РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГИОНАЛЬНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ПРИ ЗАТОПЛЕНИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ЦЕНТРАЛЬНОГО РАЙОНА ДОНБАССА (ЦРД)
Изучение природных и техногенных особенностей подземной гидросферы ЦРД проводилось с целью обоснования технически безопасного и экологически приемлемого гидродинамического режима подземных вод в условиях закрытия и затопления шахт. К тому же, выполненный анализ принимаемых технических решений (см.п.1.1.) показал, что его технологическое обеспечение должно быть не только надежным, но экономически целесообразным, требующим минимальных капитальных вложений.
Исходя из цели, поставленной в настоящем исследовании, была определена необходимость выполнения следующих этапов:
* анализа природной фильтрационной схемы и техногенно-нарушенных условий Центрального района Донбасса;
* количественной оценки динамики восстановления уровней подземных вод при затоплении шахт ЦРД в военный период;
* разработки региональной гидродинамической модели для прогнозной оценки процесса затопления.
2.1 Анализ природных и техногенных особенностей ЦРД
2.1.1 Горно-геологические и гидрогеологические условия ЦРД
Центральный углепромышленный район Донбасса расположен на главном водоразделе Донецкого кряжа с бассейнами р. Днепра, Сев. Донца и Азовского моря. Рельеф его представляет возвышенное плато (с преобладающими абс. отметками +150 ? +250 м и максимальными +310 м), изрезанное долинами малых рек, балок и оврагов. Все угольные шахты района расположены в замковой части и на крыльях Главной антиклинали, где угольные пласты характеризуются крутым (до 80о) залеганием (рис.2.1).
Рис.2.1 Схема раскройки шахтных полей Центрального района Донбасса: 1 - технические границы производственных объединений; 2 - границы шахтных полей и резервных блоков; 3 - тектонические нарушения.
Центральный углепромышленный район Донбасса характеризуется высокой степенью освоения запасов. Вся площадь региона, за исключением крайней восточной части, раскроена шахтными полями. Большинство из них заложено еще в 19 - начале 20 столетия. В настоящее время отработка угольных пластов ведется на глубинах - от 420 (ш. "Ольховатская") до 1160 м (ш. "Северная") - на северном крыле, и от 360 м (шх. "Южная") до 1100 м (шх.им. Артема) - на южном крыле.
В районе насчитывается 34 шахты, 26 из которых - действующие, 8 - закрытых. Три из законсервированых шахт имеют обособленный водоотлив ("Красный Октябрь", "Кочегарка", 2-бис ртутная), а 5 (№10, №12, №4-4 "Красный Октябрь", №19-20, "Новая Валюга") - вошли как участки в более крупные шахты.
Суммарный водоприток, откачиваемый из шахт района и сбрасываемый в гидрографическую сеть, составляет 8962 м3/час, колеблясь по отдельным шахтам от 72 м3/час (шх. №3 ш/у "Александровское") до 890 м3/час (шх. "Красный Октябрь").
Углепромышленная площадь района преимущественно открытая, мощность покровных отложений шахтных полей северного крыла составляет 0-20м, южного крыла - 0-15 м. Открытость площади способствует прямой инфильтрации и даже инфлюации дождевых и талых вод в выработки шахт. Притоки воды в шахты, особенно на верхних горизонтах (до 500-600 м) заметно увеличиваются в период весеннего снеготаяния и дождей. Коэффициент сезонных колебаний водопритоков в шахты района составляет 1,5-2,0.
Район характеризуется наличием большого количества синклиналей, мульд, впадин разнообразных размеров и форм, разделенных крупными и мелкими нарушениями различных видов. Надвиги имеют значительную протяженность и нередко развиты на нескольких шахтных полях (Горловский надвиг - шахты "Кочегарка", им. Гаевого; Софиевский надвиг - шахты им. К. Маркса, "Красный Профинтерн"; Октябрьский Западный надвиг - шахты "Красный Октябрь", "Красный Профинтерн"; Калининский надвиг - шахты им. Калинина, "Александр-Запад", "Кондратьевка" и др.). Анализ многочисленных данных о пересечении зон тектонических нарушений горными выработками шахт Центрального района показал, что надвиги в своем большинстве безводны. Из анализируемых 518 случаев пересечения зон надвигов в 412 случаях приток воды отсутствовал, а в 106 - зафиксированы водопроявления в виде капежей и водопритоков преимущественно 1-2 м3/ч.
Шахтами района одновременно отрабатывается от 6 до 25 угольных пластов (всего в свитах С23 - С27 насчитывается 38 рабочих пластов), при этом в зону дренирования вовлекается большое количество водоносных горизонтов. Суммарная мощность отрабатываемых угольных пластов в отдельных точках шахтных полей изменяется от 1-2 м до 5-6 м, достигая 8- 10 м (шахта "Кочегарка"). Расстояние между отдельными отрабатываемыми пластами в районе колеблется от 8 до 140 м, преимущественно 25-50 м. Глубина начала отработки угольных пластов 50-85 м, по некоторым пластам - с поверхности. Шахты вскрываются преимущественно вертикальными стволами с системой этажных квершлагов. В крайней восточной части района шахты (№3 "Александровская", "Ольховатская", "Полтавская", "Енакиевская") вскрыты наклонными стволами с системой этажных квершлагов. Система отработки угольных пластов сплошная, прямым или обратным ходом. Отработка угольных пластов на одном горизонте длится 10-15 лет, редко несколько дольше. За этот период очистные работы достигают технических границ шахты, и в зону дренирования вовлекаются все водоносные горизонты, расположенные между верхним и нижним разрабатываемыми пластами.
В литологическом разрезе района превалируют песчаники (35-55%). Крутое залегание пород (до 80о) создает незначительные площади выходов на дневную поверхность водоносных песчаников. В пределах технических границ шахт прослеживается от 59 до 70 пластов относительно выдержанных песчаников и известняков, мощность которых достигает соответственно 80-90 и 3-5 м.
Обобщенные показатели фильтрационных свойств песчаников, полученных в результате работ выполненых ПО "Укруглегеология" и ГГП "Донбассгеология", представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Харак