Параллельное осушение производят из горных выработок, при этом водоносные пласты кровли осушают полностью и снижают напор водоносных горизонтов до почвы выработок.

В практике большей частью применяют одновременно бесшахтный и подземный способы осушения. На карьерах для этого проходят специальные капитальные торные выработки — дренажные штреки.

В период эксплуатации горного предприятия поддержание сниженных до безопасных пределов напоров подземных вод осуществляют теми же способами и средствами, как и при предварительном осушении.

При осушении обводненного месторождения полезного ископаемого необходимо соблюдение последовательности проведения горных работ и работ по глубинному водопонижению. Это касается нарезки шахтных полей, очередности закладки и отработки шахт, согласованности графиков работы участков смежных шахт и т. д.

Из всех возможных вариантов совмещенного плана работ необходимо выбрать такой, который обеспечивал бы наивысшую производительность труда при минимальных затратах на осушение.

Ниже описаны примеры применения глубинных насосов при проведении осушительных работ, а также в водоснабжении.

Водопонижение при проходке стволов. Для облегчения проходки ствола без кессона, замораживания, цементации или другого специального способа применяют глубинные насосы, которые обеспечивают достаточно глубокую и устойчивую депрессионную воронку.

Примером успешного применения водопонижения в устойчивых породах может служить проходка ствола сланцевой шахты «Гдовская» № 3-бис глубиной 110 л.

Литологический состав пород, пересекаемых шахтным стволом, характеризовался следующим образом: сначала залегал песчаник с пропластком мелкозернистого песка, затем толща переслаивающихся

песчанистых глин, известняков, мергелей и доломитов; ниже пласт плотной водоупорной глины; под глинами залегала толща пород нижнесилурийского возраста, которая представляла собой отложения известняков и доломитов с отдельными пластами мергелей и горючих сланцев.

Ствол на участке 5—35 м пересекал слабообводненные породы. Основной водоносный горизонт приурочен был к доломитам и известнякам нижнесилурийского возраста. Полезное ископаемое—горючие сланцы, залегали они среди обводненных известняков. Напор на почву сланцев достигал 80 м. Напорный горизонт в пробуренных контрольных скважинах установился на глубине 25 м от поверхности. Удельный приток был равен 2,5 м3/ч\ коэффициент фильтрации 0,2 м/сутки.

Для водопонижения вблизи ствола были пробурены две водопонизительные скважины (рис. 146, а). Скважина № 1 была пробурена от центра ствола на расстоянии 8 м, скважина № 2 — на расстоянии 6 м

Глубина водопонизительных скважин 115 м; начальный диаметр 600 мм, конечный 400 мм. Обсадные трубы применяли только до глубины 32—33 м.

Работы в стволе проводили под прикрытием депрессионной воронки, образуемой в результате беспрерывной работы насоса АТН-14 в скважине № 1 и вспомогательного водоотлива в стволе. Скважина № 2 была резервной.

После непрерывной двухмесячной работы насосной установки уровень напорных вод в районе ствола снизился на 64 м (рис. 146,6).

Производительность насоса АТН-14 составляла 125 м3/ч. Приток в ствол не превышал 18 м3/ч. При прекращении откачки воды из скважины № 1 приток в ствол резко повысился и через 10 мин достиг 107 м3/ч.

Работы по проходке ствола и части околоствольных выработок были выполнены под прикрытием депрессионной воронки, образуемой при работе насоса АТН-14. Наибольший приток в ствол и пройденные выработки в этот период составлял 30—35 м3/ч.

В Подмосковном угольном бассейне при проходке стволов шахт «Киреевская» № 3 и «Мостовская» № 13 также применяли водопони-жение, которое дало возможность немедленно перейти к проведению околоствольных выработок.

В Кузбассе способом водопонижения был пройден обводненный участок клетевого ствола (до глубины 108 м) шахты «Егозовская» № 1.

Статический уровень напорных вод находился на 36 м ниже отметки устья ствола. Ввиду того, что водопонизительные скважины пересекали слабые песчаники мощностью 45—50 м, крепление скважин производили перфорированными обсадными трубами.

Депрессионная воронка поддерживалась одновременной работой трех-четырех глубинных насосов АТН-10 суммарной производительностью 120—150 м3/ч.

По предварительным данным, угольный пласт мощностью 7 м. залегающий под обводненными песчаниками на участке 100,8—108 м, рассматривался как водоупорный горизонт, и обсадные трубы в скля-жинах на этом участке не были перфорированы.

Рис. 146. Схема расположения водопонизи-тельных скважин у ствола шахты «Гдов-ская» № 3-бис

В процессе выполнения водопонизительных работ выявилось, что угольный пласт составляет с песчаниками единый водоносный горизонт. Поэтому необходимо было поддерживать депрессионную воронку в месте проходки ствола на 10 м ниже, чем было предусмотрено проектом. Для этого в стволе на участке угольного пласта была пробурена скважина глубиной 10 м, в которую был спущен глубинный насос, откачивавший в период пересечения стволом угольного пласта до 150 м3 воды в 1 ч.

В Кузбассе способ водопонижения был успешно применен также при проведении скипового ствола шахты «Капитальная» № 3 глубиной 268,5 м. Верхний участок ствола пересекал обводненные породы, приток воды составлял 70 м3/ч.

Вокруг ствола было пробурено пять скважин глубиной 100 м, оборудованных насосами АТН. Путем применения водопонижения приток воды в ствол был снижен до 8 м3/ч. Вода поступала в водосборник водоулавливающего устройства, а незначительное количество воды, попадавшей в забой, откачивалось насосом НПП-1 в бадьи с породой.

Сооружение всех стволов Львовского угольного бассейна протекало в сложных гидрогеологических условиях. Приток воды в ствол 300— 550 м3/ч исключал возможность применения обычного способа. Поэтому стволы были пройдены с применением специальных способов: замораживания, цементации и водопонижения.

Применение разных способов проходки стволов в одинаковых гидрогеологических условиях дает возможность объективного сравнения экономичности этих способов для данных условий.

Оригинальный способ организации водопонизительных работ был применен на Миргалимсайском свинцовом руднике при углубке на нижние горизонты вертикального ствола шахты «Западная» и наклонного ствола шахты № 7.

Месторождение расположено среди карбонатных пород девона и карбона, налегающих на водоупорные аргиллиты девона и силурийские песчаники. Известняки карбона легко выщелачиваются и являются сильно закарстованными. Глубина залегания статического уровня подземных вод колебалась от 40 до 80 м. Трещинно-карстовые воды были связаны между собой гидравлически и представляли в гидрогеологическом отношении единый водоносный горизонт.

С развитием горных работ приток по руднику увеличился с 550 до 6500 м3/ч.

Планомерного предварительного снижения напоров подземных вод не производилось, в связи с чем для вскрытия новых горизонтов углуб-ка стволов проводилась при напорах 10—12 ат и более.

При углубке вертикального ствола шахты «Западная» на девятый горизонт применялось водопонижение. Для этого вокруг ствола с поверхности было пробурено семь скважин глубиной 260 м, в каждой из которых с седьмого горизонта (глубина 180 м) был опущен глубинный насос АТН-14. На седьмом горизонте для выдачи на поверхность воды, поступающей от семи насосов АТН-14, была сооружена перекачная насосная станция, оборудованная четырьмя насосами АЯП-300Х240. Таким образом, при наличии глубинных насосов с малым напором обеспечивалось поддержание устойчивой депрессионной воронки на большой глубине.

Понижение уровня напорных вод при углубке наклонного ствола шахты № 7 осуществлялось таким же способом.

Из опыта, накопленного в результате применения водопонижения при проходке стволов, следует, что:
1) водопонижение более целесообразно применять при проходке стволов в трещиноватых и устойчивых породах, обладающих высоким коэффициентом фильтрации, а также в крупнозернистых и среднезерни-стых, не переслаивающихся водоупорными породами песках. При уменьшении мощности и водоотдачи пересекаемых пород и увеличении количества водоупорных прослойков эффективность работы водопонизительных установок снижается или целиком исключается возможность применения этого способа;
2) способ водопонижения целесообразен на месторождениях, на которых необходимо применять понижение уровня вод при проведении горизонтальных горных выработок. При этом переход от проходки ствола к проведению горизонтальных выработок осуществляется почти без перерыва;
3) для уменьшения остаточного притока воды в ствол водопони-жающие скважины следует размещать как можно ближе к стволу;
4) при наличии нескольких водоносных горизонтов водопонизительные скважины могут быть оборудованы раздельно по горизонтам. Это целесообразно при том условии, если верхний горизонт отличается высокой водообильностью и отделен от нижних мощными водоупорными породами. Гидронаблюдательные скважины должны быть оборудованы раздельно по каждому водоносному горизонту;
5) при тонкозернистых песках, песках с большим содержанием частиц глины и песках, помещенных под водоносными известняками, необходимы дополнительные понижающие колодцы, опускная или забивная крепь. Одним из эффективных способов водопонижения, облегчающих пересечение песков при проходке стволов, является применение иглофильтров.

Компактные водопонизительные иглофильтровые установки, оборудованные на проходческом полке непосредственно над песками, в значительной мере будут способствовать внедрению глубинного одноярусного водопонижения при проходке стволов.

Переход от проходки ствола на проведение горизонтальных выработок, т. е. засечка околоствольного двора, выдача подвесных насосов, оборудование временного водоотлива, занимает особое место в процессе строительства шахты. Только после оборудования временного водосборника и установки рабочего и резервного насосов возможно продолжать горнопроходческие работы.

Если ствол был пройден бурением или при помощи кессона, то при освобождении от глинистого раствора или удалении сжатого воздуха из кессона ствол заполняется напорной водой до статической отметки, т. е. на 30—40 м выше горизонта околоствольного двора. В этих условиях необходимо производить откачку воды из ствола в количестве, необходимом для оборудования временного водосборника. Как показал опыт, на ряде шахт применение глубинных насосов в этот период облегчает переход к работам по проведению горизонтальных выработок.

Осушение шахтных полей. Несмотря на снижение роли Подмосковного угольного бассейна в энергетическом балансе страны, накопленный в бассейне опыт разработки месторождений с высокой обводненностью представляет большую ценность и в настоящее время широко используется при строительстве и эксплуатации горных предприятий в тяжелых гидрогеологических условиях.

Можно без преувеличения сказать, что Подмосковный бассейн — это школа, в которой был накоплен первый опыт осуществления работ по осушению обводненных шахт.

Трудность разработки угольных месторождений Подмосковного бассейна, несмотря на неглубокое их залегание, заключается в том, что эти месторождения по своим гидрогеологическим условиям являются сложными и характеризуются большим числом водоносных горизонтов, низкими коэффициентами фильтрации водоносных горизонтов, высокими гидростатическими напорами, наличием частых геологических нарушений и размещением угольного пласта в породах, представляющих собой водоносные пески или «дующие» глины. На некоторых месторождениях насчитывается до десяти высокообильных напорных водоносных горизонтов. Наиболее опасными при строительстве и эксплуатации шахт являются надугольные воды известняков тульской свиты, надугольные пески, а также карстовые нарушения. В отдельных случаях при прорывах в горизонтальные выработки поступало воды до 1500 мъ/ч (шахты «Поплевинская» № 49, «Гранковская» № 2 и др.). Средний коэффициент водообильности по комбинату Тулауголь в 1955— 1960 гг. составлял 11—12.

В этих условиях эксплуатацию основного шахтного фонда бассейна можно осуществлять лишь при условии хорошей организации работ по осушению шахт.

Например, шахта № 1, вступившая в эксплуатацию в начале 1959 г., имела следующие водоносные горизонты: упинский, надугольные пески, тульский и алексинский (рис. 147).

Упинская толща представлена светло-серыми мелкокристаллическими известняками с тонкими прослоями голубовато-серой глины. Поверхность упинского известняка понижалась с юга на север, с отм. 159—155 до 130—125 м абсолютной высоты, а его мощность колебалась от 7 до 16 м.

Рис. 147. Геологический разрез и ситуационный план

На 75% площади месторождения в Кровле упинского известняка залегали водоносные пески мощностью 3—15 м.

Надугольные водоносные пески были расположены в основном на границах шахтного поля и в значительной части залегали непосредственно в кровле угольного пласта. Абсолютная отметка статического уровня воды надугольного водоносного песка 181,5 м (линия 2). Средняя мощность надугольных песков 15 м, напор 13—18 м вод. ст. Средний коэффициент фильтрации 2,2 м/сутки.

В пределах шахтного поля были расположены три пласта тульских водоносных известняков. Наиболее обводненным являлся верхний пласт известняка мощностью 2,5—3 м. Абсолютная отметка статического уровня воды этого пласта 197,2 м (линия 3); напор 10 м вод. ст.

Средний пласт известняка мощностью 1,5—3 м имел абсолютную отметку статического уровня воды 189,6 м (линия 4); напор 4—10 м.

Нижний тульский пласт известняка мощностью 1—2 м был распространен повсеместно. В кровле — глины, в почве на 50% площади месторождения лежали надугольные пески. Абсолютная отметка статического уровня воды нижнего тульского пласта составляла 188,9 м (линия 5).

Алексинская толща была представлена обводненным мощным пластом серых и светло-серых известняков.

Алексинские известняки сильно трещиноваты с включением карстов. Абсолютные отметки почвы этой толщи изменялись от 205,7 до 185,4 м. Статический уровень воды был расположен на отм. 210 At (линия 6). Максимальная мощность обводненной части известняков составляла 15 м; этот горизонт был безнапорный. Коэффициент фильтрации составлял в среднем 22—29 м/сутки. Источником питания алек-синского водоносного горизонта являлись атмосферные осадки, проникавшие в известняки через карстовые нарушения и путем инфильтрации через вышележащие пласты пород.

Проходка главного и вентиляционного стволов шахты осуществлялась при помощи кессона. Рабочий проект осушения шахты был разработан на основании дополнительного бурения более 20 опытно-разведочных скважин.

Осушение месторождения осуществлялось забивными фильтрами, а также при помощи понизительных и водопоглощающих скважин.

К сдаче шахты в эксплуатацию было оборудовано: 58 водопонизи-тельных, 62 наблюдательных и 45 водопоглощающих скважин, 3 водо-понижающих колодца. В шахте было установлено 868 забивных фильтров общей длиной 2256 м. Для понижения уровня воды в почве выработок были применены также иглофильтровые установки ЛИУ.

На упинский водоносный горизонт было пробурено 25 водопонизительных скважин, из них 18 при пересечении известняков оборудовали перфорированными трубами, а при пересечении надугольных и подугольных песков — засыпными гравийно-проволочными фильтрами.

На тульский водоносный горизонт было пробурено 4 водопонизи-тельные скважины, на алексинский водоносный горизонт — 29.

Водопонизительные скважины в основном были оборудованы насосами АТН-10.

Наблюдательные скважины распределялись следующим образом: на упинском горизонте—16, на тульских —18, на надугольных песках— 11, на подугольных песках — 2 и на алексинском горизонте—15.

Водопоглощающие скважины дренировали воду из тульских известняков в упинские. Из 15 водопоглощающих скважин 6 были обработаны соляной кислотой, что повысило их дебит в 2—3 раза. Дебит отдельных водопоглощающих скважин был от 0,33 до 1,26 ж3/ч; общий дебит водопонижающих скважин составлял 8,5 м3/ч.

В результате проведенных осушительных работ уровень воды в упинском горизонте был снижен на 3—5 м ниже подошвы угольного пласта.

На осушение надугольных песков большое влияние оказала откачка воды из упинских известняков. Эти водоносные горизонты бы- . ли взаимно связаны: при понижении уровня воды в упинском горизонте происходило понижение уровня воды в надугольных песках. Уровень воды в надугольных песках был понижен на 10,5 м. Остаточный столб воды в них не превышал 3—5 м. Дальнейшее осушение надугольных песков осуществлялось забивными фильтрами.

Проведение горизонтальных выработок производили при остаточных столбах воды в надугольных песках 0,5—2 м. Средний дебит одного забивного фильтра при столбе воды в надугольных песках 1,5—2 м составлял 0,3—1 м3/ч. Дренаж надугольных песков заканчивался проведением горных выработок.

Нижний пласт тульских известняков на участке проведенных горных выработок полностью сдренировал воду и стал сухим.

Осушение среднего и верхнего тульских известняков осуществлялось в основном водопоглощающими скважинами. Остаточный столб воды в них находился в пределах 0,5—3,2 м. Эти известняки осушались медленно из-за слабой их трещиноватости.

В алексинских известняках, в районе оконтуривания западной и северо-восточной пар лав, остаточный столб воды находился в пределах 1—3,6 м. Известняк в нижней части мощностью 3—5 м был значительно плотнее, в связи с чем дебит водопонижающих скважин понизился с 90 до 20 м3/ч.

При вводе шахты в эксплуатацию действовало 25 водопонижающих скважин: 11 —на упинском горизонте общим дебитом 330 м3/ч и 14 — на алексинском горизонте дебитом 270 м3/ч.

Описанный пример проведения осушительных работ является в некоторой степени типичным для Подмосковного бассейна. Развитие осушительных работ по бассейну за 1951—1966 гг. характеризуется данными, приведенными в табл. 48.

Эти данные свидетельствуют о повышении значения осушения в работе бассейна. Разработка наиболее богатых месторождений связана с увеличением объема осушительных работ.

За этот период откачка воды на 1 г добываемого угля в целом по бассейну увеличилась с 1,92 до 6,89 м3. Количество воды, откачиваемой с одного шахтного поля за год увеличилось с 0,66 до 3,3 млн. м3; число глубинных насосов на одно шахтное поле увеличилось с 3,3 до 11,2 и годовая нагрузка на один насос увеличилась с 229 до 298 м3.

Благодаря понижению уровня напорных вод основных водоносных горизонтов резко снизились притоки непосредственно в горные выработки. Количество воды, откачиваемой глубинными насосами ряда шахт комбината Тулауголь, составляет от 60 до 80%. Всего же по комбинату Гулауголь в 1965 г. водопонижающими скважинами откачивалось 45,5% общего притока воды.

Водопроницаемость пород и водообильность основных водоносных горизонтов Подмосковного бассейна характеризуются данными, приведенными в табл. 49.

Основным водоносным горизонтом для центральных районов бассейна является упинский, а для западных и частично восточных — девонский.

Трещиноватость и водообильность упинских известняков в значительной мере зависит от их мощности (рис. 148). В центральных районах бассейна коэффициент фильтрации возрастает с востока на запад, т. е. в сторону увеличения их мощности.

Результаты осушения окских известняков водопонижающими и поглощающими скважинами на всех шахтах были положительными.

В зависимости от гидрогеологических условий удельный вес работ (в ценностном выражении), осуществляемых с поверхности, составляет 78—88% общего комплекса предварительных осушительных работ, а из подземных горных выработок — 22—12%.

Стоимость предварительного осушения шахт, обеспеченных постоянным источником электроснабжения, составляет: на 1 т добычи— 0,17—0,5 руб. и на 1 т промышленных запасов — 0,09—0,15 руб.

Стоимость откачки 1 м3 воды в среднем по Подмосковному бассейну составляет 9,2 коп.

Ежегодные расходы на осушение шахт составляют 3,8—4,5%, а на осушение карьеров 7,3—-19% себестоимости добываемого угля.

Представляют интерес осушительные работы, начатые в Пенсильвании— основном угольном бассейне США.

При составлении проекта осушения учитывалось, что основные запасы угольного месторождения бассейна помещены над уровнем Чеза-пикского залива.

Проект предусматривает сооружение системы дренажных тоннелей общей протяженностью 220,4 км со сбросом в залив 1 787 000 м3 воды в сутки.

Рис. 148. График зависимости коэффициента фильтрации от мощности упинских известняков

Ma первом этапе проектом предусмотрена централизация водоотлива в трех наиболее обводненных районах бассейна: Северном, Сред-незападном и Южном. Централизация водоотлива на 50% снижает затраты на его содержание. После сооружения всех тоннелей будет обеспечена самотечная работа всей осушительной системы. Центральные насосные станции остаются в качестве резерва на случай осмотра или ремонта тоннелей.

Тоннели диаметром 4,88, 4,27, 3,05 и 2,74 м должны быть закреплены бетоном. Уклон тоннелей 0,19 м на 1 км; скорость течения воды в тоннеле предусматривается в пределах 1,22—1,34 м/сек.

Для оборудования насосных станций принят вертикальный центробежный одноступенчатый насос производительностью 20 300 м3/ч с синхронным электродвигателем мощностью 7360 кет на напряжение 6600 в.

Корпуса и рабочие колеса насосов предполагается изготовлять из нержавеющей стали.

Электродвигатели оборудованы водяным охлаждением с устройством для циркуляции чистой воды. Управление автоматизируется в зависимости от уровня воды.

Осушение карьеров

Существуют три способа осушения угольных карьеров.
1. Бесшахтный (поверхностный), при котором осушение осуществляется с поверхности при помощи глубинных насосных установок.
2. Подземный, при котором осушение производят при помощи системы дренажных выработок, оборудованных забивными сквозными фильтрами, водопонизительными колодцами, водосборниками, насосными установками и. т. д.
3. Комбинированный, предусматривающий комплексное применение возможностей бесшахтного и подземного способа осушения.

Непременным условием применения бесшахтного способа осушения карьеров является значительно большая водопроводимость пород, залегающих в почве полезного ископаемого по сравнению с водопроводи-мостью вскрышных пород. При этом должна быть гидравлическая связь верхних водоносных горизонтов с нижними. Если нет естественной такой связи, то сооружают дренажные устройства.

Как показал опыт осушения многих карьеров, применение .бесшахтного способа ограничено низкой водопроводимостью пород кровли полезного ископаемого.

Способ осушения и выбор технических средств определяют в каждом отдельном случае в зависимости от конкретных гидравлических условий.

Осушение Лебединского железорудного месторождения

Мировая горная практика не знает другого такого же крупного карьера по добыче полезных ископаемых, сооружаемого в столь сложных гидрогеологических условиях.

Лебединский железорудный карьер расположен в районе Курской магнитной аномалии на правом берегу р. Осколец.

На базе запасов богатых железных руд построен карьер производительностью 6 млн. т руды в год. Первая очередь карьера была введена в эксплуатацию в 1960 г., вторая очередь — в конце 1963 г. Строительство третьей очереди карьера закончено в 1968 г.

Под богатыми железными рудами находятся железистые кварциты, которые также предусмотрено разработать в контурах действующего карьера вслед за продвиганием фронта работ по богатым рудам. Производительность карьера по кварцитам установлена в 30 млн. т в год. Запасы обеспечивают работу карьера на 50 лет.

Проектная мощность карьера по кварцитам будет достигнута в 1977 г. К этому году работы будут вестись на трех горизонтах. Общая протяженность очистного фронта будет составлять 5000 м. Среднегодовое понижение горных работ будет составлять 12 м.

Проект осушения первой и второй очереди карьера богатых руд, положенный в основу борьбы с подземными водами, на период всей дальнейшей разработки месторождения, составлен институтом Фундаментпроект.

В орографическом отношении район месторождения представляет собой обширное степное плато, сильно изрезанное речными долинами и оврагами. Абсолютные отметки поверхности колеблются от 135 м на севере до 200 м на юге.

Геологически месторождение образовано четвертичной, третичной, меловой, юрской и протерозойской системами (рис. 149).

В гидрогеологическом отношении месторождение характеризуется развитием двух основных водоносных горизонтов: надъюрского и рудно-кристал-лического.

Надъюрский водоносный горизонт приурочен к мело-мергельной толще, пескам сеноман-альба и аллювиальным отложениям р. Осколец. Наиболее водообильными являются сеноман-альбские пески. Среднее значение коэффициента фильтрации их составляет 15 м/сутки. Значительно ниже водообильность мело-мергелей. Коэффициент фильтрации их в зависимости от трещиновато-сти колеблется от 15,5 до 0,8 м/сутки. Нижним водоупо-ром водоносного горизонта являются отложения юры.

Рудно-кристаллический водоносный горизонт, приуроченный к верхней выветрелой и трещиноватой толще докембрийских отложений, характеризуется напорным режимом. Водосодержащими породами являются главным образом богатые руды и кварциты.

Нижним водоупором водоносного горизонта являются плотные породы кристаллического массива, верхним — глинистые отложения юры. Мощность водоносного горизонта составляет в среднем 50 м, величина напора равна 5—6 ат.

Наиболее водообильными из рудно-кристаллических образований являются богатые железные руды. Среднее значение коэффициента фильтрации их составляет 1 м/сутки, а кварцитов 0,01 м/сутки.

Рис. 149. Сводная стратиграфическая колонка Лебединского железорудного месторождения

Особо следует остановиться на влиянии протекающей вблизи поля карьера р. Осколец на гидрогеологические условия месторождения.

До проведения осушительных работ на карьере питание аллювиальных отложений поймы реки в меженный период происходило за счет вод надъюрского горизонта и составляло 10—15 л/сек на 1 км реки.

При проектировании осушения карьера предусматривались мероприятия для предотвращения возможного подпитывания речными водами сеноман-альбского водоносного горизонта, сниженный уровень в котором должен быть ниже уреза реки.

Рис. 150. План Лебединского железорудного месторождения:
1 — контур месторождения; 2 — дренажный контур первой очереди карьера; 3 — дренажный контур для остальной части месторождения

Русло реки было спрямлено и отведено за дамбу гидрозащиты на расстояние 400 м. Как показали замеры расхода реки в створах спрямленного русла выше и ниже карьерного поля, подпитка сеноман-альбского водоносного горизонта фильтрационными водами реки практически отсутствует. В связи с этим в дальнейшем никаких защитных мероприятий для предотвращения подпитки сеноман-альбского горизонта р. Осколец не проводилось.

Работы по строительству и эксплуатации карьера. Для быстрейшего ввода рудника в эксплуатацию решено было вести строительство карьера в три очереди (рис. 150).

Основная трудность при вскрытии месторождения заключалась в невозможности поддержания устойчивости откосов карьера без предварительного осушения вследствие сильной обводненности рыхлых вскрышных пород. Осушение же карьера из-за необходимости отбора из песков большого количества воды представляло собой технически сложную задачу.

Вскрытие месторождения несколько осложнилось также и наличием при работе водопонижающих скважин остаточного столба воды в надъюрском горизонте, а также наличием в основании рыхлой толщи различных по механическому составу слабоустойчивых в условиях обводненности юрских глин — от песчаных до тонких разностей.

Первая очередь карьера. Участок первой очереди карьера расположен в .восточной части месторождения. Вследствие трудности поддержания устойчивости бортов карьера в условиях частично осушенных вокруг него пород вскрытие месторождения осуществляли на участке с относительно менее сложными гидрогеологическими условиями. Таким участком была наиболее удаленная от реки юго-восточная часть месторождения, где неустойчивые разности юрских глин имеют наименьшую мощность и влияние аллювиальных вод долины р. Осколец на обводнение карьера ничтожно.

Рис. 151. Схема расположения оборудования на уступах первой очереди карьера в период вскрытия:
1 — землесосные установки с гидромониторами; 2 — буровые станки; 3 — одноковшовые экскаваторы; 4 — шагающий экскаватор; 5 — плавучие земснаряды

Месторождение разрабатывали с односторонним продвиганием рабочих уступов от восточного борта карьера к юго-западному. В первую очередь отрабатывали южную часть залежи, а северная, где наиболее водообильные породы ко времени отработки участка будут лучше осушены, намечена к освоению во вторую очередь.

Строительство и эксплуатация карьера осуществляются с применением наиболее мощного современного оборудования. Мергельно-ме-ловые породы разрабатывают экскаваторами, а четвертичные отложения, сеноман-альбские пески и юрские глины — с помощью средств гидромеханизации.

На рис. 151 показано расположение оборудования и сооружений первой очереди Лебединского карьера на уступах в период строительства и эксплуатации.

Вскрытие участка первой очереди карьера производили пятью уступами на отм. 147, 137, 127, 100 и 90 м в следующем порядке.

В начальный период строительства котлован карьера разрабатывали земснарядом с горизонта 105-110 м, строительство карьера вели одновременно в две подочереди.

Работу первой подочереди (южная часть участка первой очереди) вели экскаваторами ЭКГ-4 и ЭШ-4/40, а второй подочереди (северная часть участка первой очереди) — земснарядами.

К окончанию строительства перемычка, разделявшая участки первой и второй очереди карьера, была срыта экскаваторами.

Разработка недомытых в карьере четвертичных суглинков и мер-гельно-меловой толщи до гор. 127 м осуществлялась экскаваторами ЭКГ-4 при высоте уступов 8—10 м. Порода отгружалась в автосамосвалы и думпкары. Пески нижнего уступа гор. 127 м высотой 27 м разрабатывали шагающим экскаватором ЭШ-14/75 и складировали на уступе гор. 127 м во временные отвалы с последующей подачей экскаватором ЭКГ-4 на железнодорожный транспорт.

Сеноман-альбские пески разрабатывали плавучими земснарядами производительностью по воде 5600 м3/ч и по грунту 660 м3/ч. В этот же период была введена в действие часть пробуренных водопонижающих скважин. Достоинством такого способа разработки водонасыщен-ных песков является возможность предотвращения значительного их выноса и обрушения в котлован. Искусственным водопонижением с поддержанием уровня подземных вод на горизонте воды в котловане обеспечивалась достаточно пологая депрессионная поверхность при выходе воды в откосах котлована.

Строительство и начало эксплуатации первой очереди карьера осуществлялось при частично осушенных покровных породах: верхняя часть четвертичных суглинков размывалась гидромониторами, а недомытые четвертичные отложения и верхняя часть мергельно-меловой толщи разрабатывали экскаваторами с предварительным съемом верхней наиболее разрушенной зоны мела.

Железнодорожные пути для транспортирования мела из уступов были уложены по восточному борту карьера и примыкали к ст. Породная.

Сеноман-альбские пески и нижняя часть мело-мергелей отрабатывали земснарядами. По достижении разрезной траншеей гор. 90 м вода из котлована была откачана земснарядом, а шагающими экскаваторами ЭШ-4/40 и ЭШ-14/75 произведена зачистка рудного тела, после чего началась добыча руды.

Транспортирование пульпы осуществлялось по трубопроводам диаметром 450 мм.

Вследствие отдаленности гидроотвалов и недостаточного напора центробежных насосов, установленных на уступах карьера, были предусмотрены насосные установки второго и третьего подъемов.

Гидроотвалы устраивали на участке, обвалованном песчаной дамбой. Внутреннюю часть гидроотвала с помощью перемещенного гидротранспорта заполняли породами вскрыши.

Осветленную в гидроотвалах воду через колодцы сбрасывали в пруд повторного осветления, откуда насосами подавали к месту работы гидромониторов. Расход воды для работы гидромониторов на участке первой очереди карьера составлял 9—10 тыс. мг/ч.

Вторая очередь карьера. Участок второй очереди карьера разрабатывали теми же снарядами, которые использовали при строительстве первой очереди. Разработку вели последовательно тремя уступами высотой по 25—30 м.

После откачки воды и зачистки руды на участке первой очереди земснаряды по стапельным путям с помощью лебедок были подняты на поверхность и переведены в пионерный котлован участка второй очереди. Дно его к этому времени достигло абсолютной отм. 128 м. Котлован был первоначально заполнен водой до гор. 134,5 м. Первым земснарядом вдоль нерабочего борта карьера была разработана прорезь до отм. 116 м, и уровень воды был снижен до отм. 131 м.

Затем с помощью второго земснаряда приступили к разработке грунта вдоль перемычки, снизив уровень воды в котловане до гор. 125 м.

Третий земснаряд использовали для разработки вскрыши в центральной части котлована. Одновременно гидромониторами смывали четвертичные породы со сбором пульпы в котлован земснарядов.

Естественную перемычку между южной и северной разрезными траншеями разрабатывали со стороны участка первой очереди карьера экскаваторами ЭКГ-4, а со стороны второй очереди — гидромониторами со смывом грунта в котлован земснаряда.

По мере разработки котлована производили планировку откосов карьера шагающим экскаватором ЭШ-4/4С. При этом грунт сбрасывался в котлован карьера, откуда гидротранспортом подавался в отвалы. К моменту окончания работ на первом уступе горизонт воды в котловане был снижен до абсолютной отметки 120 м.

После отработки грунтов на первом уступе земснаряды были переведены на вскрышу второго уступа. Одновременно уровень воды в котловане постепенно снижался до гор. 105 м. Это дало возможность вести разработку на абсолютной отметке 95 м.

По окончании вскрышных работ вода из котлована была откачана и дно его зачищено экскаваторами до кровли руды.

Разработку третьей очереди карьера богатых руд вели таким же способом, как и второй очереди.

Разработку кварцитов предполагается производить 15-метровыми уступами с предварительным рыхлением буровзрывными работами. Ширина рабочих площадок 50 м. Погрузка кварцитов в транспортные сосуды будет осуществляться экскаваторами.

Основные положения проекта осушения карьера. Согласно проекту строительство всех осушительных сооружений и устройств должно завершиться одновременно с окончанием строительства карьера. Предусмотрено сооружение систем дренажных штреков в виде замкнутого контура по периметру карьера с оборудованными на них сквозными фильтрами. Дренажные штреки проводятся в основании рудной залежи по кварцитам и сланцам. Подземные воды, дренируемые со всего месторождения по дренажным штрекам, самотеком поступают в водосборник подземной насосной станции и выдаются на поверхность.

По линии проектируемых дренажных штреков пробуривается ряд водопонизительных скважин, оборудуемых глубинными насосами АТН-10. Расстояние между ними принято 30 м. В период сооружения карьера до полной готовности подземной насосной станции и системы дренажных штреков понижение уровня подземных вод в надрудной толще осуществляется с помощью глубинных насосов. После сооружения насосной станции по мере проходки дренажных штреков насосы из водопонизительных скважин извлекают, и скважины переоборудуют в сквозные фильтры.

Кроме внешнего контурного дренажа для понижения уровня подземных вод в удаленных от него местах и осушения рудного тела осуществляют проходку внутренних дренажных штреков. По линии их предварительно сооружают оборудованные глубинными насосами во-допонизительные скважины, в дальнейшем также переоборудуемые в сквозные фильтры.

Для перехвата части стока подземных вод, не уловленных сквозными фильтрами внешнего дренажного кольца, предусмотрен внутренний кольцевой дренаж, состоящий из иглофильтров и горизонтальных дрен, устроенных в контактной зоне сеноман-альбских песков и юрских глин. Постоянно действующие горизонтальные дрены располагают вдоль нерабочего борта карьера, иглофильтры — на рабочем борту. При подвигании рабочего борта карьера на 50—75 м, т. е. примерно через каждые шесть месяцев работы карьера, иглофильтры переносят. Горизонтальные дрены по мере удлинения нерабочих бортов систематически наращивают.

Таким образом, основная идея проекта осушения карьера заключается в строительстве комплекса дренажных сооружений и устройств, образующих два контура дренажной системы:
– внешний дренаж, состоящий из дренажных штреков с оборудованными на них сквозными фильтрами;
– внутренний дренаж, состоящий из горизонтальных дрен и игло-фильтровых установок.

Для обеспечения стока воды в водосборники карьера и сброса ее за пределы карьерного поля предусмотрена сеть ливнеотводных канав, сбросных линий и лотков.

Для защиты горных пород в откосах нерабочего борта от выветривания предусмотрено:
– на участках залегания четвертичных пород и сеноман-альбских песков укрепление откоса одерновкой в клетку с последующим засевом травами по слою растительной земли;
– на участке юрских отложений откос покрывается двухметровым слоем песка.

Ввод в действие водопонизительных сооружений и устройств, используемых в период строительства карьера, осуществляется постепенно, в увязке с принятым общим порядком выполнения горных работ и календарным планом развития карьера. К концу строительства карьера весь комплекс водопонизительных устройств должен быть постепенно превращен в постоянно действующую систему осушения карьера.

В период, когда не было завершено строительство “контурной дренажной системы, важная роль отводилась поверхностному водоотливу.

В начальный период сооружения карьера вода из четвертичных отложений и мергельно-меловой толщи поступала во внутренние водосборники и откачивалась землесосами.

В последующий период при разработке сеноман-альбских песков и юрских отложений вода, поступающая в карьер, откачивалась земснарядами. В этих случаях землесосы и земснаряды выполняли роль обычных насосов открытого водоотлива.

Работы по сооружению первой очереди Лебединского карьера были начаты в 1956 г. и в основном закончены к началу 1961 г.

Они осуществлены, как и было запроектировано, в шесть этапов:

I этап — разработка экскаваторами пионерного котлована до абсолютной отметки 134 м при уровне подземных вод в районе пионерного котлована, сниженном работой глубинных насосов в скважинах контурной водопонизительной установки до отм. 130—131 м.

II этап — начало разработки уступа по мело-мергелям до абсолютной отметки 127 м при сниженном уровне подземных вод до 126—127 ж:

III этап — расширение фронта работ по разработке уступа в мело-мергелях до абсолютной отметки 127 м, заполнение пионерного котлована водой, поступающей от глубинных насосов, до гор. 132 м. Понижение уровня воды в пионерном котловане до абсолютной отметки 125 м. Начало работы земснарядов.

IV этап—-разработка уступа в сеноман-альбских песках земснарядами до абсолютной отметки 100 м при сниженном уровне подземных вод до отм. 120 м.

V этап — окончание разработки нижнего уступа в сеноман-альбских песках и юрских отложениях при поддержании уровня подземных вод на абсолютной отметке 105 м.

VI этап — обнажение кровли руды и откачка воды из карьера.

Предусмотренная проектом организация работ по выемке грунта земснарядами и совмещению работы открытого и грунтового водоотливов предъявляла повышенные требования к управлению водопонизи-тельными работами. Необходима была полная согласованность в графиках работы земснарядов и глубинных насосов. Проектом намечалось поддерживание уровней подземных вод в районе разрезпой траншеи и воды в котловане примерно на одних и тех же отметках, так как не исключена была возможность, что значительное повышение уровня подземных вод над горизонтом воды в котловане земснарядов приведет к суффозии сеноман-альбских песков в откосах карьера. Вместе с тем нельзя было не принимать во внимание, что чрезмерно быстрый по сравнению с вскрышными работами процесс водопонижения может привести к подпитыванию осушенных песков водой из котлована и, следовательно, к удорожанию стоимости осушительных работ.

При сооружении второй очереди карьера проектом предусматривалось расширение кольца внешнего контурного дренажа в северном направлении. Для этого необходимо было продлить западную и восточную ветви дренажа системы первой очереди карьера в северном направлении и сомкнуть их по линии дамбы обвалования, защищающей поле карьера от затопления паводковыми водами р. Осколец.

По линии дренажных штреков карьера второй очереди намечено устройство сквозных фильтров через 32 м. Часть скважин, предназначенных для переоборудования в сквозные фильтры, первоначально бурили как водопонижающие и оборудовали глубинными насосами АТН-10.

После проходки дренажных штреков, окольцовывающих участок второй очереди карьера, приступили к проходке дренажных штреков внешнего карьерного дренажа по контуру остальной части месторождения.

Внутренний контурный дренаж на нерабочем борту участков первой и второй очереди карьера представлен горизонтальными дренажами, действующими в сочетании с иглофильтровыми установками. При этом устройство горизонтальных дренажей осуществляется под прикрытием работы иглофильтровых установок.

После разработки перемычки между разрезными траншеями первой и второй очереди карьера иглофильтровые установки на рабочих бортах и горизонтальные дренажи на нерабочих бортах, расположенные на участках обеих очередей карьера, соединились в единую систему.

Подземные дренажные выработки. По контуру участка первой очереди карьера было пройдено 5077,5 м дренажных штреков. Способом замораживания были пройдены три вертикальных ствола дренажной шахты, из которых первые два расположены за пределами карьерного поля. По окончании проходки подземных дренажных выработок на участке строительства первой очереди карьера оба ствола использовали для проходки дренажных штреков в районе второй и третьей очереди.

Воды от осушительных устройств карьера поступают в подземные дренажные выработки и отводятся к насосной станции, расположенной у водоотливного ствола № 1.

В дальнейшем для ускорения работ по сооружению дренажных штреков III очереди карьера за пределами карьерного поля был сооружен ствол № 4.

Сечение дренажного штрека в свету 6,3 м2. Все дренажные выработки проходят с уклоном к насосной станции 0,003.

Как показал опыт, сооружение подземных дренажных выработок осуществлялось без особых трудностей. Проходку без крепления вели по крепким, слаботрещиноватым и достаточно устойчивым кварцитам и сланцам. Водопроявлений и инженерно-геологических явлений, которые могли бы затруднить проходку дренажных штреков обычным способом, не наблюдалось.

Емкость водосборника центральной насосной станции рассчитана на четырехчасовой водоприток в карьер. Общий водоприток в карьер в соответствии с проектом при полном развитии работ должен составить 6700 м3/ч. Для откачки этого притока воды в подземной насосной станции предусмотрено десять центробежных насосов производительностью 1200 м3/ч, работающих от электродвигателей мощностью 680 кет.

Для выдачи воды в стволе шахты № 1 смонтировано три водоотливных става диаметром 529 мм: два рабочих и один резервный.

Шахтный ствол № 3, пройденный для ускорения сооружения подземных дренажных выработок, подрезан карьером и служит в качестве водосборной выработки.

Водопонижающие скважины. Характерной особенностью скважин является двойное их назначение. В период сооружения карьера, т. е. до окончания строительства подземной дренажной системы, почти все скважины оборудуют глубинными насосами и используют как водопонижающие. По окончании проходки дренажных штреков и оборудования подземного водоотлива водопонижающие скважины пробуривают до горизонта дренажного штрека и переоборудуют в сквозные фильтры.

Рис. 152. Конструкция водопонизительной скважины, переоборудуемой в сквозной фильтр

На рис. 152 показана литологическая колонка, характерная для карьерного поля, и конструкция водопонижающей скважины, переоборудованной в сквозной фильтр.

Диаметр фильтра и надфильтровых труб водопонижающих скважин предусматривает размещение в скважине глубинного насоса АТН-10.

По породам осадочной толщи скважина бурится ударно-канатным способом с заглублением в кристаллические породы на 2 м, а по кристаллическим породам — колонковым. Такой метод бурения был принят для предотвращения глинизации осушаемых песков на участке фильтра и возможного снижения в связи с этим их дебита.

Каждая скважина проводится до отметки рельсового пути дренажного штрека и в дальнейшем подсекается нишей.

Все скважины оборудуют проволочными фильтрами, представляющими собой стальную перфорированную трубу диаметром 273 мм, обмотанную стальной нержавеющей проволокой. Длина фильтра 12— 15 м для слоя песков мощностью 30—32 м.

Бурение и оборудование водопонижающих скважин осуществлялось в два этапа.

Вначале бурение вели ударно-канатным способом с параллельной посадкой обсадной колонны диаметром 16 или 20” до кровли юрских отложений. После этого в скважину опускали фильтровую колонну, башмак которой цементировали или задавливали в юрскую глину. Скважину свабировали, прокачивали эрлифтом и оборудовали глубинным насосом.

Затем добуривали скважину по кристаллическим породам колонковым способом через фильтровую колонну до отметки дренажного штрека. После этого скважины свабировали и вводили в действие как сквозные фильтры.

Фильтры скважин на всю длину обсыпали гравием. От поверхности земли до гравийной обсыпки пространство между фильтровой и обсадной колоннами скважины засыпали местным песчаным грунтом.

Для предотвращения поступления воды из скважин в дренажный штрек раньше, чем это будет необходимо, в верхней части потайной водоспускной трубы устанавливали деревянную пробку. В дальнейшем после демон-тажа глубинного насоса пробку разбуривали.

Выпуски сквозных фильтров устраивали в зоне сопряжения сквозных фильтров с подземными выработками.

Для свободной аэрации скважины — сквозного фильтра — и предохранения ее от засорения с поверхности над ее устьем устанавливали металлический колпак.

Горизонтальный дренаж и отвод сдренированных и поверхностных вод. Горизонтальный дренаж предотвращает попадание в карьер подземных вод, просачивающихся между водопонизительными скважинами и сквозными фильтрами.

Прокладка его обеспечивалась работой иглофильтровых установок вдоль нерабочего борта карьера на площадке уступа в юрских отложениях.

Уклоны дрен принимали равными не менее 0,003. Смотровые колодцы закладывали через 50 м.

Поле карьера опоясано нагорной канавой для задержания дождевых и талых вод, поступающих из водораздельных пространств.

На участке первой очереди карьера горизонтальный дренаж обеспечивался открытой канавой глубиной до 1 м и более, прорытой в верхней части1 юрских отложений для улавливания фильтрационных вод сеноман-альбского водоносного горизонта по контакту с юрскими суглинками.

Ливнестоки на бортах карьера второй очереди строительства являются продолжением ливневой сети участка первой очереди. Сеть ливнестоков состоит из ряда водоотводных канав. По ним атмосферные воды подаются к специальным сбросным линиям.

Сбросные линии оборудованы колодцами-ливнеприемниками, из которых по трубопроводам, уложенным на откосах карьера, вода сбрасывается в водосборники поверхностных вод. После ввода в действие системы подземных дренажных штреков на них из водосборников поверхностных вод и дренажных канав были пробурены скважины для перепуска воды, поступающей из горизонтальных дрен.

Водопонизительные работы. В 1957 г. на участке пионерного котлована карьера закончилось бурение и началась эксплуатация десяти водопонизительных скважин, общий дебит которых составил 631 м3/ч. Уровень подземных вод был снижен от статического в надъюрском водоносном горизонте на 3,5 ж— до отм. 135,5 м ив рудно-кристалли-ческом водоносном горизонте на 6 ж, или до отм. 133 ж.

В течение 1958 г. число действующих водопонизительных скважин было доведено до 71 с общим дебитом 3000 м3/ч. Из-за недостатка электроэнергии насосы работали с перебоями. Уровень подземных вод в районе пионерного котлована был снижен до абсолютной отметки 123 м и на участке разрезной траншеи в среднем до 125,5 ж. При этом было достигнуто опережение вскрышных работ водопонизительными.

В июне—августе 1958 г. были опущены в действие три земснаряда.

В сентябре уровень подземных вод к концу года на участке разрезной траншеи был снижен до абсолютной отметки 120 м; при этом радиус депрессионной воронки достиг 1,5 км.

Регулирование работы глубинных насосов в скважинах для увязки уровня подземных вод с уровнем воды в котловане привело к сдерживанию водопонизительных работ.

К началу года массив горных пород, подлежащий вскрыше, не был еще осушен. По состоянию на 1 января 1959 г. уровень подземных вод по контуру дренажного кольца был снижен до абсолютных отметок: на северном нерабочем борту— 121 —122 м, на восточном— 118—119 м, на южном — 132,5 жив центре карьера — 123,5 м.

Из сопоставления абсолютных отметок динамического уровня надъюрского водоносного горизонта и подошвы мело-мергельной толщи (127—128 м) видно, что снижение уровня всего на 6—19 м не обеспечило полного осушения даже мела, который в районе южного нерабочего борта карьера оставался обводненным.

Так как строительство первой очереди карьера надлежало закончить к концу 1959 г., в течение 1959 г. предстояло снять с кровли руды в южной части карьера остаточные столбы подземных вод, достигавшие 30 ж, и облегчить гидрогеологические условия проходки разрезной траншеи по рудному телу. Кроме того, необходимо было поддерживать динамический уровень подземных вод на отметках, близких к горизонту воды в котловане.

Причиной, заставившей пересмотреть намеченный проектом план водопонизительных мероприятий, явилось отставание в сооружении подземных дренажных штреков. Если все работы по строительству первой очереди карьера к концу 1959 г. могли быть завершены, то проходка 5 тыс. м дренажных штреков при ограниченном числе забоев не могла быть осуществлена в такой короткий срок. Для этого потребовалось бы еще около трех лет. Поэтому было принято решение, предусматривающее, что до окончания проходки дренажных штреков и переоборудования водопонизительных скважин в сквозные фильтры, осушение карьера должно вестись поверхностным способом.

Необходимую глубину депрессионной воронки в надъюрском водоносном горизонте поддерживали по внешнему контурному дренажу с помощью глубинных насосных установок в скважинах и по внутреннему контурному дренажу с помощью иглофильтровых установок и горизонтальных дрен.

Следует отметить, что в указанный период снижение уровней

подземных вод зависело почти в равной степени от работы как глубинного, так и открытого водоотливов карьера.

В сентябре 1959 г. число одновременно действующих глубинных насосов было доведено до 100—110 общим дебитом 3040 м3/ч.

Для откачки подземных вод, не улавливаемых глубинными насосами, установленными по контуру участка первой очереди карьера было оборудовано внутреннее дренажное кольцо из иглофильтровых установок.

Установки ЛИУ-5 первоначально монтировали на западном и южном бортах карьера в два яруса: 5 —на площадках с абсолютными отметками 105 м, 9 — с отметками 100 м.

В результате работы ЛИУ-5 первого яруса за непродолжительное время уровень подземных вод был снижен на такую величину, что в дальнейшем необходимость в двухъярусном расположении установок отпала. К концу года на гор. 100 м работало уже восемь установок ЛИУ-5 общей производительностью 550—600 м3/ч.

На восточном борту карьера быЛа смонтирована и пущена в работу одна эжекторная иглофильтровая установка ЭИУ-4 производительностью 150—160 м3/ч, состоящая из 70 иглофильтров.

Кроме того, для снятия остаточного напора воды в рудно-кристал-лическом водоносном горизонте в южной части карьера были пробурены и оборудованы насосами 8АПВ десять водопонизительных скважин. Однако вследствие малого коэффициента фильтрации и водоотдачи рудно-кристаллической толщи дебит скважин был низким — от 3 до 8^5 м31ч.

Как показал опыт, в условиях рудно-кристаллического водоносного горизонта водопонизительные скважины себя не оправдали.

Следует отметить, что ко времени сдачи в эксплуатацию первой очереди карьера общий водоприток составлял всего 3530—3750 м3\ч и с учетом технических средств откачки распределялся следующим образом: 2700—2900 м3\ч — на глубинные насосные установки; 730— 750 м3/ч — на внутренний дренажный контур (ЛИУ-5 и ЭИУ-4); 100 м3!ч — на открытый водоотлив (из временного водосборника).

К концу 1959 г. радиус депрессионной воронки в надъюрском водоносном горизонте вокруг карьера достиг 3,2 км.

Из запроектированных для первой очереди карьера 5077,5 м дренажных штреков в течение года по внешнему контуру карьера пройдено всего 1005 м.

Подземные дренажные выработки проводили по безводным кварцитам, а поскольку все сквозные фильтры были оборудованы тампонами, предотвращавшими проникновение воды в штреки из вышележащих водоносных горизонтов, приток подземных вод в выработки дренажной шахты не превышал 30 м3/ч.

В период сооружения первой очереди карьера (с 1957 по 1959 г. включительно) было разработано 24 450 тыс. м3 вскрышных пород и откачано 33 749 тыс. м3 воды. Таким образом, на 1 м3 выданной из карьера породы пришлось 1,38 м3 воды.

Добыча руды в карьере в этот период осуществлялась под прикрытием работы глубинных насосов и иглофильтровых установок.

Начиная с июня 1960 г. на карьере начали постепенно включаться в работу сквозные фильтры, переоборудованные из водопонизительных скважин.

Во втором полугодии число действующих глубинных насосов вследствие переоборудования части из них в сквозные фильтры уменьшилось с 95—100 до 80—85. Была введена в действие еще одна эжекторная нглофильтровая установка ЭИ-4.

Уровень надъюрского водоносного горизонта на участке работы иглофильтровых установок поддерживался на абсолютной отметке 96,5 м, а остаточный столб воды между работающими иглофильтрами не превышал 2 м.

В 1960 г. были начаты вскрышные работы на участке второй очереди карьера.

Во втором полугодии на участке второй очереди карьера сооружали водопонизительные скважины.

Вскрышные работы на участке второй очереди карьера в этот период вели под прикрытием работы водопонизительных скважин на участке первой очереди карьера. К концу 1960 г. было пройдено 4552 м дренажных штреков и закончено сооружение подземной насосной станции. Однако сооружение подземной дренажной системы первой очереди карьера еще не было полностью завершено.

Количество воды (тыс. м3), откачанной за время сооружения и первых лет эксплуатации Лебединского карьера, т. е. с 1957 по 1961 г., указано в табл. 50.

В течение 1961 г. на участке первой очереди карьера был полностью осуществлен переход на предусмотренный проектом подземный способ и режим осушения карьерного поля.

Число действующих водопонизительных скважин с каждым месяцем 1961 г. уменьшалось, а в ноябре все водопонизительные скважины прекратили работу.

Водопонизительные скважины, расположенные над дренажными штреками, были постепенно переоборудованы в сквозные фильтры, а размещенные на перемычке между участками карьера, по мере того как надобность в них миновала, были ликвидированы.

К концу 1961 г. было введено в действие 65 сквозных фильтров с общим дебитом 1440 м3/ч.

С вводом в работу сквозных фильтров и увеличением их общего дебита в среднем на 35% по сравнению с дебитом водопонизительных скважин произошло очередное снижение уровня воды надъюрского горизонта, которое на западном борту карьера равнялось 2 м.

По внутреннему дренажному контуру участка первой очереди карьера число одновременно действующих иглофильтровых установок ЛИУ-5 уменьшилось с 15 в первом полугодии до 10 во втором. Общая производительность их соответственно снизилась с 270 до 230 м3/ч. Открытый водоотлив из карьера удерживался на уровне 200 м3/ч.

Уровень надъюрского водоносного горизонта по линии действующих ЛИУ-5 поддерживался на абсолютной отметке 96,5 м.

Установки ЛИУ-5 работали устойчиво, и просачивания подземных вод в откосах карьера почти не наблюдалось.

Часть внутреннего дренажного контура на участке нерабочего борта карьера была оборудована двумя эжекторными иглофильтровыми установками общей производительностью 55 м3/ч. При работе их остаточный столб подземных вод между эжекторными иглофильтрами составил для ЭИ-4 № 1 —- 4,5 м и для ЭИ-4 № 2 — 2,5 м.

На участке работ первой эжекторной установки гидравлическим способом были пробурены семь горизонтальных дренажных скважин, вследствие эффективного действия которых эжекторные иглофильтры на этом участке были отключены.

Следует отметить, что устойчивость откоса борта карьера на участке горизонтальных дренажных скважин с вводом их в работу значительно увеличилась. Вода, откачиваемая установками внутреннего дренажного контура, как и от горизонтальных дренажей, сбрасывалась в подземные дренажные выработки по водоспускным скважинам.

К концу 1961 г. было начато сооружение водопонизительных скважин и водопонижение на участке второй очереди карьера.

Учитывая опыт работ на участке первой очереди карьера, было решено внутренний диаметр водопонизительных скважин второй очереди карьера на интервале залегания сеноман-альбских водоносных песков увеличить с 250 до 300 мм. В результате этого несколько возросла водозахватная способность скважин, улучшились условия эксплуатации насосов АТН-10 и увеличилась продолжительность их службы.

Осушение грунтов открытым водоотливом земснарядами на участке второй очереди карьера началось с апреля 1960 г. Чтобы избежать суффозии грунтов и образования провальных воронок на уступах карьера, снижение уровня воды в котловане земснарядов вели со скоростью не более 0,2 м/сутки.

В 1961 г. в связи с уменьшением зеркальной поверхности воды в котловане производительность земснарядов постепенно уменьшалась и составляла в Г, II, III и IV кварталах соответственно 765—690, 580— 450, 490—390 и 460—355 м3/ч.

Совместной работой водопонизительных скважин и открытого водоотлива уровень подземных вод по сравнению со статическим был снижен в среднем на 15 м.

К 1 сентября 1962 г. число действующих глубинных насосных установок на карьере уменьшилось до 29; общий их дебит снизился до 735 м3/ч, а число сквозных фильтров увеличилось до 109 и общий дебит их возрос до 1816 м3/ч.

По внутреннему дренажному кольцу находилось в действии шесть иглофильтровых установок ЛИУ-5 с общим дебитом 122 м3/ч и восемь горизонтальных скважин общей производительностью 35 м3/ч. Производительность открытого водоотлива на участке первой очереди карьера составляла 464 м3/ч.

Дальнейшее снижение уровней подземных вод (м) По внешнему контуру карьера на 1 января 1962 г. характеризовалось следующими данными:

Вскрышные работы на участках второй и третьей очереди карьера вели в облегченных гидрогеологических условиях, так как понижение уровня подземных вод и осушение грунтов вскрыши опережало горные работы.

На рис. 153 показано расположение сквозных фильтров, водопонизительных и наблюдательных скважин на участках первой, второй и третьей очереди карьера, а на рис. 154 — развитие депрессионной воронки в надъюрском и рудно-кристаллическом водоносных горизонтах (по состоянию на 1 апреля 1966 г.).

В связи с отставанием проходки дренажных штреков в западной части месторождения при сооружении третьей очереди карьера выявилась необходимость в бурении и оборудовании глубинными насосами 15 водопонизительных скважин.

Расстояние между сквозными фильтрами для третьей очереди карьера было принято 60 м.

На 1 января 1966 г. в действии находился 151 сквозной фильтр.

В результате работы сквозных фильтров и водопонижающих скважин внешним дренажным контуром обеспечивается перехват 75—85% притока подземных вод. Остальная часть притока принимается внутри-карьерными дренажными устройствами и сбрасывается в подземные горные выработки.

Следует отметить, что при приближении дренажных траншей по гор. 98—100 м к контуру сквозных фильтров происходило увеличение деформаций в откосах траншей. В связи с этим со дна траншеи вслед за ее проходкой был пробурен ряд горизонтальных скважин средней глубиной 36 м.

После бурения горизонтальных скважин деформация откосов траншей прекратилась. Сочетание дренажных траншей с горизонтальными скважинами оказалось эффективным и позволило отказаться от применения иглофильтровых установок. Бурение горизонтальных скважин осуществляется передвижным буровым станком типа СТО-5.

Для интенсификации осушения руды с 1964 г. приступили к бурению восстающих скважин из горных выработок. Таким способом, при притоке из восстающих скважин 100—120 м3/ч удалось облегчить условия проходки разрезной траншеи на гор. 45 м.

За 1957—1966 гг. на Лебединском карьере было откачано 268,4 млн. м3 воды. Для сравнения следует заметить, что почти такое же количество воды скопилось за период Великой Отечественной войны на всех разрушенных и затопленных шахтах Донбасса (шахты Донецкой области 162 млн. м3, шахты Луганской области— 120 млн. м3).

К 1967 г. в районе карьера сформировались большие депрессионные воронки в сеноман-альбском и руд-но-кристаллическом водоносных горизонтах.

Воронка депрессии сено-ман-альбского горизонта имеет резко асимметричное строение при среднем радиусе 9 км. Наибольшее развитие (до 12 км) она получила в юго-восточном направлении.

Воронка депрессии руд-но-кристаллического горизонта в общих чертах повторяет воронку депрессии сеноман-альбского горизонта и отличается от нее лишь глубиной в пределах карьера.

Защита кварцитового карьера от подземных вод будет осуществляться действующей дренажной системой карьера богатых железных РУД-

К периоду, когда будут сработаны существующие подземные дренажные выработки на гор. 20 м, будет сооружен комплекс подземных горных выработок с насосной станцией на гор. 100 м. В дальнейшем с развитием карьера вглубь будет сооружен аналогичный комплекс на гор. —240 м. Вода из этих горизонтов будет подаваться в существующую насосную станцию у ствола № 1 для дальнейшей перекачки на поверхность.

Бесшахтный способ осушения угольных карьеров

Первый опыт осушения угольного карьера бесшахтным способом в Советском Союзе был осуществлен в начале 1949 г. на Волчанском карьере № 4. В усло-

виях этого карьера подтвердилась целесообразность применения бесшахтного способа осушения.

Гидрогеологические условия карьера являются относительно трудными, что связано с большими гидростатическими напорами. Подземные воды осложняют ведение вскрышных и добычных работ. В геоморфологическом отношении участок карьера представляет вытянутую в меридиональном направлении мульду глубиной до 75 м, длиной 1500 м и шириной 370 м. Общая площадь участка карьера составляет 550 тыс. м2 и имеет два мощных пласта сложного строения, из которых верхний пласт мощностью 20 м является объектом разработки.

В почве и кровле верхнего угольного пласта залегают преимущественно водоупорные аргиллиты. Выше аргиллитов кровли пласта, имеющих мощность слоя до 2 м, залегают песчаники мощностью в среднем около 40 м. Песчаники покрыты слоем торфяно-болотных отложений мощностью 5—6 м.

Наибольшей водообильностью характеризуется разрабатываемый угольный пласт, статический уровень вод которого находится на 2—3 м от поверхности земли.

Проведенные на разрезе опытные откачки показали, что разрез обводнен главным образом за счет статических запасов подземных вод. Динамические притоки крайне незначительны. Изучение гидрогеологических свойств угленосного горизонта проводилось по нескольким скважинам и полученные коэффициенты фильтрации показали одинаковую трещиноватость углей по, полю карьера № 4. Удельный дебит, составляющий 10 м3/ч облегчил правильность выбора марки глубинного насоса и конструкции скважины для него.

Произведенные расчеты показали, что при работе трех глубинных насосов типа АТН-10 на поле карьера № 4 можно в четырехмесячный срок понизить уровень грунтовых вод ниже подошвы разрезной траншеи и в дальнейшем обеспечить необходимое эксплуатационное понижение, связанное с продвижением забоя карьера по падению. С учетом необходимого резерва было решено на поле карьера оборудовать четыре водопонижающих скважины.

Водопонижающие скважины глубиной 65—88 м, конечным диаметром 12” были оборудованы по оси мульды угленосного горизонта. Обсадные трубы скважины на участке пересечения с угольным пластом были перфорированы. Диаметр отверстий 10—15 мм. Скважность первых 10 м трубы от забоя была принята 15%, скважнрсть остальной части перфорированной части обсадной трубы была принята 5%. Суммарный дебит трех скважин составил 180 м2/ч. При работе трех насосов в течение трех месяцев напорный уровень вод по сравнению со статическим был понижен на 31 м, и угольные забои карьера, имевшие глубину 30 м, оказались полностью осушенными.

Волчанский карьер № 3 предполагалось осушать подземным способом. Был составлен проект подземного осушения. Однако положительный опыт бесшахтного осушения карьера № 4 заставил пересмотреть этот вопрос. К концу 1949 г. был составлен проект осушения поля карьера № 3 водопонижающими скважинами. При этом были учтены следующие условия:

Рис. 155. Размещение карьеров на Волчанском буроугольном месторождении и схема расположения водопонижающих скважин

Рис. 157. План и геологические разрезы траншеи Кимовского карьера

носного горизонта. Воды, заключенные в надугольных песках, безнапорные. Коэффициент фильтрации песков составляет в среднем 1,6 м/сутки.