Ložisková hydrogeologie III. Hydrogeologické práce při průzkumu ložisek nerostných surovin Hydrogeologický průzkum ložisek tuhých nerostných surovin Nároky na hydrogeologický průzkum závisejí na pozici ložiska vůči erozní bázi: 1. Nad erozní bází – jednoduché HG poměry 2. Mělce pod erozní bází – středně složité HG poměry 3. Hluboce uložená ložiska – zpravidla složité HG poměry Etapy hydrogeologického průzkumu ➢ Etapa projektování ložiskového průzkumu • Veškerá dostupná HG data pro ložisko a široké okolí, pozice v HG struktuře, data z ČHMÚ, ochranná pásma • Tvorba podkladů – geologická mapa doplněná HG údaji a návrhy HG pozorovacích objektů ➢ Etapa vyhledávacího ložiskového průzkumu Poznání hlavních znaků přírodního režimu podzemních vod v neovlivněném stavu (využití pozorovací sítě ČHMÚ, nebo vybudování vlastních pozorovacích objektů) Cílem je zjistit: • počet a charakter zvodní • jejich hydrogeologické parametry • chemismus vod, popř. rozpuštěných plynů • vyhodnocení objektů vyhledávacího průzkumu (šachtice, vrty...) • hydrologická bilance • mapy hydroizohyps (hydroizopiez), HG řezy Etapy hydrogeologického průzkumu ➢ Etapa předběžného ložiskového průzkumu Upřesnění HG údajů získaných v předběžných etapách • Hydrodynamické zkoušky – hydraulické parametry, dosah a tvar hydraulické deprese, specifická vydatnost • Hloubka, uložení, mocnost, rozloha, pórovitost, propustnost, výška volné či napjaté hladiny, hydraulický gradient, chemismus vod event. rozpuštěných plynů • Pozice ložiska v HG struktuře • Pokračují režimní měření • Doplňují se další HG řezy a mapy s vyznačením kolísání hladin ➢ Etapa podrobného ložiskového průzkumu Výsledkem této etapy je návrh odvodnění ložiska, popř. návrh pasivní ochrany • Přizpůsobuje se počet a rozmístění HG vrtů • Celková velikost přítoků do dolu – snížení dynamických hladin potřebné k odvodnění ložiska • Zkoumá se možné zvýšení přítoků načepováním dalších zvodněných struktur – zálomové trhliny • Hydrologická bilance • Směry přítoku podzemních vod, vliv odvodnění na HG strukturu Etapy hydrogeologického průzkumu ➢ Etapa průzkumu při těžbě nerostných surovin Podrobná dokumentace odvodňování ložiska • údaje o místech přítoku, lokalizace přítoků (skica s vyznačením geologických poměrů, popis místa, vydatnost přítoku v čase, teplota, chemismus) • údaje o odvodňovacích objektech – shodné s popisem přítoků, postup odvodnění ložiska – hladiny ve vrtech, mapy hydroizohyps, vývoj celkového přítoku do dolu Hydrogeologické mapování ložisek Povrchové hydrogeologické mapování okolí ložiska: • Měřítko – zpravidla 1: 10 000 a 1: 5 000 • Dokumentované – tj. každý údaj v mapě má svůj podrobný popis v mapovací zprávě • Značky – totožné s HG mapami Náplň HG map: • Hydroizohypsy • Povrchové toky a jejich vztah k podzemním vodám • Vodní zdroje, vrty, studny, šachty (úroveň hladiny podzemní vody, přeliv vody, kvalita vody) • Drenáž podzemích vod – prameny, přítoky do vodotečí, meliorace Mapa je doplněna hydrogeologickými řezy pro vystižení HG struktury – hladina a směry proudění podzemních vod Mapa hydroizohyps a směrů proudění podzemních vod Mapování míst drenáže podzemních vod Hydrogeologický koncepční řez Hydrogeologický řez Hydrogeologické mapování ložisek Důlní hydrogeologické mapování ložiska • Měřítko 1:100 až 1:1 000 • Horizontální i vertikální důlní díla • Mapování všech čtyř stěn a čelby – vykreslují se do rozvinuté podoby s orientací podle světových stran • Mapování jednoho průmětu v rovině 1,5 m nad počvou (v úrovni očí) • Celkové hodnocení úseků chodby – paralelní pruh podél chodby Náplň HG důlních map • Horniny kterými prochází důlní dílo • Propustnost hornin • Soustředěné výrony podzemních vod • Drobné nesoustředěné výrony • Úseky chodeb bez přítoků • Výskyt sraženin z přítoků • Objekty pro měření průtoků • Nafárané vrty, vrtné otvory s popisem výskytu vody i bez vody • Místa režimních měření a odběrů vzorků • Směry odtoku vod chodbami • Čerpací stanice a jímky Základní důlní terminologie • otvírka • šachta, slepá šachta, komín • štola, patro • úklonné jámy – dovrchní, úpadní • chodba – počva, čelba, strop, bok www.hornictvi.info Hloubení ložiskových vrtů Technologie hloubení vrtů • Rotační • Nárazové • Rotačně nárazové (valivá dláta) • Drapákové Vzorky hornin • Hloubení jádrové • Hloubení plnou čelbou Výplach • Vodný • Jílový • Vzduchový http://cee.engr.ucdavis.eduwww.wellcollc.com http://nts1.cgu.cz www.petroleum.cz Hydrogeologická měření na ložiskových vrtech Měření úrovně hladiny ve vrtu při přerušení vrtání • Pokles hladiny – propustná poloha; výplach je nad hl. podz. vody • Nástup hladiny – napjatá hl. podz. vody; stékání výplachu ze stěn vrtu • Hladina se nemění – nepropustná hornina; výplach je v úrovni hladiny podz. vody Měření hladiny je doprovázeno dokumentací • Aktuální hloubka vrtu • Kvalita výplachu • Způsob zapažení vrtu • Petrografické složení provrtávaných hornin Změny výplachu Objem výplachu • Úplná ztráta výplachu • Částečná ztráta výplachu • Nedochází ke ztrátě výplachu • Ředění výplachu Další ukazatele • Barva výplachu • Úlomky hornin Hydrogeologická měření na ložiskových vrtech Jádrové hloubení vrtu: • Výnos jádra • Rozpukání jádra • Zbarvení puklinových ploch a okolí Hydrogeologické pozorovací vrty z ložiskových vrtů: • Odstranění výplachu • Vystrojení • Částečná tamponáž vrtu www.certifiedtestinglabs.com/ Zabezpečení vrtů Nutné pro správné hodnocení HG průzkumu a zabezpečení důlního díla ➢ Zkouška těsnosti uzavření zvodněného obzoru ve vrtu: • Odčerpání vody a sledování nástupu hladiny • Tlaková zkouška – vrt je utěsněn zaplášťovou cementací – sleduje se pokles tlaku • Zkouška nálevem – výjimečně, je nutné dosáhnout tlakem nálevu dvojnásobku výšky vodního sloupce mezi zvodněným obzorem a jeho statickou hladinou (lze jen u hlubokých zvodněných obzorů s malým vztlakem) – sleduje se pokles nálevu ➢ Likvidace vrtů zabránit propojení zvodněných a plynujících obzorů, druhotnému zvodnění ložiska, vnikání vod z povrchu: Záhozem • Vrty v nezvodněných horninách • Vrty u nichž je vyloučen průnik povrchových vod • Zához neovlivní HG poměry • Materiál záhozu nesmí znečistit ložisko Zabezpečení vrtů Tamponáž • Zaplnění vrtu jílem (bentonitem), cementem aj. materiály – tlakové vyplnění vrtu nebo sypání s udusáváním • Kombinovaná tamponáž – oddělení zvodněných obzorů a izolace ložiska tamponážními můstky (tamponáž jen nepropustných hornin) Ochrana dolů před průvaly vod ➢ Aktivní ochrana včasné zajištění a odstranění možného zdroje průvalu vody, plynu, tekoucích hornin Zabezpečovací vrty – speciální podzemní vrtné soupravy, jádrové vrtání (zároveň průzkumné vrty), délka 50 m a více, průměr zpravidla >37 mm Předvrty – využito souprav na vyvrtávání děr pro trhací nálože, vrtáno na plnou čelbu, délka do 10 m, průměr do 37 mm • Orientace vrtů k důlnímu dílu je daná polohou a tvarem míst očekávaného nebezpečí • Předvrtává se z čelby díla, popř. z vylomených bočních komor • Přednost mají delší předvrty v ose díla • Prodloužení předvrtu je-li ražba 3-5 m od čelby vrtu • Nesoudržné či kavernózní horniny, staré zakládky (vyrubané prostory vyplněné jalovinou) nebo závaly, stařiny – stará důlní díla, s možnou akumulací i velkých objemů vody • Přítok vody zvyšuje riziko rozdružení okolí vrtu - zacementování úvodní pažnice (min 1m od vzdušné strany) • Regulace přítoku – preventr se šoupětem (utěsní vrt na ústí), avšak zhodnotit úplné uzavření přítoku → zvýšení rizika průvalu (Homola a Klír 1975) Pojmy: zakládka zával stařina preventr Ochrana dolů před průvaly vod Předvrty Změření přítoku • Statický tlak – hermetizace vrtu – zátka s trubkou se závitem, rozpěrací kroužky • Vydatnost – odměrné nádoby, vodoměry, výkon čerpadel, Parshallův měrný žlab, měrné přelivy PARS Aqua, s.r.o. PARS Aqua, s.r.o. PARS Aqua, s.r.o. Ochrana dolů před průvaly vod ➢ Pasivní ochrana Zamezení vzniku proudění podzemní vody nebo plynu v horninách, popř. jej udržují v původním stavu a chrání důl před zatopením či zaplynováním v případě průvalu (vody) nebo průtrže - náhlé uvolnění akumulace plynu z horniny (většinou uhlí), popř. evaze – uvolnění plynu z kapaliny při poklesu tlaku. Hydrogeologové dodávají podkladový materiál Preventivní opatření Celíky – bloky hornin o určité mocnosti chránící dílo před nadměrným a náhlým vnikem vod, plynů, tekoucích hornin ze zvodněných či plynonosných obzorů (ale i vrtů) v blízkosti ložiska do dolu. Příklad: Ostravsko-karvínský revír – ochranný celík je vymezen plochou probíhající 40 m pod bází bazálních klastik bádenu (detrit), v neprozkoumaných úsecích je stanoven orientační bezpečnostní celík o mocnosti 150 m Ohradníky – ochranné pilíře – bloky hornin v nichž je dobývání zakázáno do neomezené hloubky ➔ chrání před vlivy dolování povrchové a podpovrchové objekty v nadloží ložiska (např. ochranné pilíře vodotečí) V celících a ohradnících mohou být raženy jen dlouhé chodby nezbytné pro provoz dolu Ochrana dolů před průvaly vod Přímá opatření Zařízení pro zajištění bezpečnosti dolu v případě průvalu (voda) či průtrže (plyn) Vodní hráze a uzávěry – účinné jen v případě úplného oddělení ohroženého úseku od dolu Často kombinováno s úpadní retenční chodbou - plnění těchto chodeb poskytuje čas na uzavření hrází Retenční chodba může být nahrazena svodem vod k čerpací stanici Závalové zábrany – zabraňují nánosu sypkého materiálu přímo na hráz Za hrází instalovány trubky - před hrázemi čerpadla Vliv odvodnění na HG strukturu • Pokles hladiny podzemních vod • Infiltrace vod z povrchových toků • Vyvolaný odtok → zvětšení HG povodí Vliv odvodnění na HG strukturu Vliv odvodnění důlního díla na zvodněnou strukturu je nutné posuzovat pomocí specifického podzemního odtoku