- Tytuł:
-
The assessment of susceptibility on drainage in an aquifer on the basis of pumping tests in a lignite mine
Ocena podatności ośrodka wodonośnego na odwodnienie na podstawie próbnych pompowań w kopalni węgla brunatnego - Autorzy:
-
Polak, K.
Kaznowska-Opala, K.
Pawlecka, K.
Różkowski, K.
Klich, J. - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/219538.pdf
- Data publikacji:
- 2015
- Wydawca:
- Polska Akademia Nauk. Czytelnia Czasopism PAN
- Tematy:
-
odwadnianie
studnie wiercone
przepływ laminarny
przepływ turbulentny
oporność hydrauliczna
ośrodek wodonośny
struktura porowa
struktura szczelinowo-krasowa
drainage
bored wells
laminar flow
turbulent flow
hydraulic resistance
aquifer
pore structure
fractured-karst structure - Opis:
-
Drainage of the rock mass is a key component affecting the safety of mining operations and is associated with the removal of the overburden, dumping and excavation of useful minerals. The primary method of drainage in lignite coal mines are bored wells. The efficiency of drainage of rock mass depends on their accurate positioning and quality of workmanship. The paper presents the current state of knowledge concerning the distribution of the components of drawdown (1) in pumping well (Walton, 1955; Bruin & Hudson, 1961; Kruseman & de Ridder, 1991; Avci, 1992; Atkinson, 1994; Helweg, 1994; Kawecki, 1995; Singh, 2002; Dufresne, 2011) and their dependence on the hydrogeological parameters of the drained aquifer (Fig. 2). The results of pumping tests conducted in drainage wells operating in lignite mines are also presented. The subject of analysis was the geohydraulic resistance coefficient B, describing the resistance of the aquifer under laminar flow. This coefficient also takes the hydrogeological parameters into account which determines the dynamics and range of influence of drainage (12, 13). The value of the parameter and its spatial variability can be used for planning, designing and evaluating the effectiveness of wells drainage In view of the results of the pumping tests, classification of aquifer susceptibility to drainage was proposed, which can be used to support decision-making in the scope of expansion of the drainage system, the necessary timing and dynamics of pumping water. The classification is preliminary and is the starting point for the development of methods to rationalize functioning costs of the drainage systems.
Zadaniem studni odwadniających jest obniżenie zwierciadła wody podziemnej możliwie w jak najkrótszym czasie. W zależności od przeznaczenia studni oraz wymagań technicznych ich czas „życia” jest zróżnicowany. Studnie zlokalizowane w obrębie wyrobiska, tj. studnie nadkładowe i podłożowe (pomocnicze), mają z założenia względnie krótki czas pracy, gdyż są likwidowane wraz z postępem robót górniczych odkrywkowych. Studnie w barierach zewnętrznych oraz wewnętrznych utrzymywane są niekiedy przez kilkadziesiąt lat. Z upływem czasu w pompowanych otworach obserwuje się przyrost depresji roboczego zwierciadła wody oraz spadek wydajności. Mniejsza wydajność studni spowodowana jest zmniejszoną wydajnością warstwy wodonośnej wskutek słabnącej przewodności hydraulicznej, co wynika z obniżenia zwierciadła wody, a także w wyniku zmian w dopływie wody spowodowanych procesami starzenia otworów studziennych. Za niekorzystne zmiany parametrów eksploatacyjnych studni odpowiedzialne są m.in. procesy fizyczne i chemiczne zachodzące w bezpośrednim sąsiedztwie studni np. procesy korozji, powstawania powłok zabezpieczeniowych oraz powłok śluzowych, ochry, wytrącania się osadów związków chemicznych oraz kolmatacji. Kolmatacja jest zjawiskiem złożonym, wywołanym przez procesy mechaniczne, fizyczne, chemiczne i biologiczne, który towarzyszy przepływowi przez ośrodki porowe i szczelinowe. Straty ciśnienia wynikające z przepływu wody w warstwie wodonośnej, czyli kształtowane przez własności hydrogeologiczne warstwy wodonośnej są określane mianem depresji rzeczywistej, która uwidacznia się pomiędzy poziomem piezometrycznym i depresją w strefie przyotworowej. Straty te oznaczane są jako BQ, gdzie: B oznacza oporność hydrauliczną ośrodka wodonośnego przy przepływie laminarnym. Z kolei straty ciśnienia wywołane przepływem wody przez filtr turbulencją przepływu wody w strefie otworowej i przyotworowej określane są mianem zeskoku hydraulicznego CQn, gdzie C oznacza oporność hydrauliczną strefy przyotworowej, natomiast n – wykładnik potęgowy charakteryzujący rodzaj przepływu. Określenie własności filtracyjnych warstwy wodonośnej wyrażanych przez przewodność hydrauliczną T oraz współczynnik zasobności sprężystej S, pozwala na wyznaczenie najbardziej korzystnych warunków eksploatacji studni. Wspomniane parametry hydrogeologiczne są składowymi równania opisującego hydrauliczną oporność ośrodka wodonośnego (12). Uogólniając, parametr B, może być kryterium wykorzystanym przy planowaniu i projektowaniu systemu odwodnienia studziennego, a także bieżącej oceny skuteczności współpracy systemu. Na rysunku 3. przedstawiono ideowo metodykę oznaczania tego parametru, za pomocą testu próbnego pompowania. Dotychczas interpretacja wyników próbnych pompowań koncentrowała się na ocenie technicznych warunków pracy otworów studziennych. W tym celu wykorzystywano współczynnik C występujący we wzorze Jacoba, który stanowił kryterium odbioru studni od wykonawcy. Zdaniem autorów niniejszej pracy wyniki próbnych pompowań należy interpretować w szerszym ujęciu, zwracając uwagę na parametr B, opisujący oporność hydrauliczną przy przepływie laminarnym wody w ośrodku wodonośnym. Analiza rozkładu przestrzennego zmian tego parametru pozwala na racjonalizację systemu odwodnienia studziennego w tym ocenę niezbędnych wyprzedzeń w zakresie wykonawstwa studni. W praktyce, ocenę geohydraulicznych warunków prowadzonego odwodnienia przeprowadzono przy wykorzystaniu zmodyfikowanej metody próbnych pompowań wielostopniowych opracowanych przez Klicha (1997). W pracy niniejszej przedstawiono wyniki próbnych pompowań w 27 studniach pracujących w kopalni odkrywkowej węgla brunatnego. Na rysunkach 5-9 przedstawiono wyniki oceny parametru B dla podstawowych kompleksów wodonośnych, dla których wykonano próbne pompowania badawcze. Podział wykresów wynika z przeznaczenia studni, co odpowiada podziałowi przedstawionemu na rysunku 4. Uzyskane wyniki pozwalają na sformułowanie wstępnych uogólnień. W tabeli 1. zaproponowano wstępną klasyfikację podatności ośrodka wodonośnego na prowadzone odwodnienie. Klasyfikacja może być wykorzystana do celów planowania, projektowania oraz bieżącej oceny skuteczności odwadniania studziennego. Wyniki oceny parametru B wskazują na zmienne warunki hydrogeologiczne w badanych kompleksach wodonośnych. W utworach wodonośnych o strukturze porowej oporność hydrauliczna B wykazuje stosunkowo małą zmienność (Rys. 7 i 8). Natomiast dużą zmienność własności wykazują utwory szczelinowo-krasowego kompleksu mezozoicznego. Odwodnienie prowadzone przez system studzienny może zatem charakteryzować się zmienną efektywnością w poszczególnych rejonach kopalni odkrywkowej (Rys. 5 i 6). - Źródło:
-
Archives of Mining Sciences; 2015, 60, 1; 107-121
0860-7001 - Pojawia się w:
- Archives of Mining Sciences
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł