Методические указания к выполнению главы гидрогеологической работы для ДП

Министерство образования и науки

Республики Казахстан

Геологоразведочный колледж

Методические указания к выполнению главы гидрогеологической работы для ДП по специальности

0701000 - «Геологическая съемка, поиск

и разведка МПИ»

г. Семей 2017г

Рассмотрено на заседании гидрогеологической

ПЦК приказ № 7 от 7.03.17г.

Председатель: _______________________Кимкина В.М.

Составил преподаватель

спец. дисциплин: Кимкина В.М.

ВВЕДЕНИЕ

Задачей дипломного проектирования является подведение итогов теоретических и практических знаний, полученных учащимися, как в колледже, так и на производстве и проверка реализации этих знаний при решении конкретной задачи - составлении проекта на проведение геологоразведочных работ

Задача, поставленная перед дипломником, находится в тесной связи с требова­ниями, предъявляемыми к технику на производстве.

Изучение гидрогеологических условий месторождения проводится последова­тельно, в соответствии с общим планом геологоразведочных работ.

Объем и характер гидрогеологических работ и наблюдений при разведке месторождений полезных ископаемых зависят от стадии разведки. Каждой стадии (этапу) разведки - поисковой, предварительной и детальной - должен соответствовать свой комплекс гидрогеологических работ и наблюдений. Объем и характер гидрогеологи­ческих работ могут существенно изменяться также в зависимости от сложности геологического строения и гидрогеологических условий района изысканий.

Гидрогеологическими исследованиями должны быть изучены основные водные горизонты, которые могут участвовать в обводнении месторождения, выявлены наи­более обводненные участки и зоны и решены вопросы использования или сброса руд­ничных вод.

По каждому водному горизонту следует установить его мощность, литологический состав, типы коллекторов, условия питания, взаимосвязь с другими водными горизонтами поверхностными водами, положение уровня подземных вод и другие параметры; определять возможные водопритоки в горные выработки и разработать рекомендации по защите их от подземных вод. Необходимо изучить химический со­став и бактериальное состояние вод, участвующих в обводнении месторождения, их агрессивность по отношению к бетону, металлам, полимерам.

Следует дать рекомендации по проведению в последующем необходимых специ­альных изыскательских работ, оценить влияние сброса рудничных вод на окружаю­щую среду [1 стр. 28; 2 стр. 26; 3 стр. 24].

Должна быть дана оценка возможных источников хозяйственно-питьевого и тех­нического водоснабжения, обеспечивающих потребность будущих предприятий по добыче ПИ и переработке минерального сырья

Материалы подсчета запасов твердых ПИ должны содержать данные о содержа­нии в подземных водах, участвующих в обводнении месторождения, полезных и вред­ных примесей, оценку возможности использования этих вод для водоснабжения из них ценных компонентов и возможного влияния их дренажа на действующие в районе месторождения водозаборы, а также рекомендации по проведению в последующих необходимых специальных изыскательских работ [1 стр. 28: 2 стр. 26; 3 стр. 24].

Запасы категории А.

Гидрогеологические условия должны быть изучены с детальностью, обеспечи­вающей получение исходных данных, необходимых для составления проекта разра­ботки месторождения [1 стр. 28; 2 стр. 26; 3 стр. 24].

Запасы категории В.

Гидрогеологические условия должны быть изучены с полнотой, позволяющей качественно и количественно охарактеризовать их основные показатели и влияние на вскрытие и разработку месторождения[1 стр. 28; 2 стр. 26; 3 стр.24].

Запасы категории С₁.

Гидрогеологические условия должны быть изучены с полнотой, позволяющей предварительно охарактеризовать их основные показатели [1 стр. 28; 2 стр. 26; 3 стр.24].

Запасы категории С₂.

Гидрогеологические условия должны быть оценены по имеющимся для других участком месторождения данными, наблюдениям в разведочных выработках и по ана­логии с известными в районе месторождениями [1 стр. 28; 2 стр. 26; 3 стр. 24].

В стадии поисков твердых полезных ископаемых, как и на последующих эта­пах разведки, предварительное представление о гидрогеологических условиях место­рождения можно получить путем изучения фондовых и опубликованных материалов по геологии, тектонике, геоморфологии, гидрогеологии, гидрографии и климатологии района, а также геологических и гидрогеологических карт. Если в районе имеются разрабатываемые или уже выработанные месторождения, следует собрать данные о притоках воды в горные выработки этих месторождений. Необходимо связаться с ближайшей к месторождению метеорологической станцией в целях получения исчер­пывающих сведений о климатологии района и гидрогеологии рек, тяготеющих к ме­сторождению.

В начальной стадии изучения месторождения гидрогеологические исследования заключаются в производстве маршрутных или площадных съемок, обследовании дей­ствующих колодцев и скважин и сборе данных по обводненности горных выработок на близлежащих месторождениях; при этом производится опрос местных работников и замеряется расход воды по отдельным шахтам или водоотливным установкам.

На стадии поисков проводится подсчет запасов по категории Р₃, Р₂, С₂.

Из гидрогеологических работ необходимо пройти 2-3 одиночные скважины, вскрыть и опробовать все встречающиеся водные горизонты, провести пробные от­качки из имеющихся колодцев и скважин, отобрать пробы воды на СХА.

При следующей за поисками предварительной разведке следует установить сте­пень обводненности месторождения и определить необходимость и характер даль­нейших гидрогеологических исследований. На этой стадии гидрогеологические ис­следования ставятся более широко. По одиночным гидрогеологическим скважинам устанавливается количество водоносных горизонтов, глубина их залегания, мощность и напоры. Наиболее полно освещается основной горизонт, обводняющий полезное ископаемое. Устанавливаегся гидравлическая связь основного водоносного горизонта с ниже- и вышележащими водоносными горизонтами, изучается взаимоотношение вод основного водоносного горизонта с водами поверхностных водотоков и водоемов.

Одиночные гидрогеологические скважины задаются на наиболее ответственных в отношении обводненности участках месторождения, причем они должны буриться одновременно с разведочными; гидрогеологические работы также должны проводить­ся параллельно с разведочными или. в крайнем случае, с небольшим смещением календарных сроков по отношению к разведке.

Количество задаваемых одиночных гидрогеологических скважин зависит глав­ным образом от сложности геологического строения и от площади месторождения. Для стадии предварительной разведки иногда можно ограничиться заложением на разведываемой площади (крыле, участке) месторождения двух - трех гидрогеологи­ческих скважин.

Материалы гидрогеологических исследований, проведенных при предваритель­ной разведке, должны послужить основой для общей характеристики обводненно­сти месторождения и предварительного районирования его по гидрогеологиче­ским признакам.

На стадии предварительной разведки запасы оцениваются по категории С1.

Из гидрогеологических работ проводят: бурение одиночных гидрогеологических скважин с проведением из них опытно одиночных откачек (№1 откачка на 1км2) из каждого встреченного водного горизонта.

Из водного горизонта обводняющего ПИ проводят опытно одиночную откачку для определения основных гидрогеологических параметров, химического состава во­ды (ПХА, коррозийные свойства) и предварительного расчета обводненности ПИ.

Гидрогеологические исследования, сопутствующие детальной разведке, должны возможно полнее осветить условия обводнения месторождения. На этой стадии рабо­ты составляются детальные гидрогеологические карты в масштабе 1:5000 и 1:10000.

На детальных картах, пользуясь данными разведки, выделяют участки, затруд­няющие или облегчающие инфильтрацию атмосферных и поверхностных вод: показывают участки с залеганием на поверхности мощных глинистых водонепрони­цаемых образований, оконтуривают участки, где под незначительным слоем покров­ных отложений залегают хорошо проницаемые для воды породы (пески, известняки и т.п.), являющиеся хорошими проводниками поверхностных вод в горные выработки.

Если имеется план горных работ с указанием отметок подошвы и кровли вырабо­ток, то по материалам разведки на карте показывают состав и мощность водонепрони­цаемого слоя кровли и выделяют так называемые «окна», т.е. участки, где отсутствует или имеет незначительную мощность (менее 1,5-2м) водоупорный слой. Такую карту желательно иметь и для толщ породы, залегающей в подошве горных выработок.

В стадии детальной разведки на участках первоочередной отработки ставятся специальные гидрогеологические работы. Основанием для проектирования специ­альных работ служат материалы предварительных гидрогеологических исследований, выполнявшихся в процессе поисковой и предварительной разведок. В результате этих работ выявляются условия проходки шахтных стволов, и обводнения отдельных шахт­ных полей месторождения.

Поскольку при детальной разведке должны быть получены исходные данные для расчета притоков и проектирования осушительных мероприятий, откачки проводятся не только из одиночных скважин, но и из опытных кустов. Особое внимание уделяется изучению источников питания подземных вод.

В стадии детальной разведки уточняются возможные притоки по каждому водо­носному горизонту, как по отдельным шахтным полям, так и по шахте в целом. Опре­деляются притоки подземных вод в подготовительные и эксплуатационные горные выработки, устанавливается соотношение динамических и статических запасов под­земных вод. Если разведка проводится в районе существующих рудников, расчетные притоки подземных вод корректируется по данным наблюдений за водоотливами из рудников, находящихся в аналогичных условиях.

Гидрогеологические условия наряду с геологическим строением, геоморфо­логическими, литологическими и тектоническими условиями участка являются основой для выбора места заложения шахтных стволов, последовательности от­работки шахтных полей, схемы защитных мероприятий.

При гидрогеологическом изучении месторождений следует широко использовать материалы разведки, в частности - геологическую документацию скважин и горных выработок. Литологическая характеристика пород, условия их залегания и распро­странения изучаются в целях суждения о водообильности и выдержанности отдельных водоносных горизонтов, а также для установления инженерно-геологических свойств отдельных разностей пород. С особой тщательностью изучаются водно-физические и инженерно-геологические свойства горных пород, залегающих в кровле и подошве полезных ископаемых.

Некоторое представление о физико-технических свойствах пород, можно полу­чить, пользуясь данными разведки. О плотности, устойчивости и степени трещиноватости можно, например, судить по скорости проходки той или иной литологической разности, по способу посадки и излечения труб и проценту выхода керна при колон­ковом бурении.

Изучение химического состава подземных вод различных горизонтов иногда дает возможность установить наличие гидравлической связи отдельных водоносных гори­зонтов между собой и взаимосвязи подземных вод с поверхностными. Впоследствии, при эксплуатации месторождения, по химическому составу воды можно судить о принадлежности к тому или иному водоносному горизонту вод, внезапно про­рвавшихся в горные выработки или поступающих из дренажных устройств.

На стадии детальной разведки подсчет запасов ведется по категории В.

Из гидрогеологических работ проводят: бурение разведочных и наблюдаемых скважин с проведением из них опытно одиночных и опытно кустовых откачек (1-2 куста по 4 наблюдательные скважины и 1-3 одиночные скважины исходя из сложно­сти геологической установки), с целью определения гидрогеологических параметров водяного горизонта обводняющего ПИ, а также отбора проб воды на СХА, ПХА, бак. анализ, коррозионные свойства, оценки источников формирования п. в, расчета естест­венных запасов и ресурсов п.в., расчета водопритоков в горные выработки.

В результате гидрогеологических исследований, выполненных в стадии деталь­ной разведки, должны быть получены материалы, достаточные для утверждения ГКЗ запасов полезного ископаемого по промышленным категориям и составления техни­ческого проекта осушения месторождения [5 стр. 304].

Продолжительность опытно-фильтрационных работ

[4 стр. 101].

Требования к гидрогеологическим исследованиям при разведке металлических полезных ископаемых

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО ПО РАСЧЕТУ ЭРЛИФТА.

ВВЕДЕНИЕ.

Преимущество эрлифта (воздушного водоподъемника) перед другими глубинными насосами заключается в том, что он не имеет рабочих частей в скважине, а потому надежен в действии. Бесперебойность водоснабжения обеспечивается запасным компрессором с электромотором. Эрлифт незаменим в тех случаях, когда при сравнительно небольшом диаметре скважины требуется получить значительное количество воды. В этом отношении эрлифт стоит на первом месте среди всех глубинных насосов. Он пригоден для откачки воды с песком. Недостатком эрлифта является низкий коэффициент полезного действия и необходимость высокого столба воды в скважине. Путем тщательного подбора диаметра труб и глубин их погружения удается повысить коэффициент полезного действия эрлифта до 0,3. Но это связано с часто продолжительными опытами по определению наивыгоднейшего коэффициента погружения труб эрлифта и их диаметра.

РАСПОЛОЖЕНИЕ ТРУБ ЭРЛИФТА

Применяется три системы расположения труб эрлифта – параллельная (рядом) и две концентрические (рис. 1). Когда диаметр скважины позволяет, рекомендуется применять параллельную систему.

С помощью эрлифта воду поднимают только до поверхности земли – свободного резервуара. Эрлифт не рекомендуется применять для откачки воды с повышенным содержанием неустойчивых растворенных солей, так как при насыщении воды воздухом выпадающие из нее соли, откладываются на трубах эрлифта, тем самым, уменьшая их сечение.

а) б) в)

Рис. 1 Схема расположения труб эрлифта.

а) параллельная

б) центральная

в) центральная с боковым подводом воздуха

ТИПЫ СКВАЖИН ДЛЯ ЭРЛИФТА

Для установки эрлифта используются скважины трех типов (рис. 2). Первый тип – нижний конец водоподъемных труб в которых располагается выше водоносного пласта; второй тип – нижний конец водоподъемных труб в которых спущен на уровень водоносного пласта; третий тип – нижний конец водоподъемных труб в которых опущен ниже водоносного пласта.

а) б) в)

Рис. 2. Схемы установок эрлифтов.

а) башмак водоподъемной трубы выше водоприемной части скважины.

б) башмак водоподъемной трубы в водоприемной части скважины.

в) башмак водоподъемной трубы ниже водоприемной части скважины.

1 - обсадная труба.

2 - водоподъемная труба.

3 - воздухопроводная труба.

4 - смеситель.

5 – башмак водоподъемной трубы.

6 - водоносный пласт.

При оборудовании скважин по первому типу диаметр должен обеспечивать свободный пропуск в нее соответствующих деталей (башмак эрлифта при параллельном расположении труб и муфт водоподъемных труб при их центральном расположении) и достаточный зазор между трубами эрлифта и обсадными трубами для замеров уровня воды.

При оборудовании скважин по второму и третьему типам минимальный диаметр их дополнительно должен удовлетворять условию свободного прохода воды к водоподъемной трубе при скорости ее движения 1-2 м/с.

Полная установка эрлифта состоит в основном из: воздушного компрессора с двигателем и воздухосборником; воздухопровода от компрессора в скважине; водоподъемных труб со смесителем и приемного бочка.

Таблица №1 СХЕМА РАСЧЕТА ЭРЛИФТА

^*сумма потерь давления в воздушной линии от компрессора до скважины в зависимости от диаметра труб и их протяженности.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ К РАСЧЕТУ ЭРЛИФТА

Глубина погружения форсунки под динамический уровень от уровня излива подбирается таким образом, чтобы она в 2,0-2,5 раза больше глубины динамического уровня от уровня излива. Это отношение определяет коэффициент погружения К. Наименьший коэффициент погружения(0,4) и наибольший (3,0) применяются только для кратковременной работы эрлифта. Оптимальным коэффициентом погружения К для эксплуатационных установок считается 2,0-2,5; более точно он определяется опытным путем.

Таблица №2 ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ СМЕСИ ОТ ДИНАМИЧЕСКОГО УРОВНЯ ВОДЫ.

Таблица №3 ЗАВИСИМОСТЬ УДЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ КОМПРЕССОРА N₀ ОТ ВЕЛИЧИНЫ РАБОЧЕГО ДАВЛЕНИЯ р_к.

Таблица №4 ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГРУЖЕНИЯ К ОТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЭРЛИФТА.

Таблица №5 ЗАВИСИМОСТЬ ОПЫТНГО КОЭФФИЦИНТА С ОТ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГРУЖЕНИЯ К.

Таблица №6 ПОПРАВОЧНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ К УДЕЛЬНОМУ РАСХОДУ ВОЗДУХА ДЛЯ ЭРЛИФТА ПРИ РАСПОЛОЖЕНИИ ТРУБ «ВНУТРИ».

ПРИМЕР РАСЧЕТА ЭРЛИФТА

Рис. 3. Схема к расчету эрлифта.

1 – обсадная труба;

2 – водоподъемная труба;

3 – воздуховодная труба;

4 – смеситель;

5 – уровень излива (а).

Исходные данные:

а) глубина скважины L равная, 125 м.

б) высота уровня излива над поверхностью земли а, равная 3 м.

в) глубина статического уровня воды от уровня излива h₀, равная 30 м.

г) глубина динамического уровня воды от уровня излива h, равная 60 м.

д) расчетный дебит скважины Q, равный 50 м³/час, или 0,014 м³/с.

е) диаметр эксплуатационной колонны обсадных труб D, равный 250 мм.

ж) сумма потерь давления в воздушной линии от компрессора до скважины ∑^*p, принимают равной 0,5 ат.

1.По формуле H=Кh определяется глубина погружения форсунки от уровня излива. Коэффициент погружения К подбирается исходя из данных таблицы №4, в зависимости от гидравлического коэффициента эрлифта. Предположим, что он равен 0,5, следовательно, коэффициент К будет равен 2,0 . Тогда, глубина погружения форсунки равна: Н=2*60=120 (м) от уровня излива.

2.Удельный расход засасываемого компрессором воздуха определяется по формуле: . При подстановке числовых значений был получен следующий результат: м^3.. то есть на 1 м³ поднятой воды приходиться 6,2 м³ воздуха, засасываемого компрессором.

3.Полный расход воздуха:

=

4.Пусковое давление воздуха: p₀=0.1*(K*h-h₀+2)= 0.1*(2*60-30+2)=9.2 ат.

5.Рабочее давление воздуха: p=0.1*[h(K-1)+5]=0,1*[60*(2,0-1)+5]=6,5 ат.

6.Расход смеси (вода-воздух) непосредственно выше форсунки:

= м³/сут

7.Расход смеси на изливе:

= м³/сут

8. Потребная площадь сечения водоподъемной трубы непосредственно выше форсунки . При принятии по данным таблицы №2 среднего значения =3,2 м/сек при h= 60м. Тогда =0,009 м²

9. Потребная площадь сечения водоподъемной трубы при изливе . При принятии по данным таблицы №2 среднее значение 9,1 м/сек, тогда =0,011 м².

10. Внутренний диаметр водоподъемной трубы при параллельном расположении труб:

, что по расчетам составит 100 мм.

11. Внутренний диаметр труб при центральном расположении труб:

, что по расчетам составит 120 мм.

12. Производительность компрессора: W_k=1.2*W=5,2*1,2=6.24

13. Рабочее давление компрессора p_k=p+∑^*p=6,5+0,5=7

14. Расчетная мощность на валу компрессора N_k=N₀*W_k*pk=0,933*6,24*7,0=41,4квт

15. Фактическая мощность на валу компрессора

N_e=1.25*N_k=1,25*41,4=51,75

Далее, согласно получившимся значениям W_k и p_k ,выбираем компрессор марки ЗИФ ВКС-6 [ стр350, «Справочник гидрогеолога»М.Е. Альтовский, Москва 1962 год.]

Используемая литература

1. Инструкция по применению классификации запасов к месторождениям свинцо­вых и цинковых руд, М-1983г, ГКЗ СССР.

2. Инструкция по применению классификации запасов к золоторудным месторож­дениям, М-1983г., ГКЗ СССР.

3. Инструкция по применению классификации запасов к месторождениям железных руд, М-1983г, ГКЗ СССР.

4. «Методика гидрогеологических исследований» П.П. Климентов, М-1961г.

5. «Гидрогеология месторождений полезных ископаемых» Г.Н. Каменский, П.П. Климентов. A.M. Овчинников, М-1953г.