Захист гірничих виробок від затоплення
Існує кілька варіантів захисту гірничих виробок від затоплення водою із підроблених водних об'єктів або сусідньої затопленої копальні:
1. Залишення рудного (породного) бар'єрного цілика між діючими виробками та водним об'єктом. Товщина цілика визначається розрахунковим шляхом з урахуванням гідростатичних натисків, що впливають на цілік, міцності та деформаційних властивостей порід (руд), їх тріщинуватості та фільтраційних характеристик. Недолік цього варіанта в тому, що в рудному бар'єрному цілику залишають значну кількість корисних копалин у вигляді втрат.
2. Ізоляція діючих виробок від можливих проривів води шляхом спорудження водонепроникних перемичок.
Другий варіант більш кращий, так як він більш економічний і дозволяє оперативніше управляти технологічними і водозахисними процесами.
Водонепроникні перемички бувають суцільні (глухі) та з герметичними дверима. І ті й інші конструктивно виконуються клинчастими та безврубовими.
Особливість клинчастих перемичок у тому, що вони своїми бічними (конічними) гранями спираються на масив гірських порід, що дозволяє працювати на стиск і на зріз. Клинчасті водонепроникні перемички бувають одно- та багатоступінчасті (рис. 9.11). Останні застосовують при великих гідростатичних тисках підземних вод або у разі коли довжина одноступінчастої клинчастої перемички більше 3 м.
Мал. 9.11. Одноступінчаста (а) та багатоступінчаста (б) клинчаста водонепроникна перемичка:1- дренажна труба; 2 - засувка
До переваг всіх варіантів клинчастих перемичок відносяться їх велика надійність і стійкість при дії гідростатичних тисків води і менша товщина в порівнянні з безврубовими. Недолік їхвисока трудомісткість споруди, особливо в умовах великих приток води, і складність споруди в експлуатується (наприклад, транспортному) виробленні. Крім того, клинчасті перемички доцільно споруджувати в міцних породах і середній фортеці.
Якщо породи, де належить спорудити водонепроникну перемичку, не допускають необхідних відслонень, при великих водопротоках і обмеження за часом спорудження, то вибирають безврубову конструкцію перемички (рис.9.12).
Мал. 9.12. Безврубова прямокутна водонепроникна перемичка.
Безврубові перемички по зовнішньому контуру стикаються з поверхнею гірничої виробки, тому вони чинять опір впливу тиску води за рахунок сил зчеплення бічної поверхні з поверхнею гірських порід.
Ця конструкція перемичок менш надійна у роботі, має меншу стійкість та опірність тиску підземних вод. Однак вона економічніша і дає можливість у короткі терміни ізолювати гірські виробки від затоплення, особливо при нестійких породах.
Залежно від очікуваного гідростатичного тиску і конструкції перемичок їх товщина може бути від 2-3 до 25 м.
Конкретні розміри водонепроникних перемичок необхідної міцності визначаються розрахунком. Серед запропонованого ряду методів розрахунку перемичок простотою та логічністю відрізняється метод Є.П. Калмикова [Калмиков Є.П. Боротьба з раптовими проривами води у гірничі виробки. - М.: Надра, 1973]. За цією методикою розрахунок клинчастих перемичок виробляють на статичну міцність на стиск та зріз, а також на допустиму водопроникність.
В основу розрахункової схеми покладено припущення, що під впливом гідростатичного тиску Рперемичка прагне зрушити вздовж осі виробітку. Цьому зрушенню перешкоджаютьсили реакції гірських порід Q при розпорі перемички на них. Якщо знехтувати своєю масою перемички, тоді товщина клинчастої перемички може бути визначена залежністю:
2 (π/2 + 1) tgα│m σсж [(π/2 + 1) a + 2b1] 2 ⌡
де а - ширина виробітку, м; b1 - висота виробітку від ґрунту до п'яти склепіння, м; Рг - інтенсивність гідростатичного навантаження, т/м 2; α - кут нахилу бічних граней перемички, градуси; σсж - межа міцності бетону на стиск, т/м 2; λ = 1,2 ÷ 1,3 - коефіцієнт перевантаження; m = 0,5 + 0,6 - коефіцієнт умов роботи.
Розрахунок безврубових перемичок виробляють на стійкість та водопроникність. Безврубова прямокутна водонепроникна перемичка знаходиться під впливом гідростатичного тиску води Р,яка прагне зрушити перемичку вздовж осі гірничої виробки. Цьому зсуву перешкоджають сили зчеплення Fперемички з навколишніми породами. Гранична рівновага перемички описується залежністю.
Σ Х = Р - F = 0. (9.22)
Гідростатичний тиск води Р може бути виражений:
де Sп - площа поперечного перерізу виробітку вчорно, м 2 .
На підставі залежностей (9.22) і (9.23) отримана формула для розрахунку товщини безврубової перемички:
де τс - зчеплення бетону з породами, т/м 2 (СІ вимірюється в кН/м 2 ); можна приймати с = (0,7 + 0,8) б; τб - зчеплення в бетоні, т/м 2 , П - периметр гірничої виробки.
Вважаючи, що просочування води через бетон відбувається за законом Дарсі, а також приймаючи, що практично перемичку можна вважати водонепроникною, якщо через неї просочується води не більше 0,5 м 3 /сут., Залежність для розрахунку водонепроникності будь-якої бетонної перемички представляється у вигляді:
де k-коефіцієнт водопроникності бетону (коефіцієнт фільтрації),який можна прийняти рівним k = 0,000015 + 0,000035 м/год); Але - тиск води, м / м 3; S - площа перерізу виробітку, м 2 .
Остаточна товщина перемички приймається найбільшою з отриманих (9.21) і (9.25) або (9.24) і (9.25).