Оценка горно-геологических условий возведения горных выработок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Московский государственный горный университет

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по гидрогеологии

на тему: «Оценка горно-геологических условий возведения горных выработок»

Выполнила: Таранец О.В.

Проверил: Зайцев В.С.

Москва - 2008



Содержание

Введение

1. Обработка карт

1.1 Обработка карты гидроизогипс

1.2 Обработка карты гидроизопьез

2. Оценка величины скоростной высоты

3. Расчет притоков воды в горную выработку

4. Расчет осадки горных пород

5. Предельная точность масштабов

6. Оценка параметров водно-физических свойств горных пород

7. Сводная инженерно-геологическая колонка

Заключение

Список литературы



Введение

Гидрогеология - рассматривает происхождение, размещение, движение подземных вод и процессы их взаимодействия с горными породами, изучает особенности физических свойств подземных вод, находящихся во взаимодействии с поверхностными водами земли. Основными задачами гидрогеологического обеспечения горных работ относятся:

Ш Установление общих закономерностей техногенного режима подземных вод при строительстве и эксплуатации горнодобывающих предприятий;

Ш Изучение фильтрационных процессов, определение фильтрационных параметров и оценка условий питания водоносных горизонтов, дренируемых в ходе горных работ или подлежащих охране;

Ш Прогноз водопритоков в горные выработки, обоснование направления дренажных мероприятий и определение параметров дренажных систем, контроль эффективности дренажных мероприятий;

Ш Изучение и прогноз механических процессов, развивающихся в обводненных массивах горных пород при ведении горных работ;

Ш Проведение специальных гидрогеологических исследований по прогнозу и контролю загрязнения и истощения подземных вод и обоснование мероприятий по охране водных ресурсов геологической среды.

Целью данной работы является определение и оценка условий возведение горных выработок на конкретно заданном участке шахтного поля, используя основные методы и законы гидрогеологии.

подземный вода горный выработка



1. Обработка карт

1.1 Обработка карты гидроизогипс

1)Определяем направление движения подземного потока, для того воспользуемся понятием о гидродинамической сетке. Под действием гидравлического градиента происходит перемещение (фильтрация) водного потока в зону разгрузки. Гидравлический градиент - это потеря напора на единицу длины пути фильтрации, и он равен

,

где Н₁₅ и Н₈- уровни водоносного горизонта, а l_15-8 - расстояние между уровнями водоносного горизонта, м:

i == 0,0004

2) Определяем приведенную скорость фильтрации, используя линейный закон фильтрации ( Анри Дарси) выраженный через скорость фильтрации

,

где к_ф- коэффициент фильтрации; к_ф=5 м/сут;

м/сут.

3)Действительная (фактическая) скорость фильтрации вод

,

где µ - эффективная пористость породы, численно равная величине водоотдачи, µ=0,02

м/сут

4) Определяем глубину вскрытия первого безнапорного водоносного горизонта, м:

_з.в

где _пов.- абсолютная отметка поверхности, м; h_з.в.- абсолютная отметка зеркала воды, м;

Скважина № 15 h_вск.= 187,0-176,0=11,0 м

Скважина № 9 h_вск.= 178,0-175,0=3.0 м

5) Определяем мощность первого безнапорного водоносного горизонта

H = h_з.в.- h_{кр. водоу}

где h_з.в - абсолютная отметка зеркала воды, м; h_{кр.водоуп.} - абсолютная отметка кровли водоупора, м

Скважина № 15 Н =176,0 - 152,0 = 24,0 м.

Скважина № 9 Н = 175,0 - 158,0 = 17,0 м.

1.2 Обработка карты гидроизопьез

1)Определяем гидравлический градиент:

,

где Н₁₅ и Н₁₀- уровни водоносного горизонта, м; l_15-10-расстояние между уровнями водоносного горизонта, м:

2)Определяем приведенную скорость фильтрации, используя линейный закон фильтрации (Анри Дарси) выраженный через скорость фильтрации, м/сут:

,

где н - приведенная скорость фильтрации, м/сут.; к_ф - коэффициент фильтрации к_ф=12 м/сут:

3) Определяем действительную скорость фильтрации, м/сут:

,

где эффективная пористость породы, численно равная величине водоотдачи,=0,01.

4)Определяем глубину вскрытия второго напорного водоносного пласта:

где h_пов-абсолютная отметка дневной поверхности, м; h_{поч. водоуп.} - отметка почвы водоупора, м. Скважина №15 h_вск = 187,0 - 173,0 = 14м.

5)Мощность НВГ равна мощности вмещающих его трещиноватых известняков перхуровского возраста и составляет 6,0 м.

6)Определяем установившийся (пьезометрический) уровень вскрытого напорного водоносного горизонта который численно равен разности отметок ПУНВГ и кровли напорного водоносного горизонта (почвы верхнего водоупора).

Н=h_пунвг - h_{почв.водоуп.}

где h_пунвг - абсолютная отметка ПУНВГ,м; h_{почв.водоуп} - абсолютная отметка почвы верхнего водоупора, м. Скважина №15 Н = 173,0 - 147,0=26,0 м. То есть при вскрытии НВГ выработкой его уровень повысится на 26,0 м.



2. Оценка величины скоростной высоты

Для оценки величины скоростной высоты используем данные полученные при обработке карт гидроизогипс и гидроизопьез, а так же следующую формулу для расчета:

,

где g=9.8; V-действительная скорость фильтрации , м/с²;

1.Определяем скоростную высоту для безнапорного водоносного горизонта, м;

=0,1м/сут.

h_н==0,6•10^-8м.

2.Определяем скоростную высоту для напорного водоносного горизонта, м: =0,7м/сут.

h_н==28•10^-8 м.

3. Определяем скоростную высоту для V=1000м/сут

Вывод: обычно при гидрогеологических расчетах данной величиной пренебрегают, ввиду малых значений скоростей высоты. Скоростная высота определяет дополнительный подъем воды в пьезометре, обусловленный движением жидкости. Произведя несколько расчетов данной величины для безнапорного водоносного горизонта, напорного водоносного горизонта и для V=1000 м/сут, можно убедиться, что данной скоростной высотой можно пренебречь, так как она становится более ощутимой только при значениях больше 1000м/сут.



3. Расчет притоков воды в горную выработку

Движение безнапорных вод к совершенной вертикальной дрене.

Данные для выполнения расчетов:

Выполнить расчет притоков при трех значениях понижений. S₁=0,3H; Q₂ ; S₂=0,6; Q₃; S₃=H. Н- статический напор. Н=25 м

k_ф=5 м/сут - коэффициент фильтрации;

r=1 м - радиус выработки;

R=1,5 - радиус влияния дрены, м,

- коэффициент уровнепроводности принимаем равным 10⁴ м²/сут, t- время для которого определяется радиус влияния. Допустим, что мы производим откачку воды из СКВ.№15 втичении 40 суток. Время, для которого определяется радиус влияния t=40 суток.

1)Определяем радиус влияния дрены:

R==1,5v10⁴•40 =949м.

2)Определяем величину, на которую понижается уровень воды в выработке:

S₁=0,3•25=7,5м; S₂=0,6•25=15м; S₃=H=25м;

3)Определяем величину притока для БВГ:

Q=

Q₁== 733,3м³/сут

Q₂== 1207,7м³/сут

Q₃==1437,8м³/сут

Расчет депрессионной кривой для БВГ.

Расчет осуществляется по формуле

y=;

где h-динамический напор у стенок выработки; R-радиус депрессионной воронки; r-радиус выработки; S-понижение уровня воды в выработке; х- произвольное значение изменяющееся от r до R.

Принимаем Н=25м; h=5м; S=20м.

x₁=R•0,2=949•0,2=189,8 м

x₂=R•0,4=949•0,4=379,6м

x₃=R•0,6=949•0,6=569,4 м

x₄=R•0,8=949•0,8=759,2 м

y₁= =м;

y₂==м;

y₃==м;

y₄== м;

Движение напорных вод к совершенной вертикальной дрене.

Данные для выполнения расчетов:

Выполнить расчет притоков при трех значениях понижений. S₁=0,3H; Q₂ ; S₂=0,6; Q₃; S₃=H. H- статический напор. Н=32,0м

k_ф=12 м/сут - коэффициент фильтрации;

m=6 м - мощность водоносного пласта

r=1 м - радиус выработки;

R=1,5 - радиус влияния дрены, м,

- коэффициент пьезопроводности равен 2,2•10⁵ м²/сут. Допустим, что мы производим откачку воды из СКВ.№15 втечении 40 суток. Время, для которого определяется радиус влияния t= 40 суток

1)Определяем радиус влияния дрены:

R==1,5=4450м.

2)Определяем величину понижения воды в выработке:

S₁=0,3•32,0=9,6м; S₂=0,6•32,0=19,2м; S₃=H=32,0м;

3)Определяем расход подземных вод к выработке через сечение S:

Q= ;

Q₁==м³/сут..

Q₂==м³/сут..

Q₃==м³/сут.

Расчет депрессионной кривой для НВГ

Расчет осуществляется по формуле

y=h+S•;

где h-динамический напор у стенок выработки; R-радиус депрессионной воронки; r-радиус выработки; S-понижение уровня воды в выработке; х- произвольное значение изменяющееся от r до R.

Принимаем Н=32,0м; h=10м; S=22м.

x₁=R•0,2=4450•0,2=890,0 м

x₂=R•0,4=4450•0,4=1780,0 м

x₃=R•0,6=4450•0,6=2670,0 м

x₄=R•0,8=4450•0,8=3560,0 м

y₁=10+22•= м;

y₂=10+22•=23,3 м;

y₃=10+22•=24,1 м;

y₄=10+22•=24,6 м;



4. Расчет осадки горных пород

Уплотнение пород возникает, если величина прилагаемой внешней нагрузки Р_внешн. больше величины структурных связей между частицами породы (сцепление) Р_с .

Расчет ведем по следующим формулам:

?Р_депр.=Р₁ - Р₂ =г_в•h_в;

;

где е₁=0,81%; е₂=0,67%; - пористость пород. h=5м; - мощность (толщина образца) пород. h_в=26,5м - высота столба воды.

?Р_депр.=1•26,5=26,5 т/м² =2,65кг/см² .

=0,053

=0,03



5. Оценка вероятности прорыва напорных вод в горную выработку

Для определения вероятности прорыва напорных вод в горную выработку, необходимо ввести величину - коэффициент бокового давления. Он показывает, какая доля вертикальной нагрузки передается в горизонтальном направлении. При расчете безопасной величины напора величину принимаем равной 0,4.

Н_без=

где h_гл- мощность глинистого пласта, h_гл=5м; г_гл - плотность глины, г_гл=2,5кг/см³; ? - коэф. бокового давления, ?=0,4; с - сцепление горных пород, с=2,08 кг/см²; ?? - угол внутреннего трения, ??=28°; l - ширина основания выработки, принимаем l=6м.

Н_без=.

Рис. 1. Фрагмент гидрогеологического разреза.

Полученную величину Н_без сравним с реально- действующим напором, величина которого равна 20,5м. Из расчетов видно, что величина реально действующего напора превышает величину безопасного напора. Вывод: возможен прорыв.



5. Предельная точность масштабов

Масштаб	Предельная точность масштаба, м
1:100	0,01
1:500	0,05
1:1000	0,1
1:5000	0,5
1:10000	1

Предельной точностью масштаба является натуральное расстояние равное 0,1 мм в масштабе плана (карты).



6. Оценка параметров водно-физических свойств горных пород

Образец сухой породы V_о=56 см³ и массой q_о=99,67 г после высушивания при температуре 105° С занимает объем V_с= 28,22 см³ и весит q_c = 75,62г. Определить плотностьг , плотность сухой породыг_с, плотность минеральных частиц ?, пористость n, коэффициент пористости е, весовую влажность W_в, объемную влажность W_о, и коэффициент водонасыщения G.

1) Определяем плотность горной порды

г=

2) Определяем плотность сухой породы, которая численно равна отношению массы q_c скелета к ее объему ?_о

г_с= г/см³

3) Определяем плотность минеральных частиц, которая численно равна отношению массы минеральных частиц(скелета) q_c к их объему V_с

Д=

4) Находим объем пор имеющихся в породе

V_n =V_o-V_c

V_n= 56-28,22=27,28 см³

5) Определяем величину пористости, который численно равен отношению объема V_n пор к объему породы V_о



n==

6) Определяем коэффициент пористости равный отношению объема пор V_пк объему минеральных частиц V_с

е==

7) Вычисляем массу воды используя ее плотность с_воды =1г/см³

q_в=(q_o -q_c)•1= 99,67-75,62=24,05г.

8) Находим весовую влажность равная отношению массы воды к массе сухой породы

W_в=

9) Вычисляем объем воды содержащейся в породе

V_в===24,05 см³

10) Определяем объемную влажность, которая численно равна отношению объема воды в породе V_в к объему породы V_о

W_о=



7. Сводная инженерно-геологическая колонка

СТРАТИГРАФИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Группа	Система	Отдел	Ярус	Индекс	Колонка	Мощность	Наименование породы
						6	известняк

Параметры состояния и свойств горных пород	Характеристики прочности
Естест. влажность W,%	Коэф., G, д.е.	Характеристика плотности, т/м3	Пористость; коэф. пористости, n, е, д.е.	Сцепл. С, кг/см2	Угол внутр. Трения, ??, град.
		Плотность, г т/м3	Плотность минеральных частиц ?,т/м3	Плотность сухой породы,гс, т/м3
32%	0,88	1,78 г/см3	2,68 г/см3	1,35 г/см3	49% 0,96 д.е.	2,08	28

Характеристики деформируемости	Параметры состояния и свойств горных пород
Сжимаемость, а, см2/кг	Коэф. бокового распора,о,д.е.	Фильтрационные характеристики
		Напор, Н, м	Коэф. фильтрации,Кф,м/сут	Водоотдача,м,%
	0,4	20,5	12	1



Заключение

В ходе выполнения работы были выполнены следующие работы: составление гидрогеологической документации (карта участка шахтного поля с гидроизогипсами, карта участка шахтного поля с гидроизопьезами, гидрогеологический разрез), обработка карт, расчет скоростной высоты, расчет притоков воды в горную выработку, расчет осадки пород, оценка вероятности прорыва напорных вод в горную выработку, а так же был произведен расчет водно-физических параметров горных пород. Полученные в результате анализа имеющихся данных гидрогеологической разведки и расчетов показатели, позволяют оценить характер и режимы фильтрации водоносных горизонтов и принять действенные меры по дренированию горных выработок.



Список используемой литературы

1. Геологический словарь. - М. : Недра, 1978, Т.1; Т.2.

2. Гальперин А. М., Зайцев В. С., Норватов Ю. А. Инженерная геология и гидрогеология. - М.:1989, 383с.

3. Условные обозначения для горной графической документации. - М.: Недра, 1981, 304с.

4. Гальперин А. М., Зайцев В. С., Кириченко Ю. В. Практикум по инженерной геологии. - М.: МГГУ, 2001, 101с

Размещено на Allbest.ru

...