Способ восстановления гидрологических режимов горнодобывающих предприятий

Способ восстановления гидрологических режимов горнодобывающих предприятий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли промышленности и служит для снижения выдачи на поверхность объемов подземных вод, поступающих в горные выработки при добыче полезного ископаемого.

Известен способ разупрочнения угольного пласта [1], заключающийся в бурении скважин и гидравлическом разрыве через них угольного пласта за счет импульсного нагнетания жидкости и воздуха, соединении скважин щелью гидроразрыва, отличающийся тем, что бурят одну центральную скважину, по периферии примерно на равноудаленном расстоянии в угольном пласте располагают другие скважины и технологический регламент разупрочнения массива угольного пласта по площади осуществляют в следующей последовательности: первоначально проводят гидравлический разрыв угольного пласта водой через центральную скважину, при этом периферийные скважины закрывают и измеряют на них статическое давление; после стабилизации давления на периферийных скважинах нагнетают воздух высокого давления в центральную скважину, повторяют многократно цикл "нагнетание воды - нагнетание воздуха" и при этом постоянно измеряют давление на всех скважинах, прекращают гидродинамическое воздействие на угольный пласт после стабилизации давления на скважинах, при постоянном темпе закачки воды и расходе периодически нагнетаемого воздуха, затем нагнетают воду через периферийные скважины одновременно или последовательно - через каждую, а центральную скважину с задержкой во времени открывают в атмосферу, после этого периодически осуществляют переход с закачки воды на нагнетание воздуха и, наконец, измеряют количество вынесенного из центральной скважины угля, эквивалентное объему созданного в угольном пласте искусственного коллектора.

Недостатком способа является отсутствие свободного перемещения жидкости по пласту.

Известен способ разупрочнения угольного пласта [2] для создания зон повышенной дренирующей способности и извлечения угольного метана. Сущность изобретения заключается в том, что в угольном пласте бурят одну центральную скважину, а на равноудаленном от нее расстоянии - несколько периферийных скважин. Технологический регламент разупрочнения массива угольного пласта по площади осуществляют за счет гидравлического разрыва угольного пласта водой при закрытых периферийных скважинах, измерения статического давления и после его стабилизации нагнетания в центральную скважину воздуха высокого давления и многократного повторения цикла "нагнетание воды - нагнетание воздуха" при постоянном измерении давления на всех скважинах. После стабилизации давления на скважинах прекращают гидродинамическое воздействие на угольный пласт, нагнетают воду через периферийные скважины, а центральную с задержкой во времени открывают в атмосферу. Затем чередуют закачку воды с нагнетанием воздуха и в результате измеряют количество вынесенного из центральной скважины угля, эквивалентное объему созданного в угольном пласте искусственного коллектора. Изобретение позволяет повысить эффективность дегазации угольного пласта.

Недостатком способа является отсутствие свободного движения жидкости в угольном пласте.

Известны способы для подготовки угольных пластов к отработке [3-4], которые включают проходку горных выработок, проведение пластовых скважин, их герметизацию, нагнетание в пласт через скважины рабочей жидкости в статическом режиме, гидроимпульсное воздействие на пласт, подключение скважин к дегазационному трубопроводу и разупрочнение пласта непосредственно перед началом очистной выемки и отличаются друг от друга условиями гидроразрыва пласта. Способы обеспечивают повышение безопасности подготовительных и очистных работ. При проходке начальной выработки проводят нисходящие скважины за контуры будущих выработок, до подключения к дегазационному трубопроводу нагнетают в них в качестве рабочей жидкости энерговыделяющую систему, которую инициируют после заполнения сети трещин. Затем вблизи будущих выработок проводят горизонтальные дегазационные скважины, а гидроимпульсное воздействие на массив осуществляют через дополнительные скважины, проводимые в действующем очистном поле. В качестве энерговыделяющей системы используют смесь нитрата аммония, воды и глицерина, а инициирование этой системы осуществляют при давлении жидкости не менее 12 МПа.

Недостатком способов является не сохранение существующей структуры пластов, а их разупрочнение.

Известен способ расклинивания трещины в подземном пласте [5], который включает нагнетание в пласт жидкости под давлением разрыва пласта горного массива с расклинивающим наполнителем, представляющим материал в виде удлиненных частиц, имеющих форму с отношением длины к ширине, превышающим в 5-10 раз и форму сегмента, изготовленного из металла или других материалов с твердостью от 45 до 55 единиц по Роквеллу, покрытых смолой.

Недостатком способа является нарушение водной проводимости пластов за счет забучивания трещин.

Известен способ борьбы с горными ударами нагнетанием воды в угольный пласт [6, - С.91-96], отличающийся тем, что давление нагнетаемой воды меньше горного давления на угольный пласт, которое обеспечивает снижение опорного давления в точке приложения и смещает его максимум в глубь массива.

Недостатком способа является ограниченность области применения.

Известен способ борьбы с пылью нагнетанием воды в угольный пласт [7, - С.312-313], отличающийся тем, что давление нагнетаемой воды меньше горного давления на пласт и напряжения на разрыв пород горного массива, что обеспечивает насыщение вынимаемых пород водой и подавление пылеобразования.

Недостатком способа является ограниченность области применения.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ искусственного пополнения запасов воды для водоснабжения [8, рис.69], который заключается в переводе поверхностного стока в подземный. Пополнение осуществляется путем инфильтрации поверхностной воды в водоносные пласты. Подземные воды получают при этом дополнительное питание, что позволяет увеличивать производительность водозаборов без истощения естественных запасов. При использовании этого способа возможно частично или полностью отказаться от строительства специальных водоочистительных сооружений, так как вода при инфильтрации через толщу грунтов освобождается от бактериального загрязнения, становится более чистой и более высокого качества. Общая схема работ по искусственному пополнению заключается в следующем: вода из поверхностных источников (реки, озера, водохранилища) подается к инфильтрационным сооружениям, построенным в районе водозаборов. Из одних сооружений (бассейны, каналы и др.) вода свободно инфильтруется, из других (скважины, колодцы) нагнетается в водоносные пласты.

Недостатком способа является использование вод открытых водоемов для пополнения запасов и ограниченность области применения способа.

Сравнение предлагаемого решения с прототипом и аналогичными решениями, известными из существующего уровня техники, позволяет установить его соответствие критериям патентоспособности "новизна" и "изобретательский уровень".

Задачами изобретения являются восстановление нарушенных гидрологических режимов в процессе работы горнодобывающих предприятий, повышение экологической безопасности горнодобывающих предприятий за счет сохранения ландшафта и промышленной безопасности за счет ликвидации накопления подземных газов в обезвоженных водоносных пластах.

Решение поставленных задач достигается тем, что подачу с аккумулированного и очищенного в водосборнике шахтного притока, производят за границу депрессионной воронки, расположенной за зоной горных работ, в направлении линии падения водоносного пласта, обеспечивая защиту от возврата воды в действующие горные выработки, причем расстояние между нижней границей депрессионной воронки и точкой подачи шахтного притока должно быть не менее ширины зоны растекания притока в водоносном пласте. Шахтный приток, выдаваемый из водосборника, подают в промежуточный отстойник, из которого он инфильтруется в водоносный пласт, для чего промежуточный отстойник располагают в водоносном пласте, при этом шахтный приток выдают в подземный промежуточный отстойник или отстойник на поверхности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема восстановления гидрологического режима с помощью отстойника на поверхности, дно которого располагается в водоносном пласте; на фиг.2 - схема восстановления гидрологического режима с помощью скважин, пройденных с поверхности, и из горных выработок; на фиг.3 - схема восстановления гидрологического режима с помощью подземного отстойника, дно которого располагается в водоносном пласте.

Способ реализуется следующим образом.

Шахтный приток 1 из отработанных и подработанных водоносных пластов и инфильтрационные воды с поверхности по горным выработкам 2 поступает в подземный водосборник 3, где проходит очистку. Очищенная вода насосной установкой 4 по трубопроводу 5, в зависимости от принятой схемы восстановления гидрологического режима, подается в отстойник на поверхности 6 (фиг.1), в подземный отстойник 7 (фиг.3) или скважины, проведенные с поверхности 8 и из горных выработок 9, при этом отстойники и точка сброса воды из скважины 13 располагаются за пределами декомпрессионной воронки 10 и зоны горных работ 11 по падению водоносного пласта на расстоянии L, которое больше ширины зоны растекания притока в водоносном пласте l. После фильтрации в водоносном пласте 12 вода уходит во внешние водоемы или участвует в гидрологическом движении.

Предлагаемый способ позволит повысить уровень экологической безопасности горнодобывающего предприятия за счет очистки воды в подземных условиях, сокращения или ликвидации отстойников и сохранения ландшафта на поверхности, а также производственной безопасности за счет ликвидации пустот в водоносных пластах, способствующих накоплению метана, и растворения его в воде.

Литература

1. Патент РФ №2001124656. Способ разупрочнения угольного пласта. Е 21 С 37/00. / Карасевич А.М., Крейнин Е.В., Сторонский Н.М. Заявл. 20.07.2001. Опубл 20.07.2003.

2. Патент РФ №2209968. Способ разупрочнения угольного пласта. Е 21 С 37/00. / Карасевич А.М., Крейнин Е.В., Сторонский Н.М. Заявл. 06.09.2001. Опубл 10.08.2003.

3. Патент РФ №99114724. Способ подготовки угольных пластов к отработке Е 21 F 7/00 / Рубан А.Д., Забурдяев B.C., Сергеев И.В., Забурдяев Г.С., Брайцев А.В. Заявл. 07.07.1999. Опубл 10.05.2001.

4. Патент РФ №2166637. Способ подготовки угольных пластов к отработке Е 21 F 7/00 / Рубан А.Д., Забурдяев B.C., Сергеев И.В., Забурдяев Г.С., Брайцев А.В. Заявл. 07.07.1999. Опубл 10.05.2001.

5. Патент РФ №2003111212. Способ расклинивания трещины в подземном пласте и способ гидроразрыва в подземном пласте Е 21 В 43/46. / Картис Б., Миллер М.Дж., ПО ШО-Вей Заявл. 18.04.2003. Опубл 20.11.2004.

6. Мироненко В.А., Мольский Е.В., Румыин В.Г. Горнопромышленная гидрология: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1989. - С.91-96.

7. Краткий справочник горного инженера. / Под. ред. А.А.Бойко. - М.: Недра, 1971. - 520 с.

8. Ананьев В.П., Передельский Л.В. Инженерная геология и гидрогеология: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1980. - 271 с.

1. Способ восстановления гидрологических режимов горнодобывающих предприятий, включающий прием и сбор шахтного притока, поступающего в зону горных работ из депрессионной воронки по горным выработкам, его очистку, аккумуляцию в подземном водосборнике и подачу в водоносный пласт, отличающийся тем, что подачу аккумулируемого шахтного притока производят за границу депрессионной воронки, расположенной за зоной горных работ, в направлении линии падения водоносного пласта, обеспечивая защиту от возврата воды в действующие горные выработки, причем расстояние между нижней границей депрессионной воронки и точкой подачи шахтного притока должно быть не менее ширины зоны растекания притока в водоносном пласте.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шахтный приток, выдаваемый из водосборника, подают в промежуточный отстойник, из которого он инфильтруется в водоносный пласт, для чего промежуточный отстойник располагают в водоносном пласте.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что шахтный приток подают в подземный промежуточный отстойник.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что шахтный приток подают в наземный промежуточный отстойник.