Предотвращение изменения режимов подземных вод

Для снижения воздействия горнодобывающей промышленности на состояние водных ресурсов принимаются различные меры, направленные на уменьшение водопритоков в горные выработки организацией:

- предварительного осушения;

- заградительного дренажа (в том числе контурный и с использованием систем

водопонизительных и водопоглощающих скважин), а также поглощающий

дренаж с обособленным отводом воды;

- изоляцией водоисточников, например водонепроницаемыми завесами (экра-нами);

- надежных систем канализации ливневого и талого стоков с территории гор-ного отвода;

- откачкой талых и дождевых вод из мест оседаний и провалов;

- нормированием расхода технологической воды.

Осушение территории горного отвода - совокупность технических мероприятий, снижающих обводненность месторождений полезных иско-паемых и регулирующих режим притоков воды в горные выработки при строительстве горных предприятий и эксплуатации месторождений со слож-ными гидрогеологическими условиями. Тем самым создаются экономически эффективные и безопасные условия ведения горных работ, а также обеспечи-вается охрана недр и водных ресурсов. Поэтому, как правило, горнодобычные работы сопровождаются искусственным водопонижением. Только при добыче угля из шахт и разрезов откачивается около 14 км³ воды в год.

Осушение включает отвод поверхностных вод, снижение уровня подзе-мных вод, откачку и отвод воды из горных выработок за пределы место-рождения полезных ископаемых.

Для отвода поверхностных вод (из заболоченных участков, озер, рек, мульд оседания) выполняют:

- перехват склонового стока с помощью нагорных канав ;

- экранирование русел водопритоков в пределах шахтных и карьерных полей;

- удаление воды самотеком из водоемов и водотоков за пределы месторожде-ния полезных ископаемых по канавам, трубам или откачкой насосами;

- откачку ливневых и талых вод из мульд оседания насосами, устанавливае-мыми обычно на понтонах.

Для снижения уровня подземных вод на участках ведения горных работ используют дренажные и барражные устройства.

Дренаж - способ осушения территории месторождений полезных ископаемых и массивов горных пород путем сбора и отвода подземных гравитационных вод в естественные русла (реки, озера и т.п.) или искусственные сооружения (каналы, горные выработки и др.).

Дренажные устройства разделяются на поверхностные, подземные и комбинированные.

К поверхностным относятся вертикальные водопонижающие и водо-пглощающие скважины, горизонтальные дренажные скважины, игло-фильтровые установки и опережающие поверхностные траншеи.

К подземным – дренажные штреки, сквозные фильтры, восстающие скважины, водопонижающие колодцы, а также опережающие выработки (горизонтальные и наклонные скважины). Комбинированные дренажные устройства включают комплекс поверхностных и подземных выработок.

По схеме расположения в плане дренажные устройства делят на кустовые, линейные и контурные, сетчатые, а в разрезе - на одно- и многогоризонтные, коллекторные и бесколлекторные; по срокам сооружения - на опережающие, параллельные и совмещенные; по срокам службы - на стабильные и скользящие (вслед за подвиганием забоя).

Водопонижающие скважины бурят для снижения уровня подземных вод в водоносных горизонтах до подошвы горизонта, при пересечении горизонта устанавливают фильтры или перфорированные трубы (в трещиноватых породах). После прокачки и очистки (обычно эрлифтом) скважина оборудуется погружным насосом.

Водопоглощающие скважины сооружают для перепуска воды из верхнего горизонта с низкими фильтрационными свойствами в нижние с более высокими фильтрационными свойствами. Разность уровней воды в дренируемом и поглощающем горизонтах поддерживается обычно водо-поглощающими скважинами. По конструкции водопоглощающие скважины аналогичны водопонижающим.

Горизонтальные дренажные скважины сооружают для самотечного осу-шения уступов карьеров в песчаных породах.

Иглофильтровые установки позволяют временно и локально понизить уровень подземных вод в песчаных и песчано-глинистых породах .

С помощью опережающих траншей снижается уровень воды в маломощ-ных и неглубоко залегающих водоносных горизонтах.

Дренажные штреки предназначены для дренажа полезных ископаемых и водоносных горизонтов, расположенных вблизи кровли и почвы полезного ископаемого. Дренаж осуществляют через стенки выработок, естественные трещины и тектонические нарушения, а при наличии водоупорных пород в кровле и почве полезного ископаемого - с помощью дренажных скважин. Дренажные штреки сооружаются на карьерах со сложными гидрогеологическими условиями; на шахтах обычно роль дренажных штреков выполняют подготовительные выработки.

Сквозные фильтры – скважины, пробуренные с земной поверхности до кровли подземной выработки (или дренажного штрека), обсаженные трубами, оборудованные фильтрами в интервале водоносных пород предназначены для дренажа водоносных, залегающих над полезным ископаемым. Восстающие скважины бурят из подземных горных выработок и оборудуют фильтрами в интервале водоносных горизонтов.

Водопонижающие колодцы - вертикальные горные выработки, которые закладывают на пониженных участках почвы выработки для понижения напора в водоносных горизонтах, залегающих ниже подошвы выработки. Для откачки воды используются центробежные насосы.

Опережающие скважины бурят из подземных горных выработок в направлении обводненных участков, содержащих напорные воды, чтобы предупредить внезапные прорывы воды, а также провести предварительный дренаж обводенных пород, залегающих впереди фронта горных работ.

Дренажные системы по сравнению с барражными не исключают попа-дания (проскока) подземных вод через заградительный контур в горные выработки: размер проскока воды, например, на некоторых шахтах и карьерах достигает динамического потока.

Длительный дренаж водоносных горизонтов нарушает гидравлические и гидрохимические режимы подземных и поверхностных вод в районах эксплуатации месторождений. Это выражается в снижении уровеня подземных вод в радиусе нескольких десятков километров, способствует появлению депрессионных воронок, истощению водных ресурсов, загрязнению поверхностных водотоков и водоемов шахтными и карьерными водами, изменяет природный ландшафт.

Барраж — способ защиты шахт и карьеров от подземных вод путем полного или частичного ограждения горных выработок водонепроницаемыми устройствами. При этом уровень подземных вод снижается за счет водоотлива или дренажа, а вне пределов водонепроницаемых устройств остается близким к естественному или несколько повышается в результате подпора.

Барраж обеспечивает охрану ресурсов подземных вод, снижает эксплуатационные расходы на осушение (откачка статичных запасов воды в пределах контура защищенного участка). Для него используют инфузионные, инъекционные, криогенные и шпунтовые барражные устройства (завесы).

Инфузионные – заливные и засыпные устройства представляют собой узкие вертикальные выработки в виде щелей или траншей, пройденные специальными машинами, траншеекопателями и экскаваторами до водо-упорной подошвы обводненных песчаных, гравелистых или галечных пород и заполненные глиной, глино-цементным раствором, рулонным синтетическим материалом и др. Применяется при небольшой глубине залегания водоупоров (до 50 м), выдержанных в плане и разрезе водоносных горизонтах и слабой проницаемости разрабатываемых пород.

Инъекционные устройства основаны на цементации, глинизации, силикатизации и смолизации пород через нагнетательные скважины. По сравнению с инфузионными они требуют небольшого расхода тампонажного материала и применяются на глубинах до нескольких сотен метров.

Криогенные барражные устройства создаются путем искусственного понижения температуры пород и замораживания содержащейся в них воды. Они обычно применяются как временное сооружение при проходке стволов шахт в любых породах.

Шпунтовые устройства сооружаются путем забивки металлических, бетонных и других свай в песчано-глинистые породы без крупных включений крепких пород при небольших глубинах залегания и толщине водоносных пород.

По схеме расположения в плане барражные устройства разделяются на линейные и контурные, замкнутые и незамкнутые; по схеме расположения в разрезе- на совершенные, заглубленные на водоупор, и несовершенные, не доходящие до водоупора (применяются в скальных породах с затухающей вглубь трещиноватостью).

Откачка и отвод вод за пределы шахтных и карьерных полей осуществляется с помощью устройств водоотлива и водоотвода. Системы водоотлива подразделяются на участковые и общешахтные.

Водозащита горных выработок - система мероприятий по предотвращению или ограничению поступления в горные выработки поверхностных, подземных и шахтных вод. Водозащита от поверхностных вод включает в себя мероприятия по осушению месторождения полезных ископаемых а также:

- тампонирование трещин оседания на поверхности земли или в шахтах глинистым и другим материалом или выравнивание и утрамбовка краев мульд оседания;

- применение систем разработки без оставления выработанных про-странств (с их закладкой).

Типы осушения месторождений необходимо дифференцировать в зави-симости от вида полезного ископаемого.

Водопритоки с горных предприятий направляются по путям, обеспечивающим минимальное дополнительное загрязнение окружающей среды. Для этого роют изолированные от горного массива водоотливные канавы, на шахтах устраивают промежуточные водосборники нестандартного типа для незагрязненных вод, на карьерах регулируют внутрикарьерный сток, используя временные отстойники. Кроме того, шахтные воды очищают от механических примесей, нейтрализуют, извлекают органические соединения, соли и металлы (физическими, химическими и биохимическими методами), используют в замкнутом цикле горнодобывающего и рудоперерабатывающего производств.

На больших площадях предотвратить изменение водных режимов можно частичной или полной изоляцией карьерных полей от водоносных горизонтов за счет сооружения в массивах горных пород противофильтрационных завес в виде водонепрницаемых диафрагм или барражей.

Экономическая целесообразность барражных завес определяется целым рядом обстоятельств: геологическими, гидрогеологическими и горно-техническими факторами и определяется в каждом случае расчетным путем.

Противофильтрационная завеса траншейного типа представляет собой узкую от 0,3 до 1,2 м траншею глубиной до водоупорного пласта достигающей 100 м. Траншея заполняется нетвердеющими глиногрунтовыми смесями или твердеющими материалами на основе цементов и силикатов, нередко используется синтетическая пленка.

Одним из методов сооружания противофильтрационных завес является инъекционный. При этом бурятся близко расположенные скважины через которые нагнетаются под давлением тампонажные глиноцементные или силикатные растворы или синтетические смолы. Проникая в трещины или поры и схватываясь или твердея в них эти растворы укрепляют породный массив делая его непроницаемым.

По мнению специалистов, использование противофильтрационных завес требует в 6 – 60 раз меньше удельных затрат на 1 м³ воды по сравнению со строительством и эксплуатацией поверхностных и подземных водохранилищ.

Для предотвращения сброса сточных вод при бурении разведочных скважин применяется оборотное водоснабжение. Выдаваемая из скважины вода поступает в зумпф - отстойник, где освобождается от взвесей и вновь подается в забой скважины.

При подземной разработке месторождений существуют схемы очистки сточных вод в подземных выработках. При одном из способов загрязненная вода направляется в участковый водосборник, где частично отстаивается и подается насосом на вышерасположенный горизонт в выработанное пространство, заполненное обрушенными породами и фильтруется через них. Отфильтрованная вода по водоотливной канаве откаточного штрека поступает в водосборник шахтного водоотлива, дополнительно осветляется в нем и через поплавковый всас подается в водосборный колодец, из которого выдается на поверхность.

На шахтах Карагандинского бассейна сточные воды очищают в комплексных сооружениях, обеспечивающих возможность употребления сточных вод для обогащения углей и других целей технического водоснабжения перерабатывается около 76 тыс.м³ сточных вод в сутки.

На рудниках возможность дальнейшего использования сточных вод определяется их кислотностью. Для нейтрализации кислых сточных вод используется известковое молочко Ca(OH)₂.

Мероприятия по очистке карьерных вод аналогичны вышеприведенным, но отличаются крупномасштабностью.

Очистка сточных вод при разработке россыпных месторождений осуществляется в основном в процессе отстаивания их в специально соо-ружаемых поверхностных водоемах. При дражной разработке сооружаются пруды-отстойники, вмещающие 1-6 млн. м³ воды. Иногда при разработке рос-сыпей в разрезе на пути движения воды устраиваются из гальки дражных отвалов фильтрационные перемычки.

При сложных горно-геологических условиях и небольших дебитах воды можно добиться разрешения со сбросом сточных вод в окружающую среду, но предпочтительной является схема оборотного водоснабжения, обеспечивающая наибольшую эффективность водоохранных мероприятий.

Для обеспечения нормальных условий функционирования предприятий, поселков и городов необходимо надежное отведение от них сточных вод. Для этого используют канализационные системы, предназначенные для приема, транспортирования, очистки и выпуска сточных вод. Существуют два вида канализации: вывозная и сплавная. Вывозная канализация предусматривает аккумулирование сточных вод в специальных емкостях (приемниках) и периодическую вывозку их на очистные сооружения. При наиболее распространенной сплавной канализации сточные воды транспортируются по трубопроводам, лоткам, канавам и каналам самотеком или под напором, создаваемым насосами.

В зависимости от вида принимаемых и транспортируемых сточных вод системы канализации подразделяются на общесплавную, когда все виды сточных вод отводятся совместно; раздельную, когда различные виды сточных вод отводятся по самостоятельным сетям, и полураздельную, когда одни виды сточных вод от-водятся совместно, а другие раздельно. Кроме того, канализационные сети могут быть открытыми и закрытыми.

Под нормами водоотведения понимается максимально допустимое при производстве единицы продукции или выполняемой работы количество отводимых сточных вод. В основе норм водоотведения шахт и разрезов лежат удельные значения притоков шахтных, карьерных и дренажных вод. Задачи нормирования и классификация норм водоотведения аналогичны нормам водопотребления.

Экологическая стратегия горного предприятия в рациональном водопользовании должна базироваться на учете водного фактора на всех уровнях горного цикла, начиная с геологоразведки месторождения и заканчивая использованием полученного продукта потребителем. На стадии обоснования схем вскрытия и разработки месторождения необходимо предусматривать мероприятия, максимально снижающие водопритоки и нарушения гидрологии района.

По степени экологичности применяемые системы водосбора и водоот-лива классифицируются на три группы. К первой группе - пассивной - относятся системы, основная цель которых - откачка вод из горных выработок. Вторая группа – активная - объединяет системы, предназначенные для выдачи на поверхность вод со стабильными параметрами качества и сниженным содержанием взвешенных веществ (для чего необходимы большие размеры водосборников и резервуаров осветлителей). Наиболее прогрессивна мало-отходная группа систем водосбора и водоотлива, в которых максимально используется шахтная вода без предварительной выдачи ее «на гора». При этом к мероприятиям активной системы добавляются селективная откачка и специальные очистные сооружения, размещенные в подземных горных выра-ботках (использование пород выработанного пространства для первой стадии очистки шахтной воды).

Необходимая степень очистки сточных вод при сбросе в водные объек-ты определяется состоянием водоема-приемника и возможной степенью их раз-бавления в зависимости от ПДК различных загрязняющих ингредиентов.