odvodnjavanje u rudarstvu

8/14/2019 Odvodnjavanje u Rudarstvu

1/156

ODVODNJAVANJE U RUDARSTVU

Broj, 2008/1-1 RUDARSKI RADOVI SPECIJALNO IZDANJE1

SPECIJALNO IZDANJE ASOPISARUDARSKI RADOVI 2008/1-1 SA TEMOM


Autor: Dr Mirko Ivkovi, dipl.in.rud.

Recenzenti: Dr Miroslav IgnjatoviDr Milenko Ljubojev


2/156



ITAOCIMA ASOPISA RUDARSKI RADOVI

UREDNITVO ASOPISA RUDARSKI RADOVI PROCENJUJE DAJE SVRSISHODNO DA U OKVIRU SVOJE IZDAVAKE KONCEPCIJEPOVREMENO UVRSTI I POSEBNE TEME KOJE SU IRE OBRAENE POOBIMU OD DRUGIH PRILOGA U ASOPISU, A KOJE PO TEMATICIOBOGAUJU IZDAVAKE SADRAJE OVOG ASOPISA.

IZDAVANJE OVIH SPECIJALNIH IZDANJA TO JEST TEMATSKIHBROJEVA NEE ZNAAJNO REMETITI UOBIAJENU DINAMIKUIZLAENJA REDOVNIH BROJEVA ASOPISA SEM U SLUAJEVIMA

KAD OBIM PRIPREME VREMENSKI USLOVE POMERANJE ODNOSNOIZDAVANJE DVOBROJEVA U ODLOENOM TERMINU.TEMA SADANJEG SPECIJALNOG IZDANJA JE POSVEENJA

ODVODNJAVANJU U RUDARSTVU KOJA JE OBRAENA OD STRANEDR MIRKA IVKOVIA U DVE CELINE. OBRAEN JE TEORETSKI DEOKOJI SE ODNOSI NA ODVODNJAVANJE U RUDNICIMA I DEOPRAKTIKUM ZA ODVODNJAVANJE U RUDNICIMA.

UREDNITVO SE ZAHVALJUJE AUTORU KAO I SPONZORURUDNIKU JPU ZA PODZEMNU EKSPLOATACIJU UGLJA RESAVICATO SU ULOILI STRUNU I MATERIJALNI NAPOR DA SE OVA TEMA

CELOVITO OBRADI.TAKOE, KORISTIMO PRILIKU DA POZOVEMO DRUGE AUTOREI PREDUZEA DA PREDLAU I UKLJUE SE U IZDAVANJE DRUGIHZANIMLJIVIH SPECIJALNIH IZDANJA OVOG ASOPISA.

UREDNITVO


3/156



UDK: 622.5(02)=861


DEWATERING IN MINING

Izvod

Pri razmatranju svih uticaja na ovodnjenost leita mineralnih sirovina ka-ko objekata tako i tehnikih reenja za zatitu od voda, potrebno je dobro poz-navati i istraiti: osnove hidrologije, hidraulike, hodnike podzemnih voda i me-todologiju prorauna i izbor opreme na odvodnjavanje rudnika.

Na osnovu prikazanih veliina ovodnjenosti i kretanja voda mogu se prika-zivati odgovarajua hidrotehnika reenja zatite rudnika od voda i zatite vodaod rudarskih radova.

Izmeu radova na dobijanju mineralnih sirovina i podzemnih i povrinskihvoda postoji stalna interakcija. Istovremeno, rudarskim radovima i objektima seugroavaju povrinske i podzemne vode koje predstavlja znaajan ekoloki fak-tor ivotne okoline, ime se ugroavaju flora i fauna. U odravanju rudnika je

potrebno izgraditi hidrotehnike objekte za zatitu i ienje ugroenih voda.

Kljune rei: ovodnjenost, povrinske vode, podzemne vode, barae,hidrotehniki objekti, talonici, vodosabirnici, pumpna postrojenja, ekrani.

Abstract

In discussion the watering of mineral deposits as well as the facilities andtechnical solution for protection on water, it is required to know and investigatewell the following: bases of hydrology, hydraulics, underground water drifts andmethodology of calculation the equipment selection for mine dewatering.

Based on presented values of watering and water flows, the appropriatehydrotechnical solutions for mine protection on water and water protection onmining works could be presented.

There is a permanent interaction between works for mining the mineral re-

sources and underground and surface water. Simultaneosly, the surface and un-derground water, that present an important ecological factor of environment,are endangered by mining works, what jeopardize the flora and fauna in minemaintenance and vicinity, so the construction of hydrotechnical facilities is re-quired for protection and treatment the endangered water.

Key words:watering, surface water, underground water, barages, hydro-technical facilities, settlers, watercollectors, pump stations, screens.


4/156



UVOD

Pod odvodnjavanjem u rudarstvu podrazumevaju se kompleksne mere

vezane za borbu sa podzemnim i povrinskim vodama u svim fazama izgradnje ieksploatacije leita mineralnih sirovina. Izmeu rudarskih radova za dobijanjemineralnih sirovina i podzemnih i povrinskih voda postoji stalna interakcija.Povrinske i podzemne vode ugroavaju rudarske objekte i ometaju rad u njima.Istovremeno, rudarskim radovima i objektima se ugroavaju podzemne ipovrinske vode koje predstavljaju znaajan ekoloki faktor ivotne okoline.Njegovim ugroavanjem ugroava se flora i fauna u podruju rudnika i ire, paje potrebno izgraditi objekte odvodnjavanja za zatitu i ienje ugroenih voda.

Pod objektima odvodnjavanja u rudarstvu podrazumevaju se rudarskihidrotehniki objekti koji slue za odvodnjavanje i zatitu voda. U podzemnoj

eksploataciji mineralnih sirovina prisustvo vode, zajedno sa gasovima i prainom,ini kompleks prirodnih faktora koje ugroavaju eksploatacione radove. Veiprodori vode, pored ekonomskih izdataka (gubici opreme usled potapanja, prekidiproizvodnje...) mogu ugroziti i ivote rudara u podzemnim objektima - jamama. Dabi se ovaj problem uspeno reavao, moraju se, pre svega, detaljno upoznatihidroloke i hidrogeoloke karakteristike leita i okoline, a takoe i fiziko-mehanike karakteristike stena, kao i tektonski poremeaji koji su esto nosiocivode. U tu svrhu koriste se hidrogeoloki planovi rudnika koji sadre sve potrebnepodatke, a rezultat su prethodno sprovedenih istraivanja i ispitivanja. Kada seutvrde mogui faktori ugroavanja podzemnih rudarskih radova od voda, daju se

reenja zatite, koja za konkretne uslove predstavljaju racionalno reenje sa aspektasigurnosti i ekonominosti.

Problematika odvodnjavanja povrinskih kopova i odlagalita donekle serazlikuje od problematike odvodnjavanja podzemnih radova, to je uslovilo irazvoj posebnih metoda odvodnjavanja. Razlika je izraena prvenstveno umogunosti da se odvodnjava sa povrine (buotinama, filtrima, bunarima,ekranima i sl.), to ima poseban znaaj za sigurnost i ekonominost rada.

Odvodnjavanje jalovinskih masa je posebno pitanje vano za odravanjenagiba radnih kosina, generalne radne kosine kopa i za nosivost tla, kao vanogfaktora primene otkopne mehanizacije za masovnu proizvodnju. Odvodnjavanje

odlagalita je vitalno pitanje u celom procesu uklanjanja otkrivke i jalovih masajer samo dobro ovodnjeno odlagalite moe garantovati sigurnost i uspenoizvoenje ovog tela tehnolokog procesa.

Realizacija uspenog odvodnjavanja u rudarstvu zahteva znanja iz velikogbroja disciplina koja zalaze u oblast geologije, hidrologije, dinamike podzemnihvoda, hidrotehnike, mehanike tla i stena, buakih radova, kao i poznavanjatehnike izrade dubinskih bunara, drugih rudarskih hidrotehnikih objekata ipodzemnih rudarskih prostorija. Tako kompleksan pristup moe imati samo onaj


5/156



strunjak koji je detaljno upoznat ne samo sa sistemima podzemne i povrinskeeksploatacije mineralnih sirovina, ve i sa svim neophodnim prateim naunimdisciplinama, kao i osnovnim teoretskim postavkama i tumaenjima vezanim zaproblem dinamike povrinskih i podzemnih voda.

1. HIDROLOGIJA

Hidrologija je nauka o vodama, koja prouava, kvantitativno i kvalitativno,pojave voda u prirodi i njihova kretanja. Na osnovu podataka sistematskogosmatranja hidrolokih pojava izuava zakonitosti koje vladaju u reimu voda.Utvrene zakonitosti, po pravilu, slue za prognozu o buduem stanju i kretanjuvode.

Hidroloka prouavanja baziraju se na raznovrsnim merenjima na rekama,jezerima i drugim povrinskim i podzemnim vodotocima, a obavljaju se i na

hidrolokim modelima.Voda na zemlji stalno krui. To kruenje je nadzemno (atmosfera i povrinaZemlje) i podzemno. Opti podaci o rasporedu voda na Zemlji dati su u tabeli 1.

Tabela 1. Podaci o rasporedu vode na Zemlji

Povrina

106km2 103km mm 103km mm 103km mm

1. Okeani i mora 361,5 411,6 1140 447,9 1240 - 36,3 - 100

2. Kopno - ukupno 148,5 107,0 720 70,7 480 + 36,3 + 240

2.1. Kopno sa oticajem 116,8 99,3 850 63,0 540 36,3 310

2.2. Kopno bez oticaja 31,7 7,7 240 707 240 0 0

510,0 518,6 1020 518,6 1020 0 0Zemlja svega:

RazlikaBr. Oblast

Padavine Isparavanje

Voda se u prirodi nalazi u neprekidnom kretanju, obrazujui na neki nain

zatvoreni krug koji je poznat kao "kruni tok vode". Ovaj kruni tok ostvaruje sepod dejstvom suneve energije i zemljinog jezgra. Mogu se izdvojiti trikarakteristina toka: veliki, mali i unutranji.

U velikom krunom toku (VKT) voda koja se isparava sa povrina okeana i

mora kondenzuje se u atmosferi i u vidu atmosferskog taloga pada na kopno, pase povrinskim i delimino podzemnim oticanjem ponovo vraa u mora iokeane.

Mali kruni tok (MTK) ini voda koja se isparava sa povrine mora iokeana i u vidu atmosferskog taloga ponovo vraa u mora i okeane.

Unutranji kruni tok (UKT) ini voda koja je isparila sa kopna i u viduatmosferskog taloga ponovo pala na kopno.


6/156



Slika 1. Prikaz krunog toka vode

1.1. VODNI BILANS

Kruenje vode u prirodi se izraava optom jednainom u obliku:

OEP (1)

gde je:P - padavine,E - isparavanje,O - oticaj.

Kod jednaine krunog kretanja vode u prirodi (1.) lanO (oticaj) obuhvatai vodene mase koje poniru u zemljite (podzemni oticaj).

Osim vode koja stalno krui u prirodi, postoji i voda koja se prvi putpojavljuje - to je juvenilna voda formirana od elemenata zemljine litosfere. Istotako, izvesna koliina vode se gubi i u procesima hidratacije. Pri optoj jednainikrunog kretanja vode u prirodi, juvenilna voda i voda koja se gubi u procesima

hidratacije nije uzeta u obzir zbog relativno malih koliina, kojebitnije ne utiuna sam proces kruenja.Prouavanjem koliine vode koje za odreeni period ulaze, izlaze ili se

zadravaju na nekom odreenom delu terena, moe se utvrditi vodni bilans.Formulisanje vodnog bilansa zasniva se na primeni jednaine kontinuiteta: da jerazlika mase vode koja ue u izabrani prostor i izae iz njega u posmatranomvremenskom intervalu jednaka razlici zapremine vodne mase koja se akumulirau datom prostoru. Na taj nain moe se odrediti bilans vodnih masa bilo kog dela


7/156



zemljine povrine i za bilo koje vreme. Na osnovu opte eme, date na slici 2.vodni bilans moe se definisati jednainom:

WNNOOOEERDDDKP 2132121321 (2)

gde su:P - padavine,K - koliina kondenzovane vode,D1 - povrinski doticaj vode,D2 - podzemni doticaj vode,D3 - doticaj vode podzemnim karstnim tokovima,R - vetaki dovod vode iz drugih slivova,E1 - isparavanje sa svih vodnih povrina ogranienog prostora,E2 - ukupno isparavanje kroz biljni pokriva,O1 - povrinski oticaj,O2 - podzemni oticaj vode,O3 - oticaj podzemnim karstnim tokovima,N1- vetaki odvodvode u druge slivove,N2 - vezana koliina vode u samom prostoru iW -promena poetne zapremine vodene mase u odreenom prostoru i

odreenom vremenu.

Slika 2.Opta ema vodnog bilansa

Opta jednaina vodnog bilansa moe se uprostiti uvoenjem sledeihizraza:

DDDD 321

EEE 21

OOOO 321

NNN 21


8/156



to daje uproen oblik jednaine vodnog bilansa (2.) koji glasi:

WNOERDKP (3)

Kako zbir vrednosti RDKP predstavlja ulaz vodnih masa udefinisanu zapreminu, moe se oznaiti sa U, a zbir vrednosti NOE izlaz vodnih masa, koji se moe oznaiti sa I, to konaan oblik uproenejednaine vodnog bilansa glasi:

WIU (4)

1.2. SLIVNE POVRINE, PADAVINE, VODOSTAJ I OTICAJ

Za izbor tehnikih mera i projektovanje zatite od povrinskih vodaneophodno je poznavanje promene proticaja u duem vremenskom periodu ili

priliv vode u zonu rudnika (jama - kop). Podruje sa koga voda dotie u ovuzonu predstavlja sliv rudnika, koji sa gledita karaktera doticaja moe biti pod-zemni ili povrinski. Sliv je odreen vododelnicom. Konture sliva povrinskih ipodzemnih voda se, po pravilu, ne moraju poklapati. Ova odstupanja su naroitokarakteristina za karstne sredine.

Karakteristike koje utiu na reim povrinskog doticaja vode iz sliva urudarske objekte su: geometrijski oblik sliva, geoloki i pedoloki pokriva, biolokipokriva, visinski uslovi, klimatski uslovi, gustina vodotoka na slivu itd.

Po pravilu, konture slivnih povrina odreuju se na situacionim kartama.Povrine sliva, u okviru granica sliva, odreuju se planimetrisanjem.

Znaajna faza u okviru metoda odvodnjavanja u rudarstvu je merenje visinei intenziteta padavina, a to se obavlja kiomerima, pluviografima i totalizato-rima. Padavine se, najee, prikazuju u obliku dnevnih, sedminih, mesenih,sezonskih i godinjih prosenih padavina.

Vodostaj predstavlja visinu vode u reci, jezeru, moru i drugimakumulacijama, u odnosu na unapred utvrenu nultu taku vodomera i izraavase, po pravilu, u cm. Kota vodostaja u renom koritu predstavlja zbir kote nulevodomerne letve i registrovanog vodostaja. Za diskontinualno merenje vodostajana renim koritima koriste se vodomerne letve, a za kontinuirano registrovanjevrednosti vodostaja limnigrafi.

Nivo podzemne vode meri se na osmatrakim bunarima - pijezometrima.To se ini u odnosu na utvrenu kotu cevi koja se naziva nula pijezometra, akota nivoa podzemne vode predstavlja razliku izmeu kote nule pijezometra iizmerene dubine do nivoa vode u bunaru.

Oticaj predstavlja pojavu kod koje se deo padavina koncentrie u otvorenevodotokove i podzemne tokove i otie dalje. To je jedna od faza u stalnomkruenju vode na Zemlji. Mehanizam oticaja izraava se tako to se deo


9/156



padavina zadrava na biljnom pokrivau, deo padavina upija zemljite do svogzasienja, a deo padavina (slivanjem vode niz teren) otie u sluaju kada jeintenzitet padavina vei od intenziteta upijanja, s tim to se prvo ispune lokalne depresije, a zatim se sliva u vodotokove. Oticanje vode u okviru jednog slivazavisi od prirodnih i vetakih inilaca. Prirodni inioci su geografske

karakteristike, sklop terena, oblik sliva, visinski odnosi u slivu, nagib terena injegova dispozicija, gustina rene mree, povrina sliva, postojanje jezera imovara i biljni pokriva, dok se pod vetakim iniocima podrazumevaju onikoji nastaju usled delovanja oveka.


10/156



2. HIDRAULIKA

Pri reevanju problema odvodnjavanja u rudarstvu, strunjaci se, izmeuostalog, esto sreu i sa problemima iz oblasti hidraulike cevi i kanala. Problemi

strujanja podzemnih voda ulaze, takoe, u domen hidraulike, pa je to jo jedanod razloga da se ovde detaljnije izloe osnovni elementi hidraulike.

Hidraulika je nauka koja se bavi prouavanjem i kvantitativnimdefinisanjem zakona mirovanja i kretanja tenosti (etimoloki re hidraulikavue koren iz grkog jezika: hidor- voda, aulon- cev).

2.1. OSNOVNE FIZIKE OSOBINE TENOSTI

Gustina tenosti () predstavlja masu (m) jedinice zapremine (), pa se za

uslove homogene tenosti moe napisati

m

Zapreminska teina tenosti () predstavlja teinu (G) jedinice zapremine ()

G

Kako je teina tenosti izraena u obliku

gmG to je veza izmeu gustine i zapreminske teine tenosti definisana odnosom

g .

Gustina i zapreminska teina vode se menjaju sa temperaturom. U tabeli 2.date se vrednosti gustine i zapreminske teine vode u zavisnosti od temperature.

Tabela 2.Vrednost gustine i zapreminske teine vode u zavisnosti odtemperature

toC 0

o4

o10

o20

o50

o100

o

(kg/m3) 999,87 1,000 999,73 999,23 989,07 958,38(N/m3) 9809 9810 9807 9802 9693 9402

Tenost je stiljiva i podvrgava se Hukovom zakonu koji se za praktineproraune izraava u obliku


11/156



-E

p

,

gde je:

- relativni prirataj zapremine tenosti,

p - prirataj pritiska,E - modul elastinosti (za vodu E 2 109Pa).

Viskozitet predstavlja svojstvo tenosti koje uslovljava pojavu unutranjegtrenja u tenosti (engleski: viscosity- lepljivost).

Kao karakteristika viskoziteta koristi se koeficijent apsolutnog viskoziteta (dimenzija Pa T).

U praksi se esto koristi i kinematski koeficijent viskoziteta () gde je:

Kinematski koeficijent viskoziteta ima dimenziju (L2T-1), (na primer: m2/s).Viskozitet tenosti se menja sa temperaturom i karakterie prirodu tenosti.

U tabeli 3. prikazane su vrednosti kinematskog koeficijenta viskoziteta vode uzavisnosti od temperature.

Tabela 3.Vrednost kinematskog koeficijenta viskoziteta vode u zavisnosti odtemperature

toC 0o 4o 10o 20o 50o 100o

(m2/s) 1,7810-6 1,5210-6 1,3110-6 1,0110-6 0,5510-6 0,2810-6

2.2. HIDROSTATIKI PRITISAK

Hidrostatiki pritisak (p) predstavlja silu hidrostatikog pritiska (P) kojadeluje na jedinicu povrine (W) i izraava se u obliku

dWdPp (5)

odnosno u praktinim proraunima:

W

Pp


12/156



Dve osnovne osobine hidrostatikog pritiska su:- hidrostatiki pritisak je uvek upravan na povrinu na koju deluje (slika 3.)- hidrostatiki pritisak u svakoj taki deluje podjednako u svim pravcima

(slika 3.)

Slika 3.Osobine hidrostatikog pritiska

Osnovna jednaina hidrostatike dobija se iz uslova ravnotee tenosti imoe se izraziti u obliku:

1

10

0 Zg

PZ

g

P

const. (6)

odnosno

10 const.

gde je:

gP

- energija hidrostatikog pritiska jedinice teine tenosti (visina kroz

koju se izraava hidrostatiki pritisak tenosti u posmatranoj taki),Z - energija poloaja jedinice teine tenosti (geometrijska visina

posmatrane take u odnosu na usvojenu referencu ravni), - ukupna energija (zbir energije hidrostatikog pritiska i energije

poloaja) jedinice teine tenosti (pijezometarska visina) u odnosu na usvojenureferntnu ravan (potencijalna energija).

Zg

P

Na slici 4. prikazan je jedan spojeni sistem tenosti u miru, na kome jeilustrovan fiziki aspekt osnovne jednaine hidrostatikog pritiska (6.).


13/156



Slika 4.Prikaz fizikog aspekta jednaine hidrostatikog pritiska

Slika 5.Prikaz osnovne jednaine hidrostatike

Kada se referentna ravan (= 0) postavi na nivo posmatrane take, onda seosnovna jednaina hidrostatike (6.) moe napisati u sledeem obliku (slika 5).

001 ZgPP

odnosno

hgPP 01

koji je poznat kao Paskalov zakon.


14/156



Grafiki prikaz rasporeda hidrostatikog pritiska na neku povrinu ilikonturu naziva se dijagram hidrostatikog pritiska (slika 6.).

Slika 6.Dijagram hidrostatikog pritiska

Ukupna sila hidrostatikog pritiska (P) koja deluje na posmatranu povrinu() predstavlja zbir (integral) svih elementarnih sila hidrostatikog pritiska, pase u skladu sa izrazom (5.) moe napisati:

dP

Ukupna sila hidrostatikog pritiska koja deluje na ravnu povrinu moe seodrediti kao:

- proizvod posmatrane povrine () i hidrostatikog pritiska u teitupovrine (PT) (slika 7).

TPP (7)

Slika 7.Hidrostatiki pritisak u teitu povrine

hgPT

hgP


15/156



- zapremina tela dijagrama hidrostatikog pritiska koji deluje na datupovrinu (slika 8).

2

2hgbP

(8)

Slika 8.Delovanje hidrostatikog pritiska

Slika 9.Teite tela dijagrama hidrostatikog pritiska

Napadna taka rezultujue (ukupne) sile hidrostatikog pritiska prolazi krozteite dijagrama hidrostatikog pritiska, odnosno kroz teite tela dijagramahidrostatikog pritiska (slika 9).

2.3. HIDRODINAMIKA

2.3.1. Osnovni pojmovi

Strujanje vode u prirodi odvija se po pravilu u neustaljenom (nestacio-narnom) reimu strujanja, odnosno brzina (V) i pritisak (p) se menjaju uzavisnosti od poloaja take u strujnom prostoru i po vremenu (slika 10.).

tyzxpp

tyzxVV

,,,

,,,

(9)


16/156



Slika 10.Primer neustaljenog kretanja Slika 11.Primer ustaljenog kretanja

Ako je strujanje tenosti takvo da se brzina i pritisak ne menjaju po

vremenu (ve zavise samo od poloaja u strujnom toku), kretanje se nazivaustaljeno (stacionarno, slika 11)

0

0

t

pt

V

;

tyxpp

tyxVV

,,

,,

(10)

Strujanje je ravansko, ako se odvija u ravni (na primer jedno ustaljenoravansko strujanje)

),(),(

yxppyxVV

(11)

ili jednodimenzionalno, ako se brzina i pritisak menjaju samo du jednog pravca(na primer za sluaj ustaljenog strujanja)

)(

)(

xpp

xVV

(12)

odnosno za sluaj neustaljenog strujanja

),(

),(

txpp

txVV

(13)

Prema vrsti kretanja tenosti razlikuje se:- strujanje pod pritiskom (na primer teenje u vodovodnim cevima)- strujanje sa slobodnom vodnom povrinom (na primer teenje u

rekama i kanalima).

Trajektorijom se naziva trag kretanja pojedinih delia tenost (slika12).


17/156



Strujna linija (strujnica) odreuje pravac kretanja niza uzastopnih estica

tenosti u datom trenutku. Karakteristika strujnice je da je u svakoj njenoj takivektor brzine tangenta na strujnu liniju (slika 12).

Slika 12.Prikaz trajektorije i strujne linije

Kod ustaljenog kretanja strujna linija i trajektorija se podudaraju.Proticaj (Q) predstavlja zapreminu tenosti koja u jedinici vremena (slika13) protekne kroz dati popreni presek ()

dVQ (14)

gde je:V - brzina u elementarnom preseku d

Slika 13.Strujna cev

Kod praktinih prorauna koristi se pojam srednje brzine preseka (V), pa sejednaina (14) moe napisati

VQ (15)

Jednaina kontinuiteta dobija se iz uslova da masa fluida u strujnom tokuostaje nepromenjena, pa se kod praktinih prorauna moe napisati (primer naslici 14-a.).

2211 VV (16)

a za primer na na slici 14-b.

332211 VVV


18/156



Slika 14.Prikaz strujnih cevi

2.3.2. Osnovna jednaina strujanja tenosti (Bernulijeva jednaina)

Osnovna jednaina strujanja realne tenosti poznata je kao Bernulijeva

jednaina za realnu tenost i ona se za sluaj strujnog toka, posmatranog u dvapoprena preseka (slika 15) moe napisati:

21

22

22

21

11

h

g

Vz

g

P

g

Vz

g

P (17)

odnosno:

21

22

2

21

1

h

g

V

g

V (18)

gde je:

V - srednja brzina u posmatranom poprenom preseku strujnog toka, - Koriolisov koeficijent (1,06 1,13), koji se esto u praktinim

proraunima uzima 1,

g

V

2

- kinetika energija jedinice teine tenosti strujnog toka u posmatra-

nom preseku,

21h - energetski gubitak (rad sila otpora) jedinice teine tenosti prinjenom premetanju od preseka 1 - 1 do preseka 2 - 2.

Izraz (18) moe se napisati i u sledeem obliku:

2121 hEE (19)

gde je:E - energija jedinice teine tenosti posmatranog preseka strujnog toka.

g

Vz

g

pE

2


19/156



Slika 15.Strujni tok izmeu poprenih preseka 1 - 1 i 2 -2

Slika 16.Strujanje kroz cevi sa promenljivim presekom

Da bi se ilustrovala primena Bernulijeve jednaine na jednom praktinomsluaju slika 16. prikazuje linije energije i pijezometarske linije u sluajustrujanja kroz cevi sa promenljivim prenikom.

Kao to se iz primera moe zakljuiti, linija energije mora da opada dustrujnog toka (kao rezultat gubitka energije du toka, tok pijezometarske linijemoe da se sputa i podie du toka u zavisnosti od rasporeda brzina du toka).


20/156



2.3.3. Hidrauliki otpori

Ako se posmatra fizika procesa strujanja, razlikuju se dva reima strujanjatenosti:

- Laminarni reim strujanja, pri kome se strujanje odvija u paralelnimslojevima. Osnovne karakteristike ovog reima strujanja su u tome daje gubitak energije proporcionalan brzini strujanja.

- Turbulentni reim strujanja, karakteriu pulszacije brzina i meanjedelia tenosti du strujnog toka. U uslovima turbulentnog reimastrujanja gubitak energije je proporcionalan kvadratu brzine.

Eksperimentalno je dokazano da se kod strujanja u cevima turbulentnireim strujanja javlja kada je bezdimenzionalan Rejnoldsov broj (Re)

2300Re ,gde je:

Re - Rejnoldsov broj dat odnosom:

dVRe (20)

D -prenik cevi,- kinematiki koeficijent viskoziteta.

Iz izraza (20) se moe videti, da u sluaju strujanja u cevima i pri relativnomalim brzinama toka, dolazi do pojave turbulentnog strujanja. Na osnovu veiznete konstatacije moe se zakljuiti, da se kod reavanja pozitivnih jednainaiz oblasti strujanja u cevima i kanalima, po pravilu rauna sa turbulentnimreimom strujanja (odnosno rauna se da su gubici energije proporcionalnikvadratu brzine). Meutim, u uslovima strujanja podzemnih voda reim teenjaje, po pravilu, laminaran (izuzev retkih sluajeva strujanja kroz izrazitokrunpnozrne materijale i u karstifikovanim sredinama), pa je i gubitak energijeproporcionalan brzini strujanja.

Gubici energije du toka nastaju kao posledica savlaivanja hidraulinihotpora strujanja i oni se, sa gledita karaktera gubitaka, mogu podeliti na dveosnovne grupe:

- gubici na trenje ili linijski gubici (koji su proporcionalni duinistrujnog toka) i

- lokalni gubici (koji nastaju kao posledica lokalnih poremeaja strujnogtoka).


21/156



2.3.4. Gubici na trenje

Za proraun gubitaka na trenje du cevi (u uslovima turbulentnog reimastrujanja) upraksi se koristi jednaina (poznata kao Darsi-Vajsbahova jednaina)u obliku

g

V

d

Ihw 2

2

(21)

gde je: - koeficijent trenja (bezdimenzionalan izraz), koji se u praksi kree u

granicama 0,02 0,05I - duina cevi,D -prenik cevi.

Za proraun kanala u odreenim uslovima i za proraun cevi (u praksi sekoristi ezijeva jednaina u obliku )

RJCV (22)

gde je:C - ezijev koeficijent,R - hidrauliki radijus koji predstavlja odnos povrine () i okvaenog

obima ()

XR

J - hidraulini pad (gubitak energije na jedinicu duine toka).

I

hJ w

Ako se ezijeva jednaina izrazi kao gubitak energije (hw), onda bi izraz

(22) bio dat u obliku 22

VRC

Ihw

Za ezijev koeficijent C se u savremenoj praksi najee primenjujeManingova formula

6/1Rn

IC (23)

gde je:n - koeficijent hrapavosti (po Maningu)


22/156



ezijeva jednaina sa Maningovom formulom glasi:

2/13/2 JRn

IV (24)

odnosno, uvodei proticaj:

3/13/2 JRn

IQ (25)

Zavisnost izmeu Darsi-Vajsbahovog koeficijenta trenja () i Maningovogkoeficijenta hrapavosti (n) data je relacijom:

3/1

2

125d

n (26)

odakle se za praktine proraune moe jednostavno sraunati koeficijent trenja() koristei rezultate eksperimentalnog odreivanja veliine koeficijentahrapavosti.

2.3.5. Lokalni gubici

Lokalni gubici nastaju kao posledica gubitaka energije usled lokalnihporemeaja u strujnom toku. Opti izraz za proraun lokalnih gubitaka uuslovima turbulentnog strujanja glasi:

2

2Vh (27)

gde je: - koeficijent lokalnog gubitka (bezdimenzionalni izraz) koji zavisi od

geometrijskih odnosa lokalne deformcije strujnog toka.

Lokalni gubici se javljaju u sluaju:

- naglog proirenja toka,- naglog suenja toka,- dijafragme u cevi,- kolena sa otrim prelomom,- krivine,- zatvaraa itd.


23/156



Tabela 4.Vrednost koeficijenta hrapavosti )( 3/1 smn za Maningovu formulu

6/11 Rn

C


24/156



Tabela 5.Vrednost koeficijenta C za Meningovu formulu )(1 6/1 mEn

C


25/156



3. FIZIKA SVOJSTVA STENSKIH MASA OD ZNAAJA ZASADRAJ VODE U NJIMA

Glavna fizika svojstva stenskih masa koja imaju uticaje na sadraj vode,pa prema tome i na problematiku odvodnjavanja, jesu poroznost i vlanost.

3.1. POROZNOST

Poroznost neke stenske mase predstavlja celokupnost svih pora koje senalaze u toj stenskoj masi, bez obzira na nihov oblik, nain postanka i veliinu.

Poroznost stene (p) se definie kao odnos zepremina pore (Vp) premaukupnoj zapremini stene sa porama (V), to jest:

p

pp

VV

V

V

Vp

(28)

gde je:

p VVV

V- zapremina stene bez pora (vrste stenske mase ili vrste faze),Vp- zapremina pora.

Glinovite stene se odlikuju svojstvom promene zapremine pri kvaenju.Kod poveane vlanosti glina bubri, a smanjenjem vlage ona se skuplja. Zbogtoga poroznost glinovitih stena treba izraavati odnosom zapremine svih pora

prema zapremini vrste faze.Veliina poroznosti (p) glinovitih stena obino se proraunava preko

gustine i zapreminske mase stene po obrascu:

100

p (29)

gde je:- gustina (specifina masa) stene (g/cm3),- zapreminska masa vrste faze (ili mase jedinice zapremine stene

prirodne proroznosti ali bez mase vode u porama) (g/cm3).

Zapreminska masa vrste faze odreuje se po obrascu:

)/(1,01

3cmgw

o

(30)

gde je:o - zapreminska masa vlane stene (ili masa jadinice zapremine stena pri

prirodnoj poroznosti i vlanosti) (g/cm3)w - prirodna vlanost stena (%)


26/156



Iz obrasca 29. i 30. proizilazi

wp o

01,011

(31)

Poroznost vrstih stenanajee se odreuje teinskim nainom, zbog egaprethodno treba odrediti zapreminsku masu stena.

Za neke vrste stene date su vrednosti poroznosti u tabeli 6.

Tabela 6.Poroznost stena

Vrsta stena Poroznost (%)

Sitnozrni granit 0,06 - 0,70

Krupnozrni granit 0,03 - 0,90

Sijenit 0,50 - 1,40

Gabro 0,60 - 0,70

Bazalat 0,60 - 1,30

Bazaltna lava 4,40 - 5,60

Pear 3,20 - 15,20

Rastresiti pear 6,90 - 26,90

Mermer 0,10 - 0,20

Krenjak 0,60 - 16,90

Kreda 14,40 - 43,90

Zapreminska masa stenemoe se izraunatiputem sledeeg obrasca

)/( 3cmgVV

m

p (32)

gde je:m - masa uzorka stene (g),V - zapremina uzorka stene (cm3),Vp - zapremina pora (cm

3),

pri emu je

p VVV (zapremina vrste faze).


27/156



Iz jednaine (32) zapremina pora je:

mVVp (33)

Zamenom vrednosti za Vp= pV (jednaina (28) i unoenjem u jednainu(33) dobija se obrazac za proraun poroznosti vrstih stena:

%10011

V

m

V

mp

(34)

Koeficijent poroznosti (e) predstavlja odnos zapremine pora premazapremini vrste mase:

p

V

Ve (35)

Ako se u jednaini (28) brojilac i imenilac podele sa Vdobija se zavisnostizmeu poroznosti (p) i koeficijenta poroznosti (e):

e

ep

1 (36)

Odavde je koeficijent poroznosti:

p

pe

1

(37)

U tabeli 7. date su vrednosti koeficijenta poroznosti za pojedine poroznostinekih vrsta stena.

Tabela 7. Poroznost i koeficijent poroznosti

Vrsta stenaPoroznost

p (%)

Koeficijent poroznosti

(e)

ljunak 27 0,37

Krupan pesak sa ljunkom 38 0,61Krupan pesak 40 0,67

Sitan pesak 42 0,73

Peskovita glina 47 0,89

Glina 50 1,00


28/156



Slika 17.Pukotinska poroznost

Slika 18.Intergranularna poroznost

Kod rastresitih stena meuzrnska poroznost zavisi od krupnoe i oblikazrna. U sluaju da su sva zrna jednaka po veliini i obliku, poroznost bi zavisilasamo od rasporeda tih zrna.

S obzirom na poreklo i nain postanka pora i upljina poroznost moe biti:- primarna (singenetska) i- sekundarna (epigenetska).

Primarna poroznost je ona koja je nastala istovremeno sa formiranjemsame stene. Najee se javlja kod nekih sedimentnih stena, jer je nastalaprilikom same sedimentacije, ali moe se susresti i kod nekih magmatskih imetamorfnih stena.

Pukotine koje su nastale prilikom ovravanja magme takoe predstavljajuprimarne pore.

Sekundarna poroznost je ona koja je nastala posle formiranja stena poddejstvom drugih uticajnih faktora.

Ovakvu poroznost imaju stene koje su same nepropusne, ali su naknadnoraspucale.


29/156



Veina meuslojnih pukotina i sve pukotine kriljavosti daju sekundarnuporoznost.

Glavni strukturni tipovi poroznosti stenskih masa mogu biti:- pukotinski (klastini),- meuzrnski (intergranularni),- sunerasti (spongijarni),- crevasti (intestinarni),- kavernozni (sasvim nepravilne upljine).

Pukotinsku poroznost ini ponekad pravilna, a ee nepravilna mreapukotina i prslina u stenskoj masi, kako se to vidi na slici 17-a i 17-b. Stene satakvom poronou imaju veliki znaaj za kretanje podzemnih voda. To sunajee magmatske i neke metamorfne stene. Takvu porozost mogu imati i nekikruti sedimenti jer je pukotinska poroznost karakteristina za sve krute stene.

Meuzrnska (intergranularna) poroznost se sastoji iz agregata pora koje su

zatvorene izmeu zrna stenske mase, a moe biti pravilna i nepravilna (slike18-a. i 18-b.).Naroito je izraena kod nekih sedimentnih stena kod kojih su se prilikom

taloenja pojedina zrna reala tako da su izmeu njih ostale upljine i porepoliedarskog oblika. Najee se susreu kod peska, ljunka, brea ikonglomerata. Karakteristina je za sve nevezane klasine sedimente, kao i zanepotpuno cementovane klastine stene. Vrednost ovakve poroznosti moe bitiveoma razliita. Na primer, u pesku se menja u irokim granicama i dostie45%. Kod ljunka meuprostori su esto zapunjeni peskom ili glinastimmaterijalom, pa je u tom sluaju poroznost manja, nego kod istog ljunka.

Na slici 19-a prikazana su zrna rastresitog materijala (jednaka po veliini iobliku) rasporeena tako da centri pojedinih zrna stoje jedan prema drugom poduglom od 90o, pa je tada poroznost maksimalna (47,6%). U drugom sluaju(slika 19-b) ugao je manji zrna se postave tako da njihovi centri stoje pod uglomod 60o, pa poroznost iznosi svega 25,9% (tj. minimalna je).

a) b)

Slika 19.Zrna rastresitog materijala


30/156



Sunerasta poroznoststrukturno je prikazana na slici 20. Karakteristina jeza bigar (ili traverin) koji se taloi iz vode, a javlja se i kod nekih zoogenihkrenjaka. Veliku upljikavost suneraste strukture moe imati lava, naroitoona koju su izbacivanja oblikovala gasovima.

Slika 20.Sunerasta poroznost

Crevasta poroznostje strukturno prikazana na slici 21. Ovakvu poroznostine izduene i vijugave pore, sa mnogobrojnim suenjima i proirenjima. Mogubiti razgranate i meusobno raznoliko spojene. Ovakva se poroznost retko kad sesama pojavljuje. Uglavnom je udruena sa drugim tipovima poroznosti.

Slika 21.Crevasta poroznost

Kavernozna poroznostpredstavlja najpromenljiviji strukturni tip poroznosti, jerje ine pore vrlo nepravilnih oblika, naravnomerno rasporeene u steni, ameusobno spojene pukotinskim, crevastim i drugim porama. Izuzetno, ove poremogu biti povezane i direktno. Struktura kavernozne poroznosti prikazana je na slici22-a i 22-b. Dimenzija ovih pora (upljina) kreu se od malih do najveih, a imaju


31/156



vrlo nepravilne oblike. Susreu se kod raznih vrsta stena i vrlo je est strukturni tip,skoro uvek udruen sa drugim tipovima poroznosti. Moe se sresti takoe kodorganskih krenjaka, zatim kao sekundarna poroznost kod karbonatnih i sulfatnihstena, nastala procesom karstifikacije.

Slika 22.Kavernozna poroznost

Bez obzira na strukturni tip, pore prema veliini mogu biti:- superkapilarne,- kapilarne i- subkapilarne.

Njihove dimenzije su date u tabeli 8.

Tabela 8.Vrste i dimenzije pora

Vrste pora Dimenzije pora Dimenzije pukotina

Superkapilarne preko 0,5 mm preko 0,25 mm

Kapilarne od 0,0002 do 0,5 mm od 0,0002 do 0,25 mm

Subkapilarne ispod 0,0002 mm ispod 0,0001 mm

Superkapilarne porozne stene proputaju vodu bez dejstva hidrostatikogpritiska.

Kapilarne pore su polupropustljive, to znai da proputaju vodu pod veimili manjim hidrostatikim pritiskom.

Subkapilarne pore su vodonepropusne.

3.2. VLANOST STENA

Sadraj vode u stenama odreuje njihovu vlanost. Kvantitativno, vlanoststena moe se izraziti kao masena vlanost (w), zapreminska (nw) i relativna (kw)vlanost.


32/156



Masena vlanost predstavlja odnos mase vode u steni (Mw) i mase stene(Mst) suene na temperaturi 100 - 150

oC (tj. apsolutno suve stene).

%100st

w

M

Mw (38)

Zapreminska vlanost (nw) je odnos zapremine vode koja se nalazi u steni(Vw) i zapremine stene (V):

%100V

Vn ww (39)

Celokupna koliina vode koja se nalazi u porama stena u prirodnimuslovima naziva seprirodna vlanost stena.

Postoji vie metoda za odreivanje vlanosti stena, ali se, uglavnom, mogupodeliti u dve glavne grupe: termike i mehanike.

Kod termikih metoda vode iz stena se izdvaja isparavanjem, a kodmehanikih metoda istiskivanjem.Najvie se primenjuju termike metode. Postoje i metode odreivanja

vlanosti bez odstranjivanja vode u koje spadaju elektrine, radioaktivne,optike i druge. U poslednje vreme se dosta koriste radioaktivne metode kojeomoguuju odreivanje vlanosti bez uzimanja uzoraka (in situ).

Relativna vlanost (stepen vlanosti) (Kw) predstavlja odnos zapreminevode u steni i ukupne zapremine pora:

p

w

w V

V

K (40)

Veliina Kw moe se teoretski menjati od 0 (apsolutno suve stene) do 1 (svepore ispunjene vodom).

Ispitivanja su pokazala, da se stepen vlanosti stena ispod nivoa podzemnihvoda (u zoni zasienja) kree od 0,8 do 1,0.

3.3. OBLICI POJAVE VODE U STENAMA

Voda se u stenama nalazi u razliitim oblicima i razliitim stanjima, i toslobodna ili jae i slabije vezana, bilo u tenom, gasovitom ili vrstom stanju.Prema obliku pojave, vode mogu biti slobodne, fiziki vezane, vode u

gasovitom stanju i vode u vrstom stanju.Oblici pojave vode u stenama i njihove karakteristike date su u tabeli 9.


33/156



Tabela 9.Oblici pojave vode


34/156



4. HIDROGEOLOKA SVOJSTVA STENA

Glavna hidrogeoloka svojstva su: sposobnost upijanja vode, sposobnostodavanja vode (izdanost) i vodopropustljivost.

4.1. SPOSOBNOST UPIJANJA VODE

To je svojstvo stena da prime odreenu koliinu vode po jedinicizapremine. Razlikuje se ukupna, kapilarna, maksimalna molekularna ihigroskopska sposobnost upijanja.

Ukupna sposobnost upijanjaje mogunost primanja vode do potpunogzasienja stene, odnosno do ispunjavanja svih pora. Zbog toga je ona brojanojednaka poroznosti.

Kapilarna sposobnost upijanja predstavlja takvo svojstvo stena pri kojemdolazi do ispunjavanja vodom kapilarnih pora.

Maksimalna molekularna sposobnost upijanja vode je svojstvo stena daprimi fiziki vezanu vodu.

Higroskopna sposobnost upijanjaje svojstvo stena da prime i trajno zadreizvesnu koliinu vode.

U tabeli 10. su dati podaci o ukupnoj i maksimalnoj molekularnojsposobnosti upijanja vode za neke stene.

Tabela 10.Ukupna sposobnost i maksimalna molekularna sposobnost upijanjaza neke stene

Vrsta steneUkupna sposobnost upijanja

(%)

Maksimalna molekularna

sposobnost upijanja (%)

Krupnozrni pesak 31 2

Pesak 32 7

Glinac 33 16

Glina 45 35

4.2. SPOSOBNOST ODAVANJA VODE (IZDANOST)

Izdanost je sposobnost stena da kod postojanja slobodne podzemne vodepredaje izvesnu koliinu. Pokazatelj koji karakterie ovo svojstvo naziva sekoeficijent izdanosti().


35/156



Ovaj koeficijent predstavlja razliku izmeu ukupne vode i maksimalnemolekularne vode, a izraava se u zapreminskim procentima, pa je:

moluk ww (41)

gde je:

ukw - ukupna voda u steni,molw - molekularna voda u steni.

Koeficijent () odreuje koliinu slobodne vode u steni u odnosu nazapreminu stene.

U tabeli 11. su date vrednosti koeficijenta izdanosti, kao i procentualniiznos ukupne vode koju mogu da prime neke vrste stena.

Tabela 11.Procentualni iznos ukupne vode koju mogu da prime neke stene ikoeficijent izdanosti

Vrsta steneStena prima vodu

wuk(%)

Stena odaje vodu

(%)

Prainasti pesak 42 - 38 10 - 15

Sitnozrni pesak 40 - 36 14 - 18

Srednjezrni pesak 38 - 34 17 - 21

Krupnozrni pesak 36 - 32 19 - 23

ljunak 32 - 28 24 - 28Vrlo krupan ljunak 34 - 30 22 - 25

4.3. PROPUSTLJIVOST

Propustljivost je svojstvo stene da proputa vodu kroz svoju masu. Veliinapropustljivosti zavisi od dimenzija pora i pukotina, kao i njihovog procentualnoguea, a nije direktno zavisna od poroznosti.

Prema propustljivosti, stene se mogu podeliti u tri grupe:- propustljive (permeabilne),- polupropustljive (polupermeabilne),- nepropustljive (impermeabilne).

U prvu grupu spadaju jako ispucale kompaktne stene, ljunak i pesak. Udrugu grupu spadaju: laporci, les, glinovite vrste peska, slabo upljikavikrenjaci, cementni peari i sl. Treoj grupi pripadaju eruptivne, sedimentne imetamorfne stene (ukoliko nisu ispucale) i gline.

Veliina propustljivosti odreuje se putem koeficijenta filtracije (k). Ovajkoeficijent jednak je brzini filtracije, ako je hidrauliki gradijent jednak jedinici.Dimenzije koeficijenta filtracije su (m/s), (m/dan) ili (cm/s).


36/156



Propustljive stene imaju koeficijent filtracije vei od 1 m/dan, polupropustljiveu granicama 0,001 do 1,0 m/dan i nepropustljive ispod 0,001 m/dan.

Koeficijent filtracije zavisi od vie faktora: temperature, granulometrijskogsastava i dr.

Uticaj granulometrijskog sastava na veliinu koeficijenta filtracije za neke

stene dat je u tabeli 12.

Tabela 12.Koeficijent filtracije u zavisnosti od granulometrijskog sastava

Vrsta stene Prenik zrna (mm) Koeficijent filtriranja (m/dan)

Krupan ljunak 100 - 10 500 - 100

ljunak 10 - 2 100 - 50

Krupnozrni pesak 2 - 1 50 - 20

Srednjezrni pesak 1 - 0,5 20 - 5

Sitnozrni pesak 0,5 - 0,25 5 - 1

Prainasti pesak 0,25 - 0,05 1 - 0,1

Praina 0,05 - 0,005 10-4- 10-6

Glina 0,005 10-6- 10-8

Vrednosti koeficijenta filtracije iz tabele 12. odnose se na temperaturu10oC. Za druge temperature potrebno je popraviti koeficijenta filtracije (k)mnoenjem sa , koji se odreuje pomou obrasca

t03,070,0 (42)

gde je:t - temperatura vode u (oC).

Koeficijent filtracije se moe odrediti, uglavnom, na dva naina: raunski,na osnovu raznih empirijskih obrazaca, i laboratorijski.

Jedan od najpoznatijih naina odreivanja vrednosti "k" je prekoHazenovog obrasca:

)/(2 danmdCk ef (43)

gde je :- temperaturna popravka (42),C - empirijski koeficijent,

)26(40400 pC (44)

P - poroznost u (%),def- efektivni prenik zrna (mm), brojno jednak preniku onih zrna kojih u

steni ima manje od 10% po teini.


37/156



Obrazac Hezena se moe primeniti samo na jednorodne vrste peska. Kodneravnomernog granulometrijskog sastava potrebno je prethodno odreditikoeficijent nehomogenosti stena (f) po obrascu:

ef

o

d

df (45)

Ovde je :do -prenik estica u (mm) kojih po teini ima manje od 60%.

Koeficijent nehomogenosti ne sme biti vei od 5, jer u tom sluaju trebaprimeniti Slihterov obrazac:

2496 efMdk (46)

gde je:M - koeficijent koji zavisi od poroznosti i odreuje se iz tabele 13. (Slihterove)

Tabela 13.Vrednost koeficijenta (M) u zavisnosti od poroznosti (p)

p M

0,26 0,1187

0,27 0,135

0,28 0,1517

0,29 0,1694

0,30 0,1905

0,31 0,2122

0,32 0,2356

0,33 0,2601

0,34 0,2878

0,35 0,3136

0,36 0,3473

0,37 0,3808

0,38 0,4154

0,39 0,4254

0,40 0,4922

0,41 0,5339

0,42 0,5783

0,43 0,6269

0,44 0,6776

0,45 0,7295

0,46 0,7838

0,47 0,8455


38/156



Laboratorijski nain odreivanja koeficijenta filtracije sastoji se u

sledeem:U cilindrinu posudu stavlja se uzorak materijala i dovodi do stanja

zasienja, pri emu dolazi do istiskivanja vazduha iz pora. Posle toga se voda

filtrira kroz zasien materijal.Koeficijent filtracije se izraunava po obrascu:

)/( danmIA

qk (47)

gde je:q - koliina utroene vode u eksperimentu (m3/dan),A - povrina poprenog preseka ispitivanog uzorka (m2),I - hidrauliki gradijent primenjen tokom eksperimenta.

Odreivanje koeficijenta filtracije rastresitiog materijala i peskova vri sepri hidraulinom gradijentu I 1.

Za odreivanje koeficijenta filtracije slabo vezanih materijala (slabovezanih peara, glinica i glina) primenjuju se pribori kod kojih se moe ostvaritihidrauliki gradijent vei od jedinice.

4.4. SLOBODNE PODZEMNE VODE

Mogu se izdvojiti dva glavna tipa slobodnih podzemnih voda:

-

lutajue i- akumulirane.Ova dva tipa u prirodi vrlo esto prelaze jedan u drugi.

Lutajue podzemne vode se kreu kroz stenske mase u vidu krupnijihkapljica, vodenih pramenova i mlazeva, putevima najmanjeg otpora. Formirajuse, uglavnom, za vreme kinih perioda i topljenja snega, ponirui iz povrinskihslojeva ak i u vee dubine. Deo ovih prelazi i u fiziki vezanu vodu.

Akumulirane slobodne podzemne vode zauzimaju stalna mesta u stenama.Imaju svojstvo da uspore ili spree kretanje lutajuih voda. Takve akumulacijeobino se nazivaju izdani.

4.4.1. Izdani

Prema svojoj strukturi izdani mogu biti zbijene i razbijene.Zbijene izdani formiraju se obino u stenama sa intergranularnom poroznou,

kao to su pesak i ljunak. Vodena masa takvih izdani srazmerno je zbijena, odnosno


39/156



koncentrisana, zato to se pore ispunjene vodom nalaze vrlo blizu i viestruko supovezane. Zbijena izdan u naslagama peska prikazana je na slici 23.

Slika 23.Zbijena izdan

Razbijene izdani su one kod kojih je celokupna struktura razbijena umnogobrojne ogranke u stenskoj masi. Formiraju se u stenama koje su same posebi vodonepropusne, ali su ispresecane mreom pukotina i prslina (slika 24.).Za ovaj tip izdani vano je istai da se ne moe otkriti svakom buotinom, ak nikada su u pitanju vee akumulacije vode. Razbijene izdani su naroitokarakteristine za krake terene.

Slika 24.Razbijena izdan

4.4.2. Tipovi izdani prema hidrodinamikim karakteristikama

Na osnovu poloaja, odnosno povrine izdani, mogu se izdvojiti:- izdani sa slobodnim nivoom (freatski tip izdani) i- izdani sa nivoom pod pritiskom (sapete ili arteke izdani).

Izdan sa slobodnim nivoom nastaje na sledei nain (slika 25.): jedan deoatmosferskih taloga pronie kroz vodopropusne stene (1) i dopire do


40/156



vodonepropusnih stena (2) iznad kojih se sakuplja ispunjavajui intergranularnepore i obrazuje izdan sa slobodno formiranim gornjim nivoom (n). Nivo podzemnevode, pod uticajem kapilarnih sila u ovom sluaju, podie se neto iznad ravni (n) iispunjava pore izmeu zrna peska formirajui tzv. kapilarni pojas.

Visina kapilarnog pojasa zavisi od krupnoe zrna.

1 - vodopropusne stene, 2 - vodonepropusne stene, a - zona podzemne vode,b - kapilarni pojas, c - prelazni pojas, d - rudinska voda, n - gornji nivo podzemne vode

Slika 25.Izdan sa slobodnim nivoom

U tabeli 14. date su pribline visine kapilarnog pojasa za neke karakte-ristine stene.

Tabela 14.Visina kapilarne stene

Stene Visina kapilarnog penjanja vode (m)

Prainski pesak 0,75 - 0,50

Sitnozrni pesak 0,50 - 0,25

Srenjezrni pesak 0,25 - 0,10

Krupnozrni pesak 0,30 - 0,05

ljunak 0,01Krupni ljunak 0,05 - 0,01

Kod prirodnog ili vetakog odvodnjavanja gornji nivo, koji se slobodnoformira, zauzima parabolian oblik (slika 25.).Slobodno formiran gornji nivo zavisi od reljefa terena i propustljivosti

stena. Ukoliko nema oticanja vode, njen nivo nee biti horizontalan. Takav ebiti samo u sluaju kada je reljef terena na povrini ravan, a vodonepropusnepodinske stene horizontalne.

Monost tzv. prelaznog pojasa (c) zavisi od reljefa terena, klimatskihprilika i zbog toga moe varirati u srazmerno irokim granicama.


41/156



Najvii poloaj zauzima rudinski pojas (d), a onje male debljine, prosenooko 2 m.

Zona iznad slobodnog nivoa izdani, pa sve do povrine terena naziva senadizdanskom ili aeracionom zonom.

Sapeti tip izdani ine vode akumulirane u terenu u kojem se vodopropusne i

vodonepropusne stene po nekoliko puta smenjuju zauzimajui sinklinalnipoloaj, (slika 26.)

1, 2, 3 - vodopropusne stene-kolektoria, b, c - vodonepropusne stene-izolatorin1, n2, n3 - nivoi podzemnih voda

Slika 26. Sapeti tip izdani (sa nivom pod pritiskom)

U vodopropusnim stenama (1, 2 i 3) formira se izdan sa slobodnim nivoom.Izdani (2 i 3) usled prisustva vodonepropusnih slojeva (a, b i c) su deliminosapete i nalaze se pod hidrostatikim pritiskom te daju arteki tip izdani.

Ako se izradi buotina I (slika 26.) do prvog vodonosnog sloja (l) nivoizdani u njoj e se popeti do takozvanog piezometrijskog (statikog) nivoa (n1),koji odgovara hidraulinom pritisku pod kojim se nalazi voda na tom terenu.

U buotini II (slika 26.) voda e pod dejstvom hidrostatikog pritiska izbijati napovrinu. To je primer arteke vode sa pozitivnim piezometrijskim nivoom.

Buotina III (slika 26.) nabuie takozvanu subarteku vodu sa negativnimpiezometrijskim pritiskom koji nije dovoljan da vodu podigne na povrinu.

4.5. KRETANJE PODZEMNE VODE

Voda se kreekroz stene pod uticajem prirodnih i vetakih faktora. Zavisnood oblika vode u steni ovo kretanje moe biti izazvano dejstvom razliitih sila uuslovima razliitih agregatnih stanja vode. Pri tome se razlikuje zona aeracije i zonazasienja. Zona aeracije se nalazi iznad zone potpunog zasienja stene.


42/156



4.5.1. Kretanje vode u zoni aeracije

U zoni aeracije mogu se javiti sledei vidovi kretanja vode:- kretanje vode u vidu pare,- kretanje vezane vode (higroskopne i opnene),- kretanje kapilarnih voda,- kretanje gravitacionih voda.

Kretanje vode u vidu pare usmereno je od stena vee vlanosti u pravcustena manje vlanosti, slojeva vie temperature, ka slojevima nie temperature(npr. zimi odozdo navie, a leti odozgo nanie).

Higroskopska voda se moe kretati u vidu pare samo na temperaturamapreko 100 oC.

Opnena voda, kao poseban vid vezane vode, kree se pod uticajemsorpcionih sila od estica sa debljom opnom u pravcu estica sa tanjom opnom.

Ovakvo kretanje nastaje samo ako je vlanost stene neujednaena i manja odmaksimalne molekularne sposobnosti upijanja vlage. Ako je vlanost vea odmaksimalne molekularne sposobnosti upijanja javlja se kretanje kapilarnih voda.

Kretanje kapilarnih voda je posledica uticaja kapilarnih sila i moe se vritiu bilo kom pravcu, a kretanje kapilarne vode pod uticajem sile tee samo nanie.Pravac kretanja ili nepokretljivosti kapilarnih voda zavisi od toga koja od ovihsila ima veu vrednost.

Kretanje gravitacionih voda u zoni aeracije svodi se na pronicanjepovrinskih voda i atmosferskih taloga (infiltracija).

Slobodno pronicanje vode nastaje pod uticajem kapilarnih i gravitacionih

sila. Slobodnom pronicanju suprostavljaju se sile trenja i vazduh u stenskimporama. Kretanje slobodne vode u zoni aeracije, kada ova nije potpuno zasiena,podlee zakonu Darsija. Najvei praktini znaaj za kretanje vode u zoniaeracije ima pronicanje (infiltracija).

4.5.2. Kretanje vode u zoni zasienja (filtracija)

Kretanje gravitacionih podzemnih voda u zoni zasienja kroz pore, pukotine ikaverne, naziva se filtracija. Ovo kretanje moe biti laminarno ili turbulentno.

a. Laminarno kretanje

Kod laminarnog kretanja odvojeni slojevi (elementarne struje) vode kreuse meusobno paralelno.

Laminarno strujanje javlja se kod vrlo malih brzina kretanja vode krozrastresite stene i pukotine malih dimenzija. Ovo kretanje podlee linearnomzakonu Darsija:


43/156



wAQ (48)

ili

lkAQ (49)

gde je:Q - koliina, odnosno zapremina vode u m3koja proe kroz stenu u jedinici

vremena (m3/s), (m3/as), (m3/dan)A - povrina poprenog preseka vodonosnog sloja (m2)k - koeficijent filtracije (m3/s), (m3/as), (m3/dan)l - hidrauliki gradijent

Hidrauliki gradijent se odreuje iz jednaine:

l

h

l

HHl

21 (50)

ovde je:

21 HHh - visinska razlika izmeu dva preseka na nivou izdani (sl. 27.)l - horizontalno rastojanja izmeu dva preseka (m)

Slika 27.ema odreivanja hidraulikog gradijenta

Ako levu i desnu stranu jednaine podelimo sa A dobie se izraz za brzinufiltracije:

lkAQw (51)

Iz jednaine (51) proizilazi da je brzina filtracije (w) proporcionalnakoeficijentu filtracije i hidraulikom gradijantu.

Poto je u jednaini (51) povrina poprenog preseka vodene strujeizjednaena sa povrinom poprenog preseka vodenog sloja (A), to brzina (w)nije stvarna brzina kretanja vode, ve prividna.


44/156



Voda se u steni kree samo kroz pore, pa e popreni presek vodene strujebiti:

pAA 1 (52)

gde je:p - poroznost stena

Stvarna brzina kretanja vode u porama e biti:

pA

Qwst

(53)

Ako u jednaini (53) umesto kolinika Q/A uvrstimo brzinu (w) dobiemo

p

wwst (54)

Obrazac (54) pokazuje da je stvarna brzina kretanja vode (wst) vea odbrzine filtracije (w), poto je poroznost uvek manja od jedinice.

Iz jednaine (48) i (49) imamo da je:

A

Qw i

lA

Qk (55)

Ako se uzme da je vrednost hidraulikog gradijenta jednaka jedinici,proizilazi de je:

wk (56)

Laminarno strujanje na koje se odnosi Darsijev zakon nastaje kod malihRejnoldsovih brojeva. Ispitivanja su pokazala da vrenost Rejnoldsovog broja prilaminarnom kretanju podzemnih voda iznosi od 7 do 9.

Vrednost Rejnoldsovog broja odreuje seputem obrasca Pavlovskog:

923,075,0

Re

efkr

wd

e

l (57)

gde je:e - koeficijent poroznostiw - brzina filtracije (m/s)def - efektivni prenik zrna (m) - tj. prenik onih zrna kojih u steni ima

manje od 10% po teini- kinematika viskoznost filtrirajue vode (m2/s), odreuje se iz tabele 15.


45/156



Tabela 15.Kinematika viskozrnost vode u zavisnosti od temperature

Temperatura vode

t (oC)

Kinematika viskoznost

filtrirajue vode

(m2

/s)

0 1,78 10-6

5 1,52 10-6

10 1,31 10-6

20 1,14 10-6

30 1,01 10-6

40 0,66 10-6

50 0,55 10-6

b. Turbulentno kretanje

Ovo kretanje nastaje kod veih brzina strujanja. Za odreivanje brzineturbulentnog kretanja podzemnih voda (u pukotinama, u krupnozrnim stenama isa kupnim porama) vai zakon ezi :

W = kk

l(m/dan) (58)

gde je:W - brzina filtracije (Q/A) u (m/dan),kk- koeficijent filtracije, odnosno koeficijent propustljivosti (m/dan),l - hidrauliki gradijent.

4.6. BUNARI

Bunari predstavljaju vertikalne objekte izraene do akumulacije podzemnevode. Ako se takvim objektima dopre do vodonosnog horizonta pod pritiskom,naziva se artekim bunarima.

I jedna i druga vrsta bunara mogu biti savreni ili nesavreni.Savreni bunari moraju se izraditi do vodonepropusnog sloja prodirui

celom visinom kroz vodonosni horizont. Nesavreni bunari ulaze samo delom uvodonosni sloj.

Voda u savreni bunar dotie samo kroz zidove (sl. 28-a.), a u nesavrenikroz zidove i dno (sl. 28-b.) ili samo kroz dno bunara (sl. 28-c).


46/156



Slika 28.Savreni (a) i nesavreni (b, c) bunar

Pumpanjem vode iz savrenog bunara obrazuje se oko njega depresionakriva u vidu levka (slika 29.).

Slika 29. Depresiona kriva kod bunara

Horizontalno rastojanje izmeu ose bunara i take gde se depresiona krivaspaja sa statikim nivoom naziva se poluprenik dejstva bunara (R).

Prouavajui zonu dejstva bunara, razni autori su dolazili do razliitihobrazaca za odrevanje poluprenika dejstva. Tako na primer:Prema I. P. Kusakinu:

R = 2S Hk(m) (59)

Prema V. Zihardtu:

R = 10S k (m) (60)


47/156



Prema E. E. Karkisu:

R = )00015,01(30 2rkHS (m) (61)

gde je:k - koeficijent filtracije (m/dan),H - visina vodenog stuba od bunara do statikog nivoa vode (m),h - vertikalno rastojanje od dna do nivoa vode u bunaru (m),S = H - h - snienje nivoa vode pri pumpanju (m),r -poluprenik bunara(m).

Smatra se da obrazac Karkisa treba primeniti za vode koje se nalaze podpritiskom.

Praktine vrednosti poluprenika dejstva (R) za neke slojeve su date u

tabeli 16.

Tabela 16.Poluprenik dejstva (R)

Sitnozrni pesak 0,5 - 0,25 25 - 100

Srednjezrnasti pesak 1,0 - 0,5 100 - 200

Krupnozrnasti pesak 2,0 - 1,0 200 - 400

Veoma krupan pesak ilisitan l unak

10,0 - 2,0 400 - 600

Srednje krupni ljunak 100,0 - 10,0 600 - 1500

Krupan ljunak 200,0 - 100,0 1500 - 3000

SlojeviPrenik estica

(mm)Poluprenik dejstva (m)

4.6.1. Koliina vode koja pritie ka savrenom bunaru

Koliina vode koja pritie ka savrenom bunaru Q (m3/dan) moe seodrediti na sledei nain:

Povrina A, kroz koju pritie voda (sl. 30.), za proizvoljnu visinu (y) ihorizontalno rastojanje od centra bunara (x) iznosi:

yxA 2 (62)


48/156



Slika 30. Odreivanje koliine vode kod savrenog bunara

Koliina vode koja pritie na osnovu Darsijevog zakona je:

xyklAklQ 2 (63)

a hidrauliki gradijent:

dx

dyl (64)

Na osnovu toga e biti:

dx

dyxykQ 2 (65)

odnosno :

ydyx

dx

k

Q

2 (66)

Ako posmatramo proticanje vode od preseka I do preseka II (sl. 30.) iintegralimo bie:

2

1

2

12

x

x

y

y

ydyx

dx

k

Q

(67)

odnosno:

)(2

11

221

22

1

2 yyx

xn

k

Q

(68)


49/156



Jednaina (68) je matematiki izraz depresione krive pri pumpanju vode izsavrenog bunara.

Poto je rx 1 , a Rx 2 , odnosno hy 1 i Hy 2 , iz jednaine (69)

moe se izvesti da je:

)11(22 nrnRk

QhH

(70)

ili

nrnR

hHkQ

11

22

(71)

Ako se snienje nivoa vode u bunaru oznai sa S, onda je:

SSHhH )2(22 ,pa e Q biti:

nrnR

SSHkQ

11

)2(

(72)

i dalje:

rR

SSHkQ

loglog

)2(367.1

(73)

4.6.2. Koliina vode koja pritie ka savrenom artekom bunaru

Poto se vodonosni horizont kod artekih voda nalazi pod pritiskom,mogue je da voda izbije na povrinu, ali isto tako da se u sluaju manjeghidrostatikog pritiska samo podigne iznad vodonosnog horizonta. Ako se vodapumpa iz takvog horizonta formira se depresioni levak u krovinskim naslagamatj. iznad vodonosnog horizonta (sl. 31.).

Koristei ranije izvedene zakljuke moe se napisati da je:

nrnR hHkmQ 11 )(2 (74)

ili:

rR

kmS

rR

hHkmQ

loglog73.2

loglog

)(73.2

(75)

pri emu je hHS .


50/156



Slika 31. Odreivanje koliine vode kod savrenog artekog bunara

Obrazac (75) pokazuje da kapacitet artekog bunara zavisi od sniavanjavode u bunaru i da je ta zavisnost linearna, pa se moe napisati da je:

qSQ (m3/dan) (76)

gde je:q- specifini kapacitet bunara, odnosno pritok vode u bunar (m3/dan), kod

snienja nivoa vode za 1m (q = m3/dan/m)

Ova linearna zavisnost izmeu Q i S vai samo u sluaju malih snienjanivoa. Kod veih snienja nivoa dolazi do poveanog otpora kretanju vode krozvodonosni horizont, kroz filter cevi, pa nastaje krivolinijska zavisnost snienja

nivoa "S". Ovo snienje nivoa S najbolje se moe izraziti jednainom:2bQaQS (77)

Na osnovu toga kapacitet bunara iznosi:

b

abSaQ

2

42 (78)

Obrazac (78) moe se primeniti ako je 2max

S

S,

gde je:Smax - maksimalno snienje nivoa u probnom pumpanju, aS - snienje nivoa za traeni kapacitet.

U jednainama (77 i 78) a i b su koeficijenti koji se moraju praktino odrediti. Postupak odreivanja koeficijenta a i b je sledei:Potrebno je izvriti dva pumpanja sa dva merenja, pa utvrditi kapacitet

bunara Q1pri snienju nivoa vode S1 i kapacitet bunara Q2pri snienju nivoa S2.Nakon toga vrednosti koeficijenata izraunavaju se po obrascima:


51/156



)( 1221

2112

QQQQ

QSQSb

(79)

11

1 bQQ

Sa (80)

4.6.3. Koliina vode koja pritie u nesavreni bunar

Voda ka nesavrenom bunaru pritie se kako sa bonih povrina, tako ipreko dna bunara (ili buotine). Zbog toga linije proticanja u blizini bunaraimaju oblik krivih (sl. 32.), a na izvesnoj udaljenosti postaju horizontalne prave.Time pritok vode dobija karakteristike podzemnog toka kod savrenog bunara.Forhajmer je pritok vode definisao kao odnos kapaciteta savrenog (Q) inesavrenog (Q1) bunara sledeom jednainom:

4

1 2 thh

th

QQ

(81)

Ovde je :Q - kapacitet savrenog bunaraQ1 -kapacitet nesavrenog bunarah - visina od vodonepropusnog sloja do nivoa vode u bunarut - visina vode u nesavrenom bunaru

Slika 32.Odreivanje koliine vode kod nesavrenog bunara

Ako se u jednainu (81) uvrsti obrazac Dupit-a (71) za savren bunar, moe seodrediti pritok vode u nesavren bunar koji ima propustljive zidove i nepropusno dno.

4

222

1

2

11

(

h

th

h

t

nrnR

hHkQ

(82)


52/156



Forhajmer daje sledee obrasce za nesavreni bunar sa propustljivim dnomi nepropustljivim zidovima:

th

m

rt

h

Q

Q

25,01

(83)

Kada je u pitanju arteki nesavren bunar sa propustljivim zidovima inepropustljivim dnom koristi se obrazac:

4

1 2 tm

m

t

m

Q

Q

(84)

gde je:m - monost horizonta sa artekom vodom.

Ako nesavren arteki bunar ima propustljivo dno i nepropustljive zidovevai obrazac:

4

1 25,0 tm

m

rt

m

Q

Q

(85)

4.6.4. Odreivanje koeficijenta filtracije (k) kod bunara

Da bi se odredio koeficijent filtracije (k)potrebno je vriti opitno pumpanjevode i postaviti dve osmatrake buotine.

Ako se koliina ispumpane vode oznai sa Q1, nivoi vode u osmatrakim

buotinama sa h1 i h2, a udaljenost osmatrakih buotina od bunara sa a1 i a2,koeficijent filtracije e biti:

2122

12 lnln

hh

aaQk

(86)

Za arteki bunar:

12

12

2

lnln

hhm

aaQk

(87)

Obrazac (87) moe se napisati i u sledeem obliku:

212112

2

lnln

SSSSH

aaQk

(88)

kada se zameni 11 SHh i 22 SHh

Ovaj obrazac je pogodniji za praktinu primenu poto se vrednost S1i S2tj.sputanja nivoa mogu direktno meriti.


53/156



II ODVODNJAVANJE PODZEMNIH RUDNIKA

1. PRILIV VODE U RUDNIKE PROSTORIJE

U fazi istraivanja, odnosno pre poetka izrade rudarskih prostorija iotvaranja rudnika prikupljaju se osnovni podaci o radnoj sredini, i posebno sastanovita hidrolokih i hidrogeolokih uslova.

Osnovne prostorije otvaranja i razrade leita mineralnih sirovina,pojavljuju se u obliku:

- vertikalnih okana koja presecaju vie slojeva stena razliitihhidrogeolokih karakteristika,

- horizontalnih prostorija (potkopa, smernih i poprenih hodnika uodnosu na pruanje leita i prateih stena),

- kosih prostorija (niskopa, uskopa, kosih okana, sipki).Pritok vode u rudnike prostorije moe biti razliit od sluaja do sluaja i

veoma promenljiv u toku izrade, a i kasnije tokom korienja. Zavisno odhidrogeolokih uslova zaleganja ovodnjenih stena, priliv vode u prostorije kojese izrauju je obino, kod statikih voda, najvei u poetku izrade prostorije, dabi se potom ustalio kao konstantan priliv. U pojedinim sluajevima izradomprostorije ocede se okolne stene, tako da priliv vode opadne na neku malu,konstantnu vrednost. To nije sluaj kod ovodnjenih stena, kolektora vode, koji se

prihranjuju povrinskim vodama ili iz okolnih kolektora artekih voda, podpritiskom. Pored konstantnog priliva vode u rudnike prostorije, moe sedogoditi i iznenadni prodor vode pod veim ili manjim hidrostatikim pritiskom.

Na osnovu hidrogeolokih osobina stena i leita u kojima se izraujurudnike prostorije, rudnici se razvrstavaju u etiri kategorije:

I kategorija - stene i leita koja se pojavljuju u neporoznim i vrstim stenama,II kategorija - stene i leita koja se pojavljuju u sredinama sa zbijenom

izdanskom vodom i intergranularnom poroznou,III kategorija - stene i leita sa pukotinskom poroznou i razbijenom

izdanskom vodom,IV kategorija - stene i leita sa kavernozonom poroznou i povezanimpukotinama.

Priliv vode u rudarske prostorije pri njihovoj izradi i kasnije, u fazieksploatacije, prognozira se na osnovu vodoobilnosti slojeva kroz koje prostorijeprolaze, dubine zaleganja i monosti vodonosnih horizonata, naina izrade prostorijai njihovog osiguranja. Svi ovi podaci prikupljaju se tokom istraivanja leitadubinskim buenjem.


54/156



1.1. PRILIV VODE PRI IZRADI VERTIKALNIH PROSTORIJA

Pri izradi ili produbljenju okana odvodnjavanje je uslov koji omoguavaizvoenje ovih radova, naroito ako se radi o vodonosnim stenama. Pritok vode uokno moe biti razliit, a moe se oekivati priliv podzemne rudnike vode, zatim

izdanske vode (izdan sa slobodnim nivoom) iz kolektora na povrini ili arteke vode.U okno moe prodreti povrinska voda reka i potoka, ako je okno locirano tako damu je ue ispod maksimalnih voda u stogodinjem povratnom periodu.

1.2. PRILIV VODE U HORIZONTALNE RUDNIKE PROSTORIJE

Pri otvaranju vodonosnih stena (kolektora vode) horizontalnim rudnikimprostorijama dolazi do njihovog dreniranja i pojave vode u prostorijama.Horizontalne rudnike prostorije se izrauju sa nagibom do 5 sa obaveznim

iskopom kanala za odvoenje vode. Zbog toga pojava vode u hodnicimadirektno ne ometa u veoj meri izradu hodnika. Pojava kapajue vode ugroavaradne uslove, umanjuje produktivnost rada, produava vreme izrade i poveavatrokove. Nakon izrade hodnika, po dreniranju vodonosnih slojeva u zoni uticajaprostorije, priliv vode u prostoriju se smanjuje ako se izdan ne prihranjuje atmo-sferskim ili vodoznim vodama. Zbog toga se, obino, prognozira pri projekto-vanju maksimalni priliv vode u toku njegovog korienja. Uopteno, priliv vodeu horizontalne rudnike prostorije u toku njihove izrade i korienja posmatra seu funkciji meusobnih poloaja kolektora i prostorije i vremena oceivanja vodekoja gravitira prostoriji. Voda u horizontalnu prostoriju pritie iz stropa, bokova

i sa ela, te se priliv odreuje iz relacije:

),/(2 3 hmX

Dp

p

KlbihpbpQ

ki

ki odnosno

Q= 2 kihb Sl )/(2

3 hmb

R

,

gde su:bp - irina hodnika (m),hp - visina hodnika (m),

i - duina hodnika izraena u kolektoru vode (m),Dki - vertikalna visina (debljina kolektora) na mestu ulaska hodnika,Xki - rastojanje od ela hodnika dokle dosee uticaj hodnika u pravcu ose

hodnika,K - koeficijent filtracije (m/h),p - poroznost stena (%).= Dki/i hidrauliki gradijent


55/156



1.3. PRILIV VODE U KOSE RUDNIKE PROSTORIJE

Mehanizam priticanja vode u kose rudnike prostorije isti je kao i kodpriticanja vode u okna i hodnike. Ipak, poloaj kosih prostorija je takav danajee presecaju ili prate kolektore vode u veoj duini nego to se deava pri

otvaranju hodnicima i oknima. Zbog toga se ovde vodi rauna o nainuzaleganja vodonosnih naslaga i lociranja kosih prostorija u nepropusnim stenamimajui u vidu da u njih prodire voda iz stropa, bokova i poda prostorije.

Odvodnjavanje kosih prostorija je tee od odvodnjavanja okna zbog veeduine i zbog tee manipulacije sa opremom za odvodnjavanje, koja ne moeslobodno da visi ili da se sputa pomou uadi.

Maksimalni priliv vode u kosu prostoriju javlja se pri otvaranju kolektoravode, odnosno ovodnjene stene. Daljom izradom, priliv vode se poveava doneke duine zbog priliva vode iz podine, a potom opada zbog smanjenja prilivaiz stropa. Maksimalni priliv se odreuje po formuli:

)/(

2

22 3max hmbR

ShblihbKQ

,

gde su:b - irina prostorije (m),h - visina prostorije (m),S - srednja dubina prostorije od slobodnog nivoa vode u kolektoru,R - radijus uticaja niskopa na formiranje depresionog levka,S/R - hidrauliki gradijent,l - duina prostorije u kolektoru vode (m).

Po izradi kose prostorije dolazi do oceivanja vode iz zone uticaja, pa sepriliv stabilizuje na proseni (minimalni) koji zavisi od prihranjivanja kolektoravodom. Cela duina kose prostorije bie suva do najnie take preseka niskopasa vodonepropusnim slojem. U tom sluaju maksimalni i minimalni priliv vodemoe biti odreen u funkciji depresionog levka.

hmb

R

SKlbhQ /

2

2 3max

hmb

R

ShKlbQ /

2

01,02 3min

U zavisnosti od poloaja niskopa prema kolektoru bie i priliv vode.Niskop obino see dijagonalno kolektor, pa je mogu vei priliv vode u


56/156



prostoriji, jer voda pritie iz vee zapremine dreniranog prostora. Zapreminadreniranog prostora iznosi:

3sin2

2mmSb

SRV

1.4. UTICAJ METODE OTKOPAVANJA LEITA NAOVODNJENOST RUDNIKA

Primenjeni sistemi i metode podzemnog otkopavanja leita mogu imatibitan uticaj na uspostavljanje veza izmeu rudarskih prostorija i otkopa saatmosferskim, nadzemnim i podzemnim vodama. Kakve e se veze izmeuvodopropusnih stena i zemljine povrine ostvariti, zavisi od naina upravljanjaotkopanim prostorima u leitu i litolokog sastava krovinskih naslaga iznad

njega. Prema nainu upravljanja sa otkopanim prostorom razlikuju se etirigrupe metoda otkopavanja i to:- metode sa zaruavanjem otkopanih prostora,- metode sa ostavljanjem zatitnih stubova,- metode sa zapunjavanjem otkopanih prostora i- metode sa magazioniranjem rude i zaruavanjem krovnih stena.

Otkopne metode ijom se primenom izaziva zaruavanje krovine i deformi-sanje zemljine povrine doprinose da se u stenama, usled njihovog zaruavanja,stvara sekundarna poroznost koja omoguava veze izmeu vodai okolnih stena irudnikih prostorija. Ako zona zaruavanja i zona pukotina dopru do zemljine

povrine ostvaruju vezu izmeu povrinskih i atmosferskih voda koje gravitirajuka koritu uleganja krovine. Ovo ulegnue se formira na povrini iznad otkopa-nog prostora u leitu. Ta pojava utie na poveanje ovodnjenosti rudarskihprostorija usled prodiranja ukupnih nadzemnih ili atmosferskih voda kojegravitiraju ka zoni zaruavanja krovine.

Pod uticajem podzemnih radova, u zavisnosti od njihove geometrije i litolokihkarakteristika prateih stena, deformisae se zemljina povrina iznad leita.Postepeno, kako se poveeva povrina otkopnih radova tako se poveava i otkopnaupljina, te dolazi do neminovnog zaruivanja krovine do odreene visine:

mKmh p cos13 gde su:

h - visina krovine koja se lomi i zaruava u otkopani prostor (m),m - visina otkopane upljine (m),Kp - koeficijent ratresanja krovine (1,1 - 1,4),- ugao nagiba otkopne upljine.


57/156



2. ORGANIZACIJA ODVODNJAVANJA RUDNIKA

2.1. PRIRODNO ODVODNJAVANJE POTKOPIMA

Prirodno odvodnjavanje ili oticanje pod uticajem gravitacije, obino se vriu rudnicima sa izraenom morfologijom - brdskog tipa koji su otvorenipotkopima. Voda koja pritie u rudarske prostorije kod ovakvih rudnika sakupljase u kanale i odvodi u povrinske vodotokove. Kod izuzetno velikih priliva vodeizrauju se posebni hidrotehniki objekti, rovovi i kanali, koji mogu da prihvatepoveani dotok i odvedu vodu van eksploatacionog polja rudnika. Hidrotehnikiobjekti za prirodno odvodnjavanje su:

- kanali raznih poprenih preseka, nagiba i gradnje;- potkopi, propusti, razliitih duina zavisno od konfiguracije terena i- talonici, preistai i drugi objekti za ienje vode pre isputanja u

vodotokove.

Odluka o izboru organizacije odvodnjavanja i izgradnje objekataodvodnjavanja donosi se na osnovu ekonomske opravdanosti, odnosno ako je:

dok CC

Ck- cena izrade objekata odvodnjavanja,Cod - cena mehanikog odvodnjavanja rudnika.

2.2. MEHANIKO ODVODNJAVANJE RUDNIKA

Mehaniko odvodnjavanje rudnika vri se primenom pumpi i cevovodakojima se voda izbacuje na povrinu. Objekti za mehaniko odvodnjavanje suprihvatni kanali, vodosabirnici, pumpne komore, pumpe i cevovodi. Pri ovomnainu odvodnjavanja mogua su tri sistema:

-neposredno ispumpavanje,-posredno ispumpavanje i-pumpanje kroz buotine.

Neposredno ispumpavanje sastoji se u sprovoenju vode iz svih delovarudnika do centralnog vodosabirnika iz kog se voda pumpa na povrinu. Ukolikose radi na vie horizonata, istovremeno, jedno od moguih reenja je sakupljanjevode u vodosabirnike na svakom horizontu, i ispumpavanje vode iz njih direktnona povrinu. Kod ovog naina svaki horizont mora imati organizovan zasebansistem odvodnjavanja. ematski prikaz sistema varijanti neposrednogispumpavanja prikazan je na slici l (a, b i c).


58/156



Slika l. Odvodnjavanje rudnika neposrednim ispumpavanjem

Posredno ispumpavanje vri se tako to se voda sa jednog horizontaprebacuje na drugi, pa tek onda izbacuje na povrinu (slika 2). Posrednoispumpavanje vode moe se vriti i iz pojedinih revira u cilju izbegavanja izradekanala za vodu u dugakim hodnicima i smanjenja vlanosti prostorija ivazduha.

Slika 2.Odvodnjavanje rudnika posrednim ispumpavanjem


59/156



Pumpanje vode kroz buotinu organizuje se u posebnim sluajevima kadaje potrebno skratiti kretanje vode kanalima iz udaljenih delova rudnika i starihradova (otkopanih prostora), a to je ematski prikazano slikom 3.

Slika 3.Pumpanje vode kroz buotinu


60/156


61/156



Slika 5.Lokacija okna

Ukoliko u leitu koje u krovini ima vodopropusne stene teku potoci ilireke iz kojih voda moe da prodre u rudnik, tada se obino primenjujepremetanje korita van domaaja eksploatacionog podruja (slika 6).

Slika 6.Primeri izmetanja korita vodotokova van eksploatacionog podruja

Ako premetanje korita vodotokova nije mogue, ili je ekonomski neoprav-dano, tada se zatita rudarski radovi tite ostavljanjem stubova koji spreavajuprodor vode.

Dimenzionisanje zatitnih stubova vri se po svestrano razradjenimmetodologijama. Na slici 7. prikazana je uproena konstrukcija konturezatitnog stuba ispod renog korita u sluaju horizontalnog sloja i pravca renogtoka upravnog na pravac pruanja sloja. Na slici 8. data je konstrukcija konturezatitnog stuba u sluaju kada je reni tok u pravcu pruanja sloja, koji pada poduglom .


62/156



Slika 7. Konstrukcija konture zatitnog stuba za horizontalan sloj

Slika 8. Konstrukcija konture zatitnog stuba za nagnuti sloj

Kod vodopropusne, a naroito karstne krovine, moe se spreiti prodiranjepovrinskih voda koje nastaju od jakih atmosferskih taloga hvatanjem tih voda uspecijalna korita - kanala sa vodonepropusnim dnom. Iz takvih kanala voda seprebacuje van domaaja eksploatacionih radova.


63/156



3.2. SPREAVANJE PRODORA PODZEMNIH VODA

Spreavanje prodora podzemnih voda u rudnike prostorije najee seizvodi primenom sledeih metoda:

- otvaranjem kroz vodonepropusne stene i- odvodnjavanjem vodonosnih horizonata.

Pri analizi lokacija otvaranja rudnika jedna od varijanti koja se razmatra iprimenjuje je i lociranje prostorija otvaranja kroz vodonepropusne stene, to jenajefikasniji nain zatite od iznenadnih prodora podzemnih voda. Na slici 9.prikazan je sluaj otvaranja leita oknom kroz vodonepropusne stene.

Slika 9. Otvaranje oknom kroz vodonepropusne stene

U praksi se primenjuje i oceivanje vode iz vodonosnih stena, a to sepostie sniavanjem nivoa podzemnih voda razliitim metodama, i to:

- pomou utisnih filtera,- pomou sprovodnih filtera - infiltracioni bunari, i- odvodnjavanjem bunarima.

Zatita od iznenadnih prodora vode u rudarske prostorije postie se iizvodjenjem informativnog buenja -predvrtavanja, u razliitim varijantama.

Sniavanje nivoa podzemnih voda pomou utisnih filtera primenjuje se urudnicima uglja kod kojih se u krovini ili podini ugljenih slojeva nalazevodonosne stene. Zavisno od uslova, utisni filteri se postavljaju u krovini,bokovima ili podini rudarskih prostorija po odredjenoj emi.

Utisni filteri su kratke eljezne perforirane cevi, obino duine 1-3 m kojese meusobno spajaju mufovima. Na samom vrhu utisni filter ima glavu saseivom visine oko 15 mm. Ova glava ini jedinstvenu celinu sa samim svrdlom


64/156



i slui za lake probijanje slojeva u koje se utiskuje. Prenik otvora (rupa) duobima filter - cevi zavisi od krupnoe zrna i drugih karakteristika vodonosnogsloja. Detalj utisnog filtera prikazan je na slici 10, a na slici 11. dat je detaljutisnog filtera u rudarskoj prostoriji.

Slika 10.Izgled utisnog filtera


65/156



Slika 11.Detalj utisnog filtera u rudarskoj prostoriji

Sprovodni filteri (infiltracioni bunari) predstavljaju buotine izraene sapovrine terena do rudarskih prostorija u jami. Izgled sprovodnog filteraprikazan je na slici 12.

Slika 12.Izgled sprovodnog filtera

Sprovodni filteri se primenjuju kod veih koliina vode u vodonosnomsloju jer se njihova izdanost kree i do 180 m3/h. Ovi filteri se postavljaju nameusobnom rastojanju od 20-300 m, to je zavisno od koliine vode uslojevima koji se odvodnjavaju.


66/156



Prednost sprovodnih filtera nad utisnim je u tome to se njima odvod-njavaju svi horizonti kroz koje prolaze i u stalnom su kontaktu sa vazduhom, toolakava proticanje vode.

Bunarima se uspeno sniava nivo podzemne vode, kako u sluaju jednogtako i postojanja vie vodonosnih horizonata. Bunar se radi u dve faze i to faze

buenja i faze ugradnje opreme. Izgled opremljenog bunara prikazan je na slici 13.

Slika 13.Izgled opremljenog bunara

Voda iz bunara se ispumpava podvodnim pumpama koje se ugrauju nacevima, odgovarajueg prenika, usklaenog sa kapacitetom bunara. Paralelnosa ugradnjom pumpe postavljaju se i cevi za osmatranje nivoa vode u bunaru.Bunari se, obino, lociraju po pruanju slojeva u jednoliniskom redu, ali tako daprobijaju ugljeni sloj na priblino istom nivou. Rastojanje izmeu bunara iznosiod 100 do 500 m.


67/156


68/156



Izgled standardne barae dat je na slici 14.

Slika 14.Izgled barae

4.2. DRVENE BARAE

Ove barae slue za male pritoke vode i za manje hidrostatike pritiske(0,15-0,30Mpa) i izrauju se kao stojee (slika 15) ili leee (slika 16).

Slika 15. Stojea drevna baraa


69/156



Slika 16.Leea drvena baraa

Prorauni drvenih baraa vre se proverom debljine barae i izrauna-vanjem dubine useka. Debljina barae se izraunava po obrascu:

Kb

pLd

4

3 (cm),

gde su:L - duina grede,p - hidrostatiki pritisak vode (MPa),Kb - dozvoljeno optereenje drveta na savijanje.

Zavisno od vrste drveta Kb iznosi:

4MPa - za amovo drvo,5MPa - za borovo drvo,6MPa - za hrastovo drvo,7MPa - za bukovo drvo.

Dubina useka se odreuje iz obrasca:

)(2 pKc

pbl

(cm)

b - irina prostorije,Kc - dozvoljeno naprezanje stene na pritisak (MPa).

Dubina useka ne sme biti maja od 20 cm, bez obzira na proraunatu vrednost.


70/156



4.3. ZIDANE BARAE

Zidane barae se rade od opeke u cilindrinom obliku, zavisno od pritiskavode i karakteristika stena u kojima se izrauju. Najiru primenu imaju klinkeropeke, a za vezivo se koristi cementni malter sa odnosom cement - pesak 1:1.

4.3.1. Zidane cilindrine barae

Ove barae se primenjuju u prostorijama u kojima se oekuju manji pritocivode, a rade se u obliku iseaka cilindrinog prstena (slika 17).

Slika 17.Zidana cilindrina baraa

Pre izrade zidova barae postavlja se privremena baraa od drveta radiisuivanja mesta predvienog za postavljanje stalne barae. Voda koja se sakuplja

iza privremene barae, odvodi se kroz cev koja se sprovodi i kroz stalnu preradu i ukasnijoj fazi ova cev slui za isputanje vode. U gornjem delu barae ugrauje setanka cev za isputanje vazduha, koja se koristi i za kontrolisanje pritiska vode nabarau.

Da bi se dolo do izraza za proraun ovog tipa baraa polazi se odpretpostavke da baraa ima oblik cilindrinog prstena ABCD, gde sehi

odvodnjavanje u rudarstvu

Documents