Шахтные воды Донбасса

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Шахтные воды Донбасса

05.04.2020

Горные выработки шахт в Донбассе достигли в настоящее время больших глубин — в отдельных случаях 1000 м (шахты им. Шверника, «Ново-Центральная»), По простиранию в ряде случаев выработки нескольких шахт соединяются, образуя сплошное выработанное пространство. Шахтами Донбасса вскрыта на различных глубинах и в различных районах почти вся толща продуктивного карбона и перекрывающая их толща мезо-кайнозойских отложений.

В процессе строительства и эксплуатации шахт подготовительными выработками вскрывалось множество водоносных горизонтов, заключенных в этих отложениях.

Для характеристики водообильности водоносных горизонтов приведем данные гидрогеологических наблюдений. Гидрогеологической службой Донбасса были проведены наблюдения за проходкой стволов свыше 130 шахт. Водоносные горизонты на этих шахтах вскрывались в 220 случаях, при этом в 141 случае были получены притоки воды ад 10, в 41 случае — от 10 до 20, в 28 случаях от 20 до 50 и в 11 случаях свыше 50 м3/час. Следовательно, притоки воды из отдельных водоносных горизонтов в основном не превышают 20 м3/час.

Более крупные притоки были получены при встрече и пересечении следующих водоносных горизонтов: песчаника K9SL1 в клетевом стволе шахты «Первомайской» — свыше 1000 м3/час, там же песчаника K6SK7 — 1200 м3/час, песчаника l6Sl7 — в шахте 105 «Подземгаз» — 323 м3/час, известняка L2 в шахте «Таловской» — 144 м3/час и др.

Первоначальные притоки со временем снижаются, часто значительно, а иногда выделение воды прекращается совершенно. Причем, снижение притока воды из известняков происходит быстрее, из песчаников — медленнее. При проходке стволов проследить изменение притока во времени часто бывает невозможно, так как водоносные горизонты быстро перекрываются крепью или цементируются.

В действующих шахтах подготовительные выработки в большинстве случаев сухие. Притоки дают только выработки, вскрывающие новые водоносные горизонты. Так, в квершлаге горизонта 167 ж шахты 5—6 им. Димитрова при вскрытии известняка L1 был получен приток 70 м3/час, уменьшившийся через несколько дней до 27 м3/час; в шахте 7—7-бис треста «Боковантрацит» при проходке квершлага на пласт k51 произошел прорыв воды при пересечении Яковлевского сброса в количестве до 100 м3/час; в шахте 30—35 «Михайловка» при вскрытии квершлагом ответвления Юскинского сброса был получен приток до 150 м3/час, через несколько дней снизившийся до 15 м3/час, известняк Ks в квершлаге шахты «Сутаган» дал приток 300 м3/час. Однако такие случаи в практике эксплуатации шахт Донбасса сравнительно редки.

Дренирование водоносных горизонтов в основном осуществляется не подготовительными, а очистными выработками шахты. Интенсивное дренирование водоносных горизонтов, расположенных в кровле, начинается после посадки лав, в процессе оседаний и обрушений пород над выработанными пространствами. Этот процесс в большинстве случаев протекает постепенно, по мере продвижения очистных работ по простиранию и в глубину. Однако при наличии неравномерной трещиноватости водоносных горизонтов отмечены случаи, когда в очистные выработки поступали большие кратковременные притоки воды, например по шахте «Грузская-Наклонная» треста «Макеевуголь» до 300 м3/час, по шахте 10-бис треста «Куйбышевуголь» около 500 м3/час, через неделю уменьшившийся до 70—80 м3/час.

Водоносные горизонты, расположенные вблизи почвы пласта, могут также принять участие в обводнении шахт. Например, на шахте «Первомайской» при отработке пласта k8 дважды происходили прорывы из зияющих трещин в песчанике почвы K9SL1 с первоначальным дебитом 3000 и 1100 м3/час. По шахте «Иван» треста «Первомайскуголь» в 1944 г. произошел прорыв воды из почвы пласта k31 с притоком 1100 м3/час, а в дальнейшем наблюдались прорывы с притоками 120—450 м3/час. В шахте 2—7 «Лидиевка» из почвы пласта k8 наблюдались многократные прорывы воды с притоком до 300 м3/час, причем со временем поступление воды в местах прорывов совершенно прекращалось.

При проходке очистных выработок под рыхлыми водоносными покрывающими карбон породами в долинах рек были случаи выдавливания целиков и прорывов в шахту большого количества воды и плывунной породы (шахты 1—2 «Красный Октябрь», 1-бис «Сорокино», 40 «Кураховка» и др.).

Размеры радиуса влияния действующих шахт Донбасса при откачке шахтных вод изучены слабо. Некоторые данные гидрогеологических наблюдений за выходами подземных вод свидетельствуют о том, что дренаж водоносных горизонтов горными выработками по простиранию распространяется на сотни и даже тысячи метров. Так, колодцы, заложенные в толще покрывающей карбон на участке шахт «Красина» и 15/16 «Гуковской», на расстоянии около 1 км от забоя очистных выработок были осушены.

Вместе с тем известны случаи, когда влияние подработки почти не сказывалось на весьма небольших расстояниях. Например, каптаж шахты «Холодная Балка» резко уменьшил дебит только после выемки угля непосредственно под ним на глубине порядка 20 м. На участках шахт 1—1-бис «Центральная» и 5—6 им. Димитрова в течение многих лет функционируют источники из полтавских песков, расположенные в балках Родина и Сенная, почти непосредственно над выработанным пространством.

Для количественной оценки водообильности шахт Донбасса приведем следующие данные:
Шахтные воды Донбасса

Общий приток воды всех шахт Донбасса определяется около 38 тыс. м3/час, или около 912 тыс. м3/сутки, что примерно равно расходу р. Миус; средний приток в одну шахту равен около 60 м3/час. Величина притоков в шахты Донбасса по отдельным районам значительно отличается от средних цифр и зависит от многих факторов.

Наименьшей обводненностью отличаются шахты, расположенные на площадях сплошного распространения довольно мощных и слабопроницаемых пород неогенового и четвертичного возраста (Гуковско-Зверевский, Белокалитвенский районы), по которым притоки воды составляют 10—50 м3/час.

Более обводнены шахты в тех районах, где каменноугольные отложения на больших площадях выходят непосредственно на дневную поверхность, в частности, в Центральном и антрацитовой полосы. Однако здесь условия питания водоносных горизонтов ухудшаются в связи с резкими формами рельефа (значительная часть осадков расходуется на поверхностный сток).

Наиболее обводнены шахты Красноармейского района, где каменноугольные породы на всей площади покрыты мощными обводненными полтавскими песками; средний приток в шахту достигает здесь 120—160 м3/час.

Обнаженность, рельеф и состав покровных отложений обусловливают не только степень обводненности шахт, но и гидрогеологический режим их; в открытых районах величины притоков в шахты тесно связаны с выпадающими осадками. Здесь наблюдаются резкие сезонные колебания притоков — в 1,2—1,5 раза в глубоких и в 2—3 и более раза в небольших шахтах. Максимальные притоки в мелкие шахты наблюдаются с опозданием на несколько дней после паводков, в глубокие шахты — с опозданием на 1—1,5 месяца. В закрытых районах, в частности в Красноармейском, сезонные колебания притоков почти не наблюдаются.

Условия залегания (углы падения) каменноугольных пород определяют площади питания водоносных горизонтов карбона. Так, в пределах Чистяково-Снежнянской мульды притоки в шахты постепенно возрастают с запада, где залегание пластов наиболее крутое, на восток к пологой замковой части мульды: по шахтам треста «Шахтерскантрацит» средний приток равен 33, «Чистяковантрацит» — 52 и «Снежнянантрацит» — 98 м3/час. Такое же явление наблюдается по шахтам, расположенным в пределах Главной синклинали: наибольшая средняя величина притока (114 м3/час) отмечается по шахтам треста «Фрунзе-уголь», где углы падения наименьшие; на запад и восток по мере увеличения углов падения пластов средние притоки уменьшаются: по шахтам треста «Свердловуголь» они составляют 75 м3/час, по шахтам трестов «Боковантрацит» и «Краснолучуголь» 67 м3/час.

Степень трещиноватости пород карбона уменьшается с глубиной, поэтому обводненность шахт, разрабатывающих верхние горизонты, при прочих равных условиях, значительно больше, чем шахт, разрабатывающих только нижние горизонты. Например, шахта 11 им. Шверника, являющаяся самой глубокой в бассейне, до затопления вела разработку только нижних горизонтов. При глубине разработки 923 м и большом объеме выработанного пространства (3,3 млн. м3) приток в нее составлял 24 м3/час.

В связи с уменьшением естественной трещиноватости пород с глубиной по мере развития выработок от верхних горизонтов к нижним происходит уменьшение притока; зависимость изменения притока с глубиной имеет характер кривой, близкой по форме к параболе или гиперболе. Поэтому для расчета величин притоков в шахты Донбасса, находящиеся в аналогичных гидрогеологических условиях, но отличающиеся по глубине, применяется формула параболы:

где Q1 — известный приток при понижении Sr,

Q2 — искомый приток при заданном (большем) понижении S2.

Эта формула имеет иной смысл, чем известная формула Шези, так как параболическая зависимость изменения дебита от понижения обусловлена в данном случае не турбулентным законом фильтрации, а изменением с глубиной степени водопроницаемости (трещиноватости) пород.

Одним из важнейших факторов, определяющих величину притока, является количество разрабатываемых пластов. Влияние этого фактора наиболее заметно на примере шахт Алмазно-Марьевского и Центрального районов, где одной шахтой разрабатывается до 15—20 пластов. При одновременной разработке многих пластов происходит дренирование большого числа водоносных горизонтов, вследствие чего, при прочих равных условиях, в многопластовых шахтах наблюдаются большие притоки.

Значительное влияние на величину притока оказывает ширина фронта работ или площадь разработки, от которых зависит объем дренируемых статических запасов воды.

В некоторых случаях большое значение на величину притоков в шахты оказывает подработка поверхностных водотоков и водоемов. Так, в 1938—1940 гг. очень большие притоки (до 1000 м3/час) наблюдались в выработки шахты «Сутаган», подработавшей р. Белую. В юго-западной части Донбасса наибольший приток (до 484 м3/час) известен в шахту «Центрально-Заводскую», выработками которой подработана р. Кальмиус.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: