Контрольная работа по "Геологии"

 

Платформенные угленосные формации накапливались в основном в кайнозое в континентальных условиях. В  отличие от геосинклинальных формаций они обладают небольшим числом пластов  значительной мощности, их слабой дислоцированностью (Подмосковный, Канско-Ачинский и другие бассейны).

Переходными от геосинклинальных к платформенным являются Экибастузский и Минусинский бассейны, сформировавшиеся в прибрежно-континентальных и лагунных условиях.

Рис. 2. Фрагмент структуры  Кузбасса в разрезе. По В.И. Яворскому:

1 - переслаивание песчаников с аргиплитами и алевролитами(С₁³); 2 - песчаники с прослоями аргиллитов и алевролитов (Р₁); 3 - угольные пласты; 4 - разрывные нарушения.

 

 

 

Задание 2. Природные и искусственные факторы, влияющие на приток подземных вод в горные выработки. Простейшие способы прогноза водопритоков.

 

Обводненными называются месторождения, на которых подземные  воды залегают выше слоя полезного  ископаемого, или под пластом  залегает водоносный горизонт с напорными  водами, пьезометрический уровень которых  устанавливается выше почвы пласта полезного ископаемого.

Подземные или поверхностные  воды, проникающие в горные выработки, называются рудничными или шахтными. Обводненность месторождений зависит от водообильности пород, вмещающих полезное ископаемое и наличия среди покровных отложений обломочных или карбонатных карстующихся пород. Большие притоки в выработки могут поступать при расположении месторождений вблизи открытых водотоков, в пределах речных долин, вблизи крупных массивов карбонатных пород.

Способы осушения месторождений  напрямую зависят от факторов, определяющих их обводненность.

К основным природным факторам относятся климат, многолетняя мерзлота, рельеф местности, связь с реками, литологический состав вмещающих пород, тектоника района и т.д.

К искусственным факторам относятся старые затопленные выработки, незатампонированные разведочные скважины и т.д.

Нарушение режима подземных  вод приводит к изменению питания  водоносных горизонтов, обводняющих  горные выработки: привлекаются поверхностные  воды, подземные воды нижележащих  горизонтов и т.д. В результате естественный режим подземных вод сменяется техногенным, который формируется под влиянием как природных, так и горно-технологических факторов, от которых зависит величина водопритоков в горные выработки.

Наличие воды на подошве  и уступах карьеров приводит к  изменению свойств горных пород. Глины размокают, набухают, теряют устойчивость.

При наличии в бортах карьеров песчано-глинистых пород подземные  воды вызывают оплывание песков.

При строительстве и эксплуатации шахт подземные воды затрудняют проходку горных выработок, ведение очистных работ. Снижение уровня подземных вод  приводит к росту деформаций горных пород, вследствие чего возникают осадки земной поверхности, деформации относительных  водоупоров в кровле и подошве горных выработок.

Гидрогеологические условия  имеют значительное, нередко решающее значение при оценке разведанных  месторождений. Изучение гидрогеологических и инженерно-геологических условий  проводится одновременно с геологоразведочными  работами по этапам и стадиям.

Выделяется три основных этапа изучения гидрогеологических условий на месторождениях полезных ископаемых: региональная геологическая съемка; поиски месторождений; разведка и эксплуатация.

На стадии разведки проводятся наблюдения за режимом подземных  и поверхностных вод. Режимные наблюдения проводятся не менее одного года в 10-15 скважинах, расположенных от области питания к области разгрузки для построения карты гидроизогипс. Результатом режимных наблюдений должны быть прогнозы водопритоков, изменение уровней и химического состава во времени в процессе эксплуатации месторождения.

На всех стадиях исследований изучаются следующие вопросы:

1. Площади распространения  водоносных горизонтов, их литологический состав, условия залегания, области питания и дренажа, основные черты режима поверхностных и подземных вод.

2. Возможные изменения  режима подземных вод в процессе  изучения месторождения и влияние этих изменений на взаимосвязь подземных и поверхностных вод.

3. Возможные водопритоки в горные выработки и характер мероприятий по борьбе с подземными водами.

4. Общая характеристика  источников водоснабжения.

5. Инженерно-геологические  условия территории.

Для обеспечения достоверной  информации, учитывая стадийность изучения подземных вод, выполняются следующие виды гидрогеологических исследований: сбор, обобщение и обработка материалов предшествующих работ; рекогносцировочное гидрогеологическое обследование; гидрогеологическая съемка; разведочные работы; опытно-фильтрационные работы; наблюдения за режимом подземных вод; опробование и лабораторные работы.

Сбор, обобщение  и обработка материалов предшествующих работ проводятся на начальных стадиях изучения подземных вод. Основное внимание уделяется сведениям о геологическом строении и гидрогеологических условиях района, о режиме работы действующих водозаборов и отдельных эксплуатационных скважин.

Рекогносцировочное  обследование проводится с целью уточнения границ участка, предварительного изучения геоморфологических, геологических и гидрогеологических особенностей, выявление технико-экономических условий проведения различных видов разведочных работ.

Гидрогеологическая  съемка – это комплекс полевых исследований для изучения и картирования гидрогеологических условий территории: количество водоносных горизонтов и комплексов, условия их залегания, закономерности распространения водоносных толщ и различных типов подземных вод и их качество.

Разведочные работы состоят из проходки буровых скважин, реже шурфов, канав и т.д. Гидрогеологические скважины позволяют изучить геолого-литологический разрез, мощность водоносного горизонта, положение уровня и высоту напора.

Опытно-фильтрационные работы проводятся для определения гидрогеологических параметров. Поскольку опытно-фильтрационные работы являются основным видом работ, рассмотрим подробнее методику их проведения.

Основной и наиболее распространенный вид опытных работ – откачки.

При глубоком залегании подземных  вод или слабой водообильности пород применяются наливы в скважины, при изучении фильтрационных свойств пород зоны аэрации – наливы в шурфы.

Откачка – это принудительный отбор воды из водозаборных сооружений с помощью водоподъемников. Откачки подразделяются на пробные, опытные, групповые и опытно-эксплуатационные.

Пробные откачки проводятся при поисках и разведке подземных вод для предварительной оценки водообильности, качества вод и фильтрационных свойств пород. Откачки кратковременные и проводятся на одну ступень понижения.

Опытные откачки – основной вид работ при разведке месторождений подземных вод. Они проводятся для определения дебита Q, удельного дебита q, зависимости дебита от понижения, коэффициента фильтрации K_ф, коэффициентов уровне- или пьезопроводности (æ или а), радиуса влияния R и приведенного радиуса R_пр.

При наличии наблюдательных скважин определяются размеры и  темпы роста депрессионной воронки, связь между водоносными горизонтами, водоотдача, показатель несовершенства скважин и т.д. продолжительность окачек 5–15 сут. Количество ступеней понижения от одной до четырех.

Групповые откачки проводятся одновременно из нескольких скважин для изучения взаимодействия их и определения гидрогеологических параметров на тех участках, где откачка из одной скважины не может обеспечить нужного понижения.

Опытно-эксплуатационные откачки проводятся из одной или нескольких разведочно-эксплуатационных скважин при завершении разведки подземных вод в сложных гидрогеологических условиях для установления закономерностей изменения уровней подземных вод или их качества при заданном дебите в течение длительного времени (один – три месяца).

Общее количество воды, которое  будет поступать в горные выработки, определяется в процессе разведки месторождения. Эксплуатация сильно обводненных месторождений полезных ископаемых в широких масштабах возможна при условии предварительного проведения полного объема осушительных мероприятий.

Наиболее распространенными  методами определения притоков в горные выработки являются следующие:

1. Метод гидрогеологических аналогий основан на изучении данных по водоотливу из существующих рудников с учетом гидрогеологических условий. Обрабатываются сведения о величине водопритока и его режиме. Затем рассчитывается величина водопритоков на единицу площади выработок (q, м³/час на 1 км² площади) и водоприток при понижении уровня на 1 м (q0):

 и 

2. Расчет по коэффициенту водообильности.

Коэффициент водообильности – это отношение количества откаченной воды Q в кубометрах к количеству добытого за тот же срок полезного ископаемого P:

 

Определение будущих водопритоков сводится к тому, что величину коэффициента водообильности, установленную для ряда шахт и лав, распространяют на запроектированные горные выработки, находящиеся примерно в одинаковых гидрогеологических условиях, в тех же или новых месторождениях.

 

 

3. Определение водопритоков по водному балансу.

После сработки статических запасов в горные выработки начинают поступать динамические ресурсы подземных вод. Основной задачей является установление величины динамических ресурсов, т.е. количества воды, поступающей в горные выработки со стороны постоянных источников питания (инфильтрация атмосферных осадков, поглощение поверхностных вод, приток из других водоносных горизонтов). Для этого определяется величина подземного стока.

Этот метод применим для  месторождений, разрабатываемых открытым способом или неглубокими подземными выработками.

4. Определение водопритоков по формулам динамики подземных вод.

Приток в совершенный  грунтовый колодец определяется по формуле:

 

где H – мощность горизонта;

      R – радиус влияния;

      r радиус горной выработки.

Приток воды к совершенным  грунтовым стволам, расположенным близко от реки, определяется по формуле М.В. Сыроватко:

где Z – расстояние от ствола шахты до реки.

Эта формула применима  при Z < R.

5. Расчет водопритоков в систему горных выработок.

В практике гидрогеологических исследований и проектирования горных предприятий в сложных природных условиях наиболее часто используется метод «большого колодца», предложенный С.В. Троянским.

Площадь, занятая горными  выработками или дренажными устройствами, приравнивается к площади равновеликого колодца. Далее находят приведенный радиус r₀, соответствующий площади «большого колодца»:

,

где F – площадь проектируемых  выработок или площадь, ограниченная ближайшей замкнутой гидроизогипсой, оконтуривающей воронку депрессии.

Приток воды определяют по формулам Дюпюи.

Для карьеров приток воды по этому методу определяется несколько иначе. Если карьер неправильной формы, приведенный радиус определяется из формулы площади круга. Для карьеров правильной формы, если длина превышает ширину более чем в 10 раз, приток воды определяют как в разрезную траншею. В случае, если отношение длины карьера к его ширине не превышает 10, приведенный радиус определяется по формуле:

,

где η – параметр, усредняющий  размеры колодца, определяется из соотношения L/B;

        L – длина карьера;

        B – ширина карьера.

 

 

 

Задание 3.

 

а) Определите разновидность скального грунта по прочности согласно ГОСТ 25100-95. По результатам лабораторных испытаний предел прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии для данного грунта равен 138 МПа.

 

Скальный грунт по прочности  согласно ГОСТ 25100-95 относится к очень прочным, т.к. предел прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии для данного грунта R_С = 138 МПа, (138>120МПа) по таблице Б1 настоящего ГОСТа.

 

 

б) В лабораторных условиях для каменного угля получены следующие показатели: R₀ = 0,52%, ΣOK = 8%, V^daf = 33,5%, y = 7 мм. Используя классификацию по генетическим и технологическим параметрам ГОСТ 25543-88, определите класс, категорию, тип и подтип. По составленному кодовому числу определите технологическую марку, группу и подгруппу. Выберите направления использования данного угля.

 

0503207: данный уголь в соответствии с таблицами 2, 3, 5 и 8 настоящего стандарта относится:

- к классу 05,

- категории 0,

- типу 32,

- подтипу 07.

В соответствии с таблицей 10 уголь относится:

- к марке ДГ (длиннопламенный газовый),

- подгруппе ДГВ (длиннопламенный газовый витринитовый).

В соответствии с таблицей 11: