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

450 ООО ккал/ч. Активное замораживание горных пород вели в тече­ ние 45 сут при рабочей температуре рассола минус 20—22° С. После окончания активного замораживания замораживающая установка была переведена на пассивное, деревянные перемычки в штреке были разобраны и приступили к его расчистке и восстановлению. Восста­ новление штрека вели по замороженным горным породам с заменой деформированной деревянной крепи на железобетонную с жесткой арматурой. Вместо снятой деревянной крепи в штреке устанавливали металлические рамы из двутавровых балок № 22 через каждые 0,5 м с затяжкой боков и кровли досками толщиной 50 мм, после чего

Рис. 85. Схема пересечения обходной выработки 16-бис заплывуненного 93-го южного штрека на шахте № 2 «Северная»:

1 — перемычка; г — ледопородные стенки; з — обходная выработка; 4 — 93-й южный штрек; 5 — 10-й западный главный вентиляционный штрек

возводили бетонную крепь толщиной 500 мм. Участок заплывуненного и деформированного штрека в 40 м был восстановлен и пере­ креплен за 80 сут. Всего на ликвидацию аварии было затрачено около полгода.

На северо-западном крыле шахты «Новомосковская» в Под­ московном бассейне при проведении штрека в 1962 г. произошел внезапный прорыв обводненных надугольных песков (плывунов), которыми на значительное расстояние были заполнены штреки главных направлений этого крыла и все прилегающие к ним горные выработки. Прорвавшиеся в горные выработки из надугольного водоносного горизонта плывуны имели коэффициент фильтрации, равный 0,15—0,54 м/сут, и содержание зерен мелких фракций раз­ мером менее 0,1 мм от 46,5 до 7 1 , 1 % . Такие пески плохо поддаются осушению и вызывают значительные осложнения при проведении выработок.

Ликвидация внезапного прорыва плывунов на шахте была осу­ ществлена с помощью сооружения на штреках главных направлений глухих водонепроницаемых перемычек, с помощью которых было приостановлено дальнейшее распространение плывунов по штрекам главных направлений. Заполненные прорвавшимся плывуном гор-

пые выработки при этом забрасывались навсегда с оставлением целиков угля. Вскрытие оставшихся запасов угля на северо-запад­ ном крыле шахты цосле ликвидации прорыва плывунов было осу­ ществлено проведением более 5 км обходных выработок. При этом обходной выработкой западного главного вентиляционного штрека потребовалось пересечь заплывуненный южный штрек (рис. 85). Штреки пересечения на длину 6 м были пройдены с помощью пред­ варительного замораживания пород опытной подземной передвижной

50—60 тыс. ккал/ч, все оборудование которой размещалось на четы­ рех шахтных платформах. В качестве хладагента применялся фреон-12. В связи с тем, что в кровле заплывуненного южного штрека

замораживающие колонки диаметром по 50 мм и длиной по 5,5 м. После этого замораживающие колонки были подсоединены к пере­ движной подземной фреоновой замораживающей установке, с по­ мощью которой в течение 26 суток вели замораживание горных пород при средней температуре рассола —15° С. В результате замо­ раживания пород были образованы две ледопородные стены толщиной 1,2—1,6 м, под защитой которых пересечение выработок на участке 6 м было успешно пройдено и закреплено бетонной крепью, чем была

Во Франции при сооружении в северном пригороде Парижа кол­ лектора диаметром 3 м на глубине 30 м от поверхности земли в мер­ гелях обычным способом на расстоянии 70 м от шахтного ствола на контакте мергелей с водоносными песками произошел внезапный прорыв воды с песком в коллектор, и он был затоплен.

замораживания горных пород в месте прорыва с применением в ка­ честве хладагента жидкого азота.

Температура испарения жидкого азота (—195,8°) значительно ниже, чем у всех других применяемых для замораживания хлад­ агентов. При замораживании пород с помощью жидкого азота отпа­ дает необходимость в специальной холодильной установке, так как жидкий азот из сосудов, в которых он хранится, подается по трубам непосредственно к месту замораживания, при этом он обеспечивает в несколько раз большую скорость замораживания и большую проч­ ность замороженных горных пород, что особенно важно при ликви­ дации аварий.

С помощью открытого водоотлива вода из затопленного кол­ лектора была откачана, и он был расчищен от вынесенного в него при прорыве песка. Далее, в кровле коллектора, в месте прорыва, были задавлены 25 стальных замораживающих труб диаметром 50—60 мм и длиной 1,6—2 м. В замораживающие трубы были вста­ влены питающие трубы из красной меди диаметром 15—21 мм, кото­ рые были соединены с разводящими трубами диаметром 80—89 мм, проложенными по вертикальному стволу и коллектору.

Активное замораживание водоносных песков заняло 33 ч. За это время было заморожено 20 м3 грунта и израсходовано 15 т жидкого азота. Расход жидкого азота на одну замораживающую колонку составлял 18 л/ч, вокруг каждой колонки было заморожено около 0,8 м 3 водоносного песка.

По окончании активного замораживания средние 9 колонок были отключены и демонтированы; 16 боковых колонок поддерживали температуру замороженных песков —30° С. Расход жидкого азота при этом составлял 12 л/ч на одну колонку.

Площадь замораживания на каждую колонку составляла 0,4 м 3 .

Водоносный участок коллектора в месте прорыва воды был прой-

.ден и закреплен под защитой ледопородной стенки за 36 ч. На этом ликвидация внезапного прорыва воды с песком была закончена и подача жидкого азота к колонкам прекращена. После прекращения подачи жидкого азота водоносный песок находился в замороженном состоянии еще в течение 38 ч.

Г л а в а X I I

КОНТРОЛЬ И МЕРЫ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ВНЕЗАПНЫХ ПРОРЫВОВ ВОДЫ В ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ

1. Контроль за работами по ликвидации внезапных прорывов

воды в горные выработки

Аварийные работы по ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки шахт должны производиться непрерывно до их полного завершения под руководством специально выделенных лиц технического персонала, которые должны осуществлять постоянный контроль за выполнением всех аварийных работ и сооружений, необходимых для полной ликвидации прорывов.

В процессе ликвидации внезапных прорывов воды необходимо особо контролировать качество выполнения всех аварийных работ и сооружений, а также последовательность их выполнения в соответ­ ствии с утвержденными мероприятиями или проектами производства работ по ликвидации внезапных прорывов. Контроль за работами по ликвидации внезапных прорывов зависит в значительной степени от последствий прорывов и выбранных способов их ликвидации.

Во всех случаях прежде всего устанавливают постоянное гидро­ геологическое наблюдение за режимом подземных вод (в необходимых случаях и за режимом подрабатываемых поверхностных водоемов) и изменением притоков воды из прорывов.

При ликвидации внезапных прорывов воды в выработки с по­ мощью открытого водоотлива систематически контролируют притоки воды из прорывов, состояние водоотливных канав и лотков, по кото­ рым производят отвод воды, и работу насосных установок, откачи­ вающих воду на поверхность. При выносе из прорывов вместе с водой легко отфильтровываемых размытых горных пород и установке фильтрующих перемычек для их задержания контролируется каче­ ство возведения фильтрующих перемычек и качество задержания ими размытых горных пород и отфильтровывания воды. При неудо­ влетворительной фильтрации возводят новые фильтрующие пере­ мычки на расстоянии не менее 8—10 м от ранее возведенных. Одно­ временно с изложенным контролируется состояние крепи горных выработок на пути потока воды из прорыва и состояние рудничной атмосферы и принимаются меры, в случае необходимости, по усиле­ нию крепи и перекреплению выработок и более интенсивному их проветриванию.

При ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки с помощью водопонижения контролируется бурение водопонижа­ ющих скважин, монтаж глубинных или артезианских насосов в них,

разбуривания скважин и бурения новых контрольных скважин и замеров в них удельного водопоглощения. По окончании тампони­ рования контролируются работы по разборке перемычек и проведе­ нию выработки по затампонированной зоне.

При ликвидации прорывов воды с помощью тампонирования с поверхности земли контролируют: работы по забуриваиию скважин, установке и заделке в них направляющих труб-кондукторов, соблю­ дению при бурении заданного направления скважин; состав горных пород, пересекаемых при бурении скважинами, их трещиноватость и водоносность, удельное водопоглощение; качество приготовления тампонажного раствора; его концентрация, давление и расход, время твердения по окончании нагнетания, а также качество тампонирования путем разбуривания скважин, определения их удельного водопоглоще­ ния и пробной откачки воды из затопленных выработок. При откачке воды из затопленных выработок после окончания тампонирования с поверхности земли контроль за работой осуществляется, как при ликвидации внезапных прорывов, с помощью открытого водоотлива.

При ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки с помощью подводного бетонирования осуществляется тщательный контроль за качеством материалов для приготовления подводного бетона, составом бетонной смеси и качеством ее приготовления, за процессом укладки подводного бетона по трубам, их заполнением бетонной смесью и ее вытеканием из труб, интенсивностью подводного бетонирования и расходом подводного бетона, а также сроками его твердения после окончания подводного бетонирования, пробной откачкой воды из затопленных выработок по окончании твердения подводного бетона и нормальной откачкой воды после положитель­ ных результатов ее пробной откачки.

При ликвидации внезапных прорывов плывунов в горные выра­ ботки с помощью сооружения водонепроницаемых перемычек, оста­ вления затопленных выработок навсегда и проведення вместо них новых обходных выработок контролируется качество сооружения водонепроницаемых перемычек аналогично тому, как при ликвида­ ции внезапных прорывов воды с помощью сооружения водонепрони­ цаемых перемычек и открытого водоотлива и, кроме того, весьма тщательно контролируется производство работ по проведению новых горных выработок вблизи затопленных и качество их крепления.

При ликвидации внезапных прорывов плывунов с помощью искус­ ственного замораживания горных пород осуществляется непрерыв­ ный контроль за бурением замораживающих скважин и соблюдением их вертикальности, за процессом замораживания горных пород и образованием ледопородной перемычки в месте прорыва воды, проектными сроками замораживания, пробной откачкой воды и при ее положительном результате — за нормальной откачкой воды из затопленных выработок, их расчисткой и приведением в нормаль­ ное состояние, проведением и креплением выработок по заморожен­ ной зоне, оттаиванием замороженных горных пород после проведения выработок в месте прорыва плывунов.

2.Меры предотвращения внезапных прорывов воды

вгорные выработки

Меры предотвращения внезапных прорывов воды в горные выра­ ботки шахт во многом зависят от местных горногеологических и ги­ дрогеологических условий, а также от ожидаемых источников про­ рывов: ливневых и паводковых вод, поверхностных водоемов (прудов, водохранилищ, рек, озер и др.), затопленных горных выработок, слабых и скальных водоносных горных пород или комбинации этих причин.

Для предотвращения внезапных прорывов ливневых и паводко­ вых вод в горные выработки через трещины, выходящие на земную поверхность, воронки обрушения и провалы, образовавшиеся в ре­ зультате горных разработок в пониженных местах земной поверхности (балках, оврагах, руслах высохших рек и ручьев, расположенных над подземными горными работами или вблизи от них), необходимо:

улучшать сток и устранять скопления весенних паводковых и ливневых вод в опасных местах над районами производства горных работ, а также на ранее отработанных участках;

тампонировать и засыпать образовавшиеся на поверхности тре­ щины глинистыми породами с последующим их уплотнением катками или бульдозерами;

полностью засыпать образовавшиеся на поверхности провалы и воронки в пределах подтапливаемой части поверхности глинистыми породами с последующим их уплотнением и устройством над ними лотков или желобов для пропуска атмосферных вод;

устраивать отвод атмосферных вод от воронок и провалов с по­ мощью сооружения нагорных канав, дамб и плотин с постепенным выпуском воды из-за последних по канавам, лоткам, желобам и тру­ бам, проложенным в местах, исключающих попадание из них воды в ограждаемые воронки и провалы;

устраивать дренаж воды из воронок и провалов в подземные горные выработки путем бурения в последние из воронок и провалов буровых скважин в местах водопроводящих горных пород (галеч­ ников и др.). Эта мера целесообразна также и для предотвращения внезапных прорывов воды из карьеров в ведущиеся под ними под­ земные выработки;

откачивать атмосферные воды по мере их появления в крупных воронках и провалах, а также карьерах, под которыми ведут подзем­ ные горные работы, за расположенные вне их пределов дамбы, пло­ тины или нагорные канавы. Выбор того или иного метода предотвра­ щения внезапных прорывов ливневых и паводковых вод в горные выработки должен решаться при проектировании соответствующими технико-экономическими расчетами с учетом ожидаемых максималь­ ных притоков паводковых вод, частоты и длительности ливневых дождей, рельефа местности в районе горных разработок, горно­ геологических и гидрогеологических условий залегания место­ рождения, объемов работ и других факторов.

Все пробуренные с поверхности земли геологоразведочные и тех­ нические скважины должны погашаться с обязательным проведением мероприятий, устраняющих проникновение по ним поверхностных, атмосферных и подземных вод в горные выработки.

Для предотвращения внезапных прорывов воды из поверхностных водоемов в горные выработки в зависимости от характера этих водо­ емов (ручьи, реки, пруды, озера, водохранилища и др.) и ценности их для окружающей природы и народного хозяйства могут при­ ниматься три группы мер: I группа — оставление под водоемами предохранительных целиков полезного ископаемого; I I группа — отвод воды из водоемов за пределы подрабатываемой территории; I I I группа — производство горных работ под водоемами с проведе­ нием специальных мероприятий по предупреждению внезапных прорывов воды из них.

Оставление целиков полезного ,ископаемого под поверхностными водоемами производится в случаях, когда отработка полезного иско­ паемого под ними может повлечь за собой прорывы воды в горные выработки и когда устройство водоотводных сооружений на поверх­ ности технически и экономически нецелесообразно.

Предохранительные целики под поверхностными водоемами должны строиться по углам сдвижения и методике, принятой в дей­ ствующих для данного бассейна или месторождения правилах охраны сооружений от вредного влияния горных разработок. При этом в охраняемую площадь должны включаться барьерные целики или участки площади до границы безопасного ведения горных работ. Производство горных работ при приближении к предохранительным целикам под водоемами или в пределах этих целиков должно осуще­ ствляться с мерами предосторожности, аналогичными мерам при подходе к барьерным целикам под затопленными горными выработ­ ками или работам в пределах этих целиков.

Отвод воды из поверхностных водоемов за пределы подрабатыва­ емых территорий производят в случаях, когда разработка полезного ископаемого под ними может повлечь за собой прорывы воды из этих водоемов в горные выработки и когда оставление предохранительных целиков под ними приводит к неоправданно большим потерям полез­ ного ископаемого или при сравнительно небольших потерях в цели­ ках последнее нецелесообразно ввиду ценности полезного ископа­ емого. Воды рек и ручьев отводят изменением их русла за пределы разрабатываемого месторождения по трассе, исключающей проник­ новение отводимых поверхностных вод в горные выработки. Отвод воды из прудов, водохранилищ, ручьев и других водоемов может производиться путем перепуска воды из них по специальным водо­ отводным каналам и желобам над подрабатываемой территорией, исключающим проникновение из них воды в горные выработки. Отвод воды из поверхностных водоемов может производиться в необходи­ мых случаях путем перекачки ее из них насосами по трубопроводам за пределы подрабатываемых территорий в другие водоемы и водо­ токи, исключающие проникновение из них воды в горные выработки.

Отработка подземными горными работами месторождений полез­ ного ископаемого, залегающих под поверхностными водоемами (ручьями, реками, прудами, озерами, водохранилищами), располо­ женными на поверхности земли, в пределах разрабатываемых шахт­ ных полей должна производиться только по специальным проектам, утвержденным в установленном порядке и составленным в полном соответствии с правилами и указаниями по охране сооружений от вредного влияния горных разработок по данному бассейну или месторождению, а также инструкцией о порядке утверждения меро­ приятий по охране сооружений и природных объектов от вредного влияния горных работ в пределах предохранительных целиков.

При производстве горных работ под поверхностными водоемами и водотоками необходимо выполнять следующие условия:

планомерно вести очистные работы без оставления предохрани­ тельных целиков, что обеспечивает плавное оседание горных пород над выработанным пространством без образования трещин и провалов; вести очистные работы только в летний период при минимальных расходах поверхностных водотоков и минимальных запасах воды

в поверхностных водоемах; удалять очистные работы к началу весеннего паводка от водоемов

и водотоков не менее чем на 100—120 м; усиленно крепить подготовительные выработки со сплошной

затяжкої! боков и кровли под поверхностными водоемами и водо­ токами и не менее чем на 20—25 м в каждую сторону от них;

вести работы по проведению подготовительных выработок под водоемами и водотоками, а также в непосредственной близости от них с необходимыми мерами предосторожности, не допуская переборов породы, ее вывалов и образования за крепью пустот; сооружать перед прорывоопасными участками в горных выработ­

ках системы водонепроницаемых перемычек; усиливать шахтный водоотлив установкой дополнительных ре­

зервных насосов и прокладкой резервных ставов водоотливных труб. Для предотвращения внезапных прорывов воды из затопленных горных выработок в действующие разработка месторождений полез­ ных ископаемых под затопленными горными выработками или на расстоянии не менее 200 м должна производиться по специальным проектам, утверждаемым в установленном порядке и предусматри­

ные участки и отдельные горные выработки с водой и разжиженными горными породами приравнивают в отношении ведения горных работ вблизи от них к затопленным горным выработкам. В проектах в числе основных мероприятий должны предусматриваться:

1. Оставление барьерных целиков между затопленными и дей­ ствующими горными выработками.

2. Установление границы безопасного ведения горных работ и зоны возможных прорывов воды из затопленных горных выработок в действующие.

3. Установление границ предохранительных целиков, оставля­ емых под пластами или над пластами, с затопленными горными выработками ниже уровня воды в последних.

5. Специальный режим горных разведочных работ в пределах зоны возможных прорывов воды из затопленных выработок и другие.

Между действующими и затопленными горными выработками должны оставляться барьерные целики с размерами, исключающими прорыв их напорными водами из затопленных выработок.

В Рурском бассейне (ФРГ) для предотвращения внезапных про­ рывов воды из затопленных выработок в действующие считаются достаточными барьерные целики шириной 50 м по породе и 100 м по углю.

Проведение выработок у контуров барьерных целиков и в пре­ делах последних должно производиться с обязательным предвари­ тельным бурением передовых скважин.

Границы безопасного ведения горных работ у затопленных выра­ боток устанавливаются, не доходя до барьерного целика и в зависи­ мости от степени достоверности контура затопленных выработок.

При подходе выработок к прорывоопасным участкам для пред­ упреждения затопления выработок в них должны устраиваться водонепроницаемые перемычки с герметическими дверьми, открыва­ ющимися в сторону ожидаемого прорыва воды, и дренажными тру­ бами с задвижками для выпуска воды из-за перемычек.

Проведение горных выработок под затопленными выработками или выше их, но ниже уровня воды в них, а также вблизи барьерных целиков и в зоне тектонических нарушений, пересекающих про­ водимые и затопленные выработки, допускается только по окончании бурения опережающих скважин и подтверждения ими отсутствия значительных поступлений воды через эти зоны.

Очистные работы под затопленными выработками вышележащего пласта или нижележащего пласта, расположенного ниже уровня воды, допускается вести при расстоянии от них по нормам до зато­ пленных выработок не менее 40-кратной вынимаемой мощности пласта. При меньших расстояниях необходимо оставлять под зато­ пленными выработками целики угля или откачивать и спускать воду из них.

При проведении горных выработок для спуска воды по пласту или породе на участке между границей безопасного ведения горных работ и затопленными выработками должны соблюдаться следующие требования правил безопасности:

1.Горные выработки должны проходиться парными узкими за­ боями и с бурением опережающих скважин на длину, не менее ши­ рины барьерного целика.

2.Диаметр водоспускных скважин не должен превышать 75 мм, их устья должны быть закреплены и оборудованы задвижками для регулирования притока воды.