Движение подземных вод к водозаборным и дренажным сооружениям

Движение подземных вод к водозаборным и дренажным сооружениям Водозаборы – это инженерные сооружения, предназначенные для захвата подземных вод в целях водоснабжения, орошения и др.

Определение водопритоков к горным выработкам Работы на шахтах прекратились в конце XIX века

Определение водопритоков к горным выработкам Работа на шахтах прекратились в 1939 году

Определение водопритоков к горным выработкам Работы на карьере прекращены в 1939 г.

Определение водопритоков к горным выработкам Работы на карьере прекращены в 2003 г.

Расход потока воды, формула Дарси Q = KFΔH/l где Q – расход воды; K – коэффициент фильтрации; F – площадь поперечного сечения потока; ΔH – потеря напора при фильтрации воды, отнесенная к длине пути l. Скорость фильтрации: V = Ki i – напорный градиент

Единичный расход потока, формула Дюпюи Единичный расход потока грунтовых вод - расход, приходящийся на единицу ширины потока q = K[h 12 -h 22/2 l 1 -2] Для грунтовых (безнапорных) вод: Расход потока шириной B равен произведению ширины потока на единичный расход Q = Bq =BK[h 12 - h 22/2 l 1 -2] где K – коэффициент фильтрации водовмещающих пород h – мощность слоя грунтовых вод B – ширина потока l – длина потока

Схема грунтового потока при горизонтальном залегании водоупора

Единичный расход артезианских вод в однородных пластах постоянной мощности определяется по формуле Г. Н. Каменского Q = Km[(H 1 – H 2)/l 1 -2 Схема напорного потока постоянной мощности

Приток к скважинам Совершенные скважины доходят до водоупорного слоя

Приток к грунтовой скважине Q=K(He 2 – hc 2)/ln. R/rc=1, 366 K(2 He – Sc)Sc/lg. R/rc He – напор в скважине до откачки; hc – столб воды в скважине во время откачки; Sc - величина понижения уровня воды rc – радиус скважины; R – радиус влияния откачки

Приток к артезианской скважине Q=Km(He - hc)/ln. R/rc=2, 73 Km. Sc/lg. R/rc По формуле Дюпюи m – мощность водоносного горизонта; He – напор в скважине до откачки; hc – столб воды в скважине во время откачки; rc – радиус скважины; Sc - величина понижения уровня воды R – радиус влияния откачки

Методы определения притоков воды к горным выработкам: 1. аналогий, 2. балансовый, 3. гидродинамический 4. моделирования.

1. Метод гидрогеологических аналогий Основан на изучении данных по водоотливу из существующих рудников с учетом гидрогеологических условий. Рассчитывается величина водопритоков на единицу площади выработок (q, м 3/час на 1 км 2 площади) и водоприток при понижении уровня на 1 м (q 0) : q=Q/F де Q – водоприток, F – площадь выработки; и водоприток при понижении уровня на 1 м (q 0). q 0 =q/S

Полученные значения распространяются на вновь проектируемый рудник, геологическое строение и гидрогеологические условия которого в общих чертах аналогичны участку, по которому собраны материалы. Будущий водоприток Q 1 на заданном горизонте площадью F 1 при проектном понижении S 1 определяется по формуле Q 1=q 0 F 1 S 1

2. Расчет по коэффициенту водообильности Коэффициент водообильности – это отношение количества откаченной воды Q м 3 к количеству добытого за тот же срок полезного ископаемого P (т): Кв=Q/P (м 3/т) Величину коэффициента водообильности, установленную для ряда шахт и лав, распространяют на запроектированные горные выработки, находящиеся примерно в одинаковых гидрогеологических условиях, в тех же или новых месторождениях.

3. Определение водопритоков по водному балансу. Основная задача - установление величины динамических ресурсов, т. е. количества воды, поступающей в горные выработки со стороны постоянных источников питания (инфильтрация атмосферных осадков, поглощение поверхностных вод, приток из других водоносных горизонтов). Для этого определяется величина подземного стока. Этот метод применим для месторождений, разрабатываемых открытым способом или неглубокими подземными выработками

4. Определение водопритоков по формулам динамики подземных вод Приток в совершенный грунтовый колодец (доходящий до водоупора) Q=1, 36 КН 2/ lg. R-lgr где H – мощность горизонта; R – радиус влияния; r радиус горной выработки. Приток в совершенную артезианскую скважину в случае перехода потока из напорного движения в безнапорное Q=1, 36 К(2 Н – m)m/ lg. R-lgr

5. Расчет водопритоков в систему горных выработок Метод «большого колодца» (метод С. В. Троянского). Площадь, занятая горными выработками или дренажными устройствами, условно принимается за площадь колодца. Находят радиус r 0, соответствующий площади «большого колодца» : r 0=√F/π Где F – площадь проектируемых выработок или площадь, ограниченная ближайшей замкнутой гидроизогипсой, оконтуривающей понижение рельефа (воронку депрессии)

Приток воды определяют по формуле Дюпюи: Q=1, 366 K(2 He-Sc)Sc/lg. R/rc где Qr - дебит скважины, k-коэффициент проницаемости; h - мощность пласта, см; Рк и Рс - давление на контуре питания и в скважине, ат; Rк и Rс - радиусы контура питания и скважины, м; μ - вязкость жидкости, сантипуазы;

Для карьеров: Если карьер неправильной формы, приведенный радиус определяется из формулы площади круга, примерно равного площади картера. Для карьеров правильной формы, если длина превышает ширину более чем в 10 раз, приток воды определяют как в траншею. Если отношение длины карьера к его ширине не превышает 10, приведенный радиус определяется по формуле r 0=η(L+B)/4, где η=L/B; L – длина карьера; B – ширина карьера.

Напорные и безнапорные воды в карьерах Притоки безнапорных вод (м 3/сут), поступающих по всему периметру карьера Q=1, 36 К(Н 2 - h 2)/ lg. R/r 0 Притоки напорных вод: Q=1, 36 К[(2 Н – m)m – h 02)]/ lg. R/r 0 H – напор потока грунтовых вод; H 1 – напор потока напорных вод; h – столб воды в дренажных зумпфах; K 1 и K 2 – коэффициенты фильтрации водоносных пород; r 0 – приведенный радиус карьера

Если карьер одновременно дренируют безнапорные воды вскрышных отложений и напорные воды коренных отложений, то притоки суммируются.

Схема притока безнапорных и напорных вод, вскрываемых по периметру карьера

Приток в шахты Приток воды (м 3/сут) в ствол шахты из однородного артезианского водоносного горизонта Q=1, 36 К(2 Н – m)m/ lg. R-lgr где H – высота напора над подошвой водоносного пласта, м; m – мощность водоносного горизонта, м; R – радиус влияния, м; r – радиус горной выработки, м.

Приток воды в ствол шахты

Зумпф часть шахтного ствола, отстойник для сбора грунтовых вод , колодец, дно которого ниже уровня дренажных канав.

Задача 1 Совершенная скважина диаметром 305 мм вскрыла напорные воды. Мощность водоносного горизонта 15, 3 м, высота напора над кровлей 8, 8 м, коэффициент фильтрации водовмещающих песков 11, 5 м/сут. Фильтр длиной 4, 5 м примыкает к кровле водоносного горизонта. Радиус влияния составляет 300 м. Определить дебит скважины при понижении уровня на 6 м.

Отв. 1 Q=Km(He - hc)/ln. R/rc=2, 73 Km. Sc/lg. R/rc Q = 2, 73 ∙ 11, 5∙ 15, 3 ∙ 3, 6/lg 300/0, 152 ~ 450 м 3/сут По формуле Дюпюи с поправками на несовершенство скважин

Задача 2 Определить приток воды в карьер из напорного горизонта мощностью 10, 5 м, если коэффициент фильтрации 5 м/сут, напор потока 52, 3 м, радиус влияния карьера 10000 м, столб воды в зумпфе 1 м, приведенный радиус влияния 452, 5 м.

Отв. 2 Q = 1, 36. 5((2. 52, 3 – 10, 5) – 12)/lg 10000/452, 5 = 4537, 5 м 3/сут Q=1, 36 К[(2 Н – m)m – h 02)]/ lg. R/r 0 Для карьеров

Задача 3 Месторождение приурочено к закарстованным известнякам, с которыми связан водоносный горизонт со свободной поверхностью на отметке 125 м. Установлено, что ниже отметки 80 м известняки слабопроницаемы. Подошва горных выработок заложена на отметке 96 м, что приведет к понижению уровня на 29 м. Площадь горных выработок составляет 17600 м 2, что соответствует кругу радиусом 75 м. Коэффициент фильтрации, определенный опытными откачками из скважин - 0, 00015 м/с. Мощность водоносного горизонта 125 – 80 = 45 м. Радиус влияния 1000 м. Определить приток воды

Отв. 3 Q=1, 36. 0, 00015(2. 45 – 29)29/lg 1000/75=801, 8 (м 3/сут) Q=K(He 2 – hc 2)/ln. R/rc=1, 366 K(2 He – Sc)Sc/lg. R/rc Для грунтовых скважин

Приток в скважины Задача 1. Грунтовая скважина диаметром 200 мм заложена в аллювиальном водоносном песке мощностью 10 м. Определить приток воды в скважину при понижении уровня на 5 м, если коэффициент фильтрации составляет 3 м/сут, радиус влияния 134 м.

Приток в скважины Задача 2. Песчаный пласт с напорной водой имеет мощность 30 м и залегает на глубине 10 м от поверхности земли. Коэффициент фильтрации песчаников составляет 40 м/сут. Определить приток воды в скважину диаметром 0, 3 м при понижении уровня на 6 и на 12 м, если напор потока составляет 38 м, а радиус влияния 380 и 500 м.

Приток в скважины Задача 3. Напорные воды вскрыты в трещиноватых известняках мощностью 30 м скважиной глубиной 45 м. Напор потока подземных вод составляет 51 м. Коэффициент фильтрации – 10 м/сут, радиус влияния 300 м. Определить приток воды в скважину при снижении напорного уровня на 12 м.

Приток в скважины Задача 4. Скважина глубиной 131 м вскрыла в песчаниках мощностью 60 м напорные воды. Кровля водоносного горизонта находится на глубине 71 м, а пьезометрический уровень – на глубине 55 м от устья скважины. Коэффициент фильтрации равен 3 м/сут, радиус влияния 50 м. Определить приток воды в скважину при понижении уровня на 10 м.

Приток в выработки Задача 5. Определить максимальный приток воды в ствол вертикальной шахты диаметром 4 м. Мощность пересекаемого безнапорного водоносного горизонта 16 м. Коэффициент фильтрации обводненных песчаников 5 м/сут, радиус влияния 350 м.

Приток в выработки Задача 6. Определить приток воды к горным выработкам с приведенным радиусом 70 м. Водоносный горизонт безнапорный, мощность обводненных известняков составляет 30 м, коэффициент фильтрации – 2 м/сут, радиус влияния 1000 м.

Приток в выработки Задача 7. Определить приток воды к горным выработкам, расположенным на площади 15 тыс м 2. Водоносный горизонт безнапорный, мощность водовмещающих пород 30 м, коэффициент фильтрации 10 м/сут, радиус влияния 1000 м. .

Приток в выработки Задача 8. Определить приток воды в карьер из напорного горизонта. Коэффициент фильтрации песков 15 м/сут, мощность водоносной толщи 12, 9 м, напор потока 48, 5 м, радиус влияния карьера 7500 м, столб воды в зумпфе 1 м, ширина карьера 350 м, длина карьера 1250 м.