Понижение уровня подземных вод производится: шурфами, штреками, тоаншеями, буровыми, скважинами и другими горными выработками, проводимыми специально для дренажа или других целей, но попутно используемых и для осушения месторождений. Во всех случаях осушения воду из дренажных выработок необходимо так или иначе удалять: в одних случаях устройством естественного стока (штольни, траншеи, горизонтальные скважины), в других— откачиванием насосами.
Уровень подземных вод на площади выработки, из которой производится откачка воды, постепенно понижается в направлении этой выработки и принимает вид воронкообразной поверхности с параболлическим контуром. Величина понижения уровня грунтовых вод и радиус влияния выработки, из которой ведется откачка, зависит от притока воды и водопроницаемости пород осушаемого участка.
Участки уступов д и е, расположенные над депрессионной поверхностью, могут быть подвержены оползанию, и следовательно, необходимо их закрепить. Для борьбы с оползнями могут быть прове- дсны дренажные штреки а—в, которые переместят зеркало грунтовых вод в положение в—г и осушат уступы. Подобные штреки рекомендуется закладывать через 100—150 м.
В зависимости от водообильности пород и физико-механической структуры массива определяют как средства осушения, гак и масштаб осушительных работ.
В песках, в гравии, в каменистых несвязных грунтах, угле мозможна интенсивная водоотдача, и пункты откачки воды можно располагать на значительных расстояниях; при наличии более водоупорных массивов пункты откачки приходится сближать.
Приток воды при открытых разработках слагается из притока грунтовых вод и атмосферных Осадков. Приток грунтовых под определяют предварительными гидрогеологическими наблюдениями и изысканиями. Для уменьшения притока воды необходимо предварительное осушение поверхности и дренаж глубокозалегающих грунтовых вод. Для этой цели проходят осушительные канавы, отводят русла рек и ручьев, если последние находятся на территории карьера, проводят водоотводящие траншеи, производят дренаж буровыми скважинами при помощи переносных, спускных или стационарных насосов и применяют подземные способы дренирования осушительными штреками.
Осушительные канавы применяют для ограждения карьера от вод в тех случаях, когда горизонт подземных вод расположен близко к дневной поверхности.
Глубина канавы выбирается с таким расчетом, чтобы дно ее врезалось в водоупорные породы, преграждая путь течению воды в карьер. Форма и площадь поперечного сечения канавы, а также ее уклон, зависят от притока воды и характера пород, в которых ее проводят.
Определение основных элементов осушительных канав изложено в специальной литературе.
Для отвода атмосферных вод, стекающих в карьер по земной поверхности, проводят нагорные канавы, которые располагают на косогоре со стороны естественного стока воды, где в них сливаются стекающие по склону атмосферные воды.
Всасывающие фильтры представляют буровые скважины большого диаметра, из которых воду откачивают насосами с поверхности или опускными насосами, спускаемыми вглубь скважины.
Фильтры применяют в тех случаях, когда уровень грунтовых вод расположен на значительней глубине от поверхности. В подобных случаях скважины располагают в один или несколько рядов и, таким образом, ограждают карьер от поступления в него подземных вод. Расстояние между рядами и отдельными
скважинами в зависимости от водопроницаемости пород принимают в пределах 50—150 м. Скважины проходят с поверхности станками ударногканатного бурения и закрепляют обсадными трубами.
Фильтр представляет собой трубу из листовой стали с продолговатыми отверстиями размером 5 X 50 мм. Кольцевое пространство между обсадной трубой и фильтром заполняют промытым гравием, колонну обсадных труб постепенно удаляют.
Всасывающие фильтры с насосами, расположенными на поверхности, имеют диаметр обсадных труб от 200 до 1000 мм. Диаметр фильтров— соответственно от 150 до 650 мм. Внутри фильтра подвешивают всасывающую трубу насоса. Глубина всасывания не превышает 7—8 м, но так как у фильтра образуется депрессионная воронка, то одна установка может осушить породы лишь на глубину 4 м. При надобности большого понижения уровня воды, его осуществляют ступенями, по 4 м каждая. При этом осушенный слой удаляют на 4 м; затем понижают уровень воды на следующие 4 м, после чего снова удаляют осушенный слой и т. д.
Одним центробежным насосом, установленным на поверхности, можно одновременно откачивать воду из нескольких скважин.
Всасывающие фильтры с опускными насосами применяют при глубине откачки, значительно превышающей высоту всасывания. Воду в этом случае откачивают специальными центробежными насосами, которые имеют малый диаметр и спускаются в буровую скважину. Эти насосы помещены в водонепроницаемый корпус и вследствие этого могут работать под водой. Высота напора, создаваемая опускным насосом, обычно примерно 75—80 м, производительность 1.5—3,3 мУмин, мощность моторов соответственно 35—100 кет при 3000 об/мин.
Во всех случаях глубокого залегания уровня подземных вод применяют подземные способы осушения путем проведения выработок на горизонте ниже дна разрабатываемого карьера.
Сущность подземного способа дренирования заключается в том, что ниже дна карьера проводят серию горизонтальных выработок, которые соединяют с карьером скважинами или выработками. Вода поступает по скважинам в подземные выработки и направляется в водосборник, откуда ее откачивают насосами на поверхность.
В практике эксплоатации открытых работ на многих современных карьерах применяют подземный водоотлив, который обладает еще и тем преимуществом, что сеть подземных дренажных выработок, проводимая на десятки метров ниже уровня открытых работ, является одновременно сетью разведочных выработок, позволяющих самым надежным способом определить истинный контур рудного тела, качество и сортность руды или угля. При этом все капитальные затраты, произведенные на проходку водоотливной шахты, водосборника и насосной камеры, могут быть отнесены на разведочные работы.
При дренировании подземными выработками месторождений, отличающихся обилием воды, наличие только подземных подготовительных выработок не всегда обеспечивает дренирование водоносных пород.
Очень часто буроугольные месторождения переслаиваются водоупорными глинами и водоносными песками и проведение подземных выработок по пластам угля не дает выхода воде из этих песков. Поэтому в подобных геологических условиях подземные выработки сообщают с осушаемыми слоями посредством скважин с забивными фильтрами.
Забивной фильтр представляет собой обычную фильтрующую трубку с насадкой длиной в 1,5 — Зли диаметром 40 — 65 мм, которую вводят в подготовленную скважину диаметром 50—80 мм.
Поверхность фильтрующей трубы снабжена круглыми отверстиями, обычно диаметром 6 мм, на расстоянии 12 мм одно от другого. Чем глубже вдавлен фильтр, тем сильнее и продолжительнее происходит впоследствии сток воды. Дебит фильтров достигает до 0,3 мг воды в минуту.
При горизонтальных или близких к ним по падению пластах забивные фильтры, кроме висячего бока, часто устанавливают в лежачем боку до водоносного слоя. В этом случае подземная вода, обладающая напором, самоизливается в штрек через фильтр до тех пор, пока не произойдет снижение напора последней, а следовательно, минует возможность прорыва воды в выработанное пространство. При крутом падении пластов с водообильными вмещающими породами, забивные фильтры устанавливают как в висячем, так и в лежачем боку пласта.
Место заложения и количество забивных фильтров зависит от местных условий. При ограниченных притоках воды для осушения угольных пластов часто применяют также горизонтальные скважины. Такие скважины обычно проводят в осушаемый пласт из борта карьера.
Сквозные фильтры представляют собой буровые скважины, проведенные с поверхности до подземных осушительных выработок и пересекающие, таким образом, все водоносные горизонты. Скважины для сквозных фильтров проводят ударно-канатным бурением без промывки водой через всю толщу наносов и останавливают в толще угольного пласта на 1—3 м выше кровли штрека и закрепляют обсадными трубами.
В обсадную трубу вставляют трубчатый фильтр из листовой стали с продолговатыми отверстиями 5 X 50 мм, после чего скважину добуривают уменьшенным диаметром до кровли подземной выработки, куда будет стекать вода, а фильтр будет стоять в скважине, опираясь на уступ ее
стенок. Кольцевое пространство между фильтром и обсадной трубой заполняют мытым гравием, обсадную трубу удаляют.
Обычно применяют обсадные трубы диаметром до 300 мм, а фильтры — до 180 мм. Сквозные фильтры действуют лучше других фильтров, что объясняется в первую очередь свободным доступом воздуха в осушаемые слои, большим размером скважины и наличием искусственно создаваемого фильтрующего слоя из гравия.
Приток воды из сквозного фильтра колеблется в пределах 0,1 до 3 в среднем около 0Г5 мУмин. Фильтры закладывают в обводненных породах, легко отдающих воду. При осушении буроугольных месторождений сквозные фильтры закладывают часто через 50—100 м, а забивные через 10—40 м.
Сквозные фильтры применяют также для передачи в подземные выработки воды с поверхности и с рабочих уступов карьеров.