Способ определения зоны водопроводящих трещин

 

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повышение достоверности и надежности определения внешней относительно выработанного пространства границы зоны водопроводящих трещин /ЗВТ/. С дневной поверхности 1 по профилю, ориентированному вкрест простирания горных пород 2, бурят скважины 3, 4, 5, расстояние между которыми определяют по формуле Σ=[H<SB POS="POST">о</SB><SP POS="POST">.</SP>SIN(Α+β<SB POS="POST">т</SB>)]:SINΑ<SP POS="POST">.</SP>SINβ<SB POS="POST">т</SB>, где H<SB POS="POST">о</SB> - вертикальный шаг обрушения, α - угол падения рудной залежи 8, β<SB POS="POST">т</SB> - угол разрывов. Глубину скважин также определяют по формуле. Перед подработкой пространства 9 в пробуренные скважины 3-5 подают воду с расходом, обеспечивающим уровень воды, превышающий предполагаемый уровень пересечения скважин 3-5 границей 10, 11 ЗВТ 7. Развитие горных работ приводит к перемещению границы 6 ЗВТ 7 в положение 10 и пересечению ее скважины 3, уровень воды в которой резко понижается. После этого границу ЗВТ 7 определяют по трем точкам, первая из которых находится на кровле выработанного пространства 9 на расстоянии, равном шагу H<SB POS="POST">о</SB> от уровня горных работ, вторая - на пониженном уровне воды в скважине 3, а третья - на профиле на равном расстоянии от соседних скважин, в одной из которых зарегистрировано понижение уровня воды, а в другой - понижение равно нулю. В массивах с изолированным водоносным горизонтом в покровных породах воду в скважины 3-5 подают путем ее перепускания из водоносного горизонта через фильтры, установленные в скважинах. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51} 4 Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 2 5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4352184/23-03 (22) 28, 12. 87 (46) 23.09.89. Бюл. № 35 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу (72) Ю.С.Осипенко, А.Т.Усатюк, А.В.Сазонов, К.К.Бойчук и Г.П, Лукащук (53) 622.235 (088.8) (56) Ямщиков В.С. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. -М.: Недра, 1982, с ° 270-271. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОНЫ ВОДОПРОВОДЯЩИХ ТРЕЩИН (57) Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения — повышение достоверности и надежности определения внешней относительно выработанного пространства границы зоны водопроводя„„SU„„1509529 А 1

2 щих трещин (ЗВТ). С дневной поверхности 1 по профилю, ориентированному вкрест простирания горных пород 2, бурят скважины 3, 4, 5, расстояние между которыми определяют по формуле

= С1 о sin (7+ .)7:sind sing д

h0 — вертикальный шаг обрушения, угол падения рудной залежи 8, р — угол разрывов. Глубину скважин также определяют по формуле, Перед подработкой пространства 9 в пробуренные скважины

3.-5 подают воду с расходом, обеспечивающим уровень воды, превышающий предполагаемый уровень пересечения скважин

3-5 границей 10, 11 ЗВТ 7. Развитие горных работ приводит к перемещению а границы 6 ЗВТ 7 в положение 10 и пере.— сечению ее скважины 3, уровень воды в которой резко понижается. После этого границу 3ВТ 7 определяют по трем тоя- С кам, первая из которых находится на кровле выработанного пространства 9 на расстоянии, равном шагу h от уровня горных работ, вторая — на пониженЯд

Изобретение относится к горному делу, в частности.к методам определения зоны водопроводящих трещин, и может быть использовано для гидрогеоло- .5 гического обоснования способов осушения месторождений и безопасных условий ведения горных работ.

Цель изобретения — повышение достоверности и надежности определения 20 внешней относительного виработанного

Ф пространства границы зоны водопроводящих трещин, снижение. затрат в массивах с изолированным водоносным горизонтом в покровHblK породах.

На фиг.1 показана схема определения границы зоны водопроводящих трещин; на фиг.2 — схема налива воды в скважину; на фиг.3 — - схема, показывающая развитие зоны водопроводящих трещин; 30 на фиг.4 — схема перепуска воды из водоносного горизонта; на фиг.5 схема реализации способа на конкретном примере.

Способ осуществляют следующим образом..

С дневной поверхности 1 (фиг.1) по профилю, ориентированному .вкрест простирания горных пород 2, бурят скважины 3-5, расстояние между кото- 40 рыми устанавливают в зависимости от вертикального шага обрушения, углов разрывов и падения рудной залежи по следующей формуле:

1 о э п (<" + ) .

sin 3à sing где 6— расстояние между скважинами, м; вертикальный шаг обрушения, м; угол падения рудной залежи, град; угол разрывов, град.

h— о

J—

B случае, если расстояние между скважинами 3 — 5 больше расстояния, определенного по формуле (1), то снижается достоверность определения внешней границы 6. Это связано с тем, что перемещение границы 6 зоны водопроводящих трещин (ЗВТ) на некоторых шагах обрушения фиксируется только по двум точкам. Если расстояние между скважинами 3 — 5 меньше расстояния, определенного по формуле (1), то увеличивается объем буровйх работ без су- щественного улучшения показателей достоверности и надежности определения границы 6 ЗВТ 7.

Глубину скважин 3 — 5 определяют по следующей формуле;

Рsin (с(+/зт) (Н-0 5btgp ) sin (360 Еэ /Н) (2)

s in+ s in p э п,.сов (,- -360 f p /Н ) ! глубина скважин, м; В рассматриваемой формуле (2) d расстояние между скважинами, 17 м и С = 10 м.

Увеличение глубины скважин 3 — 5 погрешность в определении по сравнению со значением, опредешага обрушения, м; ленным по,формуле (2), приводит к угол падения рудной залежи,. увеличению объема буровых работ, а ) уменьшение снижает достоверность опград; угол разрывов, град; ределения внешней границы 6 ЗВТ 7. глубина ведения горных Начало профиля целесообразно разработ м мещать на расстоянии 0,5 6 от границы

55 средний коэффициент крепости 6 ЗВТ 7, сформировавшейся под влияпород (по Протодьяконову); нием разработки рудной залежи 8 и отсредний эмпирический коэф- работанного пространства 9. Такое фициент, м. размещение профиля с учетом эависиL= (0,56+ где L

Н

3 1509529

4 ном уровне воды в скважине 3, а тре- ным водоносным горизонтом в покровных тья — на профиле на равном расстоя- породах воду в скважины 3-5 подают пунии от соседних скважин, в одной из тем ее перепускания из водоносного которых зарегистрировано понижение горизонта через фильтры, установленуровня воды, а в другой понижение ные в скважинах.. 1 з.п.ф-лы, 5 ил, равно нулю. В массивах с изолирован- 1 табл.

5 15095 мостей (1) и (2) позволяет минимизировать объем буровых работ при обеспечении достоверности и надежности определения границы 6 ЗВТ 7. По мере увеличения глубины горных работ граница 6 ЗВТ 7 последовательно занимает положение 10 и 11 и т.д., перемещаясь с вертикальным шагом обрушения h о ,После окончания бурения в скважи- 1Q ны 3 — 5 подают воду (фиг. 2) с расходом Q<, Расход воды регулируют таким образом, чтобы ствол скважин был заполнен водой до уровня, превышающего уровень пересечения предполагаемыми 15 границами 10 или 11 ЗВТ 7 скважин

3 — 5 на следующую величину:

s in (a+ p>)

d1 = d + в, (3)

sing sin 3 где Ь1 — превышение уровня воды в 20 скважине над предполагаемым уровнем пересечения границы

ЗВТ, м; в — эмпирический коэффициент, м.

Эмпирический коэффициент в в фор- 25 муле (3) равен 10 м.

Воду подают в скважины 3 — 5 по трубам 12 таким образом, чтобы обеспечить поступление воды с забоя скважины. Замер уровня воды производят 30 в замерной колонне 13, Подача воды

3 — 5 с расходом 4 может осуществ1 ляться как постоянно, так и временно .в период замера границы 6 ЗВТ 7.

Развитие горных работ на глубину (фиг.3) приводит к тому, что граница

6 ЗВТ 7 перемещается из положения 6 в положение 10 и пересекает скважину

3. Под влиянием сдвижения коэффициент фильтрации горных пород 2 в пределах ЗВТ 7 увеличивается в десятки и сотни раз, кроме того, устанавливается гидравлическая связь через ЗВТ 7 между скважиной 3 и отработанным простанством 9 рудной залежи 8. Поэтому вода, 45 подаваемая в скважину 3 (фиг.4) уходит из нее по ЗВТ 7 и уровень 14 воды в скважине 3 устанавливается на глубине h, равной глубине пересечения ствола скважины 3 границей 10

ЗВТ 7..

Первую граничную точку А ЗВТ 7 (фиг. 3) определяют на кровле выра. ботанного пространства 9 на расстоянии от уровня горных работ, равном вертикальному шагу обрушения ho. Вторую граничную точку В измеряют по скважине 3 от ее устья до пониженного уровня воды. Местоположение третьей

29 6 точки С (фиг. 3) определяют на расстоянии, равном половине длины участка между соседними скважинами, в одной из которых (скважине 3) при наливе с расходом Q происходит понижение уровня воды от начального положения, а в другой (скважине 4) — понижение равно нулю.

Скважины бурят либо заблаговременно на всю предполагаемую к наблюдению длину профиля, либо по мере их пересечения границей 10, 11 ЗВТ 7. В.пос-. леднем случае в профиле должно быть не менее двух скважин 3 и 4, одна из которых будет пересечена границей 10

ЗВТ 7 на очередном шаге обрушения, а другая находится за пределами предполагаемой границы ЗВТ 7.

Если при наливах воды в скважины

3 — 5 было установлено интенсивное водопоглощение, производят изолирование стенок и забоев водонепроницаемым материалом, который при деформировании пород способен разрушаться (например, парафином), а затем осуществляют подачу воды с расходом Q

В гидрогеологических условиях ,(фиг.4), когда на месторождениях по1 лезных ископаемых в покровных рыхлых породах 15 распространен водоносный горизонт, изолированный от твердых пород 2 водоупором глинистого состава 16, скважины 3 — 5 оборудуют фильтром 17 на верхний водоносный горизонт. Воду из верхнего водоносного горизонта по трубам 18 перепускают в твердые породы 2. Замер уровня воды производят в замерной колонне 13.

По уровню 14 воды в скважине определяют глубину h,pàâíóþ глубине пересечения ствола скважины 3 или 4, 5 с границей 10 ЗВТ 7.

Пример . В профиле (фиг.5), ориентированном вкрест простирания горных пород, пробурены две скважины

1 и 2. Параметры сдвижения горных пород и другие характеристики, необходимые.для расчетов глубин скважин и расстояния между ними, приведенй в таблице. . Расстояние Ь между скважинами определяется по формуле (1) и равно

Ъ

f70 м. Глубина скважин (Ь) рассчитывается по формуле (2) и равна 200 м.

Скважина - расстоянии 35 м (т.е.0,5,) от границы

6 ЗВТ 7, сформировавшейся на предшествующем шаге обрушения. В сква1509529

<1 = 30м, уровень при наливе поддерживают на глубине 130 м.

В результате наливов был определен расход воды Q, Он при заданном уров- !0 не воды при наливе равен соответст, венно для скважины № 1 0,4 м /ч и для скважины № 2 0,6 м /ч-.

Под влиянием разработки залежи в этаже 865-775 м внешняя граница 6 ЭВТ 25

7 перемещается в положение 10, что было зафиксировано по резкому снижению уровня подземных вод в скважине

Р 1 при наливе с расходом Я „, равном

0,4 м /ч. Уровень подземных вод в 30 скважине при наливе в результате подработки понизился до глубины 147 м, Далее были определены граничные точки ЗВТ. Граничная точка А ЗВТ 7 определена на кровле выработанного прост- 35 ранства на расстоянии 60 м от уровня горизонта 865. Граничная точка В была измерена от устья скважины № 1 до пониженного уровня воды; глубина до нее составила 147 м. Граничная точ- 40

56t p, )sin (360 f ð ) Ь т

° cos (-360 —.-- ) о Яс Н

50 жинах ¹ 1 и 2 покровные песчано-глинистые отложения мощностью 60 м были перекрыты обсадными трубами и проведена гидроизоляция обсадной колонны.

В открытом интервале 60-200 м в обеих скважинах были проведены опытные наливы. Ориентировочно граница зоны водопроводящих трещин, сформировавшаяся под влиянием .разработки рудной 10 залежи 8 в этажах 865-775 м и 955865 м, будет находиться в скважинах № 1 и 2 на глубине 160 м. Поэтому с учетом зависимости (3), из которой (Р+ з 1п (o(+ /3т) (Н-0

Т. = (О 56+ — — -"--.— ) "КРт+

sin М. sin p т sin / где 11 — вертикальный шаг обрушейия 45 о породы, м; — угол падения рудной залежи, град; — угол разрывов, град; " т д — погрешность в определении шага обрушения, м;

Н вЂ” глубина ведения горных работ, м; — средний коэффициент крепости ср порОД (по ПрОтОДьяконОВу);

С вЂ” эмпирический коэффициент, м, а положение границы зоны водопроводящих трещин определяют по трем граничным точкам, первую из которых опредека С определена на расстоянии 35 м от .скважины Р 1 по профилю в направлении скважины № 2, т.е. на расстоянии, равном 6 /2.

Применение способа позволяет повысить достоверность определения внешней границы ЗВТ за счет установления трех граничных точек, а также повысить надежность за счет уменьшения глубины скважины, размещения одной из скважин за пределами зоны сдвижения земной поверхности и уменьшения срока наблюдений и измерений по скважине, расположенной в зоне сдвижения.

Формула изобретения

1. Способ определения зоны водопроводящих трещин над выработанным пространством рудной залежи, включающий бурение скважин с дневной поверхности, налив в скважины воды с измерением ее расхода и измерение уровня воды в скважинах до и после подработки пространства рудной залежи, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности и надежности определения внешней относи-; тельно выработанного пространства границы зоны водопроводящих трещин, бурение скважин ведут по профилю, ориентированному вкрест простирания пород, на расстояниях друг от друга, определяемых соотношением

h . sin (+ Рт)

sin 4- sin P с глубиной L бурения, определяемой соотношением ляют на кровле выработанного простран1 ства на расстоянии, равном вертикаль" ному шагу обрушения от уровня горных работ, вторую — по пониженному уровню воды в скважине при наливе воды с ранее установленным расходом, третью— на профиле на равном расстоянии от соседних скважин, в одной иэ которых, ближайшей к рудной залежи, зарегистрировано понижение уровня воды, а в другой понижение равно нулю, 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью снижения, затрат в массивах с изолированным водоносным горизонтом в покровных поПоказатели

Вертикальный шаг обрушения, h м

Угол падения рудной залежи, с, град.

Угол разрывов, (, град.

Глубина ведения горных работ, Н, м

865

Средневзвешенный коэффициент крепости пород (по Протодьяконову), f

9 1509529

10 родах, налив скважин проводят путем ного горизонта в твердые породы через перепускания воды из верхнего водонос- Фильтры, установленные в скважинах.

1509529

17

l5

1Б

1509529

70n Ury

Составитель В.Тальвойш

Техред А.Кравчук Корректор Н.Борисова

Редактор Л.Зайцева Заказ 5778/28 Тираж 449 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж -35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101