Вторник, 25.07.2017
Неофициальный сайт Научно-производственной группы "Тектоника"
Меню сайта
Прогноз водопритоков

 

Прогноз водопритоков и изучение гидрогеологических условий отработки угольных месторождений

Лукьянов А.Е.

 



моя фотография

            От автора:

            Приведенная ниже статья отражает проблемы, выявленные при проведении гидрогеологических исследований в пределах угольных месторождений Донбасса и Кузбасса. Однако, похожие трудности можно встретить практически на любом горно-добывающем предприятии, разрабатывающем как рудные, так и нерудные месторождения.

            Большинство проблем возникает из-за невыполнения элементарных правил: гидрогеологические исследования не проводятся, наблюдения не выполняются, горные выработки проходят под затопленными карьерами и горизонтами. Иногда создается впечатление, что единственное стремление работников шахты - как можно скорее ее затопить, а основное желание работников карьера - собрать максимальное количество загрязненной воды и при этом, желательно, обвалить борта. При этом, сколь старательно обводняются горные выработки, с тем же рвением делается все возможное, чтобы оставить обогатительную фабрику без воды.

            Между тем, нормальное планирование работ и своевременное проведение гидрогеологических исследований помогает избежать этих неприятностей. В основе такого планирования всегда лежит последовательный анализ текущей ситуации и формирование полноценного пакета режимных наблюдений за весь период работы предприятия.


На сегодняшний день угледобывающая отрасль не является фаворитом горно-добывающего комплекса России. Убыточные угольные предприятия массово ликвидировались в 90-ые годы. Большое количество угольных шахт в Донбассе и Кузбассе затоплено или находиться в стадии затопления, что зачастую требует оценки гидрогеологической ситуации и определения потенциальной возможности подтопления жилой застройки в населенных пунктах. Одновременно, строительство и пуск новых шахт в окружении ликвидированных или ранее законсервированных также требует тщательного анализа гидрогеологических условий.

На действующих предприятиях вопрос изучения гидрогеологических условий отработки запасов угля стоит достаточно остро, так как рентабельность работы предприятия, во многом, определяется затратами на водоотлив. Поскольку современные шахты нередко работают в окружении нескольких затопленных шахт, действующие очистные выработки могут подрабатывать затопленные ранее погашенные горные выработки. В связи с чем, возникает опасность прорыва шахтных вод из затопленных горизонтов с вытекающими отсюда проблемами безопасности ведения работ и удорожания их стоимости вследствие необходимости реализации предупреждающих мероприятий.

Таким образом, востребованность гидрогеологических исследований в угольной отрасли нисколько не уменьшилась. В современных условиях гидрогеологическим проблемам уделяется, возможно, даже большее внимание, чем во время активного развития угледобычи в советское время.


Угледобывающее предприятие. Кузбасс

Рисунок 1. Угледобывающее предприятие. Кузбасс.


Тем не менее, несмотря на вынужденное внимание, общее понимание смысла и сути гидрогеологических исследований в среде угольщиков остается на весьма низком уровне. Зачастую, гидрогеологическое заключение воспринимается руководством и специалистами угольных предприятий как бессмысленная бумажка, досадное отсутствие которой мешает перейти к непосредственной работе – добыче угля и получению прибыли.

Между тем, такой подход чреват негативными последствиями. Недостаточное финансирование гидрогеологических работ и невнимательное изучение гидрогеологических условий отработки запасов создает риск для работы всей шахты. В Донбассе известны случаи, когда необдуманная подработка затопленных выработок приводила к затоплению и ликвидации действующих шахт. Несомненно, тщательный предварительный анализ гидрогеологической ситуации позволяет избежать таких катастрофических последствий.

К сожалению, у большинства экономистов и менеджеров в нашей стране до сих пор отсутствует четкое понимание того, что любые исследовательские работы, выполняемые квалифицированными специалистами, прежде всего, экономят деньги! Стоимость полноценных гидрогеологических исследований всегда составляет первые проценты от стоимости сооружения водоотливного комплекса и ничтожную долю от суммы капитальных затрат на сооружение всей шахты.

Экономия средств на гидрогеологических работах приводит к риску увеличения затрат на водоотлив, или, в особо тяжелых случаях, риску потери всей шахты. Совершенно ясно, что такая экономия на самом деле ничего не экономит, а, наоборот, грозит чудовищными финансовыми потерями.

Таким образом, в современной ситуации, когда существует острая потребность в гидрогеологических исследованиях на угледобывающих предприятиях, с одной стороны, но отсутствует необходимое понимание их сути, целей и возможностей, с другой, крайне необходимо обозначить основные проблемные моменты, возникающие при проведении гидрогеологических работ, решение которых позволило бы повысить качество гидрогеологических исследований, увеличить эффективность предлагаемых мероприятий, а также показать необходимость и целесообразность выполнения подобного рода исследований.

Основные особенности и сложности в сфере проведения гидрогеологических работ на действующих и ликвидированных угольных предприятиях выявлены специалистами ОАО «ВНИМИ» в процессе работ на ряде шахт Восточног Донбасса и Кузбасса.

На первом этапе гидрогеологических работ, направленных на оценку прогнозных водопритоков при отработке угольных пластов, необходим тщательный анализ ситуации на изучаемой площади. Для получения достоверного результата необходимо изучить материалы работ по детальной разведке месторождения, которые в обязательном порядке включают отчет о проведении гидрогеологических работ.

Как правило, комплекс гидрогеологических исследований на стадии детальной разведки включает бурение специальных гидрогеологических скважин и выполнение опытных откачек. На основании опытных данных определяются значения гидрогеологических параметров водоносного комплекса угленосных отложений и выполняются прогнозные расчеты величины водопритока в горные выработки. Нередко результаты таких расчетов нуждаются в корректировке, а данные опытно–фильтрационных работ – в повторной интерпретации.

Изучение гидрогеологических условий на действующем угледобывающем предприятии позволяет дополнить данные разведочных работ, выполнявшихся несколько десятилетий назад, сведениями по опыту эксплуатации шахты, ведения очистных работ, величине и динамике фактических водопритоков в горные выработки.

Изменение и корректировка результатов гидродинамических расчетов, выполненных на стадии детальной разведки, является нормальной практикой. На каждом новом этапе гидрогеологических работ общая сумма накопленных знаний об объекте увеличивается, что может привести к изменению использованных ранее расчетных схем. Поскольку результаты обработки напрямую зависят от схематизации гидрогеологических условий, повторная обработка результатов опытно-фильтрационных работ может и должна проводиться в каждой новой научно-исследовательской работе.

Изучение материалов предшествующих гидрогеологических исследований, данных по эксплуатации шахты, планов горных работ и иных материалов требует значительных временных затрат. Сжатые сроки выполнения работ, которые на сегодняшний день задаются большинством предприятий, не позволяют ознакомиться с таким объемом данных в достаточной мере.

Ключевым вопросом при выполнении прогнозных расчетов является определение положения уровней подземных вод. Достоверные значения уровней можно получить только по результатам режимных наблюдений в специальных гидрогеологических скважинах.

В настоящее время, в подавляющем большинстве случаев, на участках проектируемых, действующих и ликвидированных шахт режимные наблюдения за уровнями подземных вод не выполняются. Наблюдательные скважины отсутствуют.

Отсутствие достоверных сведений о положении уровней подземных вод не позволяет однозначно оценить текущую ситуацию и значительно снижает точность прогнозных расчетов. Режимные гидрогеологические наблюдения должны выполняться на площади всех проектируемых, действующих и ликвидированных шахт. Наблюдательная сеть должна сооружаться и поддерживаться на протяжении всего периода работы добывающего предприятия. Отсутствие сведений о наблюдательной сети скважин в проекте на разработку месторождения должно являться веской причиной для отказа в его утверждении, так как это противоречит современным представлениям о контроле безопасности ведения горных работ и совершенно не соответствует требованиям по охране окружающей среды.

Все полученные сведения по объему водопритоков в горные выработки, результатам опытно-фильтрационных работ, расчетам гидрогеологических параметров и данные режимных наблюдений должны быть подвергнуты тщательному анализу и проверке.

Как уже было сказано выше, данные опытно-фильтрационных работ, нередко нуждаются в повторной обработке. В некоторых случаях, на наиболее ответственных участках, следует проводить повторный комплекс полевых гидрогеологических работ, включающий бурение гидрогеологических скважин, выполнение опытных откачек и заложение этажных пьезометров.

Сведения о положении уровней подземных вод также нуждаются в анализе и уточнении. Это связано с тем, что в случае замеров положения уровней по наблюдательным скважинам необходимо убедиться в исправности этих скважин. С течением времени скважины могут выходить из строя – обваливаться, засыпаться, задавливаться горным давлением – и результаты замеров уровней по ним могут не соответствовать реальному положению уровня подземных вод в массиве. Также необходимо изучить, какую часть трещинного водоносного комплекса вскрывает скважина и насколько гидрогеологические условия на данном участке изменены в результате техногенного вмешательства.

В случае отсутствия наблюдательных скважин, достоверно установить положение уровня подземных вод в техногенном водоносном комплексе возможно только путем прямых наблюдений в подземных горных выработках или при замерах в стволах ликвидированных шахт. В остальных случаях, положение уровней подземных вод может быть установлено только косвенным путем при анализе последовательности отработки запасов и изменения динамики притоков. При этом, такие сведения не обладают достаточной степенью достоверности и требуют обязательной проверки, для чего должны быть даны рекомендации по сооружению сети наблюдательных скважин.


Угольная шахта

Рисунок 2. Шахтные стволы. Кузбасс.


В тщательной проверке и анализе нуждаются не только сведения о положении уровней, но и данные наблюдений за объемом притока подземных вод в горные выработки. В период проведения гидрогеологических работ должны быть выполнены непосредственные замеры расхода шахтных вод по всем ключевым участкам в шахте.

Дело в том, что декларируемые объемы откачиваемых вод очень часто не совпадают с фактическими. Это может быть связано, с одной стороны, с недостаточным вниманием к данному вопросу со стороны инженерного состава шахты – замеры расхода шахтных вод выполняются «на глаз» или не выполняются вообще. Объем откачиваемых вод, нередко, рассчитывается на основании паспортной производительности водоподъемного оборудования, которая никогда не совпадает с фактической производительностью применительно к условиям монтажа и работы водоподъемной установки.

С другой стороны, объемы притока подземных вод в горные выработки на шахтах практически всегда завышались и завышаются намеренно с целью получения субсидий на водоотлив. Подобного рода «приписки» могут увеличивать объем водопритоков в два раза относительно фактически наблюдаемого.

В результате, заведомо ложные сведения по водопритокам не позволяют однозначно оценить текущую гидрогеологическую ситуацию и приводят к путанице. Как правило, при тщательном анализе данных по работе водоотлива квалифицированный гидрогеолог может выявить подлог, но на это необходимо затратить определенное время. Несомненно, пока на шахтах существует практика халатного отношения к выполнению гидрогеологических наблюдений или намеренного подлога при замерах объемов притока подземных вод, точность гидрогеологических прогнозов и эффективность предлагаемых мероприятий будет чрезвычайно низкой.

Для правильной фиксации объемов откачиваемых вод на каждом участковом водоотливе, функционирующем на поле шахты, должны стоять опломбированные счетчики на входе и на выходе. Это, помимо прочего, поможет учесть потери воды при утечке из трубопроводов. Точный учет объемов откачиваемых вод будет давать возможность для управления и оптимизации системы водоотлива и снижения затрат на ее обслуживание.

Наравне с природными геологическими и гидрогеологическими факторами, на величину прогнозных водопритоков оказывает влияние схема отработки месторождения, раскройка лав, очередность отработки пластов и т.д. Для выполнения достоверного прогноза необходимо иметь полные сведения о технологии и порядке отработки месторождения.

Очень часто, такие исходные сведения отсутствуют или представлены не в полной мере. Проектировщики требуют решить задачу оценки водопритоков в общем виде, с расчетом на некоторую проектную площадь. Точность таких расчетов оказывается чрезвычайно низкой и не может обеспечить требуемой полноты гидрогеологической изученности участка. Опыт эксплуатации месторождения и ведения горных работ, как правило, не подтверждает такие расчеты. Расхождения могут быть существенными как для всего шахтного поля, так и не совпадать по отдельным лавам.

В виду сложности гидрогеологических условий угольных месторождений, высокой неоднородности фильтрационных свойств трещинных коллекторов и значительной изменчивости гидрогеологической ситуации во времени достоверный прогноз по шахтному полю можно выполнить на период отработки 5-10 лет. Достоверный прогноз по каждой отрабатываемой лаве возможен только при высокой детальности гидрогеологических исследований.

Отдельной темой гидрогеологических исследований является изучение и анализ качественного состава шахтных вод и оценка влияния горных работ на загрязнение окружающей среды. К сожалению, на большинстве шахт наблюдения за качественным составом откачиваемых вод не выполняются или выполняются не надлежащим образом. Так, например, инженеры–экологи могут выполнять анализ откачиваемых шахтных вод только на содержание взвешенных частиц. Это равносильно тому, что никакие анализы не выполняются вообще.

В большинстве случаев, откачиваемые шахтные воды содержат большое количество железа, серы, обладают повышенной минерализацией. Вопрос повышенного содержания микрокомпонентов на сегодняшний день изучен чрезвычайно слабо. Очень часто, никто не знает и не хочет знать, какую воду сбрасывают угледобывающие предприятия в поверхностные водотоки.

Наблюдения за химическим составом подземных вод на территории шахтного поля должны выполняться не менее тщательно, чем наблюдения за положением уровней и расходами шахтных вод. На территории горного отвода должно располагаться несколько наблюдательных скважин, из которых проводиться регулярный отбор проб на химических анализ. Также, пробы должны отбираться со всех участковых водоотливов, при выдаче шахтных вод на поверхность и после прохождения очистки на комплексе очистных сооружений.

Каждая проба должна анализироваться на следующие показатели: содержание взвешенных частиц, макрокомпонентный состав, минерализация, рН, железо, марганец, перманганатная окисляемость, нитратная группа. Не реже, чем один раз в год должны отбираться пробы на полный перечень компонентов с определением не менее 50 показателей.

Таким образом, для выполнения качественных работ по оценке водопритоков в проектируемые горные выработки необходимы следующие сведения и исходные данные:

- проектная раскройка по каждому пласту, планируемому к отработке;

- порядок отработки лав;

- результаты гидрогеологических исследований на стадии разведки месторождения;

- данные режимных наблюдений за уровнями подземных вод на территории шахтного поля;

- данные режимных наблюдений за объемом откачиваемых вод и динамикой притоков в очистные выработки;

- данные режимных наблюдений за химическим составом подземных вод на поле шахты, качеством шахтных вод при выдаче на поверхность и качестве шахтных вод, прошедших систему водоочистки;

- современное положение уровней подземных вод;

- метеорологические и гидрологические данные.

Отсутствие каких-либо сведений из перечисленного списка негативно сказывается на точности выполняемых расчетов. Гидрогеологические исследования оказываются лишены того высокого потенциала, когда результаты работ могут оказать существенное влияние на систему отработки месторождения и помогут сэкономить значительные средства.

Также, на качество исследований значительное влияние оказывает время, отведенное на выполнение работ. Следует отметить, что раньше качество любых геологических и гидрогеологических работ обеспечивалась за счет стадийности их проведения. Любые геологические работы проводились последовательно с постепенным увеличением детальности исследований на протяжении нескольких лет. Специалисты имели возможность подробно ознакомиться с условиями объекта и имели достаточное количество времени на анализ и обдумывание результатов работ.

В наши дни, даже при заложении значительных средств на выполнение исследовательских работ, заказчики устанавливают такие временные рамки, которые не позволяют провести полноценную обработку и осмысление их результатов.

Между тем, привлечение квалифицированных специалистов для выполнения полноценных гидрогеологических исследований может существенно повысить эффективность работы добывающего предприятия, увеличить рентабельность угледобычи, обеспечить необходимую безопасность ведения горных работ и значительно сократить отрицательное воздействие на окружающую среду.


При копировании материалов, представленных на сайте, ссылка на первоисточник обязательна.


НАШИ КОНТАКТЫ

КАРТА САЙТА

На главную


Яндекс.Метрика
Форма входа
Поиск
Copyright MyCorp © 2017
Сделать бесплатный сайт с uCoz