Подземная разработка россыпных месторождений

     Пропускная  способность руслоотвода должна обеспечивать отвод всей поверхностной воды в границах земельного отвода. Общий баланс воды состоит из количества воды в сечении водного источника, дополнительного количества паводковых вод во время снеготаяния и летних ливней. В долинах с пологими склонами, покрытыми лесной растительностью, максимальные паводки имеют в результате весеннего снеготаяния. В долинах с крутыми склонами, лишенными растительности, максимальные паводки происходят в результате летних ливней.

     Пропускная  способность руслоотвода должна обеспечивать пропуск максимальных паводковых притоков воды, которые определяют на основе многолетних замеров.

     Расположение  руслоотвода должно быть бортовым, за границей оседания поверхности в результате ведения горных работ. Оседание поверхности зависит от глубины россыпи, мощности пласта, угла сдвижения пород и способа управления кровлей. 

     Руслоотводный канал подводят к руслу речки  или ручья на расстоянии не менее 100 - 200м выше шахтного поля по уклону долины и у места водозабора создают  плотину.

Рис. 2.1. Схема руслоотводных сооружений:

1 – водоотводный  канал; 2 – река; 3 – плотина; 4 –  паводковый канал;

5 – быстроток.

 

     Наименьшее  расстояние между руслоотводной  канавой и границей шахтного поля находится по формуле: 

 

     где - коэффициент, зависящий от водопроницаемости пород, угла сдвижения и способа управления кровлей. При мощном слое глинистых и глинисто-галечных водонепроницаемых отложений между дном канавы и кровли, применение закладки = 0,8 -1,0; в тех же условиях, но при обрушении кровли = 1,5 -1,8; при слое песчано-галечных отложений и = 1,5 -1,9, а при обрушении = 1,8-3; - глубина россыпи, м.

     Доктор  технических наук. А. И. Марков рекомендует определять это расстояние по формуле: 

 

где:

       - радиус влияния пьезометрической воронки;

      - превышение подошвы канавы над верхней границей песков (мощность торфов по линии руслоотвода);

      - средний  пьезометрический уклон;

      - средний  поперечный уклон долины.

     Практически это расстояние = (1,5 - 2) , м.

     Руслоотводный канал при его содержании в устойчивых, плотных водоупорных породах не крепят; при сооружении в рыхлых породах стенки канала укрепляют мощением каменной кладкой с мхом или выкладывают дерном. В осо6ых случаях, а также при невозможности удаления руслоотвода на рекомендуемое расстояние, его выполняют в виде деревянных сплоток (рис.2.2).

     Наиболее  рационально иметь два канала, расположенных по двум противоположным  сторонам долины, один из которых постоянно  работающий, а второй - вспомогательный  для пропуска паводковых вод.

     Уклон канала в пойме долины равен продольному  уклону долин. При подъеме канала на склон долины, его уклон принимает 0,0005 - 0,0015. Площадь поперечного сечения S(м²) канала определяют исходя из допустимой скорости потока.

 

     

где:

      - коэффициент Шези;

        - гидравлический радиус;

      - пьезометрический уклон;

 

где:

      - приток воды, м³/с. 

     Угол  откосов земляных каналов без  укрепления бортов должен быть меньше величины естественного откоса пород. В водопроницаемых породах, а также при пересечении каналом боковых ключей и речек, устраивают сплотки (рис 2.2). Сплоток представляет собой лоток из досок, укрепленных внутри рам из круглого леса. Форма поперечного сечения сплоток прямоугольная или трапециевидная. При переходе оврагов и низин сплотки устанавливают на эстакадах.

     Недостатком деревянных сплоток является трудоемкость их сооружения, большая стоимость, подверженность рассыханию при малом водопритоке и, вследствие этого, вытекание воды в щели во время паводка. В настоящее время более целесообразны железобетонные желоба. 
 

 

Рис.2.2. Сплотки:

а - расклиниваемые из накатника или досок; б - расклиниваемые из накатника; в - лежачие; г - на эстакаде; д - большой ширины из нескольких лотков. 

     Для перехвата русла и направления  воды в руслоотвод выше шахтного поля русло реки перегораживают плотинами. Плотины (рис.2.3), перекрывающие старые русла и направляющие воды по-новому, могут быть земляными, каменно-набросными, свайными и ряжевыми. При возведении плотин или дамб запрещается укладка породы на снежный, ледяной или растительный слой.

     У земляной плотины ядро выполняют  из глины, заглубляют не менее чем  на 1,0 м. в дно русла, придают устойчивые уклоны бортам, а затем на них выше и ниже по течению набрасывают достаточно мощные слои местного грунта с приданием соответственно уклонов 1:2 и 1:1,6. С нижней стороны по течению воды для создания подпородной стенки делают небольшой каменный набросок. 

Рис.2.3. Конструкции плотин:

а - земляные; б - каменно-набросные; в - свайные.

1 - горизонт сброса воды; 2 - глина; 3 - местный грунт;

4 - водоупорное основание; 5 - каменная наброска. 

     Каменно-набросная  плотина имеет водоупорное ядро из глины и каменные наброски с обеих сторон.

     В широких долинах при больших  водопритоках делают свайные и ряжевые  плотины. Ряжевые плотины состоят  из деревянного каркаса, заполняемого глиной, бутами (валунами) и насыпи из местного грунта.

     Чтобы предупредить дренаж, основание плотины заглубляют до водоупорных пород.

     Для гашения скорости потока во избежание  промывания оврагов при спуске воды из руслоотводов в тальвег долины за пределами шахтного поля устраивают быстротоки, представляющие собой каскадные спуски или деревянные ступенчатые сплотки.

     Для улавливания поступлений воды от атмосферных осадков, боковых поступлений  вод ключей и ручьев устанавливают  водоотводящие (водоулавливающие) нагорные канавы.

     При сооружении двух земляных руслоотводов надобность в нагорных канавах отпадает. При одностороннем руслоотводе на противоположной стороне долины проходят нагорную канаву. Канавы также проходят на стороне руслоотводного канала на участках, выполненных сплотками и трубами, не обеспечивающими бокового приема вод. В устойчивых породах канавы не крепят, а в неустойчивых крепят досками или бутовым камнем.

2.2. Отвод подземных вод и дренаж россыпи.

 

     Величина  подземного водопритока зависит  от источника поступления фильтрационных свойств пород, от площади фильтрации и размеров отработанной площади. При разработке долинных россыпей приток воды в горные выработки может достигать 3000 - 4000 м³/час.

     Ориентировочный водоприток, м ³/сут, в первоначальный период отработки россыпи может быть определен по формуле Дарси: 

     

      (2.1) 

где:

        - коэффициент фильтрации, м/сут;

i - напорный градиент, который принимается равным продольному уклону долины и обычно находится в пределах 0,005 - 0,02;

- площадь поперечного сечения водоносной части долины м². 

     Значения  коэффициента фильтрации (м/сут) по Н.Н. Биндеману при следующих наносных породах: 

     гравий..............................................................100-200

     гравий  с песком..............................................75-150

     песок крупнозернистый, гравелистый.........50- 100

     песок крупнозернистый.................................25-75

     песок мелкозернистый....................................5-10

     песок глинистый..............................................1-5. 

     Увеличение  притока подземных вод от атмосферных осадков может быть определено по формуле: 

    (2.2) 

где:

      - величина  суточных осадков, мм/ сут;

     L - длина дренируемой россыпи;

      - радиус влияния депрессионной кривой, от 200 до 500 м;

     В-ширина долины между поверхностными водоотводящими каналами, м. 

 

      Увеличение водопритока за счет дренирования из водоотводных каналов  дочитывают по эмпирической формуле: 

     

     (2.3) 

где:

- коэффициент фильтрации, м/с (для глин и глинистых пород = 0,126; для суглинка = 0,2; для супеси к = 0,365;

для песчано-глинистой  = 0,511; для песчаной и гравелистой = 0,669);

X - смоченный периметр, м;

       - длина канала, км. 

     Осушение  россыпи должно предшествовать началу эксплуатационных работ. Осушение пласта песков на водоносных россыпях осуществляют использованием подготовительных выработок, пройденных до очистной выемки; проходкой опережающей осушительной (дренажной) выработки (передового штрека или штрека в плотике); предварительной проходкой осушающей штольни до начала вскрытия (рис.2.4).

     Осушение  посредством подготовительных выработок, проведенных по пласту, применяют при малой и средней водоносности. В этом случае вблизи ствола устраивают водосборник, а главный откаточный штрек с водоотливной канавкой проходят по тальвегу россыпи. Со всего шахтного поля вода на штрек обегает по просечкам, имеющим уклон в сторону штрека.

     Так как подготовительные выработки  проводят с опережением по отношению  к очистной выемке на несколько месяцев, то шахтное поле осушается в достаточной степени. Воду из водосборников откачивают насосами. 

Рис 2.4. Схема дренажа:

1 - водоотливная штольня; 2 - дренажные высечки на пласт. 

     Осушение  россыпи с помощью штреков  и просечек по россыпи при большой  водоносности сильно затруднено, поэтому  удобнее производить с помощью  специальных дренажных выработок, проводимых в плотике. Проведение дренажного штрека в плотике на глубине 2 - 4 м от поверхности плотика на границе трещиноватых и плотных скальных пород дает возможность дренажа подземных вод из пласта через трещины и снижение уровня подземного потока. Однако, скорость проходки такого штрека из-за большого водопритока невелика (25 - 40 м/мес.). Для эффективного осушения россыпи необходимо достаточное опережение подготовки.

     При значительной обводненности целесообразно  дренажный штрек заглублять в  плотные породы плотика на 7 - 12 м от его поверхности. В практике горных работ при сильной обводненности проведение дренажного штрека в плотике является наиболее распространенным способом подземного дренажа россыпи (рис.2.5). Дренажный штрек проводят на отметках подсекающих самые глубокие участки тальвега россыпи с обязательным оставлением над ним потолочины из коренных пород. Мощность потолочины принимают не менее 4-5 м и не более 12 м. Такая мощность перекрытия штрека обеспечивает устойчивость кровли и снижение водопритока в период его проходки, более простую организацию работ и снижение затрат на проходку штрека. Увеличение мощности потолочины более указанной величины приводит к уменьшению дренирующей способности и увеличению затрат на проходку дренажных восстающих выработок. Для осуществления эффективного дренажа всего водного потока воостающая дренажная выработка (высечка) по достижении сильно трещиноватой неустойчивой части плотика постепенно переводится в горизонтальное положение и переходит в нарезную выработку, пересекающую всю россыпь от одного до другого борта (рис.2.5). При выборе места заложения дренажных высечек необходимо учитывать расположение плановых нарезных выработок, чтобы не проходить лишних выработок, затрудняющих в дальнейшем ведение добычных работ. Обычно наклонные дренажные сбойки (высечки) с просечками на пласт проводят через интервалы 70 - 200 м от них проходят по пласту на пластовый штрек.