Высокий приток воды – одна из наиболее серьезных проблем при разработке карьерных выработок. По мере углубления карьера вскрываются новые водоносные горизонты, увеличивается площадь фильтрации, а поступление воды может значительно возрастать. Дополнительную нагрузку создают атмосферные осадки, поверхностный сток и близость рек или водоемов.
В таких условиях простой открытый водоотлив часто оказывается недостаточным. Для поддержания безопасных условий работы требуется комплексная система осушения, способная ограничить поступление воды в выработку и обеспечить ее своевременное удаление.
Откуда поступает вода в карьер
Источники водопритока необходимо определить еще на этапе проектирования системы осушения. Вода может поступать из нескольких направлений, причем интенсивность каждого источника меняется в зависимости от геологических и сезонных условий.
Основную опасность при значительном водопритоке представляют вскрываемые водоносные горизонты. При вскрытии водоносного горизонта изменяется естественный режим фильтрации, и подземные воды начинают поступать в сторону карьерной выемки. В трещиноватых породах приток может происходить по отдельным зонам повышенной водопроницаемости, а в песчаных и гравийных грунтах – через значительную площадь водоносного пласта.
Кроме подземных вод, необходимо учитывать:
- дождевые и талые воды;
- поверхностный сток с прилегающей территории;
- воду, поступающую по бортам и уступам карьера;
- перетекание между водоносными горизонтами;
- напорные воды, вскрываемые при углублении выработки.
Если не разделить эти источники при расчетах, можно неправильно определить производительность насосного оборудования и параметры всей системы осушения.
Расчет водопритока как основа системы осушения
Для карьеров с высоким притоком особенно важно определить не только средний, но и максимальный ожидаемый расход воды. От этого зависят требуемая производительность водопонизительной системы, количество насосов, диаметр трубопроводов и необходимый резерв оборудования.
При проведении расчетов учитываются фильтрационные свойства грунтов, мощность и положение водоносных горизонтов, уровень подземных вод, геометрия выработки и ее проектная глубина. Если карьер развивается поэтапно, расчеты выполняются для различных стадий горных работ.
Необходимо также учитывать взаимное влияние нескольких водопонизительных устройств. Работа водопонизительных скважин, иглофильтров и других элементов системы изменяет положение уровня подземных вод и формирует депрессионную воронку вокруг водопонизительных устройств.
Именно поэтому выбор оборудования только по фактическому объему воды, уже находящейся на дне карьера, является недостаточным. Система должна учитывать постоянный приток и его возможное увеличение.
Водопонижение до разработки обводненного участка
При высокой обводненности целесообразно снижать уровень грунтовых вод до начала разработки соответствующего участка. Такой подход уменьшает количество воды, поступающей непосредственно в рабочую зону, и снижает нагрузку на внутрикарьерный водоотлив.
Водопонижение грунтовых вод может выполняться с помощью водопонизительных скважин, иглофильтровых установок, эжекторных систем и других дренажных устройств. Конкретная технология определяется глубиной необходимого понижения и фильтрационными характеристиками пород.
В песчаных и супесчаных грунтах эффективны иглофильтровые системы. При значительной глубине требуемого понижения уровня подземных вод могут применяться водопонизительные скважины. При необходимости интенсифицировать водоотбор в слабопроницаемых грунтах могут применяться вакуумные или эжекторные системы.
При сложном строении массива применяется комбинированная схема. Например, верхний водоносный горизонт может осушаться иглофильтрами, а более глубокий – системой водопонизительных скважин.
Открытый водоотлив как часть комплексной системы
Даже эффективная внешняя система водопонижения не всегда способна полностью исключить поступление воды в карьер. Остаточные притоки, атмосферные осадки и вода, стекающая с уступов, должны удаляться непосредственно из выработки. Для этого устраивают водосборные канавы, зумпфы и насосные станции. Вода собирается в специально предусмотренных водосборных зумпфах и откачивается из выработки.
Важно правильно организовать взаимосвязь между глубинным водопонижением и открытым водоотливом. Если внешняя система снижает основной приток, внутрикарьерные насосы работают с меньшей нагрузкой. Это позволяет сократить объем перекачиваемой воды и повысить надежность всей схемы. При этом зумпфы и водоотливные устройства необходимо перемещать по мере углубления и развития карьера.
Как обеспечить надежность при большом притоке
Для объектов с высокой обводненностью система осушения должна иметь резерв по производительности. Отказ одного насоса или отдельного участка трубопровода не должен приводить к недопустимому повышению уровня воды и нарушению безопасных условий ведения работ.
Особое внимание уделяется следующим параметрам:
- резервной насосной мощности;
- электроснабжению оборудования;
- пропускной способности водоотводящих трубопроводов;
- защите насосов от работы в неблагоприятных режимах;
- возможности оперативного увеличения производительности;
- контролю уровней воды в характерных точках карьера.
При изменении горно-геологических условий система должна иметь возможность поэтапного расширения. Это особенно важно для глубоких карьеров, где по мере продвижения фронта работ изменяются как объемы выемки, так и характер водопритока.
Экономическая эффективность водопонижения
При проектировании системы необходимо сопоставлять не только технические параметры, но и затраты на строительство и эксплуатацию. Стоимость водопонижения сама по себе не позволяет оценить экономику проекта: стоимость зависит от глубины понижения, площади осушения, типа грунтов, количества водопонизительных устройств, продолжительности работ и требуемой производительности оборудования.
Недостаточно мощная система приводит к простоям техники и ограничивает темпы разработки. Избыточная производительность, напротив, увеличивает капитальные и эксплуатационные расходы без практической необходимости.
Поэтому экономически оправданным считается решение, основанное на гидрогеологических расчетах и прогнозе развития карьера. Система должна обеспечивать требуемый водный режим и безопасные условия ведения работ на каждой стадии разработки карьера, сохраняя возможность ее дальнейшего расширения.
Контроль работы системы
После запуска осушения расчетные параметры необходимо сопоставлять с фактическими. Для этого контролируются уровни подземных вод, производительность насосов, фактический объем откачки и состояние бортов карьера.
Наблюдения позволяют своевременно выявить изменение водопритока и при необходимости скорректировать режим работы оборудования. Такой подход особенно важен при вскрытии новых водоносных горизонтов или изменении направления развития горных работ.
Компания ООО «Инженерия» выполняет работы по водопонижению и осушению обводненных строительных и горных выработок. Подбор технологии и оборудования осуществляется с учетом гидрогеологических условий объекта, расчетного водопритока и требуемой глубины осушения.
