способ защиты подрабатываемых сооружений от затопления на территориях с глинистыми грунтами

Формула изобретения

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+Hctg ₀)/sin sin ,

где Д - ширина очистной выработки;

Н - глубина разработки пласта;

₀ - граничный угол сдвижения толщи;

- угол наклона скважины за счет подработки;

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

Описание изобретения к патенту

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+Hctg ₀)/sin sin ,

где Д - ширина очистной выработки;

Н - глубина разработки пласта;

₀ - граничный угол сдвижения толщи;

- угол наклона скважины за счет подработки;

- 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 ₀)/sin sin ,

где Д - ширина очистной выработки;

Н - глубина разработки пласта;

- граничный угол;

- угол наклона скважины за счет подработки;

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

В результате откачки воды из колодца первоначальный уровень грунтовых вод ₀ (см. фиг.1) понизится до положения ₁. 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 , 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 ₂.

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.