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

угля в размере 50 тыс. т. На ликвидацию этой аварии было израсхо­ довано более 2 млн. руб.

Непосредственной причиной затопления горных выработок I I экс­

зервных насосных агрегатов, в уклонах были смонтированы на леж­ нях также насосные агрегаты, с помощью которых были откачаны затопленные горные выработки сначала I I I , а затем I V горизонтов. По мере откачки воды установленные на уклонах насосные агрегаты опускались вниз, а ставы водоотливных труб от них наращивались. Вода из затопленных выработок насосными агрегатами, установлен­ ными на уклонах, откачивалась к водосборникам водоотливных комплексов I горизонта, а последним выдавались на земную поверх­ ность.

С помощью открытого водоотлива стационарными насосными установками I горизонта и временными переносными насосными установками на уклонах внезапный прорыв воды из затопленных выработок шахты «Комсомолец» в шахту № 6 «Капитальная» успешно был ликвидирован. Этому в значительной степени способствовало наличие на I горизонте шахты «Северная» двух мощных стационар­ ных установок общей производительностью 5400 м3 /ч.

На шахте «Дукла» в Южной Моравии (ЧССР) в результате силь­ ного ливня в июне 1970 г. произошел прорыв поверхностных ливне­ вых вод в горные выработки, приведший к их полному затоплению и несчастным случаям. Шахтой разрабатывался один пласт угля средней мощностью 5 м, залегающий волнисто под углом 2—4° на глубине 18—60 м от земной поверхности. Схема горных выработок шахты приведена на рис. 19. Шахта негазовая. Вмещающие уголь породы представлены песками с различной степенью обводненности. Для обеспечения устойчивости горных выработок последние про­ ходили с оставлением в почве и кровле выработок пачек угля. Гипсо­ метрия почвы горных выработок — невыдержанная, со значитель­ ными колебаниями по их протяженности. Поверхность шахты в рай­ оне отработки угольного пласта холмистая, пересечена глубокой долиной, вдоль которой протекает мелководная речка, пересыха­ ющая в летнее время. Минимальное расстояние между земной поверх­ ностью и горными выработками в районе долины составляет 18 м. Поле шахты вскрыто двумя штольнями и вертикальным стволом.

9 июня 1970 г. по местному времени в районе поселка Шардица, расположенного вблизи шахты, прошла гроза, сопровождавшаяся сильным ливнем. Высота ливневых потоков воды в районе пос. Шардицы достигала 1 м и более, и вся долина, под которой находились горные выработки шахты, была затоплена. Ливневые воды из зато-

выработки, показала содержание в ней кислорода только до 8% по объ­ ему. Попытка установить по скважинам путем спуска в них громко­ говорителей и сигнальных лампочек связь с невышедшими при прорыве в шахту воды рабочими не увенчалась успехом, ответных сигналов не поступало и тогда приступили к ликвидации внезапного прорыва поверхностных ливневых вод с помощью открытого водо­ отлива.

В связи с отсутствием нормального уклона почвы горных выра­ боток в сторону штольни, устье которой расположено на отметке 176 м, а основных затопленных выработок шахты ниже этой отметки, вода из затопленных выработок по штольне на земную поверхность самотеком не поступала. Для откачки воды из затопленных вырабо­ ток в штольне были смонтированы специальные насосные установки из горизонтальных центробежных насосов и в вертикальном венти­ ляционном стволе подвесные насосы, с помощью которых и произ­ водилась откачка воды из затопленных выработок шахты.

После снижения уровня воды в вентиляционном стволе и около­ ствольном дворе в результате ее откачки насосами, группами горно­ спасателей в респираторах была произведена разведка откачанных горных выработок от вентиляционного ствола до спаренных штреков. Разведка горноспасателей установила высокую степень заиленности горных выработок размытыми и вынесенными вместе с водой при прорыве горными породами. Расчистка заиленных горных выработок путем обычной погрузки ила в вагонетки емкостью 1 т с выдачей их по вентиляционному стволу одноклетевым подъемом с клетью на одну вагонетку емкостью 1 т заняла бы слишком много времени, тем более, что рудничная атмосфера многих горных выработок была непригодна для дыхания и пришлось бы работать в респираторах. Для облегчения восстановительных работ и создания в горных выра­ ботках нормальных атмосферных условий был введен в работу вен­ тилятор главного проветривания с подачей свежего воздуха с поверх­ ности по вертикальному вентиляционному стволу, вслед за этим была введена ранее пробуренная скважина № 3, через которую обеспечивалось проветривание ранее разведанных горноспасателями выработок. Далее от нее проветривание горных выработок при их расчистке и восстановлении обеспечивалось за счет использования ранее пробуренных старых и бурения новых вентиляционных скважин.

Для ускорения расчистки откачиваемых от воды горных выра­ боток были применены гидромониторы, с помощью которых илистые породы размывались и с помощью специальных шламовых насосов откачивались на земную поверхность. Провалы и воронки на поверх­ ности были засыпаны.

Г л а в а I I I

Л И К В И Д А Ц И Я ВНЕЗАПНЫХ ПРОРЫВОВ ВОДЫ В ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ С ПОМОЩЬЮ ВОДОПОНИЖЕНИЯ И ОТКРЫТОГО ВОДООТЛИВА

1. Последовательность работ

Ликвидацию внезапных прорывов воды в горные выработки шахт с помощью водопонижения и открытого водоотлива применяют при крупных и катастрофических прорывах воды, при притоках воды, превышающих производительность шахтных водоотливных установок, и полном или частичном затоплении горных выработок. Наиболее целесообразно применение этого метода в тех случаях, когда дальнейшая проходка выработки или производство очистных работ будут осуществляться с помощью предварительного осушения.

При ликвидации внезапных прорывов с помощью водопонижающих скважин производят перехват воды, поступающей из водо­ носных горных пород в прорыв, и ее откачку на земную поверхность, чем создаются благоприятные последующие условия для откачки воды из затопленных выработок и их восстановления.

После принятия решения о ликвидации прорыва воды рассматри­ ваемым методом приступают к подготовительным работам, в состав которых входят:

размещение заказов и доставка к месту ликвидации аварий необ­ ходимого оборудования и материалов;

разбивка и вынесение в натуру на земную поверхность осей водопонижающих скважин, трасс водоотводящих трубопроводов и лотков, линий электропередачи и фундаментов под оборудование;

шихся при прорыве, и отвод от них поверхностных (ливневых и павод­ ковых) вод.

и установке кондукторов. Далее производят бурение водопонижа­ ющих скважин, одновременно с которым ведут работы по сооруже­ нию водоотводящих трубопроводов, лотков и канав. После окончания бурения каждой водопонижающей скважины ее оборудуют филь­ тровой колонной труб и в ней устанавливают глубинный или арте­ зианский насос.

Одновременно с бурением и оборудованием насосными агрега­ тами водопонижающих скважин в необходимых случаях также устанавливают насосные агрегаты и нагнетательные ставы от них в стволах, уклонах или других выработках для последующей откачки ими воды из затопленных при прорыве горных выработок с таким

расчетом, чтобы водоотливные установки были полностью закончены не позже пуска в работу водопонижающих скважин.

Водопонижающие скважины вводят в работу после окончания их оборудования все одновременно. При этом вначале производят пробную откачку, при которой определяют приток воды, откачива­ емый каждой скважиной, и суммарный приток, откачиваемый всеми скважинами, и сравнивают с притоком воды из прорыва.

На основе результатов пробной откачки принимают решение о продолжении ликвидации прорыва воды в соответствии с ранее разработанными мероприятиями или технорабочим проектом и в не­ обходимых случаях о дополнительном бурении водопонижающих скважин или усилении водоотливной установки для откачки воды из затопленных при прорыве горных выработок. После пробной от­ качки все водопонижающие скважины оставляют нормально рабо­ тать на понижении уровня воды в месте прорыва ее в горные выра­ ботки, и одновременно вводят в работу водоотливные установки по откачке воды из затопленных выработок. При откачке воды из

При ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки шахт с помощью водопонижения и открытого водоотлива (если не ставится задача дальнейшего осушения месторождения) число водо­ понижающих скважин определяется в зависимости от притоков воды из прорыва и производительности применяемых для водопонижения артезианских или глубинных насосов.

Максимальные притоки воды из прорывов носят кратковременный характер и при систематической откачке значительно снижаются. В связи с этим максимально необходимое число водопонижающих скважин для улавливания и откачки всей воды, поступающей в про­ рыв из водоносных горных пород на поверхность, может быть при­ нято

В зависимости от установившихся притоков воды с учетом необ­

На рис. 20, а показано расположение скважин при ликвидации прорывов воды в забоях горных выработок и на рис. 20, б в протя­ женных выработках. В обоих случаях число скважин принимается

Рис. 20. Схемы расположения водопонижающих скважин при ликвида­ ции внезапных прорывов воды в горизонтальные выработки:

а — при прорывах в забоях выработок; б — при прорывах в протяженной части выработок

по расчету в зависимости от притока воды из прорыва и производи­ тельности глубинных или артезианских насосов, применяемых для откачки воды из скважины.

В зависимости от последствий внезапного прорыва воды и объема затопленных горных выработок производят выбор водо­ отливных средств и устанавливают необходимую суммарную произ­

Полное время ликвидации внезапного прорыва воды в горные-

В случаях, когда водопонижающие скважины кроме ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки намечается также использовать и для осушения месторождений при дальнейшей про­ ходке выработок или ведения очистных работ, необходимо произ-

Рис. 21. Схема водопонижения при ликвидации внезап­ ного прорыва воды в горизонтальную выработку:

1 — водопонижающие скважины; 2 — горная выработка; з — место прорыва воды в горную выработку;^ 4 — водоносные пески

водить специальные расчеты по осушению, в соответствии с которыми уточнять принятое число водопонижающих скважин и приток воды из них.

Схема водопонижения при прорывах воды в горные выработки показана на рис. 21.

В расчетах водопонижения при сложных контурах последние

S — понижение уровня воды в скважинах, м.

Определяется приведенный радиус круга (м), к которому при­

F — общая площадь сложного контура, образованная водопонизительными скважинами, м2 ;

rt; г2; г3 . . . rN — расстояния от водопонизительных скважин да центра тяжести многоугольника, м.

По методу «большого колодца», задаваясь понижением уровня воды в скважинах, по формулам Дюпюи определяют общую произ­ водительность водопонизительной установки (м3 /сут)

Далее, задаваясь числом водопонижающих скважин в установке, которая принимается при ликвидации внезапных прорывов воды от 3 до 8, определяют среднюю производительность одной водопонижающей скважины

Для определения сниженного уровня подземных вод и постро­ ения депрессионных кривых по различным направлениям реальногоконтура, в пределах радиуса депрессии могут быть использованы формулы Форгеймера:

понизительной установки может быть определено по формулам «большого колодца»:

а также величину понижения уровня воды в них, окончательно останавливаются на такой схеме, при которой обеспечивается дости­ жение в центре контура (месте прорыва) минимального заданного напора или высоты сниженного уровня подземных вод.

3. Бурение водопонижающих скважин

Расположение водопонижающих скважин при ликвидации вне­ запных прорывов воды в горные выработки чаще всего принимается контурное, но в ряде случаев оно может быть линейным, кустовым или комбинированным. Скважины должны располагаться с расчетом пересечения ими водоносных горных пород вблизи от места прорыва воды из них в горные выработки и в местах наибольшей водообильности.

каждой колонны обсадных труб — утолщенной трубой длиной 0,4— 0,5 м.

Конструкция каждой водопонижающей скважины, кроме своегоосновного назначения, должна обеспечивать возможность замера в них уровня подземных вод.

При установке кондуктора в скважине его верхняя часть должна выступать над уровнем земли не менее чем на 0,4—0,5 м. Глубина водопонижаюгцих скважин устанавливается в зависимости от глу­ бины прорыва воды в горные выработки, расположения относительно его водоносных горизонтов, питающих прорыв, и их мощности. Минимальный диаметр водопонижающих скважин выбирается в за­ висимости от типа глубинных и артезианских насосов, наличия и кон­ струкции фильтров и колеблется в пределах от 200 до 380 мм.

Бурение водопонижающих скважин может осуществляться буро­ выми станками ударно-канатного и роторного бурения, основныетехнические данные по которым приведены в табл. 9.

* Диаметр проходного отверстия ротора.

Число буровых станков в зависимости от числа буровых скважин и их глубины принимается при ликвидации аварий 1—3.

Бурение водопонижающих скважин в устойчивых породах произ­ водят с водяной промывкой, а в неустойчивых горных породах — с промывкой нормальным глинистым раствором удельного веса 1,1—1,25. При бурении в пористых и трещиноватых горных породах удельный вес глинистого раствора следует повышать до 1,25—1,30. Бурение в крепких скальных породах ведут с применением понизи­ телей твердости, в качестве которых используются добавки про­ мывочной жидкости (0,1—0,5%) мылонафта, соды, едкого натра и других.