способ снижения загрязнений шахтной воды

Формула изобретения

1. СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ШАХТНОЙ ВОДЫ, включающий бурение восстающих скважин в водоносные горизонты на участках поступления воды, дренаж воды из водоносных горизонтов по скважинам, передачу шахтной воды от источников поступления до водосборников или очистных сооружений и сокращение пути движения шахтной воды по горным выработкам, отличающийся тем, что с целью сокращения окислительных процессов в шахтной воде путем ограничения времени воздействия шахтной среды на поступающую из водоносных горизонтов воду, в восстающих буровых скважинах устанавливают изолирующие пробки, соединенные с обсадными трубами, оборудуют скважины гидрозадвижкой и манометром и соединяют обсадные колонны с изолированным трубопроводом, который устанавливают в горных выработках, определяют запасы водоносного горизонта, сравнивают их с пропускной способностью системы скважина - трубопровод и передают воду из восстающих скважин по изолированному трубопроводу в водосборник или очистные сооружения, при этом скважины бурят под углом (30 10)^o к простиранию преобладающей открытой трещиноватости водоносного горизонта, а расход воды устанавливают с соблюдением условия предохранения водоносных горизонтов от истощения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подаче воды из водоносного горизонта по трубопроводу время нахождения подземной воды в водосборнике устанавливают не более 2 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности.

Цель - сокращение окислительных процессов в шахтной воде путем ограничения времени воздействия шахтной среды на подземную воду.

Известен способ снижения загрязнений шахтной воды путем создания групповых водоотливов для нескольких шахт, где пути движения шахтной воды многократно увеличиваются, что способствует осаждению взвесей [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ уменьшения объема шахтной воды предварительным водопонижением путем закладки скважин из подземных выработок и раздельной выдачей дренажных и шахтных вод [2].

Недостатком этого способа является то обстоятельство, что он не исключает сообщения дренажных вод с рудничной атмосферой и почвой выработок, а это способствует в течении короткого времени увеличению минеральной составляющей загрязнения (снижение рН, увеличение сухого остатка и т.д.). Уменьшение пути движения воды достигается путем бурения новых скважин и строительства новых водосборников и новых насосных станций, что трудоемко, дорого и требует времени.

Для многих шахт характерным является наличие тионовых бактерий, многократно ускоряющих процесс кислотообразования в шахтной воде за счет окисления дисульфидов железа FeS₂, присутствующих в больших объемах в угле и вмещающих породах. В этих условиях дренажные воды, соприкасаясь с почвой выработок и шахтной атмосферой, меняются по качеству, становятся более минерализованными и кислотными.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в переводе подземных вод в изолированную трубопроводную систему и подаче их непосредственно в очистные сооружения или водосборники без контакта с почвой горных выработок и рудничной атмосферой.

Способ осуществляют следующим образом. Определяют в шахте места поступления подземных вод, проводят анализы воды, сравнивают результаты анализов с анализами воды в главном водосборнике шахты, убеждаются, что в момент поступления в шахту подземные воды имели нейтральную или слабощелочную среду (рН 7-9), что характерно, например, для Восточного Донбасса, и сухой остаток 1-2 г/л. Иначе говоря, качество подземных вод близко (или соответствует) нормам питьевого водоснабжения.

Убеждаются, что в главный водосборник шахты (в очистные сооружения) попадает вода, например, с кислой средой (рН 3,5) и сухим остатком до 8 г/л.

Определяют положение водоносных горизонтов, откуда идет поступление воды в шахту и бурят дренажные восстающие буровые скважины под углом 20-40^о к преобладающей открытой трещиноватости водоносного горизонта. Оборудуют буровые скважины обсадными трубами и изолирующими устройствами, подсоединяют гидрозадвижку и манометр. Проводят последовательно замер дебита скважин и определяют эксплуатационные запасы подземных вод, регулируют положение задвижки таким образом, чтобы дебит скважины был меньше запасов, это гарантирует, с учетом сезонных колебаний ресурсов, предохранение водоносных горизонтов от преждевременного истощения и, таким образом, стабильное функционирование данного водозабора в течении длительного времени с неизменным качеством воды, а это необходимо и для обеспечения устойчивого режима работы очистных сооружений.

Коэффициент К снижения расхода воды по скважине определяется по формуле

К=К₁хК₂, где К₁ - коэффициент снижения ресурсов водоносных горизонтов в осенне-зимний период (для Восточного Донбасса вычислен по данным многолетних наблюдений и составляет 0,89);

К₂ - коэффициент, учитывающий необходимость восполнения запасов в зависимости от соотношения пропускной способности дренажной системы данной скважины Q м³/ч и эксплуатационных запасов водоносного горизонта Q_э м³/ч .

При соотношении 1 коэффициент К₂ может быть принят равным 1.

При соотношении < 1 коэффициент К₂ принимается в пределах 0,9-0,95. Смысл применения данного коэффициент заключается в резервировании 5-10% притока для поддерживания запасов на определенном, не подлежащем снижению уровня.

При устойчивом напоре применяется больший коэффициент.

Пропускная способность дренажной системы может быть определена по известной формуле:

Q = 410³b , м³/ч, где b - диаметр труб системы, м;

Н - высота водяного столба (напор) в скважине, м;

L - длина скважины, м;

g - ускорение свободного падения 9,8 м/c².

После определения коэффициента К и регулирования расхода с помощью гидрозадвижки подсоединяют к скважине трубопровод, по которому подземную воду, изолированную от рудничной атмосферы и почвы выработок передают непосредственно в очистные сооружения или водосборник. При наличии в шахте тионовых бактерий вода в течение короткого времени становится шахтной. Установлено также, что изменение свойств воды (запах, цветность, вкус и т.д.) изменяются уже после 2 ч после отбора пробы, поэтому время пребывания изолированных подземных вод в водосборнике должно быть ограничено 2 ч, после чего эффективность предлагаемого способа будет уменьшаться.

В то же время при соблюдении этого условия, как показывает опыт, эффективность способа очень высока.

Способ дает также возможность разбавлять попадающие в шахту рассолы за счет, например, привлечения несдренированных запасов пресных вод, залегающих на малых глубинах.