Комплексна система водовідвідної споруди для захисту земної поверхні від підтоплення підземними водами при закритті шахт

Реферат: Комплексна система водовідвідної споруди для захисту земної поверхні від підтоплення підземними водами при закритті шахт. За рахунок додатково введеної водоперепускної виробки досягається надійне перетікання підземних вод з одного ліквідованого вертикального ствола, розташованого на шахтному полі однієї закритої шахти, в наступний на відводі іншої ліквідованої шахти з майбутнім їх акумулюванням у ставку-відстійнику. Це в цілому гарантує надійність осушення масиву на загальному гірничому відводі закритих шахт і захист земної поверхні від підтоплення, знижуючи тим самим ймовірність деформаційних процесів в наносних шарах порід, що забезпечує збереження наземних споруд і конструкцій. UA 108945 C2 (12) UA 108945 C2 UA 108945 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до гірничої справи і призначений для захисту земної поверхні з розташованими на ній об'єктами інфраструктури від підтоплення підземними водами при масовому закритті шахт. Відома система групового водовідливу, яка використовується для гідрозахисту територій закритих шахт, що складається з вертикального ствола з розміщеними в ньому ставами водовідливних труб, що приєднані безпосередньо до занурювальних насосних агрегатів, оснащеного копром з різними комунікаціями й підйомною лебідкою. При цьому збір підземних вод заснований на їх перетіканні з одного шахтного поля на інше через тектонічні тріщини, порожнечі, свердловини, які розташовані в породному масиві суміжних шахтних полів і рідше виробок, що не придатні для тривалого використання ("Проблемные вопросы повышения надежности погружных средств ликвидируемых шахт Украины", Алиев Η.Α., "Проблеми експлуатації обладнання шахтних стаціонарних установок" Сб. научн. Тр., НИИГМ им. М.М.Федорова. Вып. 106-107. с. 123-143, 2012-2013). Недоліком відомої системи є те, що обмежена продуктивність і напір насосних агрегатів, у яких коефіцієнт їх працездатності значно знижується з-за підвищеної агресії і засміченості важкими домішками відкачуваних підземних вод, при дуже нестабільному їх збиранні у спеціально відведеному вертикальному стволі, внаслідок їх мінливого, нестійкого дренажу через тріщини, пори і рідше виробки (свердловини), конструкція і переріз яких не придатні для тривалого, повторного використання, не гарантує надійність осушення в цілому і значною мірою збільшує небезпеку підтоплення земної поверхні та розташованих на ній об'єктів інфраструктури, провокуючи їх подальше руйнування внаслідок значних деформацій маломіцних шарів наносів і вивітрених корінних порід. В основу винаходу поставлена задача удосконалення системи групового водовідливу, в якій за рахунок додатково введеної водоперепускної виробки досягається надійне перетікання підземних вод з одного ліквідованого вертикального ствола, розташованого на шахтному полі однієї закритої шахти, в наступний на відводі іншої ліквідованої шахти з майбутнім їх акумулюванням у ставку-відстійнику, що в цілому гарантує надійність осушення масиву на загальному гірничому відводі закритих шахт і захист земної поверхні від підтоплення, знижуючи тим самим ймовірність деформаційних процесів в наносних шарах порід, що забезпечує збереження наземних споруд і конструкцій. Поставлена задача вирішується тим, що в комплексну систему водовідвідної споруди для захисту земної поверхні від підтоплення підземними водами при закритті шахт, що складається з групових вертикальних стволів, згідно з винаходом в неї додатково введена водоперепускна виробка, яка закріплена монолітним залізобетоном з суцільною гідроізоляційною оболонкою, висота водоперепускної виробки визначається зі співвідношення: hв  0,65 bв , 40 де bв - ширина водоперепускної виробки у світлі, приймається в залежності від вибраних обладнання та засобів механізації для її проведення, транспортування відбитої гірської маси, з урахуванням мінімально допустимих зазорів для безпечного виконання робіт; площа поперечного перерізу водоперспускної виробки у світлі Sсв повинна відповідати умові: Q Sсв  kV , 45 де k - коефіцієнт рівня заповнення водоперепускної виробки, який дорівнює 0,2; V - швидкість руху підземних вод, що дорівнює 3,2 м/с; Q - сумарний водоприплив підземних вод, що пропускається через водоперепускну виробку, який розраховується за формулою: Q  d(Q1  ...  Qn ) , м3/год., 50 де Q1 , Qn - максимальні водоприпливи, які зафіксовані в процесі експлуатації кожної з закритих шахт, що надходять в сполученні з водоперепускною виробкою групові затоплювані 3 вертикальні стволи, якіслужать для збору підземних вод, м / год.; d - коефіцієнт, що враховує міжсезонне коливання припливів підземних вод та їх можливе переливання зі старих гірничих робіт, дорівнює 1,4. На фіг. 1 зображено подовжній переріз комплексної системи водовідвідної споруди; на фіг. 2 - переріз А-А водоперепускної виробки; на фіг. 3 - поперечний переріз Б-Б труби-дозатора. 1 UA 108945 C2 5 10 Комплексна система водовідвідної споруди включає в себе земну поверхню 1, ставоквідстійник 2 підземних вод 3 з природно-депресійною воронкою 4 і додатково введеною водоперепускною виробкою 5 з устям 6 в наносах або сильно вивітрених корінних породах 7. Групові вертикальні стволи 8, які ізольовані від земної поверхні за допомогою монолітних конусоподібних перекриттів усть 9 з газовідвідними трубами 10, збиваються з водоперепускною виробкою 5 збійками 11. Водоперепускна виробка 5 закріплена монолітним залізобетоном 12 і суцільною гідроізоляційною оболонкою 13. Відстійник 2 виконаний із залізобетону 14 з трубоюдозатором 15, замурованою в залізобетон 17, на кінцях якої є спеціальні люки-штори 16, за допомогою яких здійснюється регулювання перетоків. На позначці U1 від земної поверхні 1 закладають устя 6 водоперепускної виробки 5 в наносах або сильно вивітрених корінних породах 7, U1  U0  h0 , м, де U0 і h0 - відповідно абсолютна відмітка дна і глибина ставка-відстійника 2 підземних вод 3; 15 U0  U2  h , м h0  13h , м, , де h - перевищення ставка-відстійника над природно-депресійною воронкою 4 з її відміткою дна U2 . 20 25 30 35 40 45 Водоперепускна виробка 5 проводиться під кутом  0 , що дорівнює 1,1 проміле, який забезпечує довільний стік підземних вод у ставок-відстійник 2, зі швидкістю їх руху V , що дорівнює 3,2 м/с, що більше в 4,5 разу мінімально допустимої, що гарантує тим самим запобігання замулюванню водоперепускної виробки від шламу і сторонніх предметів і у міру її проведення збивається з груповими вертикальними стволами 8, які ізольовані від земної поверхні за допомогою монолітних конусоподібних перекриттів усть 9 з газовідвідними трубами 10, що призначені для відведення газів і виміру рівня підтоплення. При цьому висотна відмітка покрівлі Uc.n найбільш віддаленої від гирла водоперепускної виробки збійки 11, повинна відповідати умові: Uc.n  Uпов.n  Hп , де Нп - мінімально допустимий рівень підтоплення земної поверхні, який приймається рівним 25 м; Uпов.n абсолютна відмітка земної поверхні у приустєвій зоні ствола найбільш віддаленого (крайнього) з усіх збиваних з водоперепускною виробкою і закріпленого кріпленням товщиною bкр.n . n n 1   hв Uc.n  U0  h0  tg0   Ln   Li   Dв ч.і  bкр.n     cos  0 , м, i1 i1   де Dв ч - діаметр ствола начорно, м; Lп і Li - відстань від ставка-відстійника 2 до першого збиваного з водоперепускною виробкою ствола і між наступними, відповідно. Площа поперечного перерізу Sсв водоперспускної виробки 5 у світлі (фіг.2), закріпленої монолітним залізобетоном 12 і суцільною гідроізоляційною оболонкою 13, повинна відповідати умові: Q Sсв  kV , де k - коефіцієнт рівня заповнення водоперепускної виробки, дорівнює 0,2; Q - сумарний водоприплив підземних вод, який пропускається через водоперепускну виробку та розраховується за формулою: Q  d(Q1  ...  Qn ) , м3/год., 2 UA 108945 C2 5 де Q1 , Qn - максимальні водоприпливи, які зафіксовані в процесі експлуатації кожної з закритих шахт, що надходять в сполученні з водоперепускною виробкою групові затоплювані 3 вертикальні стволи, що служать для збору підземних вод, м /год.; d - коефіцієнт, що враховує міжсезонне коливання припливів підземних вод і їх можливе переливання зі старих гірничих робіт, який дорівнює 1,4. Збереження земної поверхні від підтоплення досягається при виконанні умови:  Uпов.n  Uc.n    1   Hп   , де Hп - мінімально допустимий рівень підтоплення земної поверхні, приймається рівним 25 м; 10 15 20 25 Uпов.n - абсолютна відмітка земної поверхні в приустєвій зоні стовбура найбільш віддаленого (крайнього) з усіх збиваних з водоперепускною виробкою; Uc.n - найбільш віддалена від устя водоперепускної виробки абсолютна відмітка збійки з останнім (крайнім) з усіх збиваних з нею групових стволів. Для очищення підземних вод від важких домішок (шламу, сторонніх предметів, гірських порід), а також для їх природного просвітлення і виробництва робіт по хімічному знезараженню до рівня гранично допустимих концентрацій, передбачається їх утримання в ставку-відстійнику, який виконаний із залізобетону 14, у верхній його частині на протилежній від водоперепускної виробки влаштована (фіг.3) труба- дозатор 15, діаметром в світлі: dтр  0,3hв , яка замурована в залізобетон 17 і має на її кінцях спеціальні люки-штори 16, за рахунок яких здійснюється регулювання перетоків. Обов'язковою умовою, що забезпечує надійну роботу ставка-відстійника спільно з природно-депресійною воронкою, є те, що нижня основа трубидозатора повинна знаходитися на рівні: U4  15  U5 , м, , де U5 - максимальний рівень води в природно-депресійній воронці, зафіксований у весняноосінній період, верхня основа труби-дозатора повинна знаходитися на рівні: U6  15  U1 , м, , U6  dтр 4 30 35 ,м а верхня основа борту ставка-відстійника на протилежній від водоперепускної виробки стороні повинна знаходитися на рівні: U3  U1  10 , м. , Використання комплексної системи водовідвідної споруди, яка заявляється, забезпечує надійне перетікання підземних вод з групового вертикального ствола однієї закритої шахти в наступну на відводі найближчої до неї ліквідованої шахти і їх зосереджений збір в ставкувідстійнику надалі з керованим скиданням у природно-депресійну воронку, представлену природною географічною низовиною з водотоком, що в цілому гарантує надійність осушення масиву на загальному гірничому відводі закритих шахт і захист земної поверхні від підтоплення, забезпечуючи стійкість наносних шарів порід, що гарантує тривале збереження наземних споруд, технологічних комунікацій і конструкцій. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 Комплексна система водовідвідної споруди для захисту земної поверхні від підтоплення підземними водами при закритті шахт, що включає групові вертикальні стволи, яка відрізняється тим, що додатково введена водоперепускна виробка, яка закріплена монолітним залізобетоном і суцільною гідроізоляційною оболонкою, висота водоперепускної виробки визначається зі співвідношення: hв  0,65bв 50 , bв де - ширина водоперепускної виробки у світлі, приймається в залежності від вибраного обладнання та засобів механізації для її проведення, транспортування відбитої гірської маси, з урахуванням мінімально допустимих зазорів для безпечного виконання робіт; 3 UA 108945 C2 площа поперечного перерізу водоперепускної виробки у світлі Q , S св  kV де 5 S cв повинна відповідати умові: k - коефіцієнт рівня заповнення водоперепускної виробки, який дорівнює 0,2; V - швидкість руху підземних вод, що дорівнює 3,2 м/с; Q - сумарний водоприплив підземних вод, який пропускається через водоперепускну виробку, який розраховується за формулою: Q  d (Q1  ...  Qn ) 10 3 , м /год., де Q1 , Qn - максимальні водоприпливи, які зафіксовані в процесі експлуатації кожної з закритих шахт, що надходять в сполученні з водоперепускною виробкою, групові затоплювані 3 вертикальні стволи, які служать для збору підземних вод, м / год.; d - коефіцієнт, що враховує міжсезонне коливання припливів підземних вод та їх можливе переливання зі старих гірничих робіт, дорівнює 1,4. 15 4 UA 108945 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5