7. Прогноз опасности затопления

Проектирование системы водоотлива для новой шахты или горизонта должно удовлетворять требованию невозможности затопления действующих выработок от притока подземных вод: вместимость водосборников должна быть не менее 4-часового максимального притока для главного водоотлива и 2-часового - для участкового без учета заиливания, которое не должно превышать 30 % их объема; подача каждого рабочего и резервного насосного агрегата должна обеспечивать откачку максимального суточного притока воды не более чем за 20 ч.

При наличии старых затопленных выработок и карстовых вод должны определяться границы зон, опасных по прорывам воды. Границы таких опасных зон устанавливаются в зависимости от надежности определения размеров затопленных выработок: по границам барьерного целика на пластах с достоверно известным контуром затопленной выработки или по зоне между недостоверно известным контуром затопленных выработок и границей безопасного ведения горных работ.

При проектировании работ на пластах, залегающих под или над пластом с затопленными выработками, опасными по прорывам воды принимаются зоны предохранительных целиков. Определение ширины барьерных целиков, границ безопасного ведения горных работ и размеров предохранительных целиков должно производиться в специальных проектах в соответствии с требованиями действующих инструктивных материалов.

Для предотвращения внезапных прорывов воды и пульпы, ведение работ в опасных зонах должно осуществляться с бурением опережающих скважин диаметром не более 76мм. При появлении признаков, предвещающих возможность прорыва (капеж, резкое усиление горного давления, деформации изоляционных перемычек и др.), люди должны быть выведены в безопасное место. Дальнейшие действия должны определяться проектом, составляемым заранее, в соответствии с требованиями “Указаний о порядке и контроле безопасного ведения горных работ в опасных зонах” и “Инструкции по безопасному ведению горных работ у затопленных выработок”.

Все действующие выработки должны осматриваться инженерно- техническими работниками шахты с периодичностью, установленной требованиями Правил безопасности, с проверкой состояния крепи, а для стволов - и армировки, наличия отслоившихся с боков и кровли породы и угля. На перекрепление и погашение горных выработок должны составляться паспорта, утвержденные главным инженером шахты.

Таким образом, прогнозирование каждого из потенциально опасных факторов, вызванных природными условиями залегания угленосной толщи и способствующих возникновению аварийной ситуации на этапах проектирования и ведения технологических работ в шахте, имеет свои особенности, как по методам, так и срокам прогнозирования. Одни и те же природные условия могут вызывать проявление одних опасных факторов и препятствовать возникновению других.

8. Прогноз опасности химического заражения

Природные условия залегания угленосных толщ, характеризующиеся выходом пластов угля и водоносных песчаников под наносы или на поверхность, повышенной их природной трещиноватостью, сорбционной активностью к некоторым токсичным веществам, способствуют их переносу по горному массиву и образованию коллекторов таких веществ. Для шахтных полей с размещенными на поверхности химически опасными объектами или отходами их производства необходимо выполнять прогноз опасности проникновения токсичных веществ через горный массив в выработки шахты или образования зараженных зон в породах. Техногенная нарушенность горного массива, которая возникает вследствие выемки пластов и проведения выработок, увеличивает фильтрационную способность пород и способствует миграции токсичных веществ на значительные глубины. Определение возможных зон распространения токсичных веществ и их аккумулирования в пределах выемочных участков и отдельных выработок является задачей технологического прогноза.

Правилами безопасности не предусмотрено выполнение текущего прогноза опасности химического заражения горных выработок, за исключением шахт, опасных по нефтегазопроявлениям. Во всех случаях обнаружения несвойственного для шахт запаха должны быть отобраны и направлены в ГВГСС пробы воздуха и воды для анализа на содержание вредных веществ, главным образом, органического ряда.

Предрасположенность шахты к химическому заражению определяется наличием путей миграции токсичных веществ с дневной поверхности как природного, так и техногенного происхождения, трещинной и пластовой обводненностью, обусловливающей перенос токсичных веществ вдоль напластования пород и в глубь массива. Наличие зон повышенной трещиноватости горных пород создает условия для образования коллекторов химических веществ, содержащихся в свободном и адсорбированном состоянии. Природа заражения шахт опасными веществами исключает возможность их распространения и аккумулирования в структурах горного массива, характеризующихся напряженным состоянием. Это дает основание считать, что зоны выемочных участков на газоносных пластах, опасных по внезапным выбросам и суфлярным выделениям, являются неопасными по проявлениям химического заражения пород, а зоны, опасные по возникновению эндогенных пожаров, одновременно являются потенциально опасными и по химическому заражению. При этом наиболее высокая вероятность заражения присущая сводовым частям складок, являющихся трещинными коллекторами, особенно при наличии мощных водоносных песчаников. Такие структуры песчаников обычно негазоносны или слабо газоносны. Вследствие сорбционной активности песчано-глинистых и глинистых сланцев к ряду токсичных веществ, последние могут аккумулироваться на таких породах. При образовании дополнительной техногенной трещиноватости или увеличении притока подземных вод через зараженные зоны может происходить локальный вынос зараженных вод с высокими концентрациями токсичных веществ в горные выработки с последующим их испарением и переносом по горным выработкам в воздушной и водной средах.

Таким образом, аварийное заражение горных выработок главным образом обусловлено двумя процессами природного и техногенного происхождения: накоплением токсичных веществ в геологических структурах шахтного поля и переносом свободно содержащихся в трещинах и порах и сорбированных на поверхности пор токсичных веществ подземными водами, приток которых обычно возрастает при образовании трещин сдвижения пород после подработки и надработки.

Такой механизм поступления токсичных веществ предопределяет локальность зон заражения горных выработок и практическую невозможность выполнения достоверного прогноза ожидаемых концентраций химических веществ в подземных водах и выработок. Реально основной задачей прогноза должно стать определение потенциально опасных по химическому заражению зон в пределах шахтного поля и отдельных выемочных участков, а также установление возможного вида проникающих с дневной поверхности токсичных веществ. Это подтверждается результатами анализа проб, отобранных в выработках ряда шахт. Для примера, в табл. 3 приведены результаты анализа проб, отобранных в горных выработках шахты “Александр-Запад”.

В ряде проб воды и воздуха, отобранных в горных выработках, содержание токсичных веществ соответствовало указанным расчетным значениям. Это подтверждает принятый механизм заражения горных выработок токсичными веществами путем их переноса пластовыми и трещинными подземными водами от проливов и свалок, накопления в трещиноватых коллекторах и поступления в шахтный воздух при выходе подземных вод в горные выработки или обрушенный массив пород, через который проходят утечки воздуха.

Таблица 3 – Концентрация токсичных веществ в выработках шахты

“Александр-Запад”

Место отбора проб			Концентрации в воздухе, мг/м3
Номер участка	Уровень горизонта, м	Дата	бензол ПДК=5	хлор-бензол ПДК=50	толуол ПДК=50	углеводороды ПДК=500
169 165	250 150 250 350 350 450	29.11.83 г. 08.10.86 г. 10.10.86 г. 11.10.86 г. 17.03.82 г. 25.01.88 г. 08.06.88 г. 02.12.89 г. 02.12.89 г. 02.12.89 г.	200-250 200 500-600 - - - - - - -	(71,7)* - 1000 (11,4)* 5,2 - 97,5 65 905-1004 198-4495 >200 8200-14480 30 - 50	100-177 200-500 700 - - - - - - -	200-300 700-1000 1100 - (0,076)* - - - - -

Примечание. В скобках приведена концентрация токсичных веществ в воде, мг/м³

Пробы анализировались в лабораториях горсанэпидстанции, ГВГСС и Горловского химзавода. Состав и содержание токсичных веществ в воздухе различных горизонтов шахты и на одном горизонте в разные дни носят случайный характер. Регулярный длительный и периодический контроль за концентрацией токсичных веществ в воздухе выработок и шахтных вод, а также в пробах воздуха и кернов, отобранных из специально пробуренной сети наблюдательных скважин, не позволил выявить четкой закономерности изменения концентрации химических веществ во времени и по сети горных выработок. Многоплановые исследования, включающие, помимо отбора и анализа проб, запуск люминесцентных трассеров, позволили установить направление перемещения токсичных веществ по горному массиву от мест их нахождения на дневной поверхности и в заглубленных свалках.

Пути миграции зараженных подземных вод связаны с водоносными горизонтами и циркулирующими трещинными водами. В местах выхода зараженных вод в горные выработки возможно испарение ряда токсичных веществ при соответствии температуры воздуха в выработках физическим свойствам как растворимых, так и нерастворимых веществ. Это может вызвать насыщение рудничного воздуха до концентраций, значительно превышающих ПДК. Так, в непроветриваемой выработке при поступлении в нее вод, содержащих хлорбензол, концентрация его паров в воздухе при температуре 20° C может превышать ПДК в 883 раза, фенола в 216 раз, а бензола в 64300 раз.

В проветриваемых выработках превышение ПДК токсичных веществ в воздухе возможно при их содержании в воде для указанных веществ соответственно в 1200...1700; 400...500 и 300...360 раз выше ПДК при средней интенсивности проветривания выработки (скорость струи 1,0...2,0 м/с).