способ дренажа грунтовых и сбора поверхностных вод на подрабатываемых территориях

Формула изобретения

Способ дренажа грунтовых и сбора поверхностных вод на подрабатываемых территориях, включающий выполнение водоприемных выработок в виде канав, котлованов и скважин, отвод и откачку воды, отличающийся тем, что перед проведением подземных горных работ производят прогноз послеосадочного рельефа земной поверхности с выделением плоского дна мульды сдвижения и места максимального понижения рельефа, в месте максимального понижения рельефа устраивают котлован, водоотводную канаву располагают на границе мульды сдвижения, при этом для отвода грунтовых вод устраивают скважины, причем емкость котлована V_к находят из соотношения

V_к>Sh_o-24Qn,

где S - площадь мульды сдвижения;

h_o - величина осадков в зимний период;

24Q - суточная производительность насосной установки;

n - количество дней весеннего паводка,

а глубину Н _с скважин и расстояние L_c между ними - из выражений

H_с>J·l_в+l_g+l _ф- ,

L_с<2(H_с-l_g-l _ф)/J,

где J - уклон депрессионной кривой для грунта;

l_в - расстояние от точки максимального оседания до точки максимальной кривизны вогнутости в мульде сдвижения;

l_ф -длина фильтра с отстойником;

- поправка за наклон земной поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить эффективность защиты подрабатываемых объектов, расположенных в мульде сдвижения, от подтопления грунтовыми и поверхностными водами.

Известен способ защиты подрабатываемых объектов от подтопления грунтовыми и поверхностными водами, включающий выполнение водоприемных выработок в виде канав, котлованов и скважин и откачку воды (Справочник по осушению горных пород. /Под ред. Станченко Н.К. - М.: Недра, 1984 - 572 с.).

Недостатком известного способа является то, что параметры водоприемных выработок определяются без учета послеосадочного рельефа, закономерностей процесса сдвижения земной поверхности и конкретных климатических условий. Это приводит к тому, что дренаж грунтовых и сбор поверхностных вод по известному способу не обеспечивают полной защиты объектов от затопления, так как подработка земной поверхности приводит к изменению рельефа, а назначение параметров сбора поверхностных и дренажа грунтовых вод произведено без учета этого изменения. В результате некоторые сооружения, расположенные в формирующейся при подработке мульде сдвижения, оказываются затопленными.

Изобретение решает задачу разработки способа дренажа грунтовых и сбора поверхностных вод на подрабатываемых застроенных территориях, который обеспечивает исключение затопления сооружений в мульде сдвижения за счет учета закономерностей процесса сдвижения и климатических условий.

Для достижения названного технического результата перед проведением подземных горных работ производят прогноз послеосадочного рельефа земной поверхности с выделением плоского дна мульды сдвижения и места максимального понижения рельефа устраивают котлован, водоотводную канаву располагают на границе мульды сдвижения, при этом для отвода грунтовых вод устраивают скважины, причем емкость котлована Vк находят из соотношения

V_к>Sh_o-24Qn,

где S - площадь мульды сдвижения;

h_o - величина осадков в зимний период;

24Q - суточная производительность насосной установки;

n - количество дней весеннего паводка,

а глубину Н _с скважин и расстояние L_c между ними - из выражений

H_c>J·l_в+l_g+l _ф- ,

L_с<2(H_c-l_g-l _ф)/J,

где J - уклон депрессионной кривой для грунта;

l_в - расстояние от точки максимального оседания до точки максимальной кривизны вогнутости в мульде сдвижения;

l_g - глубина залегания уровня грунтовых вод;

l_ф - длина фильтра с отстойником;

- поправка за наклон земной поверхности.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 показан план поверхности в районе подработки; на фиг.2 - вертикальный разрез по А - А фиг.1.

Перед подработкой подземными горными работами (не показаны) выполняют прогноз послеосадочного рельефа земной поверхности 1 (см. фиг.1). В пределах мульды 2 сдвижения с внешней границей 3 определяют плоское дно 4 (все точки которого имеют максимальное оседание) с границей 5 и место 6 максимального понижения рельефа. На вертикальном разрезе вдоль склона (см. фиг.2) находят точку максимальной кривизны вогнутости, определяют расстояние l _в до ближайшей точки 5 максимального оседания и превышение между точками 5 и 7. В месте максимального понижения рельефа 6 устраивают котлован 8 емкостью

V_к>Sh _o-24Qn

Емкость V_к котлована выбирают из таких соображений, чтобы все атмосферные осадки величиной h _o (за зимний период в виде снега), выпадающие на площади S, за исключением объема, откачиваемого в период n (дней) весеннего паводка насосом суточной производительности 24Q, смогли разместиться в котловане, благодаря чему исключается затопление поверхностными водами 9 пониженных участков рельефа. Поверхностные воды с участка, расположенного выше по склону, попадают в устраиваемую на границе 3 мульды сдвижения канаву 10 и отводятся далее по склону (см. фиг.1).

Грунтовые воды 11 (см. фиг.2) откачивают с помощью насосов (не показаны) через скважины 12, глубина которых рассчитывается из выражения

H_c>J·l_в+l _g+l_ф-

Глубина Н_с скважин определяется с таким расчетом, чтобы при известных: уклоне J депрессионной кривой (для данного типа грунтов); расстоянии l_в от точки максимального оседания 5 (граница плоского дна 4) до точки максимальной кривизны вогнутости; длине l_ф фильтра с отстойником и поправке за наклон земной поверхности (превышение точки 7 над точкой 5), глубина l_g уровня грунтовых вод была не более допустимой (для сооружений, природных объектов) величины, что следует из вышеприведенного условия. Из названного условия (решив его относительно l_g без учета ) найдем расстояние L_c между скважинами в плоском дне 4 мульды 2 сдвижения

L_c<(H_c -l_g-l_ф)

Воду из скважин используют для хозяйственных нужд.

Данный способ предложено использовать на поле шахты им. Костенко Карагандинского угольного бассейна при подработке объектов Специализированной передвижной механизированной колонны (СПМК) - 5: административно-бытового комбината; ремонтно-механических мастерских; складов; гаражей и растворно-бетонного узла (фиг.3). До подработки выполнен прогноз рельефа земной поверхности 1, определена мульда 2 сдвижения с границей 3. В мульде сдвижения определено ее плоское дно 4 с границей 5 и место максимального понижения рельефа 6 (у развилки дорог). Точка 7 максимальной кривизны вогнутости отстоит от ближайшей точки 5 максимального оседания в 70 м, а превышение между названными точками составляет 1,2 м. В месте максимального понижения рельефа 6 устраивают котлован 8 емкостью V_к >Sh_o-24Qn=(170000·0,12)-(24·100·7)=20400-16800=3600 м³ (принимаем V_к=4000 м³). Наличие котлована такой емкости обеспечивает равномерную работу насосов (один из которых резервный, на чертеже не показаны) в течении всего периода весеннего снеготаяния с различной интенсивностью последнего как в течение суток, так и отдельных дней. Поверхностные воды с участка, расположенные выше по рельефу, перехватывают канавой 10 и отводят от мульды 2 сдвижения вниз по склону.

Грунтовые воды (в суглинках J=0,075 м/м) в пределах территории СПМК-5 (фиг.4) откачивают с помощью насоса (не показан) через скважину 12, глубиной Н_c>0,075·70+2+5-1,2=11,05 м. Принимаем Н_c=12 м (вода используется на бытовые нужды предприятия). Другие скважины (за автодорогой, на чертеже не показаны) располагают на расстоянии от первой L_c <(12-2-5)=133,3 м. Принимаем L_c=120 м. Производительность насосов для откачки воды из скважин определяют по известным формулам, исходя из проницаемости грунта.

Благодаря наличию котлована, емкость которого определена с учетом атмосферных осадков и площади мульды сдвижения, скважин, глубина которых и расстояние между которыми определены с учетом параметров процесса сдвижения и допустимо со для сооружений уровня грунтовых вод, исключается затопление мульды сдвижения и подрабатываемых объектов поверхностными и грунтовыми водами.