1.3. Величина kф (і відповідно водопроникність породи) залежить від властивостей породи і, в меншій мірі, від температури, хімічного складу фільтрується води.
У дисперсних породах величину kф визначають:
гранулометричний склад породи, ступінь її однорідності, форма зерен;
розмір, форма і кількість сполучених між собою пор; структурно-текстурної будова породи, ступінь уплотненности і упакованості зерен.
Наприклад, чим більше розмір зерен і чим однорідніше порода, тим більше її водопроникність. Водопроникність різко знижується в неоднорідних по гранулометричному складу пухких породах, у яких проміжки між великими зернами заповнені дрібнішими. Так, чисті галечники можуть бути дуже сільноводопроніцаемимі, а ті ж галечники з піщаним наповнювачем будуть слабоводопроніцаемимі. Більш того, kф галечника з піщаним заповнювачем нерідко виявляється менше kф самого заповнювача. Окатана форма зерен збільшує водопроникність пухких порід, гострокутні неправильні форми зерна зменшують її, тому що збільшують опір проходженню води через породу.
У скельних і напівскельних породах величина kф залежить, в основному, від характеру, розміру, форми пір, тріщин і інших пустот (протяжності тріщин, відкритості тріщин, їх орієнтування), а також від структурно-текстурного будови порід, умов їх залягання і ін.
Водопроникність порід, в деякій мірі, залежить і від температури води, тому що з підвищенням температури зменшується в'язкість води і підвищується її рухливість в породі. При оцінці проникності порід для нафти та інших рідин (глинисті, бетонні розчини та ін.) Облік їх в'язкості має велике значення.
1.4. Дані про водопроникності порід мають важливе практичне значення в гірничій справі при розгляді багатьох питань, пов'язаних з використанням підземних вод в господарських цілях і з захистом від руйнівної діяльності підземних вод. Коефіцієнт фільтрації є основним параметром при розрахунках фільтрації, водопритоков, водозниження, дренажів та ін. При цьому вирішуються наступні завдання:
визначення приток води в гірничі виробки, будівельні котловани і вирішення питання про способи їх осушення;
проектування дренажних споруд і фільтрів;
вибір місця розташування гребель і прогноз формування зон підтоплення;
підрахунок запасів підземних вод;
прогноз опади споруд, просадки лесових порід, капілярного зволоження.
1.5. Для визначення величини kф застосовують три групи методів:
1) польове дослідне визначення kф за допомогою відкачування або наливу води;
2) після лабораторного виявлення kф в приладах;
3) непряме визначення kф шляхом обчислень за даними гранулометричного складу і пористості породи.
Найбільш загальну і достовірну інформацію про водопроникності порід дають польові методи определеніяkф. Це пов'язано з тим, що досліджуються не окремі зразки, а цілі комплекси відкладень, що знаходяться в умовах природного залягання. При цьому застосовують досвідчені відкачки з шурфів і свердловин, досвідчені наливи (нагнітання) води в шурфи і свердловини. Визначивши витрата откачиваемой (нагнітається) води і величину зниження (підвищення) її рівня, а також інші вихідні дані, розраховують по формуламkф.
Лабораторні методи визначення kф є менш точними в порівнянні з польовими, тому що вони засновані на визначенні водопроникності окремих зразків, узятих з товщі. Суть лабораторних методів полягає в тому, що вивчається порода поміщається в прилад і через неї під різними напірними градиентами пропускають воду, витрата якої враховується, а потім за формулами проводиться расчетkф.
Найменш точними є визначення kф шляхом розрахунку за емпіричними формулами, що зв'язує значеніяkф породи з її гранулометричним складом і пористістю. Цей метод можна застосовувати головним чином для піщаних порід. Розрахункові значеніяkф дають лише приблизну оцінку водопроникності породи і можуть бути рекомендовані для попередніх орієнтовних розрахунків. Для наближеного підрахунку велічіниkф при найбільш часто зустрічаються умовах може використовуватися формула
де d10 - діючий діаметр частинок, мм.
Опис руху підземних вод до вертикальних і горизонтальних дрен, радіус впливу і область харчування дрен.
Теорія руху підземних вод розроблена стосовно до визначення припливу води до вертикальних (свердловини, колодязі, щурфи і стовбури шахт) і горизонтальним (осушувальні канави, штреки і т.д.) водозаборів.
Вертикальні водозабори будь-якого призначення, що розкривають грунтові і напірні міжпластові води, називаються грунтовими колодязями, а напірні - артезіанськими колодязями.
Розрізняють досконалі і недосконалі колодязі. Вчинені доведені до водоупора і мають проникні стінки в межах всього пласта від підошви його до динамічного рівня води в колодязі.
Грунтовий досконалий водозабір. При відкачці рівень води знизиться на велічінуS. Навколо колодязя рівень води прийме форму депрессионной воронки. Відстань, на якому позначається зниження рівня води, називається - радіусом впливу колодязя. Кількість притекающей до колодязя води визначається за формулою:
де k - коефіцієнт фільтрації, м / добу;
Н - потужність водоносного шару, м;
R - радіус депрессионной воронки (радіус впливу), м;
r - радіус водозабору (колодязя), м.
З формули видно, що приплив води в колодязь буде тим більше, чим більше коефіцієнт фільтрації, потужність пласта, зниження рівня, радіус колодязя і чим менше радіус впливу. Величина радіусу впливу залежить від тривалості відкачування води. Граничною величиною є відстань від колодязя до області харчування. Межами області харчування служать:
- область виходу водоносного шару на поверхню;
- велике обводнених тектонічне порушення та ін.
Артезіанскійсовершенний водозабір. При відкачці води з артезіанського досконалого водозабору вода надходить в нього з усіх боків в межах пласта мощностьюm. Рівень води знижується і встановлюється на висотеh від водотривкому ложа. Приплив води розраховується за формулою:
Дебіт колодязя при зниженні рівня на 1м називається питомою дебітомq. Практикою встановлено, що прямолінійна залежність междуQ іS має місце при невеликих значеніяхS. при великих виражається кривою.
Приплив води в недосконалий водозабір менше, ніж в досконалий. Величина припливу залежить від довжини і положення фільтра в колодязі.
При полусферической формі дна:
При плоскій формі дна:
Горизонтальна канава. Може бути досконалою і недосконалою. Величина припливу води з одного боку (B - довжина канави, м):
Чому закон Дарсі називають законом лінійної фільтрації?
Чим відрізняється досконалий грунтовий або артезіанський водозабір від недосконалого?
За якими формулами надійніше визначається коефіцієнт фільтрації піщаних і скельних порід?
Намалюйте схему грунтового водозабору.
Намалюйте схему артезіанського водозабору.
Тема 5.4. Фактори, що впливають на обводненность гірничих підприємств, методи визначення водопритоков в гірничі виробки, гідрогеологічна класифікація родовищ, осушення шахтних і кар'єрних полів [7, 8, 11, 13, 16, 24].
5.4.1 Фактори, що впливають на обводненность гірничих підприємств
При промисловому освоєнні м.п.і. істотну роль відіграють підземні води, які представляють один з несприятливих факторів, що впливають на ритмічну роботу гірничо-транспортного встаткування. Підземні і поверхневі води, які проникають в гірничі виробки, називаються - шахтними або копальневими.
До основних факторів. визначальним обводненість родовищ, відносяться:
- просочування води з поверхневих водотоків (річки, струмки) і водойм (фільтрація води відбувається безпосередньо з водойм через алювіальні відкладення і збільшуються в період паводків),
- оголеність корінних порід (обводненість прямо пропорційна оголеності порід, при потужності покривних відкладень більш 5м інфільтрація через них поверхневих вод припиняється),
- літологічний склад порід, що вміщають (обводненість рудних м.п.і. залежить від водообильности порід, що вміщають рудне тіло, особливо велике при наявності серед покривних відкладень уламкових або карбонатних карсту порід; менше обводнені кристалічні і зцементовані породи - сланці, роговики, кварцити, граніти, пісковики та ін.),
- тектоніка району (зони тектонічних порушень є ділянками зосередженого, а іноді катастрофічного надходження води, по зонам тріщить може здійснюватися зв'язок пластових водоносних горизонтів між собою і з поверхневими водами) і ін.
На вугільних, особливо буровугільних, родовищах зазвичай водоносних один або кілька надугольних і подугольних пластів піску, пісковика або вапняку, що містять напірні рідше безнапірні води.
Обсяг откачиваемой води в кілька разів перевищує кількість видобутого П.І. Особлива складність виникає при зустрічі пливунів (заносить десятки м гірничих виробок).
Приплив води характеризується коефіцієнтом водообильности. відношення кількості откачиваемой води куб.м до кількості видобутого П.І. в тоннах за рік, добу (0,6 - 3,4 - середні значення. Донбас - в 1985р. - 5,6; Львівсько-Волинський - від 30 до 630; Криворізький залізорудний басейн - від 0,1 до 600 і при проривах до 6000куб.м). Водоприток в кар'єрах від 50 до 1000 куб.м. (Можна оцінювати на 1 км довжини борту кар'єру).
Розробка обводнених родовищ можлива за умови попереднього і експлуатаційного осушення шахтних і кар'єрних полів.
Вплив старих затоплених виробок. Роботи можуть проводитися після перепуску води через систему свердловин.
Вплив незатампонірованних розвідувальних свердловин. Роботи можуть проводитися після обсадки і цементації затрубного простору.
Вплив неправильного ведення гірських робіт. Слід наголосити на неприпустимості робіт під водними об'єктами земної поверхні, затопленими зонами провалів - вони повинні бути засипані глиною.