Способ защиты подрабатываемых сооружений от затопления на территориях с глинистыми грунтами

Изобретение относится к горному делу и предназначено для защиты сооружений от затопления на территориях с глинистыми грунтами при разработке под ними пластовых месторождений полезных ископаемых. В местах максимального оседания земной поверхности над серединой очистной выработки проходят водопонижающие колодцы. Из колодцев бурят горизонтальные дренажные скважины на глубине меньшей, чем расстояние до нейтральной линии при изгибе слоя грунта, но большей, чем глубина заложения фундаментов сооружений. Длину скважин определяют с учетом параметров отработки пласта и характеристик процесса сдвижения грунта по математическому выражению. Эффективно осуществляется водопонижение в глинистых грунтах при подработке горными выработками, что защищает сооружения от затопления. 2 ил.

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для защиты сооружений на территориях с глинистыми грунтами при разработке под ними пластовых месторождений полезных ископаемых.

Известен способ понижения уровня грунтовых вод на территориях с низкими фильтрационными характеристиками грунтов путем проходки водопонижающих колодцев и бурения из них горизонтальных или наклонных (под небольшим углом к горизонту) водоприемных скважин (Справочник по осушению горных пород. /Под ред. Станченко И.К. - М.: Недра, 1984. - 572 с).

Недостатком известного способа понижения уровня грунтовых вод является то, что он не обеспечивает эффективного осушения грунтов, обладающих низкими фильтрационными характеристиками, т.е. глин и суглинков.

Задачей данного технического решения является разработка способа, позволяющего эффективно осуществлять водопонижение в глинистых грунтах при подработке горными выработками, что позволит осуществлять защиту сооружений от затопления.

Для решения поставленной задачи предлагается водопонижающие колодцы проходить в местах максимального оседания земной поверхности над срединой очистной выработки, а дренажные горизонтальные скважины бурить на глубине h_скв., определяемой из соотношения h_ф<h_скв<h_н, где h_ф - глубина заложения фундаментов сооружений, h_н - глубина расположения нейтральной линии при изгибе слоя грунта, а длину скважин l_скв определять из равенства

l_скв=(Д/2+Hctgδ₀)/sinαsinω,

где Д - ширина очистной выработки;

Н - глубина разработки пласта;

δ₀ - граничный угол сдвижения толщи;

α - угол наклона скважины за счет подработки;

ω - острый угол в плане между осью скважины и границей угольного целика.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вертикальный разрез толщи горных пород и график горизонтальных деформаций земной поверхности при подработке, а на фиг.2 - план горных работ и земной поверхности.

Над серединой планируемой очистной выработки 1 (см. фиг.1) в точке максимального оседания земной поверхности 2 проходят колодец 3 на всю мощность h_скв слоя 4 грунта. Из колодца на глубине h_скв, меньшей, чем расстояние h_н от земной поверхности до нейтральной (при изгибе) линии 5, в слое 4 грунта, но большей, чем глубина заложения фундаментов h_ф охраняемых зданий (на чертеже не показаны), в направлении угольного целика (в плане) 6 бурят горизонтальные скважины 7, располагая их веером (см. фиг.2) и обсаживая их перфорированными трубами. Длина каждой скважины определяется по формуле

l=(Д/2+Hctg δ₀)/sinαsinω,

где Д - ширина очистной выработки;

Н - глубина разработки пласта;

δ - граничный угол;

α - угол наклона скважины за счет подработки;

ω - острый угол в плане между осью скважины и границей угольного целика (в плане).

В результате откачки воды из колодца первоначальный уровень грунтовых вод Δ₀ (см. фиг.1) понизится до положения Δ₁. После проведения очистной выработки 1 земная поверхность 8 над ней осядет и колодец 3 опустится на наибольшую по сравнению с другими участками мульды сдвижения величину. Пунктирными линиями показано положение земной поверхности, колодца, скважины и уровня грунтовых вод до подработки, сплошными - после подработки.

После подработки за счет изгиба слоя грунта 4 непосредственно над выработкой в нижней части слоя (ниже нейтральной линии 5) образуется зона горизонтальных растяжений. Над целиком 6 выше нейтральной линии 5 формируется зона горизонтальных растяжений ε, график которых показан на чертеже. В этой зоне образуются трещины (микротрещины) 9, ориентированные параллельно границе целика 6. В зонах растяжений возрастают пористость грунта и коэффициент фильтрации. В результате этого уровень грунтовых вод понизится до величины Δ₂.

Таким образом, снижение уровня грунтовых вод по данному способу обеспечивается за счет: во-первых - оседания колодца на максимальную величину; во-вторых - увеличения пористости грунта в зоне растяжения ниже нейтральной линии над очистной выработкой и в зоне растяжения выше нейтральной линии над целиком; в-третьих - образования трещин (микротрещин) в зоне растяжения над целиком, которые выполняют роль горизонтальных дрен между скважинами.

Способ защиты подрабатываемых сооружений от затопления на территориях с глинистыми грунтами, включающий проходку водопонижающих колодцев и бурение из них дренажных скважин, отличающийся тем, что водопонижающие колодцы проходят в местах максимального оседания земной поверхности над серединой очистной выработки, а дренажные горизонтальные скважины бурят на глубине h_скв, определяемой из соотношения

h_ф <h_скв<h_н,

где h_ф - глубина заложения фундаментов сооружений;

h_н - глубина расположения нейтральной линии при изгибе слоя грунта, а длину скважин l_скв определяют из равенства

l_скв=(Д/2+Hctgδ₀)/sinαsinω,

где Д - ширина очистной выработки;

Н - глубина разработки пласта;

δ₀ - граничный угол сдвижения толщи;

α - угол наклона скважины за счет подработки;

ω - острый угол в плане между осью скважины и границей угольного целика.