1.4. Опасные зоны по прорыву воды из старых затопленных выработок в разрабатываемом пласте

На шахтах Донбасса и других угольных бассейнах страны часто возникает необходимость ведения горных работ вблизи старых затопленных выработок в разрабатываемом пласте.

Во избежание прорыва воды между действующими и старыми затопленными выработками должен быть оставлен целик угля, который является опасной зоной, так как горные работы в этом целике производить нельзя.

Участки угольных пластов в опасных зонах, граничащие с затопленными выработками в тех же пластах, называются барьерными целиками.

Границы опасных зон по прорыву воды, я так же размеры барьерных целиков определяются маркшейдерской службой горных предприятий. Способ их определения зависит от достоверности контура затопленных выработок.

Затопленный контур считается достоверным, если он нанесен на план горных работ по данным маркшейдерских съемок и правильность нанесения контура может быть проверена по материалам съемок. Иначе говоря, угловые точки достоверного затопленного контура имеют координаты, по которым затопленный контур всегда можно нанести на план.

Если контур затопленных выработок не отвечает этим требованиям, то он считается недостоверным контуром.

Ширину барьерных целиков рассчитывают исходя из условия их устойчивости раздавливанию весом опирающихся на них горных пород в зонах опорного давления.

При достоверном контуре затопленных выработок ширина барьерного целика для пластов мощностью менее 3,5 м и при углах падения менее 30 определяется по формуле

(1)

где d – ширина опасной зоны (барьерного целика) по пласту при отсутствии в ней тектонических нарушений, м;

H – расстояние по вертикали от земной поверхности до пласта в опасной зоне, м;

m – вынимаемая мощность пласта, м;

l – погрешность положения затопленной выработки (определяется маркшейдером шахты).

l часто принимают равной (0,0010,002) L, где L – расстояние от затопленной выработки до центральных стволов шахты, а для затопленных выработок, пройденных до 1950 года принимают l = 5 м.

Ширину опасной зоны принимают 20 м, если по формуле (1) она получилась менее 20 м.

Формула (1) применима при H  500 м. При глубине залегания угольных пластов H > 500 м ширина опасной зоны определяется также по формуле (1), но может быть у

Рис.2. Построение барьерных целиков у достоверного затопленного контура

меньшена по согласованию с Госгортехнадзором России. В пластах, мощностью более 3,5 м, а также в пластах с углами падения  > 30 очистные работы допускаются, как п

равило, после спуска воды из затопленных выработок.

На рис.2 показано построение на плане горных работ барьерных целиков у достоверного затопленного контура 1-2-3-4.

В каждой угловой точке контура определяются: глубина залегания пласта Н₁, Н₂, Н₃, Н₄ и величины l₁, l₂, l₃, l₄. Размеры барьерных целиков в угловых точках в направлении простирания пласта определяется по формуле (1), а в направлении падения эти размеры умножаются на cos .

Мощность пласта принята постоянной для всех угловых точек.

Барьерные целики у затопленных выработок можно не оставлять, если вода из этих выработок может быть спущена при помощи водоспускных скважин. Для этого сначала разрабатывается проект спуска воды, в котором указывается: объем и давление спускаемой воды, дебит воды по скважине. Дебит (приток) воды по скважине определятся по специальной формуле в зависимости от диаметра скважины, высоты водяного столба (напора) над устьем скважины, длины скважины. Определяется точка установки бурового станка и точка в затопленном контуре куда будет направлена скважина, определяются координаты этих точек X,Y,Z.

После утверждения проекта водоспускных скважин маркшейдер реализует этот проект в натуре (рис. 3) в следующей последовательности:

а) по координатам точки установки бурового станка (С) и точки в затопленном контуре (Е) определяются: дирекционный угол направления скважины (), длина скважины (l) и угол ее наклона (). Точка установки бурового станка наносится на план и в шахте определяется положение камеры, в которой должен быть установлен буровой станок;

б

Рис. 3. Проведение водоспускной скважины

) после прохождения камеры от опорной сети шахты определяется точка С установки бурового станка в камере и закрепляется маркшейдерским знаком в кровле. В этой точке устанавливается теодолит и по направлению дирекционного угла скважины закрепляется вторая точка D. Таким образом отвесы в точках С и D закрепляют направление оси скважины в плане. Угол наклона скважины обозначается метками на отвесах.

При бурении скважины маркшейдер следит за направлением и наклоном буровой штанги. При бурении скважины соблюдаются меры безопасности, предусмотренные Правилами безопасности: устье скважины герметизируется, устанавливаются задвижки и др. За все это отвечает геолог шахты и буровой мастер.

При недостоверном контуре затопленных выработок вместо барьерных целиков устанавливается граница безопасного ведения горных работ. При установлении этой границы должны учитываться материалы геологического строения затопленной части шахтного поля, вычислительная и графическая маркшейдерская документация, результаты опросов старожилов и другую информацию. В зависимости от этого ориентировочно определяется контур затопленных выработок и устанавливается граница безопасного ведения горных работ.

Как правило, эта граница должна отстоять от старых выработок на расстоянии от двойной ширины барьерного целика d, определенного по формуле (1), до 200 м и более.

О

Рис. 4. Расположение опережающих скважин при проведении штрека в опасной зоне при недостоверном контуре затопления выработок

чистные работы в опасной зоне при недостоверном затопленном контуре допускаются только после предварительного оконтуривания выработками с бурением опережающих скважин, позволяющих контролировать отсутствие затопленной выработки на расстоянии не меньше ширины барьерного целика.

Порядок действий по определению направлений и длин опережающих скважин принимается следующий (рис. 4).

1. Наносят на план утвержденную границу безопасного ведения горных работ АБВ, проектируемый штрек и границу зоны вокруг него, подлежащей проверке опережающими скважинами I-II-III-IV. Линию I-III проводят на расстоянии от границы безопасного ведения горных работ, равном расчетной ширине барьерного целика d по формуле (1).

2. Камеру для бурения опережающих скважин располагают у границы безопасного ведения горных работ в т. К. Первую скважину с устьем в т. К задают по направлению касательной к дуге окружности, проведенной из т. III радиусом 5 м и проводят ее до границы проверяемой зоны. При расстоянии 5 м и менее затопленная выработка будет обнаружена увеличение притока воды в скважину.

Скважину № 2 бурят по направлению проектируемого штрека на расстоянии примерно 50 м. По расстоянию между забоями скважин № 1 и № 2 определяют количество и направления дополнительных скважин, исходя из того, что расстояния между ними не должно превышать 10 м (по 5 м на каждую скважину). Положим в нашем случае дополнительно необходимо пробурить две скважины (№ 3 и № 4).

3. Если опережающими скважинами будет установлено отсутствие затопленных выработок на контролируемом ими участке опасной зоны, то проходка штрека станет безопасной до линии лм, проведенной на расстоянии d от границы бв проверяемого участка. Затем приступают к бурению второго и последующих опережающих скважин. Местоположение камеры для бурения и направление скважины определяется так же, как и в первом цикле.

Аналогичным образом контролируют опережающими скважинами опасную зону у штрека со стороны падения пласта.