4.1.2. Технологические схемы и технологии ликвидации стволов

В оборудованных лестничными отделениями вертикальных стволах, как уже было сказано, до начала засыпки производится демонтаж отшивки лестничных отделений по всей их глубине. Демонтируются также стволовые кабели, трубопроводы d<100 мм, клети, скипы, противовесы, неиспользуемые металлоконструкции нулевых площадок; производится разборка проемов в стенах надшахтного здания (в отшивке копра) для пропуска привода скребкового конвейера и трубопроводов вентиляции, пылеподавления, сжатого воздуха.

Параллельно с этими работами монтируется конвейер для засыпки ствола, устраивается бункер над конвейером и разгрузочный желоб в устье ствола, выполняется специальное ограждение рабочей зоны конвейера и опасной зоны вокруг ствола. Ограждение ствола со ствольными дверьми сохраняется существующее.

Для монтажа временного оборудования используется автомобильный кран КС-3571 грузоподъемностью 10 тонн.

Для предотвращения расползания засыпаемого в ствол материала в сопряжениях ствола с горизонтальными выработками возводятся опоры-перемычки (упорные слои) из бетона или путем заполнения свободного объема ствола и части примыкающих выработок неразмокаемым, непросадочным щебнеподобным материалом прочностью не менее 15–20 МПа (рис. 4.1). Объем заполнения и абсолютные отметки упорного слоя определяются проектом. Параметры опоры (упорного слоя) рассчитываются по методике приведенной в приложение Г «Правил…».

В общем случае высота упорного слоя по разрезу ствола от подошвы сопрягающейся выработки определяется по формуле

h_у.с.=h_ок + 5, м, (4.1)

где h_у.с. – высота упорного слоя, м,

h_ок – высота окна сопряжения, м.

При соответствующем техническом и экономическом обосновании возможны и другие инженерные решения по предотвращению расползания (ухода) закладочного материала в местах сопряжения ствола с горными выработками, в частности путем возведения сооружений из твердеющей закладки.

При ликвидации затопленных выработок засыпка ствола в районе сопряжения должна производиться неразмокаемым материалом. Запрещается использовать для засыпки шлакоблок (от разборки зданий) из-за его токсичности.

К моменту начала работ по засыпке стволов подъемы останавливают и спуск-подъем людей, оборудования и материалов прекращается.

При засыпке стволов шахтной породой ее извлечение из породного отвала выполняется в соответствии с «Инструкцией по предупреждению самовозгорания, тушению и разборке породных отвалов». Выбор отвала определяется комиссией, создаваемой заказчиком проекта ликвидации. В случае отсутствия очевидных признаков перегоревшей породы (красноватый цвет породы, наличие зольнистых шлаковых включений) для определения степени пожароопасности предполагаемой для использования породы отвала привлекаются специализированные организации.

Транспортирование породы к стволу чаще всего производится автосамосвалами КамА3–5511, погрузка в них экскаваторами ЭО–3325, Э–1001Д с емкостью ковша 0,5 м³, а доставка породы в зону действия экскаватора – скреперной установкой 17ЛС2СМ и бульдозером Д3–116В. Подача породы непосредственно в ствол ведется скребковым конвейером типа СР–70, 1СК–38м или СП–202 через перегрузочный желоб.

В местах установки скребкового конвейера площадка выравнивается, подсыпается, чтобы положение рештачного става в вертикальной плоскости изменялось не более чем на 0,5 м на длине 30 м.

Для того чтобы исключить попадание в ствол вместе с закладкой металлических предметов, которые могут вызвать искрообразование при ударе о проводники и расстрелы, над конвейером устанавливается электромагнит.

Погрузка породы в бункер, расположенный над конвейером, выполняется породопогрузочный машиной 1ПНБ–2 или экскаватором ЭО–3322 с емкостью ковша 0,5 м³, а в зону действия погрузочной машины – бульдозером Д3–116В (Д–271) (рис. 4.2). Изменение схемы доставки закладочного материала и его засыпки в ствол в процессе ведения работ возможно по согласованию с МакНИИ и УкрНИМИ.

Описанная выше схема доставки закладочного материала и его засыпки в ствол является наиболее типичной. В практике же ликвидации вертикальных стволов специалистами ОАО «Донецкшахтострой» использовалась несколько отличная схема засыпки стволов (рис. 4.3), когда в зоне

примыкания вентиляционного канала под углом в 45˚ был выполнен проем, в котором смонтирована труба диаметром 1000 мм. Верхняя ее часть соединялась с приемным бункером, расположенным за пределами надшахтного здания, а нижняя часть опускалась на почву вентиляционного канала с выходом в сечение ствола. Такое техническое решение позволило исключить из технологической схемы установку и длительное обслуживание скребкового конвейера и вести засыпку ствола непосредственно самосвалами. В результате достигнуто снижение стоимости закладочных работ. Вместе с тем при такой технологической схеме соблюдение требований техники безопасности представляется более сложным, здесь необходимы дополнительные специальные мероприятия.

В се оборудование и машины, предназначенные для работы в опасной зоне (зоне газового режима – согласно «Правил…» в радиусе не менее 25 м от ствола) должны быть во взрывобезопасном исполнении.

Пульты управления выносятся за пределы зоны. Допускается ведение огневых работ в пределах зоны газового режима при соблюдении мер безопасности, согласованных с МакНИИ. Нахождение людей в опасной зоне во время работы механизмов по засыпке ствола не допускается.

Пылеподавление осуществляется дренчерными (разбрызгивающими) форсунками. Трубопровод пылеподавления устанавливается над устьем ствола на высоте 2,5 м и крепится к металлоконструкциям копра хомутами. Подвод воды – по гибкому резиновому рукаву от существующего трубопровода водоснабжения. Расход воды составляет 50 л на 1 м³ закладочного материала.

В процессе засыпки стволов ведется постоянный контроль качества закладочных работ – уровень засыпки ствола измеряется не реже, чем через каждые 50 м заполнения ствола, а также при перерывах в закладке свыше 1 недели. Фактический объем засыпки не должен превышать расчетный более чем на 20%. При уходе закладочного материала в примыкающие выработки и внезапных оседаниях по вертикали на глубину 20 м (при несовершенном контроле соответствия уровня закладки объему засыпанного материала и другим причинам) работы по заполнению ствола приостанавливаются, технология дальнейшего ведения ликвидационных работ уточняется на основании рекомендаций специализированных организаций (УкрНИМИ, МакНИИ и др.).

Если в процессе заполнения обводненных стволов над закладочным материалом скапливается вода, то при достижении уровнем закладочного материала отметки сооружения полка перекрытия ствола, производят откачку воды и организованное направление ее в очистные сооружения через устье ствола.

При ликвидации шахты с полным затоплением горных выработок подземными водами устанавливается (определяется) их статический уровень. Если отметка устьев стволов ниже прогнозируемого статического уровня, то в полках предусматриваются трубы для организованного выпуска воды на поверхность.

Во время ведения закладочных работ запрещается нахождение людей в горных выработках ближе 300 м от ликвидируемого ствола. Для этого все подходы к ликвидируемому стволу со стороны действующих выработок заблаговременно перекрываются путем установки (сооружения) глухих изолирующих перемычек. Если действующие горные выработки расположены на расстоянии менее 300 м от ликвидируемого ствола, подходящие к стволу неиспользуемые выработки должны быть погашены на длине 30-50 м с извлечением крепи и обрушением кровли. Для перепуска воды на погашенном участке по почве выработки прокладывается стальной трубопровод диаметром не менее 100 мм.

Засыпка ствола производится до отметки полка перекрытия ствола, который выполняется с применением тяжелого конструкционного бетона в виде железобетонной плиты (диафрагмы), опирающейся по контуру с помощью металлических балок на коренные породы (песчаники, известняки, сланцы) или на крепь ствола, если она обладает достаточной несущей способностью и долговечностью (рис. 4.4). Глубина заделки металлических балок в монтажные гнезда должна быть не менее 200 мм и определяться в зависимости от толщины крепи ствола и состояния коренных пород. Полок предназначен для обеспечения долговременного квазистатического равнов есия вышележащих пород и подземных сооружений и должен обеспечивать восприятие постоянной равномерно распределенной нагрузки от массы закладочного материала с коэффициентом запаса по нагрузке 2. Полок располагается на глубине коренных пород, но не ближе 10 м от поверхности. В полке закладывается труба диаметром 100 мм для перепуска воды в нижнюю часть ствола. При ликвидации стволов с башенными копрами полки перекрытия располагаются в местах фундаментной плиты копра.

До начала работ по сооружению полка перекрытия временно устанавливаются: передвижная проходческая установка типа ЛППР-6,3 (с использованием копрового шкива), вентилятор местного проветривания ВМ-6 с гибким трубопроводом диаметром 600 мм, трубопровод сжатого воздуха, бетоносмеситель, предохранительной полок, временная металлическая лестница по стволу для спуска рабочих к месту сооружения полка перекрытия и выхода на поверхность. Налаживается двухсторонняя связь между забоем в стволе и поверхностью. При наличии в стволе лестничного отделения его часть (выше места установки полка перекрытия) сохраняется и демонтируется перед засыпкой верхней части ствола от полка перекрытия до поверхности.

Лунки разделывают отбойными молотками типа МО-7П. Сжатый воздух – от передвижного компрессора ЗИФ-ВКС-6. Бетон для устройства полка перекрытия спускается с поверхности в бадье или по бетонопроводу диаметром 100мм. При сооружении полка используется бетоноукладчик КУК-3. Учитывая, что в большинстве своем подземные воды агрессивны к металлам, а по содержанию сульфатов – и к бетонам, полок перекрытия следует возводить на сульфатостойком цементе. Класс бетона В-12,5. Особое внимание, с позиции безопасности работ при сооружении полка перекрытия, следует обратить на возможное внезапное проседание засыпного материала. В связи с этим работы ведутся с предохранительного перекрытия (настила) с использованием индивидуальных поясов безопасности.

Но, как показывает практика, исследования и расчеты, в местах заделки плоского полка перекрытия возникают большие концентрации напряжений. Сам полок перекрытия испытывает интенсивные растягивающие напряжения, в то время как бетон плохо сопротивляется растяжению, а стальная арматура коррозирует с течением времени. Все это может привести к разрушению полка, что повлечет за собой обвал конусной части в окрестности устья ствола, а затем и провал поверхности.

В связи с этим некоторые специалисты предлагают полки перекрытия-мембраны в виде параболоида вращения (рис.4.5). Их оптимальные параметрами при породах средней крепости составляют: толщина в центре – 0,2D_ств, стрела подъема в центре – 0,4D_ств, глубина заделки – 0,3D_ств, ширина опорной плиты – 0,3D_ств, угол наклона пяты мембраны к горизонту – 35-40º.

При таких параметрах мембраны вертикальные напряжения концентрируются со стороны торцов мембраны и направлены вглубь массива. Горизонтальные напряжения остаются сжимающими. В целом мембрана находится в состоянии сжатия, что способствует ее длительной устойчивости.

Но для реализации положительного действия мембраны необходимы активная ее пригрузка и распор крепи в окрестности заделки мембраны. Пригрузку можно создать засыпкой мембраны на высоту 20-30 м.

При использовании в качестве полка перекрытия распорной параболической перемычки технология ее возведения (из опыта ликвидации ствола шахты им. Ф.Кона) такова. На расстрелах ствола сооружается опорная плита из балок №36, которые заводятся в заранее подготовленные врубы глубиной 0,5 м. Для возможной дозасыпки в перемычку по центру ствола устанавливается труба диаметром 219 мм. Труба закрывается заглушкой. Сверху на балки укладывается опалубка из досок толщиной 20 мм. Опалубка крепится к опорной плите проволокой 4–6 мм. Производится выемка вруба глубиной 0,5 м по периметру ствола высотой 1,75 м. Затем осуществляется насыпка породной подушки (холма) высотой 1,5 м из мелких фракций. После уплотнения подушки и придания ее поверхности формы параболоида вращения на породу сверху укладывается строительная сетка. Сетка укладывается сегментами внахлестку, сегменты между собой скрепляются проволокой 4-6 мм. Бетон наносится на поверхность холма с помощью установки для набрызг-бетона типа «Монолит», расположенной на поверхности у ствола. В процессе набрызга установку обслуживают два специально обученных рабочих. Укладку бетона производится слоями по 10–20 мм. Набрызг начинается от основания холма и постепенно переходит к вершине. Водоцементное соотношение для качественного покрытия ВЦ=0,4 0,5. Цемент марки 300. В качестве добавок – ускорителей схватывания и твердения используется жидкое стекло, а заполнителей бетона – песок, дробленый щебень, природный гравий и шлак с максимальными размерами зерен не более 20 мм. Для приготовления смеси цемент, песок и гравий должны быть сухими. Бетонная смесь подается к соплу равномерно без перерывов и пульсаций. Подача воды к соплу осуществляется под давлением на 0,1-0,12 МН/м² больше давления воздуха в машине и регулируется специальным вентилем. Шланги и сопло перед началом работы продуваются сжатым воздухом.

Контроль состояния стенок (крепи) ствола ниже распорной параболической перемычки может, при необходимости, осуществляться через трубу для дозасыпки основной части ствола при ее усадке с помощью специальных приборов, в частности подземной телекамеры.

Согласно «Правилам…» сооружение полка перекрытия не предусматривается в следующих ситуациях:

• при ликвидации стволов глубиной до 60м;

• в стволах, пройденных в наносах (песок, гравий, галечник, глина, суглинок и т.п.) и неустойчивых породах, имеющих распространение на глубину более 25 м от земной поверхности;

• в технологических скважинах большого диаметра (0,5 м и более), закрепленных стальными трубами;

• в стволах, закрепленных деревянной крепью, крепью из штучного строительного материала;

• при ликвидации стволов, имеющих сопряжения с выработками четырех и более технологических горизонтов (за исключением случая, когда ликвидация ствола выполняется без полной его засыпки на основании заключения УкрНИМИ и согласия органов Госнадзорохрантруда).

Принимаемые в указанных случаях технологические решения должны обеспечивать возможность дозасыпки ствола. Дозасыпка технологических скважин диаметром 1 м и менее не требуется.

Одновременно с засыпкой ствола и возведением полка перекрытия монтируется стальной газоотводящий трубопровод диаметром не менее 100 мм с толщиной стенки не менее 4 мм на проектную высоту (рис. 4.6). Нижний перфорированный (20 отверстий диаметром 20 мм на 1м трубы) конец трубопровода длиной 5 м располагается ниже полка перекрытия ствола.

Верхний конец трубопровода высотой 3 м над уровнем поверхности заваривается металлической сеткой с ячейками 0,35х0,35 мм и оборудуется дефлектором. На расстоянии 1 метр от верхнего конца трубы устанавливается огнепреградитель типа ОПС. Для контроля выхода газа, отбора проб газа на трубопроводе на высоте 1,5 м имеется штуцер или закрываемые заглушками отверстия диаметром 12мм.

Плеть газоотводящего газопровода собирается над стволом методом наращивания с помощью зажимного устройства и по мере наращивания опускается в ствол на глубину установки. Спуск газопровода, как и материалов для сооружения полка перекрытия ствола, осуществляется передвижной проходческой лебедкой ЛППР-6,3. До окончания засыпки ствола «свеча» газоотводящего трубопровода с помощью временного трубопровода отводится от ствола в безопасное место и ограждается. Перед демонтажем копра газоотводящий трубопровод также отводится в безопасную зону.

Для отвода газа допускается использование имеющихся в стволе трубопроводов, если они удовлетворяют изложенным выше требованиям.

По окончании сооружения полка перекрытия ствола и монтажа газоотводящего трубопровода лестничное отделение выше полка перекрытия (если оно сохранилось) демонтируется, вентиляционный канал перекрывается глухой перемычкой. К этому времени на поверхности разбираются надствольные сооружения (надшахтное здание, копер), настил нулевой площадки. Производится засыпка ствола до верхней части устья. Засыпанная порода с целью уменьшения ее усадки в ряде случаев тампонируется глиноцементным раствором. Для этой цели монтируется тампонажно-растворный узел. Возможно получение закладки большой плотности в процессе ее возведения путем одновременной подачи в ствол рядовой породы и материала мелких фракций, например песка (рис. 4.7).

К ак было отмечено ранее, во время работы механизмов по засыпке ствола нахождение людей в опасной зоне исключается. Это требование отменяется лишь после засыпки ствола до отметки верхнего полка перекрытия устья и монтажа газоотводящего трубопровода на проектную высоту.

После полной засыпки ствола демонтируется используемое для этого оборудование, демонтируется ограждение опасной зоны, сооружается полок перекрытия устья ствола, «свеча» газоотводящего трубопровода устанавливается в проектное положение.

На постоянном месте «свеча» газоотводящего трубопровода на поверхности ограждается на высоту 2,5 м. Площадка вокруг газоотводящей трубы размером 4х4 м должна иметь твердое покрытие. Ее ограждение на высоту 2 м выполняется из сборных железобетонных конструкций (панелей) без устройства входных проемов. На каждой стороне ограждения газоотводящей трубы ликвидированных вертикальных, крутых, круто наклонных стволов вывешиваются металлические щиты (таблички) с предупреждающей надписью: «Внимание!!! Зона постоянного контроля! Применение открытого огня, движение транспорта, прокладка коммуникаций, строительство опасно!».

После выполнения всех этих работ действие зоны газового режима распространяется только на участок земной поверхности внутри ограждения газоотводящей трубы.

Полок перекрытия устья ствола (рис. 4.8) выполняется с применением тяжелого конструкционного бетона в виде монолитной железобетонной плиты, опирающейся по контуру, как правило, на крепь ствола или грунт в случае недостаточной несущей способности крепи ствола. Полок обеспечивает изоляцию и исключает возможность доступа в ликвидированную выработку, а также служит площадкой для установки долговременных отличительных знаков, реперов, газоотводящих труб.

Рекомендуемая нормативная несущая способность полка от временно равномерно распределенной нагрузки не менее 10 кПа. В случаях, предусматривающих дозасыпку ствола, нормативная нагрузка на полок перекрытия устья ствола принимается не менее 15 кПа.

Для дозасыпки ствола в полке предусматривается люк площадью 0,3-0,5 м², герметически закрывающийся металлической крышкой (рис. 4.9).

Д ля обеспечения возможности контроля уровня закладки в стволе крышка люка снабжается патрубком диаметром не менее 100 мм с герметически завинчивающейся пробкой. Съем крышки при засыпке выполняется с использованием расположенных по ее диагонали двух подъемных петель. С целью исключения случайного (не санкционированного) доступа к люку проем накрывается тяжелой железобетонной плитой, смещение которой невозможно без применения средств механизации. Элементы люка защищаются от коррозии асфальтовой мастикой.

Одновременно с возведением полков перекрытия устанавливается репер для определения перемещения полков (рис. 4.8). Очерчивается и ограждается потенциально опасная зона. Её радиус определятся в каждом конкретном случае, но в средних условия может быть принят равным 20-25 м.

Опасные зоны после ликвидации шахты становятся объектами особого внимания правопреемника.

Таковы в основе своей технологические схемы и технологии работ по ликвидации вертикальных стволов угольных шахт, принятые в большинстве угледобывающих стран Европы. Однако техногенные аварии и катастрофы в виде внезапных провалов земной поверхности, разрушений зданий и сооружений подобно той, что показана на рис. 4.10, происходят также в большинстве европейских стран и свидетельствуют о том, что эти технологии несовершенны, требуют более глубокого научного анализа, осмысления и на этой основе выработки дополнительных рекомендаций.

В ОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какими нормативными документами пользуются при разработке технических решений по ликвидации горных выработок?

2. Какие условия должны соблюдаться при ликвидации горных выработок?

3. Как осуществляется проветривание шахты в подготовительный период?

4. На какие группы подразделяются выработки, имеющие выход на дневную поверхность, по углу наклона?

5. Что включает в себя понятие «ликвидация вертикального ствола»?

6. Всегда ли стволы ликвидируются путем их полной засыпки? В каких условия допускаются отступления от этого правила?

7. Из каких основных частей состоит проект ликвидации вертикально ствола? Изложите кратко их сущность и содержание.

8. Что представляют собой опасные зоны в районе ликвидации вертикальных стволов?

9. Из каких основных этапов состоит весь технологический цикл ликвидации вертикальных стволов? Изложите кратко содержание каждого из них.

10. Перечислите и кратко охарактеризуйте элементы технологической схемы ликвидации вертикального ствола.

11. Какие машины и оборудование используется при доставке закладочного материала к стволу и засыпке его в ствол? Требование к ним?

12. Назовите основные меры безопасности при засыпке ствола.

13. Что представляет собой полок перекрытия ствола? Назначение, технология возведения? В каких условиях возведение полка не предусматривается.

14. Газоотводящий трубопровод. Назначение, характеристики и технология монтажа?

15. Полок перекрытия устья ствола, его назначение, конструктивные и другие характеристики.