического управления.
Шахтные воды полиметаллических рудников мало агрес сивны, на некоторых из них (Лёиииогорский, Белоусовский, Зыряновский) воды содержат значительное количество механиче ских примесей, что осложняет эксплуатацию автоматизирован ных водоотливных установок.
1.10. Краткая гидрогеологическая характеристика некоторых бассейнов и выбор оборудования водоотливных установок
Рассмотрим несколько примеров по обоснованию выбора параметров водоотливных установок на подземных и открытых горных работах различных предприятий.
Рудники Криворожского бассейна. По величине притоков шахтных вод рудники бассейна разделяются на три группы.
К первой группе можно отнести рудники, разрабатывающие второй Саксаганский пласт, для которых влияние р. Саксагань незначительно. Притоки шахтных вод зависят от интенсивности добычи руды и изменяются с границами шахтного поля.
Ко второй группе относятся рудники, разработка которых связана с верхнеплиоценовыми песками и подстилающей серой плотной глиной. Притоки воды в этих условиях колеблются
впределах 10—30 м3/ч на 1000 м2 рудной площади.
Ктретьей группе относятся рудники, разработка которых связана с серией кристаллических пород криворожской свиты, подземные воды которой относятся к типу пластово-трещино ватых и циркулирующих по трещинам. Наиболее водонасыщен ными породами, например на шахте «Гигант-Глубокая», явля ются рудные залежи и железистые породы с общим притоком по шахтному полю 120—140 м3/ч. В этих условиях при пониже нии фронта очистных работ возрастают притоки шахтных вод вследствие обводненности пород висячего бока с максимальным притоком 250—300 м3/ч.
Современные и ожидаемые притоки воды в подземные гор ные выработки Криворожского бассейна обусловливаются: пло щадью рудных залежей, тектоническими особенностями рудных тел и вмещающих пород, глубиной вскрытия, дренирующим влиянием соседних участков более глубоких шахт, интенсивно стью вскрытия и отработки залежей.
Указанные условия определяют тип и производительность водоотливных установок этого бассейна. Притоки шахтных вод
в горные выработки по бассейну в 1960 г. составляли 3,8 млн. м3, а с увеличением глубины проведения горных выработок в .1970 г. увеличились до 22 млн. м3. Наличие шахтных вод на больших глубинах подтверждают все глубокие структурные скважины.
В центральном районе Саксаганской полосы, начиная с глу бины 350—600 м, притоки вод в горные выработки будут воз растать за счет обводненных доломитов, вовлекающихся в зону
обрушения висячего бока (рудник им. Фрунзе и др.). Общее ко личество статических запасов вод в доломитах, подлежащих дренированию в центральном районе, равно 90—100 млн. м3. При интенсивности понижения горных работ на 25 м притоки воды на глубине 1000 м отдельных шахт района будут дости гать 30Q—400 м3/ч без учета карстовых вод.
Таким образом, усложнение гидрогеологических условий на глубоких горизонтах в центральном районе Саксаганской по лосы вносит значительные трудности в развитие горных работ.
Для обеспечения безопасной эксплуатации месторождения целесообразно использовать опыт рудников цветной металлур гии, т. е. на глубине ниже 600—700 м применять водопонижение путем снятия гидростатических напоров. На рудниках им. Ки рова, Карла Либкнехта, Коминтерна, «Большевик» и других верхнюю зону доломитов целесообразно осушить с примене нием погружных насосов ЭЦН-150Х350, используя дренажные выработки для снятия оставшихся шахтных вод и разведочные скважины при проходке выработок. Следовательно, на рудни ках Кривого Рога в ближайшие годы при оборудовании водо отливных установок достаточно ограничиться тремя-четырьмя насосами с подачей до 300 м3/ч при различном значении на пора.
Североуральские бокситовые рудники. Месторождения бок ситов находятся в карстовой области, простирающейся вдоль восточного склона Северного Урала, и характеризуются слож ными силурийскими и девонскими известняками. Источниками сильной обводненности служат: поглощение русловых вод рек по закарстованной поверхности рудовмещающих известняков, что составляет 65—70 % водослива; инфильтрация атмосфер ных осадков на площади водосбора; статические запасы под земных вод.
Притоки воды в горные выработки достигают 10— 12 тыс. м3/ч. Для откачки такого количества воды необходимы уникальные водоотливные установки, оборудованные шестью — десятью мощными насосными агрегатами с подачей 800— 1200 м3/ч каждым при высоте нагнетания 600—800 м.
Свинцово-цинковые месторождения Южного и Восточного Казахстана. Месторождения Южного Казахстана расположены на западных склонах горного хребта Кара-Тау. Самым значи тельным является Миргалимсайское месторождение, где вме щающими породами являются закарстованные доломитизированные известняки, имеющие значительную трещиноватость- и сильную обводненность. При вскрытии трещин отдельными вы работками притоки воды достигают 400—1000 м3/ч. Суммарный приток воды на действующих шахтах рудника составляет 9000—20 000 м3/ч, что обусловило применение водоотливных ус тановок с отрицательной высотой всасывания на отдельных го ризонтах с подачей до 20 000 м3/ч при напоре 400—600 м.
При вскрытии верхних горизонтов на отдельных полиметал лических рудниках Восточного Казахстана приток воды не пре вышает 40—75 м3/ч. Случайные затопления некоторых шахт в различные периоды эксплуатации обусловливались проникно вением поверхностных вод в горные выработки главным обра зом из зоны обрушения и поверхностных водоемов. :В связи с интенсивной разработкой шахтных полей и увеличением глу бины вскрытия притоки на рудниках значительно возросли и на отдельных месторождениях (Лениногорское, Зыряновское и др.) превысили 2000 м3/ч. Зыряновское месторождение, расположен ное в пределах рудного Алтая, на склоне имеет мощность рых лых отложений над месторождением примерно 60—120 м. Песчано-галечная часть этих отложений насыщена большими статическими запасами вод в количестве 100—110 млн. м3, а развитие трещиноватости налегающих горных пород создает тяжелые гидрогеологические условия. Поэтому требуются мощ ные водоотливные установки производительностью 4000— 5000 м3/ч при высоте нагнетания 400—500 м.
Большие притоки шахтных вод вызвали необходимость строительства мощных водоотливных установок с отрицатель ной высотой всасывания на Ленииогорском, Зыряновском и других рудниках при подаче насосных агрегатов 1000—1500 м3/ч -и напоре 400—600 м.
Обследование водоотливного хозяйства рудного Алтая и Ка захстана показало, что- в ближайшие годы потребуется соору жение мощных водоотливных установок производительностью от 5 до 10 тыс. м3/ч и высотой нагнетания от 400 до 900 м.
Медноколчеданные месторождения Урала с промышленной концентрацией сульфидов меди, цинка, кобальта и других ме таллов тянутся меридионально вдоль восточных склонов Ураль ских гор на протяжении 500 км. Оруденения представляют со- •бой линзообразные залежи или рассеянные серноколчеданные вкрапленности. Породы рудоносной свиты имеют крутое паде ние, что определяет применение многообразных систем разра ботки рудных тел и многоступенчатых схем организации ра боты водоотлива.
Проведенные наблюдения на 20 шахтах медных рудников 'Урала дают основание утверждать, что водообильность их не высокая. Притоки воды колеблются от 30—100 м3/ч (Турьинский.рудник) до 80—-130 м3/ч (Красиоуральскис, Кировоград ские тз.удники и рудник им, III Интернационала)..
Непосредственная связь .поверхностных вод через трещины и тектонические нарушения иногдавызывает увеличение прито ков воды до 250—5Ю0-м'3/ч, что обусловливает необходимость, на личия значительного резерва насосного оборудования водоот ливных установок.
Устойчивые крепкие породы лежачего бока или безрудная зона между залежами имеют незначительную трещиноватость;
а водоносность этих пород ограничивается глубиной 150—200 м от поверхности. На нижних горизонтах породы уплотнены, вследствие чего резко снижена их фильтрационная способность.
Водоотлив медных рудников Урала, .как правило, оборудо ван секционными насосами в кислотном исполнении с подачей от .100 до 300 м3/ч и высотой нагнетания до 600 м в зависимости от глубины шахты.
Рудники цветной металлургии в районах вечной мерзлоты.
Притоки воды в горные выработки здесь незначительны. При разработке месторождений следует учитывать особую роль рас пространения сезонной вечной мерзлоты: наличие таликов, глу бину промерзания рек и др. Рудники, расположенные в районах вечной мерзлоты, в подавляющем большинстве относятся к ма лодебитным водоносным рудникам. Длительный процесс про мерзания горных пород уничтожает все небольшие источники.
Всвязи с незначительной обводненностью горных выработок
вусловиях вечной мерзлоты следует отметить малую значи
мость водоотлива при неглубоких разработках. Однако с уве личением глубины шахт (Магаданские золотые рудники, Но рильские рудники) наблюдается повышение притоков шахтных вод на нижних горизонтах. Особое значение в этих условиях приобретает смерзание поверхностного слоя воды в приемных колодцах, обмерзание нагнетательных трубопроводов и образо вание ледяных пробок. Выключение установки даже на корот кий период вызывает быстрое обмерзание трубопроводов, по этому возникает необходимость их опорожнения после откачки с применением клапанов специальной конструкции.
Рудники вольфрамовой, оловянной, никелевой и золото-пла тиновой промышленности характеризуются незначительными притоками, малой высотой нагнетания в пределах 100—200 М; Проводимая техническая реконструкция водоотлива, примене ние более совершенных насосов ЦНС позволит повысить тех нико-экономические показатели работы установок.
Шахты Донецкого бассейна. Гидрогеология бассейна опре деляется структурно-литологическими особенностями; в зонах тектонических нарушений скальных пород аккумулируются шахтные воды. Район характеризуется бедностью поверхност ных вод и- атмосферных осадков. Осадочные породы содержат ряд водоносных горизонтов в трещиноватых известняках и пес чаниках, часто гидравлически связанных по зонам нарушений. Известно, что известняки и песчаники мощностью в несколько десятков метров в зонах нарушения обладают повышенной во доносностью и дают устойчивые притоки 100—120 м3/ч [5]. На некоторых шахтах производственного объединения «Куйбышевуголь» притоки шахтных вод превышают-400 м3/ч. Средний ко эффициент водообильности для шахт Донбасса составляет 2,8, а по отдельным районам колеблется от 1,3 до 5. Отсутствие водоносных горизонтов, а также большая сеть балок и оврагов,
обеспечивающих дренаж и интенсивный сток атмосферных осадков в условиях шахт центрального Донбасса, создают бла гоприятные гидрогеологические условия для разработки угля. Притоки воды в шахтах изменяются от 10 до 200 м3/ч, а ;в от дельных случаях в результате просачивания поверхностных вод (шахта «Красный Октябрь») или при встрече обводненных тек тонических зон (шахта «Кондратьевка-Западная») увеличива ются до 400 м3/ч.
Западная часть Донбасса в гидрогеологическом отношении имеет сложные условия для осушения угольных месторождений и характеризуется наличием толщи в 100—150 м мезозойских водоносных пород. Притоки воды в горные выработки колеб лются в пределах 75—150 м3/ч с зоной интенсивной циркуляции до глубины 300 м и постепенным уменьшением водоносных гори зонтов ниже 500 м.
Рассмотренная закономерность нарушается в зависимости от местных условий, тектонических явлений, закарстованиости, литологического чередования пород и наличия артезианских бассейнов.
Таким образом, на шахтах Донбасса водоносные горизонты дают устойчивые водопритоки в горные выработки порядка 50—150 м3/ч и не ожидается их увеличение на глубоких гори зонтах.
Оборудование водоотливных установок Донбасса весьма разнообразно. Из 5000 установленных насосов 28 % составляют насосы 8МС-7 и МС-3-300, 23 % — насосы 6МС-6 и МСК-3-150, 27 % — насосы МС-30, МС-50 и МС-70. На остальных установ ках применяются насосы других типов. Таким образом, 40 % со ставляют насосы современного типа при высоте нагнетания от 50 до 800 м.
Шахты Кузнецкого бассейна. Обводненность угленосных от ложений Кузбасса на большей части его площади является не высокой. Наибольшая водоносность встречается в зонах круп ных тектонических нарушений, а также, на участках выгорания мощных угольных пластов, которые широко распространены в Прокопьевско-Киселевском районе. Речная сеть Кузбасса не оказывает существенного влияния на режим подземных вод, по этому разрабатываемые пласты балахонской серии имеют при токи примерно 100—250 м3/ч и лишь на шахте «Коксовая» при токи достигают 400 м3/ч.
Средний коэффициент водообильности шахт бассейна равен 1,5 и по шахтам, разрабатывающим угольные пласты кольчугинской свиты, приток составляет 80—400 м3/ч при коэффи циенте водообильности 1—4. Исключением являются шахты им. Кирова и 7 ноября Ленинского угольного района, где отрабаты ваются пойменные участки долины р. Ини; притоки воды по шахтам колеблются от 800 до 1500 м3/ч при коэффициенте во дообильности 5—12.
По данным гидрогеологической службы бассейна, наиболее интенсивная циркуляция подземных вод происходит в зоне глу биной до 100 м, наиболее водообильной толщей — глубина до 200—300 м, где залегает до 90 % от общего числа водоносных горизонтов. Водоотливные установки оборудованы тремя-че
тырьмя насосами. |
Всего по бассейну установлено примерно |
|
900 насосов, из |
которых: 11 % |
составляют насосы 8МС-7, |
21 % — насосы МС-30.0, 24 % — насосы МС-50, MG-70, МС-100. |
||
Насосы МС-300 составляют 42 % |
и 12 % насосы других типов. |
Таким образом, 35 % водоотливных установок оборудовано насосами современного типа с подачей не свыше 300 м3/ч и при высоте нагнетания от 100 до 500 м.
Шахты Карагандинского бассейна. В пределах Караган динского бассейна распространены трещинно-карстовые воды нижнего карбона, напорные пластовые воды юрских и третич ных отложений. Наиболее обводненным районом является Чу- рубай-Нуринский, где среднегодовой приток воды составляет 25—75 м3/ч. В целом по бассейну приток воды в шахты из уг леносных отложений редко превышает 100 м3/ч, что указывает на слабую обводненность месторождения. Наиболее водообиль ными породами являются породы, залегающие до глубины 300 м, где ^находится до 85 %' общего притока шахтных вод. Средний коэффициент водообильиости равен 0,38, а по отдель ным шахтам — колеблется в пределах 0,2—1,1, что определяет оборудование водоотливных установок с насосными агрегатами, имеющими подачу 100—150 м3/ч [5]. В водоотливе 37 % состав ляют современные насосы типа ЦНС.
Шахты Подмосковного бассейна. Обводненность шахт Под московного бассейна усложняет и удорожает эксплуатацию угольных месторождений, особенно при внезапных прорывах в горные выработки шахтных вод и плывунов. Сложность гид рогеологических условий южного крыла объясняется наличием известняков (Мощностью свыше 10 м, которые содержат большие запасы подземных вод. Из-за тектонических нарушений отдель ные угольные пласты в этом районе сильно обводнены, что вы зывает внезапные увеличения притоков в шахтах.
Алексинские известняки в центральной части района и ни жележащие сильнотрещиноватые упинские известняки мощно стью 15—20 м способствуют скоплению в них значительного ко личества шахтных вод с примесями глины, что осложняет ра боту водоотливных установок. Средний приток шахтных вод по бассейну колеблется в пределах 75—120 м3/ч и только на не которых из них увеличивается до 200—300 м3/ч. Всего по бас сейну установлено 1500 насосов, из них насосы ЦНС-60, ЦНС-105 составляют 50 %.
Шахты Кизеловского бассейна. Этот бассейн является наи более обводненным в угольной промышленности, что объясня ется большой мощностью карбонатных закарстованных пород.
2 Заказ Ке 116 |
33 |
В известняках при средней мощности 400—500 м образуются крупные карстовые полости, в которых концентрируется боль шое количество шахтных вод. Притоки воды на глубоких гори зонтах достигают 1500—2000 м3/ч и имеется тенденция к их увеличению. Так, на шахте им. Ленина приток воды составляет 1000—1500 м3/ч. Среднее значение коэффициента водообилыюсти колеблется в пределах 10—12. Ожидается увеличение его до 30 по отдельным шахтам бассейна к 1990 г.
Высокая кислотность шахтных вод (pH = 2,5-М) осложняет эксплуатацию водоотливных установок, все оборудование кото рых применяется в противокислотном исполнении. Применяются в основном насосы ЦНСК с различной подачей. Малая произ водительность насосов, по сравнению с притоками шахтных вод, вызывает необходимость установки большого количества насосных агрегатов.
Шахтные воды необходимо рассматривать как полезный природный ресурс. Использование их при соответствующей очи стке для орошения позволяет повысить производительность сельскохозяйственных угодий и улучшить микроклимат региона. Особенно это следует отнести к Карагандинскому и Донецкому бассейнам, имеющим дефицит водоснабжения. Использование шахтных вод Миргалимсайского рудника (Южный Казахстан) позволяет орошать многие тысячи гектаров земель.
Таким образом, очистка шахтных вод и использование их имеют важнейшее народнохозяйственное значение.