книги из ГПНТБ / Калмыков Е.П. Борьба с внезапными прорывами воды в горные выработки

Г л а в а X

ЛИКВИДАЦИЯ В Н Е З А П Н Ы Х ПРОРЫВОВ ПЛЫВУНОВ

ВГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ С ПОМОЩЬЮ СООРУЖЕНИЯ ПЕРЕМЫЧЕК, ОСТАВЛЕНИЯ З А П Л Ы В У Н Е Н Н Ы Х

ВЫРАБОТОК НАВСЕГДА И ПРОХОДКИ ВМЕСТО НИХ

НОВЫХ ОБХОДНЫХ ВЫРАБОТОК 1. Последовательность работ

Этот способ ликвидации внезапных прорывов воды получил широ­ кое распространение в Подмосковном бассейне и на Урале.

При обнаружении внезапных прорывов плывунов в горные выра­ ботки шахт немедленно оповещают и выводят в безопасные места всех работников, занятых в горных выработках, угрожаемых по пер­ воочередному затоплению, а также устанавливают надзор за движе­ нием прорвавшихся плывунов по горным выработкам и сдвижением поверхности земли в месте прорыва.

Места для сооружения задерживающих (фильтрующих) и водо­ непроницаемых перемычек выбирают на участках горных выработок с наиболее плотными и устойчивыми окружающими горными породами на таком расстоянии от прорыва, которое обеспечивает окончание сооружения перемычек до затопления участка выработки от места прорыва до перемычки плывуном.

Сначала доставляют строительные материалы и сооружают задер­ живающие (фильтрующие) перемычки, а затем под прикрытием задерживающих перемычек сооружают водонепроницаемые. В неко­ торых случаях в определенных горногеологических условиях сразу сооружают постоянные водонепроницаемые перемычки без предвари­ тельного сооружения задерживающих (фильтрующих) перемычек.

При быстром движении прорвавшегося плывуна по горным выра­ боткам во избежание несчастных случаев водонепроницаемые пере­ мычки сооружают только после окончания движения плывуна по горным выработкам или при установившемся значительном замедле­ нии этого движения, не представляющем опасности для людей, заня­ тых сооружением перемычки на достаточном расстоянии от движу­ щегося по выработке плывуна.

Конструкция водонепроницаемых перемычек должна быть рассчи­ тана на максимальное давление плывуна, которое рекомендуется опре­ делять как давление на стенку тяжелой жидкости.

Если верхняя отметка плывуна в геологическом разрезе горных пород совпадает с пьезометрическим уровнем подземных вод, то

Если пьезометрический уровень подземных вод находится выше верхней отметки плывуна, то удельное давление на перемычку сле­ дует определять как суммарное давление жидкости на стенку с раз­ ным удельным весом:

Рис. 77. Схема ликвидации прорыва плывуна с помощью сооружения в зато­ пленной выработке водонепроницаемой перемычки и проходки вместо затоплен­

ной новой обходной выработки:

1 — затопленная выработка; 2 — обходная выработка; 3 — место прорыва плывуна; 4 —• водонепроницаемая перемычка

В необходимых случаях с поверхности земли бурят скважины в образовавшиеся под землей пустоты и ведут тампонаж. После окон­ чания работ приступают к проведению новых обходных выработок, по окончании проходки которых ликвидация аварии считается закон­ ченной. Схема ликвидации прорыва плывуна рассматриваемым мето­ дом приведена на рис. 77.

Описанный метод ликвидации внезапных прорывов плывунов

вгорные выработки шахт является наиболее простым по своему вы­ полнению, однако его применение может быть рекомендовано только

втех случаях, когда потери полезного ископаемого в целиках у затоп­ ленных выработок бывают относительно невелики и когда стоимость проходки новых обходных выработок не превышает стоимости ликви­ дации прорыва способом замораживания с полным восстановлением затопленных при прорыве горных выработок.

2. Примеры из практики

На шахте № 9 «Щекинская» в Подмосковном бассейне в момент пробной эксплуатации Южного участка произошел внезапный про­ рыв плывуна, в результате которого все пройденные выработки были затоплены.

До внезапного прорыва плывуна на шахте было пройдено около 6000 м горных выработок и полностью подготовлен к эксплуатации Южный участок, на котором было пройдено 4958 м горных выработок и произведена нарезка.

Проведение горных выработок на шахте производилось без осу­ шающих мероприятий, в результате чего из надугольного водонос­ ного горизонта произошел внезапный прорыв воды и плывунов (объемом 25 ООО м3 ) в горные выработки Южного участка.

Вынос плывуна сопровождался притоком воды 500 м3 /ч в начале прорыва и 300—350 м3 /ч в дальнейшем. Устремившиеся из прорыва в горные выработки плывуны быстро вывели из строя Южный участок.

Плывуны распространились до выработок околоствольного двора, где были остановлены сооруженными здесь перемычками.

В течение года на шахте были выполнены следующие работы для борьбы с прорвавшимися плывунами:

1)сооружено в горных выработках до 40 фильтрующих перемычек;

2)расчищено от вынесенного плывуна около 2000 м горных выра­

боток;

3)расширено и раскреплено более 1200 м горных выработок, сдавленных при аварии;

4)установлено в не подвергшихся затоплению горных выработ­

Ликвидировать полностью аварию в течение года не удалось. Некоторые выработки после расчистки неоднократно сдавливались вследствие сильного горного давления, а в некоторых горных выработ­ ках продолжал двигаться плывун и их снова приходилось закрывать перемычками. Проводить выработки на новый участок вследствие сильного горного давления и продолжавшегося сдвижения поверх­ ности было рискованно, в связи с чем шахта № 9 «Щекинская» была поставлена на сухую консервацию, при которой проводили осушение шахтного поля. На сухой консервации шахта находилась 1 год 4 ме­ сяца. За это время из шахты было откачано около 3,5 млн. м 3 воды.

На ликвидацию аварии, считая и сухую консервацию шахты (осу­ шение), было затрачено 2 года 4 месяца.

Южный участок с заплывуненными в нем выработками общей протяженностью около 3000 м был закрыт перемычками и заброшен и вместо него произведена нарезка новых участков. Дальнейшее про­ ведение выработок на шахте № 9 «Щекинская» производили с осуше­ нием надугольных и подугольных песков.

На шахте «Буланаш» № 2/5 комбината Свсрдловскуголь 1 сен­ тября 1963 г. произошел внезапный прорыв воды в действующие выработки. Основным источником обводнения шахтного поля

являлся опоковый водоносный горизонт, уровень воды в котором в мо­ мент прорыва находился на глубине 9,5 м от поверхности земли, а отметка подошвы опокового горизонта над местом прорыва — в 20 м от поверхности земли. Между опоковым горизонтом и выработками вентиляционного горизонта имелся целик угля и слабых горных пород толщиной 30 м, ослабленный проходкой шурфа № 5 и сква­ жин № 6 и 8 вблизи места прорыва.

Приток воды в горные выработки шахты до внезапного прорыва составлял 320 м3 /ч.

При внезапном прорыве воды приток ее в горные выработки шахты увеличился до 800—1000 м3 /ч, затем с течением времени снизился до 700 м3 /ч и стабилизировался. Разрушенными и вынесенными вместе с водой при прорыве породами сначала были заполнены выработки на гор. 50 м и из них по скатам № 2 и 3 выработки на гор. 130 м, пройденные по пласту 12-Г, и южный полевой штрек гор. 130 м.

В момент прорыва воды на поверхности земли над местом прорыва образовалась провальная воронка диаметром 7 м, которая в последу­ ющем увеличивалась и достигла после прорыва диаметра 35 —40 м и глубины 20 м.

Основной причиной прорыва воды были: напор вод опокового горизонта более 1 кгс/см2 и слабые выветрелые горные породы, зале­ гающие в верхней части продуктивной толщи, легко разрушавшиеся водой.

В результате прорыва после затопления всех горных выработок на пласте поступление воды из опокового горизонта в шахту вместе с обрушенными горными породами продолжалось, и создалась реальная угроза затопления горных выработок на 15 и 16 угольных пластах, в связи с чем все работы на гор. 50 и 130 м были прекращены до окончания ликвидации внезапного прорыва воды.

Ликвидацию внезапного прорыва воды осуществляли с помощью открытого водоотлива и сооружения в выработках деревянных филь­ трующих перемычек. Центральная водоотливная установка гор. 130 м состояла из 6 насосных агрегатов с насосами типа АЯП-300 производи­ тельностью по 300 м3 /ч и напором 260 м.

Так как вода, поступившая из прорыва, была сильно загрязнен­ ной, то при ее откачке насосы иногда выходили из строя и заменялись резервными.

В течение трех суток с момента прорыва воды все заиленные гор­ ные выработки были изолированы от других действующих выработок шахты деревянными фильтрующими перемычками из круглого леса. Всего было сооружено 7 перемычек. Провал на поверхности земли над местом прорыва воды был отгорожен и впоследствии засыпан.

На шахте «Шумихинская» № 1/2 комбината Кизелуголь в январе 1964 г. при сооружении околоствольного двора после взрывных работ в забое порожняковой ветви клетевого ствола из вскрытой

которая была откачана на земную поверхность действующей насосной установкой шахты, сооруженной до прорыва в пройденных выработ­ ках околоствольного двора.

Место прорыва воды находилось на контакте закарстованных из­ вестняков с угленосными отложениями, представленными переслаи­ вающимися кварцевыми песчаниками, алевролитами и аргиллитами с углами падения от 60 до 90°, местами нарушенными сбросами и на­ двигами. В средней части угленосной толщи наиболее водоносными

женные породой выработки; 7 — новые обходные выработки; 8 — глухие водонепроница­ емые перемычки

были два пласта песчаника мощностью 20 и 25 м, разделенные алевро­ литами и аргиллитами, имеющими весьма слабую водопроницаемость.

К известнякам приурочен трещинно-карстовый водоносный горизонт

суровнем воды в 40—45 м от поверхности земли. Напор воды при ее прорыве из водоносных трещиноватых и карстовых известняков соста­ влял до 18 кгс/см2 .

Вначале вода, поступавшая из прорыва в околоствольный двор,

двора и нижняя часть клетевого ствола (на 18,3 м от отметки головки рельс) были заполнены вынесенным плывуном (рис. 78).

В связи со сдвижением горных пород, вызванным их прорывом, произошла деформация крепи (толщиною 0,4 м) клетевого ствола на глубине от 40 до 140 м от поверхности земли, которая была выражена трещинами и заколами с раскрытием до 30 см и вывалами кусков бетонной крепи на отдельных участках размером до 40 X 100 см. Надшахтное здание клетевого ствола осело и деформировалось, особенно с северной стороны, где появилось много горизонтальных и наклонных трещин с раскрытием до 20 мм. Вокруг клетевого ствола образовались провалы глубиной 1,0—1,5 м.

Анализируя три последовательно происшедших прорыва можно сделать следующие выводы: при прорыве глинистого материала из приконтактной зоны и частично из карстовых полостей была нару­ шена устойчивость целой пачки крутопадающих аргиллитово-глини- стых пород угленосной толщи, легко поддающейся размоканию и размыву. В результате размыва пород водой под большим гидроста­ тическим давлением (до 18 кгс/см2 ) и ослабления на уровне горизон­ тальной выработки произошло сдвижение пород на участке клетевого ствола протяженностью около 200 м, повлекшее за собой деформацию клетевого ствола и поверхности шахты.

Нанесенный строительству шахты убыток в результате внезапных прорывов воды и разжиженных горных пород ориентировочно оцени­ вается в 3 млн. руб.

В результате заполнения горных выработок околоствольного двора при третьем прорыве на полное сечение породой в них образо­ валась естественная породная пробка, препятствовавшая дальнейшим прорывам в них воды и разжиженных горных пород. Заполненные породой горизонтальные выработки околоствольного двора были заперемычены и габрошены навсегда. Клетевой ствол глубиной 240 м с деформированной крепью был засыпан песком и также заброшен. Провалы на поверхности земли вокруг деформированного ствола были засыпаны песком и утрамбованы. В сторону прорыва с поверхности земли было пробурено несколько скважин и из них произведен тампо­ наж пустот, образовавшихся в результате прорыва. На этом работы по ликвидации внезапных прорывов воды и плывунов в выработки околоствольного двора шахты «Шумихинская» № 1/2 были закончены. По окончании ликвидации аварии в 165м от деформированного клете­ вого ствола был пройден новый клетевой ствол и к нему новые подво­ дящие выработки околоствольного двора.

На строительстве Лечбергского тоннеля в Швейцарии на участке

в650 м, расположенном под долиной Гастерн с протекающей по ней

р.Кандер, при проведении передовой штольни на расстоянии 2675 м от северного портала тоннеля в проходимых штольней скальных поро­

дах было произведено очередное взрывание шпуров, пробуренных в забое. Взрывом были обнажены водоносный моренный песок и ил, которые тотчас же после взрыва с большой силой прорвались в пере­ довую штольню тоннеля. Движение потока, прорвавшегося в передо­ вую штольню плывуна, было настолько быстрым, что 25 человек рабочих, занятых в штольне, погибли.

Прорвавшимся плывуном передовая штольня на протяжении 1300 м в короткое время была полностью заполнена.

Производители работ не могли найти способа ликвидации аварии плывуна через передовую штольню тоннеля на контакте его со скаль­ ными породами; в связи с этим заплывуненный участок был занеремычен и заброшен. Направление трассы тоннеля было изменено в обход заплывуненного участка, при этом было брошено около 1,5 км заплывуненной передовой штольни тоннеля и тоннель был удлинен на 0,87 км. В результате аварии срок строительства тоннеля был увели­ чен на один год.

Г л а в а X I

ЛИКВИДАЦИЯ ВНЕЗАПНЫХ ПРОРЫВОВ П Л Ы В У Н О В

ВГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ Ш А Х Т

СПОМОЩЬЮ ИСКУССТВЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ

1.О выборе рационального метода ликвидации внезапных

прорывов плывунов в горные выработки, пройденные в слабых

имягких породах

Внастоящее время существуют два способа ликвидации внезап­

I . С помощью сооружения водонепроницаемых перемычек, остав­ ления заплывуненных выработок навсегда и проведения вместо них новых обходных выработок;

I I . С помощью искусственного замораживания с поверхности земли места прорыва, образования ледопородной перемычки и восста­ новления под ее прикрытием заплывуненных горных выработок.

Применение способа I I по сравнению со способом I экономически целесообразно будет только в том случае, если его стоимость не пре­ высит стоимости ликвидации аварии способом I , т. е.

плывунов и восстановления заплывуненных выработок,

руб.; Снов — полная стоимость изоляции заплывуненных выработок

водонепроницаемыми перемычками и проведения вместо заплывуненных новых обходных выработок, руб.

Полная стоимость замораживания горных пород в месте прорыва плывунов и восстановления заплывуненных горных выработок

в пределах ледопородной перемычки, руб.

Стоимость всех работ, связанных с образованием ледопородной

впределах ледопородной перемычки

откуда ясно, что для ликвидации внезапных прорывов плывунов искусственного замораживания пород экономически целесообразно будет при длине новых обходных выработок

Применение для ликвидации внезапных прорывов плывунов искусственного замораживания будет целесообразным по сравнению с оставлением заплывуненных выработок навсегда и проведением вместо них новых обходных выработок только в том случае, когда общие затраты времени Тяш при способе I ликвидации прорыва

Из выражения ( X I . 16) видно, что применение искусственного замораживания для ликвидации внезапного прорыва с точки зрения наименьших затрат времени на ликвидацию аварии целесообразно в том случае, когда общее время, необходимое для образования ледопородной перемычки, равно или меньше разности времени на проведение новых обходных выработок и на восстановление ранее пройденных заплывуненных.

Окончательно выбор способа ликвидации внезапного прорыва плывунов в горные выработки т а х т в каждом конкретном случае должен решаться на основе сопоставления и оценки влияющих горнотехнических и экономических факторов, а также с учетом наибольшей надежности выбираемого способа ликвидации аварии.

2. Последовательность работ

Способ ликвидации внезапных прорывов плывунов в горные выработки шахт с закрытием источников прорыва ледопородными перемычками, сооружаемыми с поверхности земли с помощью замо­ раживания пород, применяют в случаях необходимости полного восстановления заплывуненных при проведении выработок или когда

задерживающих и водонепроницаемых перемычек удается задержать распространение плывунов по выработкам и плывуном затопляется только часть выработок.

В обоих случаях ликвидацию прорывов с помощью заморажива­ ния ведут аналогично работам по восстановлению затопленных выработок.

Одновременно с бурением замораживающих скважин устана­ вливают передвижную замораживающую установку, смонтированную на автоприцепах, перевозимых автомашинами или тракторами, прокладывают и подсоединяют к ней трубы и электрокабели.

После окончания бурения замораживающих скважин и проверки их вертикальности монтируют в них замораживающие колонки с диа­ фрагмами, предварительно испытанные на гидростатическое давле­ ние, превышающее не менее чем в два раза максимальное расчетное.

Для ликвидации аварий рекомендуют применять более освоенное рассольное замораживание.

По окончании монтажа замораживающих колонок, подсоедине­ ния их к рассольной сети замораживающей установки, проверки сети на отсутствие утечек рассола приступают к активному замора­ живанию горных пород, которое ведут до полного образования ледопородной перемычки. После этого переводят замораживающую установку на пассивное замораживание, которое ведут до окончания ликвидации внезапного прорыва плывунов и полного восстановления всех заплывуненных при прорыве горных выработок.