Системы водопонижения

В процессе моделирования, как видно из предыдущих разделов, были оценены притоки подземных вод для трех различных вариантов предварительных технических решений организации системы водопонижения:

- внутрикарьерный водоотлив (с использованием зумпфа, перемещаемого по дну карьера в соответствии с графиком ведения горных работ);

- комбинация внутрикарьерного водоотлива (из зумпфа) и водопонизительных скважин;

- водопонижение с использованием подземного дренажного контура.

Охарактеризуем рассмотренные при моделировании варианты организации систем водопонижения и приведем необходимые для разработки ТЭО основные технические параметры этих систем (для определения параметров, подчеркнем, в качестве прогнозных приняты максимальные расчетные величины притоков подземных вод).

Внутрикарьерный водоотлив, как видно из табл.5.1, предусматривает дренаж карьера зумпфом, заложенным на дне (перемещаемым в соответствии с планом ведения горных работ). Для откачки воды из зумпфа потребуется высоконапорный насос. Для транспортировки воды из чаши карьера – достаточно протяженные трубопроводы. При значительных глубинах карьера, очевидно, возникнет необходимость оборудования дополнительной насосной станции (станции 2-го подъема) на борту карьера.

Отрицательные аспекты этого варианта – "мокрые" дно и борта карьера, что, естественно, затруднит ведение горных работ зимой, когда в карьере будут формироваться наледи подземных вод.

Положительные аспекты – использовать внутри карьера зумпф, насосные станции и трубопроводы потребуется для борьбы с притоками атмосферных осадков при любом варианте организации перехвата притоков подземных вод; кроме того, смешение в зумпфе подземных вод и атмосферных осадков приведет к улучшению качества дренажных вод и обеспечит минимизацию объемов дренажных вод, требующих утилизации. Потребуется утилизировать временно (в течение зимы) только объемы дренажных вод, сформированные исключительно разгружающимся в карьер подземным стоком. Объемы этих дренажных вод, как видно из табл. 5.1, в зимнюю межень (для различных периодов отработки карьера) от 0.12 до 1.41 млн.м³.

					Таблица 5.1
Внутрикарьерный водоотлив
Технология водопонижения	Ожидаемый эффект	Период отработки, годы	Ожидаемые притоки подземных вод в карьер	Объем притоков, формирующихся в зимний период слабоминерализованными подземными водами (подлежащих временной утилизации), млн.м^3	Необходимые технические мероприятия
тыс.м^3/сут
м^3/час
Откачка воды из зумпфа на дне карьера с последующей транспортировкой в отстойники по трубопроводу	1. "Мокрые" дно и борта карьера (высота высачивания над дном карьера от 50 м на начальном этапе до 300 м в последний год отработки)	до 2018 г.	0.5/20	0.12	1. Сооружение зумпфа
2018-2025 г.г.	2.0-2.6/110	0.61	2. Монтаж высоконапорного насосного оборудования и трубопроводов внутри карьера
2. Минимизация (вследствии подземных смешивания вод и атмосферных осадков), подлежащих утилизации объемов дренажных вод	2025-2033 г.г.	4.2/175	0.99
2033-2034 г.г.	6.0/250	1.41

Утилизация дренажных вод посредством закачки в недра, в характерных для Наталкинского месторождения гидрогеологических условиях (крайне низкая проницаемость и плохие емкостные свойства разреза) исключена.

Утилизация вод карьерного водоотлива в тёплый период может производиться путём сброса в поверхностные водотоки (р.р.Омчак, Интриган) после предварительного отстаивания в накопителях для осаждения взвешенных частиц. Объём утилизации при этом будет составлять до 900-1000 м³/час при минерализации менее 1 г/дм³ и жёсткости до 10-12 мг-экв/л. При средних расходах р.р.Омчак и Интриган порядка 1-1,3 м³/сек качество поверхностных вод будет соответствовать нормам на хозпитьевые воды. В зимний период когда минерализация дренажных вод составит около 3 г/дм³, возникнет необходимость собирать эти воды в накопителе. Объем накопителя, с учетом резкого увеличения притоков в последние годы отработки, должен обеспечить "хранение" дренажных вод в количестве не менее ~ 1.5 млн.м³. Сброс дренажных вод из накопителя в поверхностные водотоки целесообразно осуществлять в течение 10-15 дней паводкового периода (май-июнь), когда среднесуточные расходы речных вод составляют более 5-10 м³/сек, в этом случае качество поверхностных вод после сброса воды из накопителя остаётся в пределах норм на питьевые воды.

Комбинация внутрикарьерного водоотлива и водопонижающих скважин обеспечит снижение высоты высачивания подземных вод на бортах карьера (табл.5.2) и, следовательно, некоторое улучшение условий ведения горных работ в зимние периоды. При этом притоки подземных вод через нижние части бортов и дно карьера сохранятся. Вместе с тем, потребуется утилизировать дренажные воды, поднимаемые из скважин. Следовательно, существенно возрастут требующие утилизации объемы дренажных вод, которые составят 2,03 млн.м³.

В рассматриваемом варианте в состав системы водопонижения, как следует из результатов моделирования, потребуется включить следующие основные элементы (табл.5.2):

- внутрикарьерные зумпф, насосные станции (1-го и 2-го подъема), трубопроводы, перемещаемые по мере проходки карьера;

- законтурные водопонизительные скважины (общее количество – 35), формирующие 4-ре группы, заложенные у северного, восточного, южного и западного бортов карьера (рис. 10.5);

- трубопроводы, обеспечивающие транспортировку воды от водопонизительных скважин к накопителям.

							Таблица 5.2
Комбинация внутрикарьерного водоотлива и водопогижающих скважин
Технология водопонижения	Ожидаемый эффект	Период отработки, годы	Ожидаемые притоки подземных вод	Высота высачи-вания над дном карьера, м	Необходимые технические мероприятия
тыс.м^3/сут
м^3/час
В карьер	К дре-нажным скв.	Всего
1. Откачка воды из зумпфа на дне карьера	1. Притоки подземных вод, преимущественно, через дно карьера	до 2018 г.	0.5/20	-	0.5/20		1. Сооружение зумпфа
2018-2025 г.г.	2.6/110	-	2.6/110	0-25	2. Монтаж высоконапорного насосного оборудования и трубопроводов внутри карьера
2. Откачка воды из водопонижающих скважин, вводимых с 2025г. (после проходки зоны многолетней мерзлоты)	2. "Мокрые" борта только в нижней части карьера	2025-2033 г.г.	1.5/65	7.0/290	8.5/355	0-20	3. Проходка 4-х групп дренажных скважин (всего - 35 скв.) средней глубиной по 800 м и производительностью по 200 м^3/сут.
3.Значительные объемы дренажных вод, требующие утилизации *	2033-2034 г.г.	2.5/105	6.2/260	8.7/365	20-120	4. Утилизация всего объема подземных вод, поднимаемых дренажными скважинами
*) Требующие утилизации объемы дренажных вод составят…

Предварительно рекомендуемые характеристики водопонижающей скважины и погружного насоса представлены в табл. 5.3.

Рассмотренный вариант водопонижения, очевидно, потребует бÓльших затрат, по сравнению с использованием только внутрикарьерного дренажа.

Водопонижение с использованием подземного дренажного контура, судя по результатам проведенных расчетов, обеспечит наиболее эффективную защиту карьера от притоков подземных вод, т.к. в этом варианте "сухими" останутся и дно, и борта (см.табл. 5.4). Вместе с тем, и в этом варианте увеличится требующий утилизации объем дренажных вод, который за период отрицательных температур (235 сут) ежегодно будет составлять, в среднем, около 1.5 млн.м³.

При реализации рассматриваемого варианта в схему дренажной установки потребуется включить следующие основные элементы:

- две дренажные шахты (из которых может быть пройден дренажный штрек);

- собственно дренажный штрек;

- восстающие дренажные скважины, проходка которых предусмотрена из штрека.

Рассмотрим подробнее последовательность сооружения подземного дренажного контура (ПДК). Представляется необходимым, прежде всего, отметить, что необходимость эксплуатации ПДК появится только после того, как будет пройдена на всю мощность (~ 300 м) толща многолетней мерзлоты. До этого времени целесообразно использовать внутрикарьерный дренаж (производительность от 0.5 до 1.0 тыс.м³/сут. По имеющимся данным, толща мерзлоты будет полностью пройдена через 8-мь лет после начала разработки карьера. Следовательно, в течение указанного периода должны быть пройдены два дренажных шахтных ствола (за северной и южной кромками карьера – рис.8) и соединяющий их дренажный штрек. Штрек целесообразно заложить на 50-70 м глубже дна карьера. Его протяженность составит ~ 5.5 км. Для улучшения дренирования из штрека целесообразно пройти восстающие дренажные скважины. Шаг между скважинами – 100 м; общее количество – 53, длина скважины 100-110 м. Основные характеристики восстающей дренажной скважины приведены в табл.5.5.

Параллельно углубления карьера потребуется проходка нового дренажного штрека, заложенного опять же на 50-70 м под дном карьера. Из штрека вновь должны быть пройдены восстающие дренажные скважины (квершлаги). Такое последовательное перемещение штрека, т.е. увеличение глубины его заложения должно сопровождать проходку карьера вплоть до его "погашения", в интервале распространения непромороженных пород. Вскрываемая карьером мощность непромороженного разреза составит около 350 м. Следовательно, для постоянного обеспечения водопонижения потребуется

	Таблица 5.3
Рекомендуемые характеристики водопонижающей скважины и погружного насоса
Характеристики	Показатели
1. Тип скважины	Вертикальная; водопонижающая
2. Средняя глубина скважины (м)
3. Интервалы установки обсадных колонн (м):
- кондуктор	0-20
- фильтровая колонна	0-800
4. Интервал рабочей части фильтра (м)	300-790*
5. Минимальный внутренний диаметр фильтровой колонны (мм)	130**
6. Глубина установки погружного насоса (м)	780-790
7. Основные параметры погружного насоса (рекомендуемый тип -
ЭЦНА, производитель - ОАО "Алнас", г. Альметьевск)
- производительность, м^3/сут / м^3/час	200 / 8.5
- напор, м	800 - 1000
- диаметр корпуса, мм	92 - 103
*) Рабочую часть фильтра (перфорированная труба) следует оборудовать в интервале от подошвы
многолетней мерзлоты (т.е. от ~ 300 м) до отстойника скважины
**) Минимальный внутренний диаметр определён с учётом поперечных размеров погружного
насоса (габаритная группа " 5 " или " 5А ").

					Таблица 5.4
Водопонижение с использованием подземного дренажного контура
Технология водопонижения	Ожидаемый эффект	Период отработки, годы	Ожидаемые притоки подземных вод	Необходимые технические мероприятия
тыс.м^3/сут
м^3/час
В карьер	В дренажный штрек
Дренаж штреком, водоотлив из дренажной шахты	1. "Сухие" дно и борта карьера	до 2018 г.	0.5/20	-	1. Поэтапная проходка двух дренажных шахтных стволов с целью заложения дренажных штреков на 4-х - 5-ти уровнях
2018-2025 г.г.		7.0/290
	2. Необходимость утилизации всего объема откачиваемых подземных вод	2025-2033 г.г.		5.0/210	2. Последовательная проходка 4-х - 5-ти дренажных штреков на различных глубинах (на 50-70 м над дном карьера)
	2033-2034 г.г.		6.0/250	3. Утилизация всего объема откачиваемых подземных вод

	Таблица 5.5
Характеристика восстающей скважины
Показатели	Значения показателей
Тип скважины	восстающая дренажная
Глубина скважины, м	100-110
Начальный диаметри бурения, мм
Конечный диаметр бурения, мм
Количество колонн обсадных труб, колонн
Тип фильтра	бесфильтровая
Способ бурения и установка для бурения	вращательный; УДБ-8-01
Расход материалов на 1 скважину:
- труб, т	0.051
- цемента глиноземистого, т	0.1
- задвижка, задв.
- герметизатор
Примечание. Общее количество скважин, размещаемых в штреке - 53; шаг между скважинами - 100 м

последовательно пройти 4-5 дренажных штреков, оснащенных восстающими дренажными скважинами (квершлагами).

Таким образом, для обеспечения постоянного функционирования ПДК потребуется реализовать значительные объемы работ (см.табл.5.6).

Таблица 5.6

Дата добавления: 2015-08-17