Рассмотрена эффективность осушения бортов карьера системами горизонтальных дренажных скважин в зависимости от их расположения относительно простирания борта. Проанализирована эффективность осушения прибортового массива горных пород при двух предельных схемах заложения дренажных скважи

Воронин, А. А.

Пономаренко, Ю. В.

DSpace at Belgorod State University

УДК 622.5:556.3ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ДРЕНАЖНЫХ СКВАЖИН ПРИ ОСУШЕНИИ БОРТОВ КАРЬЕРОВНАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ | /У |Серия Естественные науки. 2011. № 21 (116). Выпуск 17 179А.А. Воронин 1 Ю.В. Пономаренко 21 Белгородский государственный национальный исследовательский университетРоссия, 308015,г. Белгород, ул. Победы, 85E-mail:alevrnin@rambler.ru2 ОАО ВИОГЕМРоссия, 308007, г.Белгород, ул.Б. Хмельницкого, 86E-mail:viogem@mail.belgorod.ruРассмотрена эффективность осушения бортов карьера система­ми горизонтальных дренажных скважин в зависимости от их распо­ложения относительно простирания борта. Проанализирована эф­фективность осушения прибортового массива горных пород при двух предельных схемах заложения дренажных скважин. Рекомендуется дренажные скважины задавать под углом 50о- 60о к простиранию борта.Ключевые слова: система осушения, заградительный контур, горизонтальные дренажные скважины, предельные расчётные схе­мы, расположение скважин под углом.Р о с с и я  и  б о л ь ш и н с т в о  д р у г и х  г о р н о д о б ы в а ю щ и х  с т р а н  в о ш л и  в  X X I  в е к  с  н е о б ­х о д и м о с т ь ю  о с в о е н и я  г л у б о к и х  в ы с о к о о б в о д н е н н ы х  м е с т о р о ж д е н и й  п о л е з н ы х  и с к о ­п а е м ы х .  О т р а б о т к а  т а к и х  м е с т о р о ж д е н и й  п р а к т и ч е с к и  н е  о с у щ е с т в и м а  б е з  п р о в е д е н и я  м а с ш т а б н о г о  к о м п л е к с а  д р е н а ж н ы х  м е р о п р и я т и й .В  с л о ж н ы х  г е о л о г о - г и д р о г е о л о г и ч е с к и х  у с л о в и я х  п р и  р а з р а б о т к е  с и с т е м  о с у ­ш е н и я  о т к р ы т ы х  г о р н ы х  р а б о т  п р е и м у щ е с т в е н н о  п р и м е н я ю т  д в у х к о н т у р н ы е  д р е н а ж ­н ы е  с и с т е м ы ,  к о т о р ы е  в к л ю ч а ю т  в н е ш н и й  -  з а г р а д и т е л ь н ы й  к о н т у р  и  в н у т р е н н и й  -  д л я  п е р е х в а т а  в о д  « п р о с к о к а »  н а  б о р т  к а р ь е р а .З а г р а д и т е л ь н ы й  к о н т у р  с о с т о и т  и з  д и с к р е т н о  р а с п о л о ж е н н ы х  в о д о п о н и ж а ю ­щ и х  с к в а ж и н  р а с п о л а г а е м ы х  з а  в н е ш н е й  г р а н и ц е й  г о р н ы х  р а б о т .  В  с и л у  д и с к р е т н о г о  р а с п о л о ж е н и я  с к в а ж и н  в о з н и к а ю т  у с л о в и я  д л я  « п р о с к о к а »  п о д з е м н ы х  в о д  в  г о р н ы е  в ы р а б о т к и ,  к о т о р ы й  в  р е а л ь н о й  о б с т а н о в к е  д о с т и г а е т  4 0 - 5 0 %  о т  о б щ е г о  п р и т о к а  к  р у д н и к у .В  н а и б о л е е  с л о ж н ы х  г и д р о г е о л о г и ч е с к и х  у с л о в и я х  п р и м е н я ю т  к о м б и н и р о в а н ­н ы й  с п о с о б  о с у ш е н и я ,  в к л ю ч а ю щ и й  н а  с т а д и и  э к с п л у а т а ц и и  п о д з е м н ы й  д р е н а ж н ы й  к о м п л е к с  с о  с к в о з н ы м и  ф и л ь т р а м и  и  в о с с т а ю щ и м и  с к в а ж и н а м и .С  ц е л ь ю  с н и ж е н и я  п р и т о к а  п о д з е м н ы х  в о д  к  б о р т а м  к а р ь е р а  д о  д о п у с т и м о г о  у р о в н я  с о о р у ж а е т с я  в н у т р е н н и й  д р е н а ж н ы й  к о н т у р ,  в  б о л ь ш и н с т в е  с л у ч а е в  п р е д с т а в ­л я ю щ и й  с и с т е м у  г о р и з о н т а л ь н ы х  д р е н а ж н ы х  с к в а ж и н  ( Г Д С ) ,  з а к л а д ы в а е м ы х  в  б о р т  к а р ь е р а  у  п о ч в ы  о с н о в н о г о  в о д о н о с н о г о  г о р и з о н т а .В  р а б о т е  С . В .  К р а в ч у к а  [ 1 ]  о т м е ч а е т с я ,  ч т о  Г Д С  м о г у т  з а к л а д ы в а т ь с я  п е р п е н д и ­к у л я р н о  и л и  п о д  н е к о т о р ы м  у г л о м  к  о т к о с у ,  п р и  э т о м  п о д ч е р к и в а е т с я ,  ч т о  у г о л  з а л о ­ж е н и я  с к в а ж и н  к  л и н и и  п р о с т и р а н и я  о т к о с а  н е  о к а з ы в а е т  з а м е т н о г о  в л и я н и я  н а  и х  д е б и т  и  в е л и ч и н у  в ы с а ч и в а н и я  в о д ы  н а  о т к о с е ,  п о э т о м у  р е к о м е н д у е т с я  с т р е м и т ь с я  к  з а л о ж е н и ю  с к в а ж и н ы  н о р м а л ь н о  к  о т к о с у ,  ч т о  о б е с п е ч и в а е т  м а к с и м а л ь н у ю  ш и р и н у  з о н ы  о с у ш е н и я .В  н а с т о я щ е е  в р е м я  п о с л е д н е е  у т в е р ж д е н и е  п о т е р я л о  с в о ю  о д н о з н а ч н о с т ь ,  п о ­с к о л ь к у  б у р о в ы е  у с т а н о в к и  о т е ч е с т в е н н о г о  п р о и з в о д с т в а  п о з в о л я ю т  п р о х о д и т ь  г о р и ­з о н т а л ь н ы е  с к в а ж и н ы  о т  1 0 0  д о  3 0 0  м е т р о в  и  о б е с п е ч и в а т ь  н е о б х о д и м у ю  ш и р и н у  з о ­н ы  о с у ш е н и я .С  ц е л ь ю  и з у ч е н и я  в л и я н и я  у г л а  з а л о ж е н и я  г о р и з о н т а л ь н о й  с к в а ж и н ы  к  л и н и и  п р о с т и р а н и я  о т к о с а  р а с с м о т р е н ы  д в е  п р е д е л ь н ы е  с х е м ы  з а л о ж е н и я  с к в а ж и н  ( с м .  р и с .  1 ) .180 НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ | r J  Серия Естественные науки. 2011. № 21 (116). Выпуск 17Рис. 1. Предельные схемы заложения горизонтальных дренажных скважинОС и ВБ -  направления бурения горизонтальных дренажных скважин нормально линии простирания борта карьера; ОВ -  горизонтальная дренажная скважина, совмещенная с линией простирания борта;Н -  постоянный напор подземных вод на контуре питания; о -  половина расстояния между горизонталь­ными дренажными скважинами; l -  длина горизонтальной скважины; L -  расстояние от забоя скважины до контура питания; L0 -  расстояние от основания откоса до контура питанияО д н а  и з  н и х  с о о т в е т с т в у е т  п л а с т у  -  п о л о с е  т е о р е т и ч е с к и  н е о г р а н и ч е н н о й  п р о ­т я ж е н н о с т и ,  н а  о д н о й  и з  г р а н и ц  к о т о р о й  в ы п о л н я е т с я  у с л о в и е  H = c o n s t , в т о р а я ,  с о в п а ­д а ю щ а я  с  л и н и е й  п р о с т и р а н и я  о т к о с а ,  я в л я е т с я  в о д о н е п р о н и ц а е м о й .  Г о р и з о н т а л ь н ы е  с к в а ж и н ы  о д и н а к о в о й  д л и н ы  з а л о ж е н ы  н о р м а л ь н о  л и н и и  п р о с т и р а н и я  о т к о с а  н а  р а в н о м  р а с с т о я н и и  м е ж д у  н и м и  ( 2 о ) .Д л я  и с с л е д о в а н и я  в ы д е л и м  г и д р о д и н а м и ч е с к и  н е з а в и с и м ы й  ф р а г м е н т ,  о г р а ­н и ч е н н ы й  п о  д л и н е  к о н т у р о м  п и т а н и я  и  л и н и е й  п р о с т и р а н и я  о т к о с а ;  п о  ш и р и н е  ф р а г м е н т  о г р а н и ч и в а ю т  л и н и и  т о к а  ( О С  и  В Б ) ,  п р о х о д я щ и е  ч е р е з  д р е н а ж н ы е  с к в а ­ж и н ы .Ш и р и н а  ф р а г м е н т а  в  э т о м  с л у ч а е  р а в н а  2 о  и  д л и н а  -  ш и р и н е  п л а с т а  -  п о л о с ы .Ч т о б ы  н е с к о л ь к о  у п р о с т и т ь  р а с ч е т н у ю  с х е м у  д л и н а  г о р и з о н т а л ь н ы х  д р е н а ж ­н ы х  с к в а ж и н  п р и н я т а  р а в н о й  р а с с т о я н и ю  м е ж д у  н и м и  -  2 о .Д л я  п р о в е д е н и я  в ы ч и с л е н и й  и  ч и с л е н н о г о  а н а л и з а  р е з у л ь т а т о в ,  п а р а м е т р ы  г р у н т о в о г о  п о т о к а  п р и н и м а л и с ь  с л е д у ю щ и м и :k  -  к о э ф ф и ц и е н т  ф и л ь т р а ц и и  в о д о н о с н ы х  п е с к о в  -  3 0  м / с у т ;l  -  д л и н а  г о р и з о н т а л ь н о й  с к в а ж и н ы  -  5 5  м  ( п р и н я т а  с  у ч е т о м  д л и т е л ь н о с т и  е е  э к с п л у а т а ц и и  2 - 3  г о д а ) ;L  -  р а с с т о я н и е  о т  з а б о я  с к в а ж и н ы  д о  к о н т у р а  п и т а н и я  -  2 0 0  м ;L 0  -  р а с с т о я н и е  о т  о с н о в а н и я  о т к о с а  д о  к о н т у р а  п и т а н и я  -  2 5 5  м ;h l  -  г л у б и н а  п о т о к а  н а  л и н и и  з а б о е в  с к в а ж и н ;Ы  -  д о п у с т и м а я  в ы с о т а  у ч а с т к а  в ы с а ч и в а н и я  -  0 . 0 1  м  ( у р о в е н ь  н а  у с т ь е  г о р и ­з о н т а л ь н о й  с к в а ж и н ы ) ;H  -  г л у б и н а  п о т о к а  н а  к о н т у р е  п и т а н и я  -  1 1  м .П р и т о к  к  о д н о й  в з а и м о д е й с т в у ю щ е й  с к в а ж и н е  о п р е д е л я л с я  п о  ф о р м у л е  п р и в е ­д е н н о й  в  р а б о т е  [ 1 ] .а = kC(hf -  h2) ( 1 )H  ч-----N h 2_____ ст____ (2)— M  ч  1НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ /У |Серия Естественные науки. 2011. № 21 (116). Выпуск 17 181В формулах (1) и (2) значения коэффициентов С, N  и M  набираются по таблице в зависимости от отношения l/a [1], в рассматриваемом случае равном 2. Они соответ­ственно равны: С  = 1; N  = 0.321 и M  = 1.108.Глубина потока грунтовых вод на линии забоев горизонтальных скважин вы­числяется по формуле (2) и равна 3.65 м.Установившийся дебит одной взаимодействующей скважины согласно зависи­мости (1) составил 400.8 м3/сут. (16.7 м3/ч).Чтобы перейти ко второй предельной схеме фильтрации горизонтальную сква­жину необходимо повернуть на 90° вокруг вертикальной оси до совпадения с линией простирания откоса ОВ. Дебит определяется как приток к горизонтальной дрене по известной формуле:2L(3)при h 1= 0.01 м, Q  = 200.4 м3/сут (8.35 м3/ч).Из выполненных расчетов следует, что максимальные притоки к горизонталь­ным скважинам соответствуют их нормальному положению к линии простирания от­коса, когда их забои расположены наиболее близко к контуру питания и уменьшаются по мере удаления от него.Итак, при заложении горизонтальных дренажных скважин перпендикулярно к линии простирания откоса, их дебит достигает максимальных значений.Однако такое расположение скважины имеет и отрицательное значение, что объясняется совпадением направления скважин с линиями тока, и при этом расстоя­ние от контура питания до откоса оказывается кратчайшим.Учитывая, что фильтрационное сопротивление прибортового массива всегда меньше сопротивления дренажных скважин, это приводит к увеличению притока под­земных вод к борту карьера и высоты высачивания.Чтобы устранить отмеченный недостаток и повысить эффективность дренаж­ного контура целесообразно перейти к заложению ГДС под некоторым углом (50-60) к линии простирания откоса, а чтобы не вызвать снижения их производительности и сохранить неизменным расстояние от забоев до контура питания, потребуется соответ­ственно увеличить их протяженность. При этом устье каждой скважины предлагается смещать от проекции забоя предыдущей скважины (точка В) в сторону её устья (точка А), например на 1/3 расстояния между ними. (см. рис. 2)Рис. 2. Схема расположения горизонтальных дренажных скважин под углом к линии простирания откоса182 НАУЧНЫ Е ВЕДОМОСТИ Юерия Естественные науки. 2011. № 21 (116). Выпуск 17П р и  у к а з а н н о й  с х е м е  р а з м е щ е н и я  Г Д С  с о з д а е т с я  э ш е л о н и р о в а н н а я  с и с т е м а  з а щ и т ы  о т  о б в о д н е н и я  б о р т о в  к а р ь е р о в .  В  н е й  п о т о к  г р у н т о в ы х  в о д  д в и ж е т с я  о т  к о н ­т у р а  п и т а н и я :  в  н а ч а л е  в с т р е ч а е т  п е р в у ю  н а к л о н н у ю  с к в а ж и н у ,  а  з а т е м  -  с л е д у ю щ и е ,  к о т о р ы е  п о г л о щ а ю т  о с т а в ш у ю с я  ч а с т ь  п о д з е м н о г о  п о т о к а .  К р о м е  т о г о  п у т ь  ф и л ь т р а ­ц и и  м е ж д у  с к в а ж и н а м и  з н а ч и т е л ь н о  у д л и н я е т с я ,  ч т о  т а к ж е  в е д е т  к  с у щ е с т в е н н о м у  с н и ж е н и ю  « п р о с к о к а »  п о д з е м н ы х  в о д  и  в е л и ч и н ы  и х  в ы с а ч и в а н и я  н а  о т к о с е .Список литературы1. Кравчук С.В. Расчет систем горизонтальных дренажных скважин при защите бортов карьеров от подземных вод. -  Белгород, ВИОГЕМ, 1969. -  79 с.2. Альтовский М.Е., Абрамов С.К., Бабушкин В.Д. и др. Справочник гидрогеолога. -  М.: Госгеолтехиздат, 1962. -  617 с.EFFICIENCY OF HORIZONTAL DRAINAGE BOREHOLES AT DEWATERING OF FLANKS OF OPEN-CAST MINESA.A. Voronin 1 U.V Ponomarenko 21 Belgorod State National Research UniversityPobedy St., 85, Belgorod,308015, RussiaE-mail: alevrnin@rambler.ruEfficiency of drainage of flanks of an open pit by systems of horizon­tal drainage wells depending on their location relative to a flank extension is considered. Efficiency of rock massif drainage near the flank with two limiting schemes of laying of drainage wells is analyzed. It is recommend­ed to set drainage wells at an angle to the flank extension.2 OAO VIOGEMB. Khmelnitsky St. 86, Belgorod, 308007, RussiaKey words: drainage system, a protecting contour, horizontal drai­nage boreholes, limiting calculation schemes, wells laying at an angle.E-mail: viogem@mail.belgorod.ru

Об эффективности горизонтальных дренажных скважин при осушении бортов карьеров

http://dspace.bsu.edu.ru/bitstream/123456789/51262/1/19549.pdf

Об эффективности горизонтальных дренажных скважин при осушении бортов карьеров

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

DSpace at Belgorod State University

DSpace at Belgorod State University