Способ создания искусственного водоема на угленосной площади

СООЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 9 (И) щ) Е 21 С 41/18 м РЕТЕНИЯ ПИСАНИ КОМУ СВИ ВТОР оф+Ос ма ксималь ная при которой и В; Ь - высота не ЗП, где про зоны затоплен ность .-го пл ботка которых 0 - средний у пластов. 2 ил пл тица но ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТГ 1 РИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследователь" ский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела(56) Меркулов В.А. Охрана природы на угольных шахтах, М,: Недра, 1981, с. 159, 162.Болуцевский В.И. Экономическая оценка рекультивации земель- Народ, ное хозяйство Казахстана, 1978, Ю 5, с, 76.Ь 4) СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ВОДОЕМА НА УГЛЕНОСНОЙ ПЛОЦАДИ (57) Изобретение относится к горному делу и позволяет уменьшить затраты на создание водоема (В) и охраны вод- . ных ресурсов. Отработку угольного пласта ведут на участке, расположенном под наибольшим понижением рельефа земной поверхности (ЗП), Для исключения проникновения воды иэ водо-. носных отложений (ВО) 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 четвер ных аллювиальных,отложений,2бот ку соблюдают условие Н 1 Н т, где Н - расстояние между отрабатываемым ьпластом и ВО; Нт - высота зоны водо- проводящих трещин. До начала отработ.- ки пласта ведут выемку покрывающих и род и ВО в пределах участка, ограниченного поверхностью естественного откоса. При этом должно выполняться условие=Ь-шп, где- ожидаемое оседание ЗП; Ь - наименьшая сезонная глубина залегания зеркала вод; й- мощность грунтов, покрывающих водоносный горизонт. Допустимую глубину В устанавливают иэ соотношения г) Ь 1+у 210+(Ь 18 сояс. , ш,), где Ьз -лубина водного слоя, оисходит зарастание днасечения рельефа на пла" изводится оконтурйвание я, а вынИмаемая мощста из и пластов, отравызывает затопление ЗП; ол падения угольных Известен способ водохозяйственго использования подработанной тертории, аключающийся в прогнозироваи ее оседания и затопления, снятии участке предполагаемого затопления ОДОРОДНОГО СЛОЯ ПОЧВЫ И ИСПОЛЬЭОВд и образовавшейся затопленной мульсдвижения в качестве искусственго водоема.ницеии граводитшиесяшению 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 по" ступления из них воды, 2 ОНедостаток данного способа состоит в большой стоимости и сложности возведения экрана. Кроме того, при установлении допустимой глубины водоема 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- Зо 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 и выемке здесь горных пород, залегающих на водоносных отложениях, и самих водоносных отложений за исключением будущего донного слоя водоема.Недостатком этого спосооа являет ся то, что он не учитывает формы рельефа и при наличии возвышенностей обу-. словливает повышенные материальные затраты на выемку грунтов, Другой не" достаток 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"" выхода вод на земную поверхностьницей мульды сдвижения, что прик фильтрации их через подверг"оседанию слои этих пород и ухудкачества вод. Недостатком явля ксимальная глубина воднослоя, при которой происходит зарастание дна водоема;Ь - высота сечения рельефа наплане земной поверхности,где производится оконтуривание зоны затопления;- вынимаемая мощность -гопласта из и пластов, отработка которых вызывает затопление земной поверхности;б - 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 предотврагде Ь ма гоется 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 Нв - расстояние от кровли пласта до почвы водоносного горизонта; Н - высота зоны водо- проводящих 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- ожидаемое оседание земной поверхности; Ь. - наименьшая сезонная глубина залегания зеркала вод; шя - мощность грунтов, покрывающих водоносный горизонт, причем допустимую глубину водоема устанавливают из соотношениякоторое при отработке о ста вынимаемой мощность фиг, 1) приобретает вид х)Ь + Приведенледующим о ые выше условия получены ом. тить фильтрацию вод через эти породы и ухудшение качества вод; установлена лопустимая глубина водоема, ис-ключающая его зарастание и высыхание,На фиг. 1 и 2 показаны вертикальные разрезы соответственно толщи между отрабатываемым пластом и земной поверхностью и горных пород, слагающих борта и дно .искусственного водоема.Способ осуществляют следующим образом.Чтобы уменьшить материальные за" траты 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 жений 2 в горную выработку соблюдают условие Нвъ Нг, где Нв - расстояние между отрабатываемым пластом 4 и водоносными отложениями 2, а Нт - высота зоны водопроводящих трещин 7 над ЗО .горной выработкой 5.Чтобы избежать фильтрации воды из водоносных отложений 2 в водоем 1 через покрывающие водоносный горизонт и подвергшиеся оседаниюпороды 3 мощностью ш , выемку этих пород и водоносных отложений осуществляют (до начала отработки угольного плас та 4) в пределах участка 8, ограни" ченного поверхностью естественного от коса 9, в точках пересечения 10 которой с зеркалом 11 грунтовых вод в период наибольшего сезонного подня" тия последних выполняется условие =Ь-щ, Чтобы избежать зарастания и 45 высыхания водоема, максимальную глу" бину его на период самого низкого ф сезонного положения зеркала 12 вод подбирают из условия Н должно превышать высоту Нг, поскольку .в противном случае зона водо- проводящих трещин достигает водонос- . ного горизонта, вода отсюда поступа" ет в очистную выработку и водоем осу" шаетсяУсловие=Ь-ш и следует из фиг,2, так как при невыполнении этого усло" вия, т,е. при смещении границ (бортов) водоема в сторону больших оседаний (Ь-ш) 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. за" соления.Из фиг. 2 видно также, чтох+ш+Ь+ЬЬ= +щп+ш, (1)где щ - мощность оставляемого в водоеме донного слоя водоносных отложений;ЬЬ - сезонное опускание зеркалагрунтовых вод;, - ожидаемое максимальное оседание земной поверхности;ш - мощность водоносных отложений.Отсюда следует, чтох=+щ+ш -щз+Ь+АЬ. (2) Известно, что=2-2 (3) Ь=2-Е,(4) где 2 - высотная отметка земной по"верхности до подработки;Еп - наименьшая ожидаемая послеподработки высотная отметказемной поверхности;Е - наибольшая за сезон высотнаяотметка зеркала грунтовыхвод еПользуясь параметрами 2 п и 2, строят планы ожидаемого после подработки рельефа земной поверхности и границы зон затопления.Подставляя выражения (3) и (4) в формулу (2), получают, чтох=ЕЬ-Еп+щп+щь-щЭЬ (5)Очевидно,. что при фактической глубине водоема, равной вычисленной по формуле (5) глубине и превышающей(см. ф ш=4 м на ной пове Таким образное условиеняется,Выемку гствляют нащие породы,74 м, т,е. и даня водоема 1 выполлинс ая" ПОпластостьюзем- актери адан м е р. Шахта "До аугольн отрабаты г. 1) вынимаемой глубине 200-203 хности. Последня от ха Ь , водоем в центральной части не за- р стает и не выходит из эксплуатации. Однако погрешности предрасчета могут; привести к тому, что фактическая глубина окажется намного меньше расчетной и водоем высыхает или зарастает за сезон и также выбивает из эксплуатации. Поэтому указанному неравенству целесообразно придать вид10г-,У,И Ъ Ьгде М - предельная погрешность 1-го3параметра правой части фор" мулы (5).Но К, шп, а и Ь Ь определяются гидрогеологицеской и геологической разведкой непосредственно на месте строительства водоема, а щ принимаетсяпри его проектировании, погрешности этих параметров не имеют существенного значения. Погрешность же ожидаемой высотной отметки может биь весьма значительной (достигает 2-4 м) 25 и подлежит обязательному учету. По- этому 30г 1 +И (8)Установлено (4), что средняя квадратическая погрешность ожидаемой высотной отметки земной поверхности составляет где 0, - угол падения -гоОтсюда, заменяя М, на ср чение 0, получаем, что ш =+3 зуется достаточно спокойным рельефом, однако имеется котловина глубиной до 3 м, Мощность водоносных четвертичных аллювиальных отложений 2 (см, Фиг. 1 и 2) составляет а=4 м, а расстояние от кровли пласта 4 до их почвы - Н =195 м. На водоносных отложеониях 2 залегают суглинки, мощность которых в котловине равна 1 м , а выше - плодородный слой поцвы мощностью 0,3 м, таким образом, в=1,3 м, Глубина зеркала грунтовых вод (питьевого качества) после снеготаяния Ь=1,3 м, максимальное понижение их уровня ЬЬ= =1 м. Угол падения пласта 10Ожидаемое в этих условиях максималь ное оседание земной поверхности составляет 2,95 м. Поскольку здесь ,Ъ Ь, то следует ожидать затопления земной поверхности и, следовательно, считать целесообразным создание здесь искусственного водоема 1. 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) Нг выполняется (195 м ) 120 м).Наибольшая высотная отметка зеркала вод Е =480 м, а наименьшая ожидабемая высотная отметка земной поверхности Ед=478,3 м. 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 а принята равной 1 м,В соответствии с Формулой (5) г= =480-478.3+1,3+4".1 "1=5 м. Ь в условиях района распространения вод четвертичных аллювиальных отложений равравелистых песков осущеглубину 3 м, а вышележавынимает полностью, Вформу а е ния Способ водоема н чающий пр льефа зем тельное с ны влияни выемку уг ние зерка щ и й с я создания искусственного а угленосной площади, вклюогнозирование оседания реной поверхности, предваринятие грунтов в пределах зоя очистной.выемки, очистную, ольного пласта и формировала водоема, от ли чаютем, цто, с целью уменьпределах участка 8, ограниченного поверхностью естественного откоса 9, проходящей под углом естественного откоса, равным 30 ф, в точках пересечения 1 О 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 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 исполь" зования предлагаемого способа состо" ит в уменьшении затрат на выемку грунтов и приросте доходов от использова ния вод для нужд народного хозяйства, например, для разведения рыбы, и может 25 достичь 108 тыс, руб. в год. шения затрат на создание водоема и охраны водных ресурсов, очистную выемку угольного пласта ведут под максимальным естественным понижением рельефа с соблюдением условия Н Нт, где Н - расстояние от кровли пласта6до 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-ш где - ожидаемое создание земной поверхности; Ь - наименьшая сезонная глубина за" легания зеркала вод; шщ - мощность горных пород, покрывающих водоносный горизонт, причем допустимую глубину водоема устанавливают из соотношения3 Ь - максимальная глубина водно" го слоя, при которой происходит зарастание дна водоема; Ь - высота сечения рельефа на С плане земной поверхности, где производится оконтурива, ние зоны затопления; в - вынимаемая мощность х-го пласта из и пластов, отработка которых вызывает затопление земной поверхности; О - средний угол падения угольныхпластов.1710747 Составитель В.Тычинадактор М.Стрельникова Техреду М.Моргентал Корректор М.Самборская ир 1 Тронэоопственно-н .рте.н.снш к )мбиндт "Г 1 атецт", г, Укгрод, ул, Гдгаринд, 1 аназ 320ВНИИНИ Гогу,ирстнениог113 Ю 5,ж Полпи ы по иэобретениям Ы,5, Раушская на оеоткрытиям при ГКНТ СССР л, 4/5