4.1.10. Особенности технологии ликвидации скважин большого и малого диаметра

При ликвидации скважин большого диаметра (до 4 м) технология работ аналогична описанной для вертикальных стволов за исключением того, что на глубине залегания коренных пород не устраивается полок перекрытия скважины. Скважины, как правило, не имеют лестничных отделений. Газоотводящий же трубопровод (его перфорированная часть) располагается на 10 м ниже полка перекрытия устья скважины.

Для ликвидации технологических скважин диаметром до 200 мм, обсаженных трубами в соответствии с требованиями «Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах», «Инструкции по проведению ликвидируемого тампонирования скважин на угольных месторождениях» (МУП СССР, М, 1979, -59с) предусматривается заполнение их глиноцементным раствором. Выбирается 1 м³ грунта вокруг устья скважины, обсадная труба срезается на 1 м ниже уровня поверхности. В оставленной колонне обсадных труб на глубине 1 м устанавливается металлическая труба-репер с заглушкой, на которой фиксируются основные данные о скважине (номер, глубина скважины, дата окончания бурения, дата ликвидации). Верхний конец репера располагается на 0,6м ниже уровня земли. По окончании установки репера устье скважины засыпается.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. В чем отличия в технологии ликвидации скважин большого диаметра от технологии ликвидации вертикальных стволов?

2. Изложите перечень работ, выполняемых при ликвидации технологических скважин.

4.2. Технология ликвидации крутонаклонных, наклонных, пологих стволов и штолен

Крутонаклонные, наклонные, пологие стволы и штольни при их ликвидации заполняются закладочным материалом только частично. Нижние изолирующие перемычки устанавливаются на предельной глубине НП, ниже которой при обрушении пород кровли ствола (штольни) не возникают опасные деформации поверхности. При этом предельная глубина расположении перемычки от земной поверхности во всех случаях НП 10hв (h_в – высота выработки вчерне).

Принципиальные схемы ликвидации выработок приведены на рис.4.44.

Крутонаклонные стволы (рис. 4.44 а) ликвидируются путем установки одной необслуживаемой изолирующей перемычки, предназначенной для предотвращения сползания закладочного материала и для прекращения аэродинамических связей между горными выработками действующей или ликвидируемой шахты и земной поверхностью, возникающих вследствие усадки закладочного материала и образования пустот под кровлей ликвидированного ствола.

Перемычка устанавливается, как правило, на предельной глубине равной 20h_в. При этом расстояние по вертикали от кровли выработки до контакта с наносами не должно быть меньше 10h_в.

При наличии в наносах плывунов или песков с плывучими свойствами изолирующая перемычка возводится на предельной глубине НП= 80 м. Конструктивно эта перемычка выполняется в виде «упорной пробки» длиной 1,5 – 2 диаметра ствола, что исключает возможность ее сползания при разрушении крепи и обрушении пород в ниже расположенной части ствола, незаполненной закладочным материалом. Для предотвращения сползания перемычки ее тело армируется путем установки рельсов в виде ремонтин, заводимых в лунки в кровле и почве выработки. Количество ремонтин принимается в зависимости от крепи и состояния пород почвы и кровли и колеблется от 3 до 6 штук на 1 метр длинны упорной перемычки (пробки). Несущая способность перемычки должна учитывать отпор закладочного материала и приниматься с коэффициентом запаса 1,5 – 2,0.

М атериал перемычки должен быть негорючим – бутобетон, бутовая кладка. Конструкция и материал перемычки определяется проектом с учетом угла наклона выработки, состояния крепи и боковых пород. Перемычки в обводненных выработках оборудуются трубами для перепуска воды.

В ряде случаев для облегчения конструкций изолирующих перемычек возможно их устройство без производства врубов.

В неустойчивых породах крепь выработок на расстоянии 5–10 м ниже перемычек должна обладать повышенной несущей способностью. Это достигается путем установки ремонтин, дополнительных рам, полигональной крепи и т.п.

В едение работ по ликвидации крутонаклонных стволов должно осуществляться, как правило, без постоянного присутствия людей в ликвидируемой выработке. Заполнение ствола закладочным материалом (рис. 4.45) осуществляется чаще всего способом самотечной закладки по глухим рештакам, металлическим листам и др. С началом работы по заполнению ствола закладочным материалом нахождение людей в ликвидируемой выработке запрещается. При ликвидации крутонаклонных стволов демонтаж отшивов лестничного отделения ниже изолирующей необслуживаемой перемычки не требуется, а порядок демонтажа (разборки) лестничного отделения выше перемычки определяется проектом производства работ.

При ликвидации наклонных стволов (рис 4.44 б) согласно «ПБ в угольных шахтах» (2.7.2) необходимо сооружение двух перемычек, одна из которых устанавливается на расстоянии не менее 10 м от устья ствола (расстояние отмеряется по кровле выработки), а вторая на глубине от поверхности

, м, (4.41)

где k_р – средневзвешенный коэффициент разрыхления толщи коренных пород. Принимается для аргиллитов – 1,15, алевролитов – 1,2, песчаников – 1,25; h_в – высота выработки вчерне, м. При отсутствии данных принимается равной 2,5 м.

Однако во всех случаях Н_п 10h_в.

В пологих выработках предельная глубина установки изолирующей перемычки не менее 10h_в.

В ликвидируемых стволах, пройденных под территорией без постоянного нахождения людей (вне застройки), предельная глубина расположения перемычки, определенная по формуле (4.41), уменьшается на 20%.

Участок выработки между перемычками и оставшаяся часть до земной поверхности заполняются закладочным материалом.

Технология ликвидационных работ такова. До засыпки ствола, когда проветривание осуществляется за счет общешахтной депрессии, демонтируются кабели и все трубопроводы в стволе на расчетной глубине от поверхности и в определенном проектом месте сооружается изолирующая опорная перемычка из штучного строительного материала (батолита, кирпича). В особо сложных условиях и углах наклона близких к 30-35^о может быть возведено бетонное сооружение, усиленное анкерами. С целью улавливания поступающей сверху воды в период сооружения перемычки выше нее устраивается водосборник. В перемычке на высоте 1м предусматривается проем (по типу вентиляционного окна) площадью 0,5 м² с деревянной луткой с целью перевода перемычки в изолирующий режим путем перекрытия проема воздухонепроницаемым щитом. Одновременно прокладывается газоотводящий трубопровод d = 100 мм с оставлением за перемычкой перфорированного конца длиной 5 м. Угол наклона трубопровода по всей трассе должен исключать возможность скопления в нем воды (конденсата). На опасных по газу шахтах газоотводящие трубопроводы оборудуются огнепреградителями.

По постоянной схеме возводится и ограждается «свеча» на месте, определенном проектом. На поверхности устанавливается вентилятор местного проветривания (ВМП). В момент отключения вентилятора главного проветривания проем в изолирующей перемычке закрывается и включается ВМП. Демонтируются вентиляционные устройства, и ствол переводится в режим проветривания тупиковой выработки, т.е. обеспечиваются меры по оборудованию выхода для вывода людей, меры по предупреждению падения людей и предметов в выработку, по обеспечению проветривания, противопожарной защиты, связи, пылеподавления, соблюдению пылегазового режима и др. Ведется постоянный контроль атмосферы в стволе как стационарными, так и переносными датчиками метана.

Выбор места расположения перемычки диктуется необходимостью обеспечения ее устойчивости, что возможно при ее размещении во-первых, в коренных породах, а во-вторых, на достаточной геодезической глубине от нижней границы наносов. Изолирующая перемычка, если она выполняет роль опоры, по своей устойчивости должна соответствовать гидростатическому давлению как водяная плотина, учитывать отпор закладочного материала, а при углах наклона выработки более 15° несущая способность перемычки принимается с коэффициентом запаса 1,5–2,0. Запас прочности опоры может быть создан путем анкерования опоры с окружающими ствол породами в период ее сооружения.

В связи с изложенным глубина заложенная перемычками

, м, (4.42)

где h₁ – высота наносов в районе сооружения опоры, м.

В этом случае минимальная длина закладочного массива от перемычки (опоры) до устья ствола

, м, (4.43)

где - угол наклона ствола, град.

Длина собственно опорной перемычки должна определяться в каждом конкретном случае расчетом. Исходным положением при этом является то, что устойчивость опоры от сдвига и разрушения создается равенством сил давления закладки на опору и сопротивления опоры сдвигу.

В общем случае давление закладочного материала

, кН/м² , (4.44)

а силы сопротивления сдвигу

, кН/м², (4.45)

где ρ·g – удельный вес закладочного материала, кН/м³;

Н – геодезическая глубина заложения опоры, м;

μ – коэффициент трения материала опоры о стенки выработки;

ω – коэффициент бокового распора;

ρ_м – плотность материала опоры, кг/м³;

l – длина опоры, м

Тогда из уравнений (4.44) и (4.45)

, м. (4.46)

В случае, если ствол будет засыпан сухой, необводненной закладкой, давление на опору будет минимальным. Однако такое положение чаще всего бывает недолговечным. Со временем закладочный материал с большей вероятностью будет обводнен. В этих условиях на опору действует совместное давления воды и закладочного материала. Тогда суммарное давление на опору следует определять с учетом плотности воды, закладочного материала и его пористости, т.е.

, кН/м³, (4.47)

где , , – соответственно плотность обводненной закладки, плотность сухого закладочного материала и плотность воды;

n – пористость закладочного материала.

П осле сооружения опорной перемычки монтируется оборудование и механизмы для ведения закладочных работ и осуществляется закладка ствола (рис. 4.46).

Вначале участок ствола выше опоры заполняется твердеющими материалами, которые могут быть поданы с поверхности по специально пробуренным скважинам или другим путём. Это позволит в известной степени защитить опору (если она выполнена из бетона) от разрушения агрессивными водами, но что ещё более важно, создать дополнительный запас устойчивости самой породы. После окончания подачи закладки скважины тщательно тампонируются.

Следует однако заметить, что описанные работы желательны, но не обязательны. Решение принимается в зависимости от конкретных условий.

Оставшаяся часть ствола до перемычки перекрытия может быть засыпана или шахтной породой или другими материалами. Верхнюю же часть (выше перемычки перекрытия ствола) предпочтительно заполнять твердеющими материалами.

Перемычка перекрытия ствола располагается, как правило, на глубине залегания коренных пород (в коренных породах), но не ближе 10м от устья ствола (границы наносов). Сооружение перемычки предусматривается, чаще всего, из штучного материала (бетонит, кирпич) с использованием при углах наклона ствола более 10 рельсов бывших в употреблении в качестве «фахверка». При возведении перемычки осуществляется подсыпка заперемыченного пространства до кровли выработки.

После сооружения перемычки перекрытия ствола разбирается портал и производится засыпка оставшейся части ствола до его устья.

Возводится перекрытие устья ствола и производится обратная засыпка «пазухи». После этого закладывается фундамент и строится ограждение «свечи» газоотводящего трубопровода по способу, аналогично ранее описанному для вертикальных стволов.

В качестве перекрытия устья наклонного ствола применяется бетонная подготовка (М-50, толщиной – 250 мм) по закладочному материалу с планировкой откоса под углом 30о. Оставшаяся «пазуха» наклонной выработки засыпается при черновой планировке площадки. Над порталом образуют земляной покров высотой не менее 1 м с соответствующим ограждением и надписью.

Конструкции перемычек ствола подлежат освидетельствованию с составлением актов на скрытые работы.

В ликвидированных стволах, пройденных по угольным пластам, с целью предупреждения несанкционированного ведения работ, устье выработки до проведения работ по планировке площадки перекрывается железобетонными непригодными для дальнейшего использования строительными конструкциями или бетонной перемычкой, сооружаемой под углом естественного откоса закладочного материала.

Важным условием предотвращения опасных оседаний и провалов поверхности, как и при ликвидации вертикальных стволов, является обеспечение полноты заполнения наклонных стволов закладкой большой плотности. Известные технологии ликвидации образовавшихся пустот в наклонных выработках путем подачи закладочного материала через вертикальные скважины и растаскивания его скрепером внутри выработки и др. не обеспечивают гарантированного заполнения выработки по всему сечению и надежного уплотнения.

Образующиеся пустоты у кровли ликвидируемой выработки требуют дополнительных мер по их ликвидации. В большинстве своем при этом используется тяжелый ручной труд.

Южгипрошахтом в проектах ликвидации ряда шахт предложено несколько технологических схем закладки наклонных стволов, обеспечивающих высокое качество работ (забутовку по всему сечению с уплотнением закладочного материала) при минимальном количестве вспомогательных операций.

П ервая схема предполагает использование установки «Титан-1» в сочетании воздуходувкой (рис. 4.47). Основное оборудование комплекса располагается на поверхности за пределами опасной зоны. Исходный закладочный материал – порода шахтного отвала доставляется автосамосвалами и складируется вблизи ликвидируемого ствола. Бульдозером порода перемещается к породопогрузочной машине, которая перегружает ее на решетку-классификатор, установленную на горловине дробильно-закладочной машины «Титан-1». После предварительной классификации (0-250 мм) материал в дробилке измельчается до фракции 0-60 мм и по трубопроводу потоком воздуха направляется в зону закладки.

Оператор с помощь поворотной насадки равномерно распределяет поток породы по сечению выработки. При этом обеспечивается полнота закладки свободного пространства, а вылетающие куски породы создают уплотняющий эффект. По мере закладки ствола трубопроводы сокращаются, демонтированные узлы и детали выдаются на поверхность передвижной проходческой лебедкой.

К недостаткам этой технологической схемы следует отнести значительную энергоемкость дробильно-закладочной машины и воздуходувки.

В торая технологическая схема предусматривает подачу закладочного материала самотеком по наклонному трубопроводу, в конце которого устанавливается поворотное трамплинное устройство (рис. 4.48). При этой схеме доставка и складирование породы осуществляется вышеописанным способом. Погрузочная машина загружает породу в воронку с решеткой-классификатором. Пройдя классификацию (0-150 мм), закладочный материал пересыпается на скребковый конвейер, который доставляет его к приемному желобу закладочного трубопровода и по нему устремляется к месту закладки. На трамплине материал изменяет свою траекторию и под углом к горизонту в свободном падении направляется в зону засыпки. Поворотный узел трамплина, управляемый оператором, распределяет породу по ширине выработки. Такая технологическая схема позволяет ликвидировать стволы с углом наклона более 25.

Третья технологическая схема обеспечивает функционирование закладочного комплекса в автоматическом режиме без присутствия людей в рабочей зоне (рис. 4.49). Основной частью комплекса является рештачный став, выполненный по принципу секционного поезда. Став перемещается на колесах по рельсовому пути. Головная секция оборудована трамплинным устройством с разделительными стенками, распределяющими поток материала по ширине выработки. К этой же секции прикрепляется тяговый канат проходческой лебедки, расположенной на поверхности за пределами опасной зоны. На передней части секции устанавливаются датчики, управляющие лебедкой. Воздействие на них производится закладочным материалом. Отдельные секции става фиксируются на тяговом канате лебедки, что предотвращает складывание става при его перемещении вверх по выработке. Материал на рештаки подается скребковым конвейером через специальное загрузочное устройство. Складирование породы и поступление на конвейер аналогичны принятым в технологической схеме с закладочным трубопроводом. При подтягивании става лебедкой хвостовые секц ии выдаются на поверхность и последовательно отсоединяются.

Став монтируется на поверхности путем последовательного наращивания секций и спуска его в выработку. Рельсовый путь является направляющим устройством для става и при спуске предотвращает его уход в стороны. Эта технологическая схема может быть использована в тех же условиях, что и схема с закладочным трубопроводом.

В тех случаях, когда на участке между проектными отметками сооружения перемычек в наклонном стволе произошло разрушение крепи и образовались завалы, что наблюдается в практике ликвидации шахт, прибегают к способу заполнения участков ствола ниже завалов специальным глиноцементным тампонажным раствором через скважины, пробуренные с поверхности земли (рис. 4.50). При этом применяются технологические р ешения, разработанные в ГОАО «Спецтампонажгеология».

На расчетной отметке сооружается изолирующая перемычка путем послойной засыпки в пробуренную до кровли выработки скважину щебня с пропиткой тампонажным раствором.

По оси выработки с поверхности земли бурятся закладочные тампонажные скважины, как показано на рис. 4.50, до пересечения с кровлей и, для контроля, почвой выработки. В скважины поочередно, начиная с нижней, более глубокой, нагнетается тампонажный раствор. Контроль заполнения выработки осуществляется по замерам уровня подъема тампонажного раствора как в скважине, в которую нагнетается тампонажный раствор, так и в соседней скважине, расположенной вверх по восстанию. Закачка прекращается после подъема тампонажного раствора выше кровли выработки.

Эффективно применение глиноцементных растворов, содержащих в 1м³ 440 кг глины, 105 кг сульфатостойкого портландцемента и 10 кг силиката натрия. Контроль качества растворов проводится путем их исследования в лабораторных условиях.

Приведенная технология может быть использована как «безлюдная» технология формирования перемычек в подземных выработках, в том числе и устройства герметичных изолирующих перемычек, а также изоляционных завес вокруг вертикальных стволов с целью избежания прорывов воды в действующие выработки.

Следует заметить, что в ряде случаев при ликвидации наклонных стволов в прошлом не удалось избежать образования подкровельных пустот по причине несовершенства технологии их засыпки или в результате значительной усадки закладочного материала. В этой связи появляются опасные деформации поверхности. Поэтому сейчас остро стоит вопрос о переликвидации значительного количества старых наклонных выработок. И вышеприведенная технология приемлема для этих целей. В качестве тампонажного материала рекомендуется применять растворы, приготовленные на базе местного сырья (глина комовая, отсев, щебень, горелая порода из отвалов, зола-унос, шламы из хвостохранилищ ЦОФ, шлаки металлургических производств) с добавлением 5–10% вяжущего материала (цемент и жидкое стекло).

Эта же технология может быть использована и на вновь ликвидируемых наклонных стволах самостоятельно или в комбинации с традиционной.

Штольни ликвидируются путем установки одной необслуживаемой изолирующей перемычки на глубине не менее 10 h_в (рис. 4.44 в). Выработка до устья заполняется закладочным материалом, а устье в месте портала закрывается изолирующей перемычкой.

Во всех случаях запрещается извлечение крепи на участках выработок, заполняемых закладочным материалом. Способы заполнения выработок закладочным материалом (засыпка, самотечная закладка, закладка с применением машин и механизмов, заполнение твердеющими смесями), ликвидация вентиляционных каналов и технология работ определяется проектом. Вентиляционные каналы в местах сопряжения со стволом перекрываются путем сооружения на расстоянии не менее половины высоты окна сопряжения со стволом глухих перемычек и изолируются глиняным замком толщиной не менее 1 м. (рис 4.6).

У устьев ликвидированных стволов устанавливаются долговременные отличительные знаки, а сами устья ограждаются водоотводными канавами.

Ликвидация стволов, устья которых находятся в поймах рек и водоемов, а также в местах возможного скопления паводковых вод, с целью исключения прорывов воды в подземные выработки, выполняется по проекту, который содержит технические решения и меры по водоотведению.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ.

1. Сколько и где устанавливается изолирующих перемычек при ликвидации крутонаклонных, наклонных стволов и штолен?

2. Каковы конструкции изолирующих перемычек в крутонаклонных и наклонных стволах?

3. Изложите кратко технологию закладочных работ при ликвидации крутонаклонных и наклонных стволов.

4. Какова технология ликвидации наклонного ствола, если произошло разрушение крепи и образовались завалы выше отметки установки нижней изолирующей перемычки?

5. Каковы способы перекрытия устьев крутонаклонных, наклонных стволов и штолен?