|
Chłonność wodna górotworu karbońskiego i jej wpływ na przebieg zatapiania wyrobisk... |
|
|
|
|
Chłonność wodna górotworu karbońskiego i jej wpływ na przebieg zatapiania wyrobisk górniczych kopalń węgla kamiennego w GZW Autor: P. Bukowski
Chłonność wodna górotworu jako jeden z czynników decydujących o przebiegu zatapiania kopalń nic była dotychczas szczegółowo badana. Ocena chłonności wodnej górotworu ograniczała się jak dotąd do określenia jej wpływu na proces zatapiania kopalń przy zastosowaniu tylko jednej z jej składowych, jaką jest pojemność wodna górotworu. W wyniku prac wykonywanych w GIG w aspekcie zatapiania likwidowanych kopalń w latach 1994?1997 stwierdzono, że uzyskana na podstawie obliczeń i badań polowych wartość chłonności obejmuje pojemności wodne zdrenowanego górotworu objętego zasięgiem występowania wyrobisk górniczych oraz górotworu w zasięgu odwodnienia, lecz położonego poza zasięgiem wyrobisk górniczych (rys. 1). Jest ona ponadto wartością korygującą dla znanych sposobów obliczeń pojemności wodnej wyrobisk górniczych, szczelin poeksploatacyjnych (rys. 2) i górotworu (pojemności intergranularnej skał) dla podziemnych zbiorników wodnych (Rogoż 1978; Konstantynowicz i in. 1974; Bukowski 1999, 1999a). W niniejszej pracy zdefiniowano tzw. pojemność dodatkową i przedstawiono sposób jej wyznaczania (wzór 3), a tym samym wyznaczania chłonności wodnej górotworu i całkowitej pojemności wodnej podziemnych zbiorników (wzory 1?5). Dokonano podziału wód gromadzonych w tych zbiornikach na składowe pojemnościowe (tabl. 1). W oparciu o podstawy teoretyczne i badania własne autora określono warunki, jakim powinny odpowiadać podziemne zbiorniki obserwowane w kopalniach węgla kamiennego w GZW (rys. 3). Wyniki obserwacji zbiorników spełniających te warunki posłużyły do wyznaczenia parametrów określających chłonność wodną górotworu oraz dla charakterystyki składowych pojemnościowych (rys. 5). Określając warunki obserwacji zbiorników na potrzeby oceny chłonności przedstawiono również podstawy geometryczne obliczania pojemności wodnej górotworu i części szczelin poeksploatacyjnych, które mogą zostać wypełnione wodą (rys. 4). Omówiono wpływ chłonności wodnej górotworu na przebieg procesu zatapiania wyrobisk górniczych i ich naturalnego otoczenia. Posługując się wynikami obliczeń prognostycznych i wynikami obserwacji polowych, w nawiązaniu do złożoności warunków geologicznych i tektoniki, a szczególnie warunków hydrogeologicznych oraz warunków górniczych, zwłaszcza własności fizykomechanicznych skał otaczających zatapiane wyrobiska górnicze, dokonano oceny chłonności wodnej górotworu karbońskiego w GZW. Pomimo tzw. ?typowego" przebiegu procesu zatapiania zrobów, charakteryzującego się dłuższym od prognozowanego czasem zatapiania, stwierdzono wyraźne różnicowanie czynników decydujących o zachodzeniu tego procesu (rys. 6, 7). Określenie wszystkich składowych pojemnościowych umożliwiło uzyskanie pełnego obrazu struktury tworzonego zbiornika wodnego (rys. 5) i wpływu jego poszczególnych składowych, związanych z chłonnością wodną górotworu lub procesem eksploatacji, na przebieg zatapiania (rys. 8). Stwierdzono, że ogólny udział procentowy każdej z tych składowych w stosunku do określonej empirycznie pojemności rzeczywistej zbiornika odpowiada proporcjonalnie za czas i przebieg jego formowania się. Dla pojemności związanych z chłonnością wodną górotworu udział ten waha się od 35 do 75% (rys. 8). W znacznym uproszczeniu można stwierdzić, że stosunek chłonności wodnej górotworu do pojemności wyrobisk górniczych i szczelin poeksploatacyjnych w różnych rejonach GZW i w zróżnicowanych warunkach występowania zbiorników wodnych nie ulega poważniejszym zmianom, lecz w obrębie pojemności składowych chłonności wodnej górotworu zmienia się stosunek objętościowy wód intcrgranularnych do szczelinowych. W aspekcie szerokiego zastosowania w kopalniach, obok innych parametrów, autor proponuje wykorzystanie w obliczeniach tzw. ?wskaźnika chłonności wodnej górotworu". Wskaźnik ten koryguje całkowite pojemności podziemnych zbiorników wodnych powstałych w wyrobiskach górniczych o chłonność wodną górotworu w obrębie lokalnego dla zbiornika leja depresji. Jest on stosunkiem rzeczywistej pojemności zbiornika uzyskanej empirycznie (V) do łącznej pojemności wolnych przestrzeni obliczonej dla zrobów i wyrobisk korytarzowych (V sub z + V sub k ? oznaczony jako d sub ch (wzór 6), rzadziej z uwzględnieniem pojemności szczelin i spękań poeksploatacyjnych, wówczas oznaczony jako D sub ch. Wartości wskaźnika d sub ch określone dla zbadanych zbiorników wodnych zmieniają się w zakresie od 0,95 do 4,78 (rys. 9). Parametr ten, przy znajomości zasad jego wyznaczania, umożliwia korygowanie całkowitych pojemności zbiorników wód podziemnych w kopalniach i powinien pozwolić na obniżenie błędu prognozowania procesu zatapiania nawet o około 50%. Może znaleźć szerokie zastosowanie praktyczne nie tylko w prognozowaniu zatapiania, lecz także w prognozowaniu procesu odwadniania wyrobisk górniczych.
|
2011