МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ПРИТОКОВ ВОДЫ В ОЧИСТНЫЕ ВЫРАБОТКИ ПРИ ВЫЕМКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ЛАВАМИ ПО ПАДЕНИЮ

Министерство угольной промышленности СССР Академия наук СССР Ордена Октябрьской Революции н ордена Трудового Красного Знамени Институт горного дела им. А. А. Скочинского

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ПРИТОКОВ ВОДЫ В ОЧИСТНЫЕ ВЫРАБОТКИ ПРИ ВЫЕМКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ЛАВАМИ ПО ПАДЕНИЮ

Москва

1981

возрастает приток воды в выработанное пространство выемочного столба.

2.1.3. чаальтрационцые свойства водоносных пород при естественном их залегании (коэффициент фильтрации и пьезопроводности) обусловлены частотой и раскрытостью трещин (иногда также пористостью) , определяются глубиной залегания пород и их принадлежностью к различным тектоническим структурам и элементам структур.

Коэффициент фильтрации водоносных пород уменьшается с увеличением глубины залегания (т.е. с увеличением геостатического давления и уменьшением раскрытости трещин). Установлены эмпирические зависимости коэффициентов фильтрации водоносных пород от глубины их залегания для различных типов месторождений Донбасса [Ь] . Для удобства использования при расчетах зависимость коэффициента фильтрации песчаников от глубины залегания представлена в графическом виде (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Изменение коэффициента фильтрации песчаников в зависимости от глубины залегания для различных типов месторождений (по зависимостям И.М.Ксеядн): - крупных линейных схдадох; 2 - закрытых площадей; 3 - купольных структур; # - мелкой складчатости

Коэффициент пьезопроводности водоносных пород так же уменьшается с увеличением глубины и для определенных литотипов пород находится в прямой зависимости от коэффициента фильтрации (см. раздел 3.1.1).

2.1.4. Фильтрационные свойства пород зоны водопроводящих трещин определяются раскрытостью трещин в пределах зоны всщ>ытия водоносного горизонта.

10

яда современных глубин разработки в Донбассе естественная раскрытость трещин и фильтрационные свойства водоносных горизонтов гораздо ниже .чем в пределах зоны вскрытия их водопроводшдими трещинами. В связи с этим при расчете притоков воды в очистные выработки из подрабатываемых водоносных горизонтов фильтрационное сопротивление пород зоны водопроводящих трещин не учитывается.

2.1.5. Напор вода в водоносном горизонте является одким из важнейших факторов, определяющих приток воды в выработанное пространство выемочных столбов. Величина напора воды в водоносном горизонте зависит от глубины разработки (в условиях Донбасса вне зоны влияния горных работ пьезометрический уровень вода находится от поверхности земли на глубине 30-50 м), расположения выемочных столбов относительно отработанных площадей и достигает нескольких сотен метров. Это определяет относительно высокие притоки вода в очистные выработки, несмотря на низкую водоносность пород за счет их упругой емкости (водоотдачи) в пределах зоны влияния дренажа (рис. 2.3).

R

Ряс. 2.3. Схема фильтрация напорных вод к выработанному пространству выемочного столба: R - радгус влияния дренаха; h - напор води в водоносном горизонте

2.1.6.    Размеры выемочного столба определяют длину контура зоны вскрытия водоносного горизонта, поэтому с увеличением юс размеров приток вода в выработанное пространство возрастает. Однако в результате истощения запасов подземных вод по мере подви-гания забоя лавы увеличение притока вода не пропорционально увеличению размеров выработанного пространства.

2.1.7.    Скорость подвигания очистного забоя существенно сказывается на величине притока вода в выработанное пространство выемочного столба. С ее возрастанием происходит более быстрое

увеличение длины контура зоны вскрытия водоносного горизонта, градиента напора в водоносном горизонте вблизи перемещавдегооя контура зоны вскрытия и, соответственно, притока воды в выработанное пространство выемочного столба.

2*1.8. Направление подвигания очистного забоя относив’ельно падения угольного пласта влияет на взаиморасположение выемочного столоа и отработанных площадей шахтного поля и, как показали результаты аналогового электромоделирования и практических наблюдений на шахтах [Ь] , сказывается на величинах напора воды в подрабатываемых водоносных горизонтах, а также притоках воды в выработанное пространство (рис. 2.4).

Ряс. 2.4. Изменение режима притока воды б выработанное пространство выемочного столба по мере подвигания очистного забоя при выемке угольного пласта лавами по простиранию (/), восстанию (2) я падению (3)

При выемке угольного пласта лаваш по простиранию выемочный столб располагается, в общем случае, непосредственно у гипсометрически вышерасположенных отработанных площадей, т.е. в пределах сниженных надо^г j воды в подрабатываемых водоносных горизонтах. Приток воды по мере отработки выемочного столба имеет относительно низкие и выдержанные значения.

При выемке угольного пласта лазами по восстанию вскрытие водоносного горизонта над первоочередными столбами происходит вдали от отработанных площадей при высоких напорах воды в подрабатываемых водоносных горизонтах* Приток воды резко возрастает в начале отработки выемочного столба, достигая ближе к его середине максимальной величины, значительно превышающей приток воды при выемке угольного пласта лавами по простиранию. По мере стра-

12

ботки выемочного столба приток воды плавно снижается в результате истощения запасов воды и уменьшения напора вблизи отработанных и сдренированных площадей.

Яри выемке угольного пласта лавами по падению вскрытие водоносного горизонта происходит непосредственно у гипсометрически вышерасположенных отработанных площадей, и в связи с невысокими напорами начальные притоки воды имеют относительно низкие значения. Но мере подвигания очистного забоя и удаления его от отработанных площадей приток воды увеличивается, достигая максимума к концу отработки выемочного столба.

Приток воды к последующим смежным выемочным столбам сказывается ниже из-за дренажного эффекта первоочередных столбов, но общий характер режима притока воды в выработанное пространство сохраняется.

2.2, Приток воды к очистным забоям

нормирование притоков воды к очистному забою определяется его пространственным взаиморасположением с зоной вскрытия водоносного горизонта, а именно - величиной отставания от очистного забоя зоны вскрытия водоносного горизонта и направлением подвигания очистного забоя [ю]. Величина отставания зоны вскрытия водоносаого горизонта от очистного забоя обусловливается временем развития водопроводящих трещин до водоносного горизонта и скоростью подвигания очистного забоя. Направление подвигания очистного забоя задается при проектировании выемочных участков.

Степень влияния этих факторов на формирование притоков води к очистным забоям зависит от высоты залегания водоносного горизонта.

2.2Л. Зремя развития водопрсводящих трещин до водоносного горизонта зависит от вынимаемой мощности угольного пласта, определяющей максимальную высоту развития зоны водопроводящих трещин (см. разд. 3.I.I), и от высоты залегания водоносного горизонта, поскольку развитие зоны водопроводчщих трещин в подрабатываемых породах происходит постепенно и с затуханием по мере приближения к ее максимальной высоте. Время развития водопроводящих трещин на выемочных столбах с одинаковой вынимаемой мощностью угольного пласта и геологическим строением подрабатываемой толщи постоянно, что позволяет для проектируемых столбов определять его вели-

3

чину на столбах-аналогах* Это время отсчитывается с момента подработки пород.

2.2.2.    Влияние скорости подвигания очистного забоя на вели

чину притока к нему вода зависит от высоты залегания водоносного горизонта. При залегании водоносного горизонта на расстоянии до 15 м над угольным пластом с увеличением скорости подвигания забоя возрастает градиент напора вблизи перемещающегося контура зоны вскрытия и,    соответственно, увеличивается приток вода

к очистному забою. При залегании водоносного горизонта на большей высоте вскрытие его происходит с отставанием от очистного забоя, которое тем больше, чем выше скорость подвигания забоя. В этом случае при увеличении скорости подвигания приток вода к очистному забою может уменьшаться и даже отсутствовать.

2.2.3.    Направление подвигания очистного забоя относительно падения угольного пласта является одним из основных факторов» определяющих поступление вода к очистному забою. При прогнозировании поступления вода к очистному забою этот фактор должен рассматриваться в совокупности с вышеназванными и с учетом особенностей развития водопроводящих трещин в подрабатываемых породах для конкретных горно-геологических условий.

Исследования, проводившиеся на шахтах Донбасса в соответствии с положениями раздела 3.1.2, позволили установить некоторые особенности развития водопроводящих трещин в подрабатываемых породах. Подопроводящие трещины начинают развиваться в породах непосредственной кровли впереди линии очистного забоя в пределах зоны опорного давления (см. рис. 2.1). Высота распространения водопроводящих трещин непосредственно над очистным забоем не изменяется при различной (0,7-1,8 м) вынимаемой мощности угольного пласта и незначительно зависит от степени метаморфизма пород: для пород, вмещающие угли с высокой степенью метаморфизма (марки Т-А), установлен я высота развития водопроводящих трещин над очистным забоем достигает 10-12 м; для пород, вмещающих угли с низкой степенью метаморфизма (марки Д-Г), - 10-15 м.Максимальная высота развития водопроводящих трещин (см. разд. 2.I.I) достигается над выработанным пространством на значительном удалении от подвигающегося очистного забоя.

Особенности развития водопроводящих трещин в подрабатываемых породах определяют условия поступления подземных вод к очистному забою в зависимости от высоты залегания подошвы водоносного горизонта над угольным пластом:

14

при залегании водоносного горизонта на расстоянии до 10 к над пластом практически при любом направлении псдвигания лавы вода проявляется в очистном забое в виде систематических капежа и струй с кровли;

при залегании водоносного горизонта в интервале от 10 до 15 м над пластом водопроявления в очистном заоое отмечаются периодически во время посадки основной кровли при работе лавы по простиранию пласта и систематически (преимущественно в нижней части лавы) при некотором отклонении .направления псдвигания лавы в сторону падения пласта;

при залегании водоносного горизонта на высоте более 15 м от пласта водопроявления в очистном забое отмечаются лишь при отклонении направления подвигания лавы от линии цростираня пласта в сторону падения;

при высоте залегания водоносного горизонта близкой к максимальней высоте развития в подрабатываемых породах водопроводяших трещин вскрытие его происходит на значительном удалении от очистного забоя. ii связи с этим при небольшом (10-20°) отклонении направления подвигания лавы от линии простирания пласта в сторону падения вода к очистному забою, как правило, не поступает (исключая случаи очень длительных простоев лав). При большом отклонении направления подвигания лавы в сторону падения пласта поступление воды к очистному забою определяется скоростью его подвигания;

при любой высоте забегания водоносного горизонта в пределах зоны развития водопроводящих трещин я подвигания лавы строго в направлении падения пласта или близком к нему вода в очистном забое проявляется в виде систематических капежа и струй с кровли и перетока по почве из завала.

Ь общем виде условие поступления подземных вод к очистному забою в интервале направлений выемки ст простирания до падения пласта определяется выражением

где С_л - величина отставания в плане зоны вскрытия водоносного горизонта от очистного заося, м;

Ь - длина лавы или ширина выработанного с полным обрушением кровли пространства выемочного столоа, м;

О - расстояние в плане от контуров зоны вскрытия водоносного горизонта до неподвижных контуров выработанного пространства, м;

9 - отклонение направления выемки угольного пласта от направления его падения, град;

t - отставание зоны вскрытия водоносного горизонта от очистного забоя во времени (время развития водопроводящих трещин до водоносного горизонта с момента подработки), сут. (мео);

tr - скорость подвигания очистного забоя за время t_P до расчетного момента, м/сут. (м/мес.).

*\:етсд оценки параметров С_л , С и t_p подробно рассматривается в разделе-о.1.2.

ПО HPОГНОЬпРОjiAЛуж; ПРИТОКОВ ВОдЫ В ОЧИСТНиК ВЫРАБОТКИ

Надежность прогноза притоков воды в очистные выработки зависит от полноты учета, природных и технологических факторов, влияющих на величину притока, и наличия их достоверных параметров. Наиболее полно учесть и оценить взаимосвязь природных и технологических факторов, определяющих приток воды в очистные выработки, позволяют аналитические методы прогноза. Однако применение их ограничивается недостаточной изученностью гидрогеологических параметров водоносных горизонтов на современных глубинах разработки (и даже невозможностью получения некоторых из них при разведке).

Ото предопределяет необходимость использования при аналитических расчетах ожидаемых притоков воды в очистные выработки метода аналогии, основанного на гидродинамических зависимостях и позволяющего оценить недостающие гидрогеологические параметры обратным расчетом по фактическим притокам вода в выработанное пространство выемочных столбов-аналогсв.

Шахтные наблюдения за водопроявлениями на столбах-аналогах позволяют также устанавливать закономерности и параметры вскрытия водоносных горизонтов, необходимые для прогнозирования пространственного положения зоны вскрытия и притоков вода к очистным забоям.

3.1. Оценка исходных расчетных параметров

Исходными расчетными парами-.':с:.необходимыми для прогнозирования притоков вода з очистные выработки, пбмимо тзхнологи-ческих параметров (размеров выемочных столбов, направления выемки угольных пластов, скоргсти подвиггния лавы л др.), задаваемых при проектировании выемочных столбов, язляются также гидрогеологические параметры водоносных горизонтов и параметры, определяющие пространственное положение зоны вскрытия водоносного горизонта относительно очистного забот.

б.1.1. Гидрогеологические параметры водоносных горизонтов

Гидрогеологические параметры водоносных горизонтов определяются согласно "летодическим указаниям, по определению гидрогеологических параметров при ^язведке и освоении угольных месторождении" [pi]. однако на современных глубинах разработки в Донбассе водоносные горизонты характеризуются крайне низкими фильтрационными свойствами, что затрудняет получение достоверных гидрогеологических параметров (особенно трещиноватых пород). Фактически на оольших глубинах в Донбассе с помощью массового опробования водоносных горизонтов пластоиспытателями удается получить (более или менее достоверно) средние пс шахтному полю или его участку значения коэффициента фильтрации.

В большинстве случаев опробование водоносных горизонтов производится лишь единичными скважинами. Такое опробование нельзя считать достаточно достоверным, поскольку расстояние между водоносными трещинами для условий осваиваемых глубин Донбасса может достигать 2-6 м. Практика гидрогеологических исследований показывает, что для получения достоверных фильтрационных параметров (коэффициентов (фильтрации и пьезопроводности) опробование водоносного горизонта должно производиться выработками с сечением, на порядок и более превышающим размер блоков породы (расстояние между водоносными трещинами). Для Донбасса таким условиям отвечают стволы шахт, а также очистные выработки, которые вскрывают водоносный горизонт на значительных площадях. Причем каждые сутки очистной выработкой вскрывается площадь водоносного горизонта в 200-600 м^2, и более.

1?

исходя из этого, для оценки фильтрационных параметров водо-нос1Щх горизонтов рекомендуется метод обратного расчета, позволяющий с помощью гидродинамических зависимостей получить числовые значения фильтрационных параметров подрабатываемого водоносного горизонта по фактическим притокам воды в выработанное пространство столбов-аналогов. Определение ожидаемого притока вода в очистные выработки по параметрам, полученным обратным расчетом по фактическим притокам воды на столбах-аналогах, позволяет значительно уменьшить возможную ошибку прогноза даже при ориентировочной оценке таких расчетных гидрогеологических параметров, как напор воды и коэффициент фильтрации водоносного горизонта.

При оценке фильтрационных параметров основными критериями аналогии для выбора столбов-аналогов являются: глубина залегания водоносного горизонта, литологический тип водоносных пород, тектоническая структура и ее элементы (в том числе степень нару-шенности), степень литификации водоносных пород (марка угля).

Поскольку изменение фильтрационных параметров водоносных пород с увеличением глубины может быть учтено существующими зависимостями (см. рис. 2.2), а литстипк водоносных пород в Донбассе достаточно стабильны (песчаники, реже известняки),выбор столбов-аналогов для оценки фильтрационных параметров’ не представляется затруднительным. В большинстве случаев столбами-аналогами являются столбы, действующие на верхних горизонтах шахтопласта, на котором проектируется оцениваемый столб, или же столбы смежных шахтопластоз.

Коэффициент фильтрации водоносного горизонта к (м/сут) может быть определен (при отсутствии или ддя уточнения разведочных .данных) по фактическим притокам воды из оцениваемого водоносного горизонта в стволы шахт с помощью эмпирической зависимости А.А.Краснопольского [12] :

к = -%=г    »    (3.1)

гямчт. н

где Я - приток вода в ствол шахты из оцениваемого водоносного горизонта, мз/сут;

М - мощность водоносного горизонта, м;

% - радиус ствола, м;

Н - капор воды в водоносном горизонте, м.

На основе результатов анализа фактических притоков вода в стволы шахт Посточного Донбасса И.М.Ксендой были получены

18

УДК 622.512

Б методических рекомендациях изложен аналого-аналитический метод прогнозировании притоков вода в очистные выработки, основанный на результатах исследований процессов развития в подрабатываемых породах водопроводящих трещин, вскрытия водоносных горизонтов и формирования притоков воды в выработанное пространство выемочных столбов и к очистным забоям на шахтах Донбасса. Оиоедслены условия поступления подземных вод з очистные выработки. Предложены методы оценки параметров, определяющих формирование притоков воды в очистные выработки. Разработана методика прогноза притоков воды в выработанное пространство выемочных столбов и к очистным забоям при выемке угольных пластов лавами по падении. Приведены примеры составления прогнозе.

Методические рекомендации предназначены для использования шахтами* проектными и другими организациями, занимавшимися прогнозированием притоков воды в очистные выработки - действующих, строящихся и проектируемых шахт для выбора наиболее рациональной технологии выемки угольных пластов по фактору обэодненности.

Методические рекомендации разработаны горно-геолохяческой лабораторией ИГД им. А.А.Скочиксхого - докт. геол.-минералог, наук К.С.Газизовым и инж. А.Г.Скворцовым. Разработанные рекомендации апробировались на шахтах.ПО "Укруглегеология", ВГО "Союэуглегеолояя'*, ВСЕШНГБО, ПНИУИ, ВНИМК, ЮРИ.

Институт горного дела им. А. А. Скочннского (ИГД им. А. А. Скочннского), 19SI

Формула (3.3) действительна для расчета напора воды в пределах зоны активного влияния дренажа, т.е. при    1,5 \/atj ; вне

зош влияния дренажа Н соответствует начальному (естественному) напору воды в водоносном горизонте»

Рио. 3.1. Схема к расчету напора в водоносном горизонте вблизи ранее, отработанных площадей

Рис. 3.2. Схема к расчету радиуса влияния дренажа при выемке угольного пласта по простирания

Радиус влияния дренажа относительно отдельных участков контура зоны вскрытия имеет разные значения, поскольку размеры выемочного столба изменяются во времени (рис. 3.2).

20

■X ф * * *""*    '_т*^д ^1

Роль угла в топливно-энергетическом балансе страны существенно возросла в последние годы. Несмотря на неуклонный рост добычи угля, потребность в нем растет з еще большей степени. Дальнейшее увеличение масштабов добычи угля подземным способом возможно путем более широкого внедрения на шахтах высокомеханизированной и автоматизированной техники и новой прогрессивной технологии. Для обеспечения высокоэффективной работы всех звеньев технологической цепи комплексно-механизированных шахт большое значение имеет надежное прогнозйровааие горно-геологических условий разработки.

Перспективным планом развитая угольной промышленности предусматривается широкое внедрение на тотшх и средней мощности угольных пластах с углами падения до 12° (характерных для многих районов Донбасса) системы разработки длишшше столбами с выемкой угля лавами по падению и восстанию [I] . Последняя в отличие от выемки угольного пласта лаваш по простиранию характеризуется меньшими объемом подготовительных выработок и затратами на их поддержание, улучшенными условиями для транспортирования грузов и людей, проветривания выработок и рядом других преимуществ при значительном увеличении нагрузки на очистной забой и производительности труда шахтеров.

Однако с переходом на шахтах к системе разработки угольных пластов лавами по падению могут значительно ухудшиться гидрогеологические условия добычи. Это определяется следующими причинами [ц].

При выемке угольных пластов лалзами по простиранию очистные работы ведутся вблизи вышеотработанных и сдренироваяшсг площадей. Притоки воды обычно незначительны (в связи со сниженными.

напорами в подрабатываемых водоносных горизонтах), и вода из выработанного пространства выемочного столба поступает в основном в бортовые выработ*:и, не осложняя существенно ведение очистных работ.

При выемке угольного пласта лавами по падению выемочные столбы удаляются от отработанных площадей шахты на значительное расстояние. Напоры вода в подрабатываемых водоносных горизонтах достигают сотен метров и обусловливают более высокие притоки воды в выработанное пространство выемочного столба. При этом часть воды из выработанного пространства, может поступать к очистному забою СВ рабочее пространство лавы), снижая устойчивость боковых пород, надежность и ритмичность работы добычного оборудования_ч повышая влажность угля и ухудшая санитарно-гигиенические условия труда шахтеров. В целом же в обводненных лавах существенно снижается производительность труда шахтеров и повышается себестоимость добытого угля. В этом случае особенно необходим прогноз притоков вода в очистные выработки с сценкой условий поступления воды к очистному забою.

В настоящее время для прогноза притоков вода в очистные выработка используются метода аналогии, основанные на сравнительном анализе притоков веды в очистные выработки шахт с аналогичными горно-ге алогическими и горнотехнологическими условиями, и вероятностно-статистические, базирующиеся на данных статистической обработки массового фактического “материала по притокам воды в очистные выработки на действующих шахтах. Ограниченность учитываемых факторов затрудняет использование этих методов при изменении технологии подземной добычи угля.

С внедрением новой технологии и добычного оборудования значительно меняются параметры основных факторов, влияющих на величину притока воды в очистные выработки:    напера    вода    в подра

батываемых водоносных горизонтах, взаиморасположения выемочных столбов с отработанными площадями, размеров выемочных столбов, направления выемт угольного пласта, скорости подвягания забоев лав и других ц. .стерев, которые не учитывались существующими методами.

Изменение параметров природных и технологических факторов, определяющих условия формирования я величины притоков вода в выработанное пространство выемочных столбов и к очистным забоям, может быть учтено с помощью аналитических методов прогноза. Однако применение их в Донецком и некоторых других бассейнах

ограничено вследствие недостаточной изученности фильтрационных параметров водоносных горизонтов на современных глубинах разработки, значительного разброса их показателей при гидрогеологическом опробовании разведочными скважинами массивов трещиноватых пород, а также практической неизученности процессов развития в подрабатываемых породах водопроводшцих трещин, вскрытия водоносных горизонтов и формирования притоков воды к очистным забоям.

В связи с этим Институтом горного дела им. А.А.Скочинского в 1974-1980 гг. е антрацитовых и некоторых других районах Донбасса проводились исследования условий формирования притоков

целью их прогнозирования и предот-

вращения. Результаты этих исследований легли в основу настоящих методических рекомендаций.

Анализ состояния изученности гидрогеологических параметров на современных глубинах разработки угольных пластов и влияния технологических параметров на гидрогеологические условия добычи показывает, что для составления надежного прогноза притоков воды в очистные выработки наиболее целесообразно применение метода аналогии, основанного на аналитических (гидродана?лических) зависимостях. Сущность "аналого-аналитического” метода заключается в оценке недостающих фильтрационных параметров обратным расчетом по фактическим притокам воды в выработанное пространство выемочных столбов-аналогов и прогнозе притоков вода в выработанное пространство и к очистным забоям проектируемых выемочных столбов с помощью аналитических зависимостей, основанных на формуле дшш для "напорно-безнапорного" фильтрационного потока вода к горизонтальной дрене.

Применение метода аналогии дает возможность даже при ориентировочной оценке расчетных параметров получать относительно точный прогноз, поскольку ошибка, допускаемая при оценке параметров обратным расчетом, уменьшается при прямом расчете по этим параметрам ожидаемых притоков.

Применение аналитических зависимостей позволяет учесть все основные параметры, определяющие приток воды в очистные выработки: мощность и высоту залегания водоносного горизонта, коэффициенты фильтрации и пьезопроводности, напор вода, длину лавы и выемочного столба, направление выемки угольного пласта, скорость

Под притоков воды в очистные выработки следует понимать как общий приток воды в выраоитанное пространство выемочного столба, так и прятог непосредственно к очистному забою.

подвиганил очистного забоя, время дренажа и время развития зодо-проводящих трещин до водоносного горизонта, положение контуров зоны вскрытия водоносного горизонта относительно очистного забоя и расположение выемочного столба относительно ранее отработанных площадей.

Положенный в основу методических рекомендаций принцип совмещения аналогии и аналитики позволяет взаимно обогатить и метод аналогии, и аналитические методы прогноза притоков вода в очист-iiue выраоотки, а также существенно расширить область их применения. Его использование в Донецком бассейне дало возможность оценить такие гидрогеологические параметры, как напор вода в водоносном горизонте вблизи отработанных площадей, коэффициент пьезопроводности и упругоемкие свойства водоносных пород, которые на современных глубинах разработки угольных пластов практически не могут быть получены при разведке, а также взаимоувязать между собой природные и технологические факторы, влияющие на величину притока воды в очистные выработки.

Для выявления условий поступления подземных вод к очистным забоям предложен метод оценки пространственного положения зоны вскрытия водоносного горизонта по фактическим водопроявлениям на столбах-аналогах. Приме нение этого метода в проце сое шахтных исследований позволяет прогнозировать приток вода к очистным забоям конкретных лав с учетом природных факторов и применяемой технологии выемки угольных пластов.

Учет предлагаемой методикой прогноза притоков вода в очистные выработки технологических параметров выемки угольных пластов позволяет при проектировании шахт или отдельных выемочных столбов выбирать технологию добычи угля, обеспечивающую наиболее благоприятные гидрогеологические условия разработки месторождения.

2. УНЮВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПРИТОКОВ волы В ОЧИСТНЫЕ ВЫРАБОТКИ

На шахтах Донецкого бассейна источниками обводнения очистных выработок (при выемке угольных пластов с полным обрушением кровли или частичной закладкой выработанного пространства) на глубинах до 20U-300 м являются водоносные породы, представленные песчаниками, известняками, выветрелыми алевролитами (в антрацитовых районах}, покровными отложениями, а также поверхностные водото-

ки. В интервале глубин от 400 до 1000 м основными источниками обводнения очистных выработок являются почти исключительно слог трещиноватых песчаников, выдержанные на значительно;: части шахтного поля. Притоки воды из этих песчаников ь выраооткк оправляются «фильтрацией высоконапорных подземных вод по гидразличесхш взаямосвязашшм естественным трещинам, "оживленным" современными тектоническими движениями, к нарушенным очистными работами породам, На больших глубинах источниками обводнения очистных выработок являются зоны пересечения песчаников тектоническими нарушениями?^,

£ обводнении очистных забоев принимают участие водоносные горизонты, расположенные преимущественно в непосредственно»: и основной кровле угольных пластов. Водоноске горизонты, расположенные в непосредственной почве угольных пластов, как правило, очистными раоотами не вскрываются или дренируются бортовыми выработками. Поступление воды к очистным забоям из почвы предупреждается проведением бортевых выработок с нижне,* подрывкой.

Притоки воды из подрабатываемых водоносных горизонтов г очистные выработки зависят от комплекса природных и технологических факторов, в различной степени влияющих на нормирование притоков в выработанное пространство аыемочшх столбов и к очистным забоям.

2.1. Приток воды в выработанное пространство выемочных столбов

нормирование притоков воды в выработанное пространство выемочных столбов происходит при вскрытии водоносных горизонтов водопроводящими трещинами, развивающимися в подрабатываемых породах при управле.чии кровлей полным обрушением или частичной закладкой. Величина притока воды зависит ст высоты развитая зоны водопроводшцих трещин и суммарной мощности вскрываемых ею водоносных пород, фильтрационных свойств водоносных пород и пород зоны ьодопроводящих трещин, напора вода, размеров выемочного столоа, скорости псдвигания очистного забоя и направления его педвигания по отношению к падению пласта. Степень влияния каждого из этих ц-акторов па величину притока воды в шдраоотиыюе пространство ьыемечных столбов различна.

V \

Допросы подработки 'Затопленных горных выработок рассматриваются в специальной литературе [3].

2.1.1.    Высота развития в подрабатываемых породах зоны водо-проводяцих трещин определяется вынимаемой с полным обрушением кровли мощностью угольного пласта и геологическим строением подрабатываемой толщи горных пород. Высота зоны водолроводяцих трещин (сочетание трещин расслоения и трещин нормальных слоистости) определяется различными методами. 13 практике наибальшее применение получили полевке методы [4] .

По данным полевых экспериментальных работ, для условий Донбасса установлены следующие эмпирические зависимости высоты зоны водопроводящих трещин h (м) от вынимаемой мощности угольного пласта т [5]:

ддя антрацитовых районов (угли марок Т и А)

h = 43,4m - 7;    (2.1)

для районов распространения коксовых углей (угли марок Ж₉ ^К' ^0С)    h = 48m    + 17;    (2.2)

для западных районов Донбасса (угли марок Д и Г) [б]

h = 136,8 т - 24,8.    (2.3)

Анаюгичные исследования проводились такие и в других бассейнах [?] .

Высота развития зоны водопроводящих трещин над различными участками выработанного пространства выемочного столба неодинакова (рис. 2.1): максимальная достигается вблизи неподвижных контуров выработанного пространства (разрезной печи и бортов выемочного столба), где подработанные порода испытывают наиболее интенсивные напряжения;минимальная - вблизи перемещающегося контура выработанного пространства (очистного забоя), где процесс развития водоироводящих трещин находится еще в начальной стадии.

Зона вскрытия водоносного горизонта может иметь различную форму в зависимости от высоты его залегания (см. рис. 2.1). Однако при расчете притоков боды в выработанное пространство и оценке возможности поступления вода к очистным забоям конфигурацию зоны вскрытия водоносного горизонта можно упрощать до прямоугольной, поскольку это существенно не отражается на точности расчета.

2.1.2.    Суммарная мощность водоносных пород определяется количеством и мощностью водоносных горизонтов, вскрываемых зоной водопроводящих трещин, и может достигать нескольких десятков метров. С увеличением мощности водоносных горизонтов пропорционально увеличивается их водопроводим ость и, соответственно,

Ь

Pec. 2.1. Схема вскрытая водопроводными треитнами подрабативаемьос водоносных горизонтов, залегащих на различной высоте от угольного

пласта;

а - выемочный столб ■ зоны вскрыт? водоносных горизонтов в плане; 5 - зона водопроЕОдгацих тредан над заооем лани в разрезе; 6 - то же над бортовой вы-раЗоткой; / - угольный пласт; 2. ч - подошвы водспсд.-злс горизонтов; 5 -бортовая выростка; 5 - забо<1 лавы; 7- выработанное пространство; В - гранила эо:ш ооруьен;1л; 9 - граница зоны водопровода за трещин над вымоотаннкм пространством;    *0    - гпа?т.;:а газветпя    водойроводяиш трещин непосредственно

над угольны?; пластом ^в зоне опорного давления); V. > Г2 , 13 - границы зоны вскрытая водоносных горизонтов водопроводядиаа треданама; й, 15. iS - направление ральтрадкж подземных вод т. зонам вскрытая водоносных горизонтов