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

В горных породах, склонных к поглощению промывочных рас­ творов, бурение производят с применением глинистых растворов небольшого удельного веса и повышенной вязкости. Для повышения вязкости промывочных растворов до 35—50 с к ним добавляют от 1 до 3% тонкомолотого бурого угля и Vjo часть от его веса едкого

Для борьбы с обвалами породы в скважинах при бурении при­ меняют промывочные растворы большого удельного веса, что дости­ гается добавлением к ним утяжелителей, порошков барита или гематита.

При бурении водопонижающих скважин должно обеспечиваться их заданное направление, проверяемое замерами их кривизны, -а также вестись систематические наблюдения: за литологическим «оставом и мощностью пересекаемых скважинами горных пород, за положением уровня воды в скважинах, за балансом промывочной жидкости и другими явлениями, возникающими в процессе бурения, и оформлением их результатов в буровом журнале.

Бурение водопонижающих скважин в слабых и неустойчивых горных породах, а также в разрушенных скальных породах произ­ водят с креплением стенок скважин обсадными трубами. В устой­ чивых ненарушенных горных породах крепление скважин обсад­ ными трубами не производят.

Заделку кондукторов, а также затрубную и междутрубную цемен­

Водопонижающие скважины изолируют от водоносных горизон­ тов, не подлежащих осушению, с помощью забивки или задавливания колонны обсадных труб в подступающий в водоносный горизонт пласт плотной глины или в искусственно созданную глиняную пробку при ударном бурении, подбашмачной цементацией колонны обсадных труб в условиях легко размываемой глины и суглинков, подстила­ ющих водоносный пласт, а также затрубной и междутрубной цемен­ тации колонн обсадных труб.

По окончании бурения и крепления скважин, а также изоляции их от водоносных горизонтов, не подлежащих осушению, приступают к монтажу в них фильтровых колонн и водоотливного оборудо­ вания.

4.Водопонижение

Кводопонижению приступают после того, как все пробуренные водопонизительные скважины полностью оборудованы фильтровыми колоннами труб и артезианскими или глубинными насосами, а также сооруженными на земной поверхности отводными канавами, лотками или трубопроводами, обеспечивающими надежный отвод воды от водопонижающих скважин и исключающими ее обратный ток к осу-

насосов значительно выше, чем глубинных погружных насосов. Однако они характеризуются большей надежностью в работе и долго­ вечностью, и установка их оправдывается при откачке воды из сква­ жин более одного года.

Погружные глубинные насосы характеризуются своей компакт­ ностью, небольшим весом, небольшой стоимостью и трудоемкостью монтажа. Двигатель у них непосредственно соединен с насосом и вместе с ним погружается в скважине в воду. Установка насоса целесообразна при продолжительности откачки воды из скважин до одного года, а также при больших сроках службы при глубине скважин свыше 100 м, для которой артезианские насосы не изго­ товляются.

Техническая характеристика некоторых типов глубинных по­ гружных насосов, наиболее пригодных для водопонижения при ликвидации внезапных прорывов, приведена в табл. 11.

Т а б л и ц а И

Водопонизительные, а также водоотливные установки, применя емые при ликвидации внезапных прорывов воды в горные выра­ ботки, должны быть автоматизированы. В процессе работ по ликви­ дации внезапных прорывов воды в горные выработки шахт с помощью водопонижения и открытого водоотлива производят систематические наблюдения и замеры притоков и уровней подземных вод в водо­ понижающих и наблюдательных скважинах, а также замеры прито­ ков и уровней воды при откачке ее из затопленных горных выработок. Одновременно производятся отборы проб для химического анализа воды, а при откачке ее из горных выработок также еще и пробы рудничного воздуха. Результаты замеров и анализов оформляют соответствующей документацией и по ним в необходимых случаях вносятся соответствующие коррективы в производство работ по лик­ видации прорывов.

По окончании откачки воды из затопленных выработок водо­ понижающие скважины могут быть оставлены для дальнейшей работы по осушению месторождения или ликвидированы и затампо-

нированы. При разработке крутопадающих месторождений полезного ископаемого и прорывах воды в горные выработки на нижних гори­ зонтах бурение водопонижающих скважин, установка в них глу­ бинных или артезианских насосов и откачка ими воды из скважин могут быть организованы из горных выработок верхних горизонтов с организацией на них второй ступени водоотлива горизонтальными шахтными насосами.

5. Примеры из практики

На Полуночном месторождении марганцевой руды на Северном Урале, разрабатываемом подземным способом, при приближении очистных работ к тектоническому нарушению в трещиноватых водо­ носных порфиритах, залегающих в почве рудных пластов, произошел внезапный прорыв воды в горные выработки с первоначальным притоком в 8—10 тыс. м3 /ч, в результате которого горные выработки шахты были затоплены.

В связи с большим притоком воды из прорыва ликвидацию аварии было решено осуществить с помощью скважинного водопонижения с поверхности земли. Для ликвидации аварии и обеспечения в даль­

источником прорыва, напор в .которых составлял над почвой рудных пластов 50—60 м (рис. 22), а также осушить полностью аллювиаль­ ный водоносный горизонт, приуроченный к аллювиальным водонос­ ным пескам мощностью 5—30 м, залегающим в кровле пластов мар­ ганцевой руды.

Для ликвидации аварии и осушения водоносных горных пород с поверхности земли в толщу трещиноватых порфиритов в районе прорыва воды были пробурены 4 водопонизительные скважины глубиной 85—90 м и пройден шурф, а в аллювиальные пески было пробурено с поверхности по одной линии 5 водопонизительных скважин глубиной 30—35 м. Все скважины были оборудованы арте­ зианскими насосами АТН, и приступили к откачке воды из них.

Врезультате длительной систематической откачки воды из шурфа

и4 водопонизительных скважин, заложенных в водоносных порфи­ ритах, в размере 300—500 м3 /ч уровень воды в них в месте прорыва был снижен на 55—60 м. После этого вода из затопленных горных выработок была откачана, приток ее в выработки не превышал 20— 30 м3 /ч.

Одновременно вели осушение верхнего водоносного горизонта, представленного водоносными аллювиальными песками с коэффи­ циентом фильтрации 10—15 м/сут.

Откачку воды из 5 скважин, пройденных в аллювиальных песках, производили первоначально с притоком 120—150 м3 /ч, который со временем снижался, и после того, как пески были осушены, скважины выключили из работы.

В результате скважинного водопонижения с поверхности земли не только успешно был ликвидирован внезапный прорыв воды в гор­ ные выработки шахты, но и были созданы благоприятные условия для дальнейшей эксплуатации данного месторождения марганцевой

РУДЫ.

На шахте № 2 «Гранковская» в Подмосковном бассейне при проходке 2-го выемочного штрека северо-западного крыла забоем: на расстоянии 235 м от главного откаточного штрека была пересечена

К° „ ° і Расселина, заполненная

°°одлопотып натериалоп

Рис. 22. Геологический разрез Полуночного марганцевого месторождения:

1 — водопонижающие скважины для осушения водоносных порфиритов; 2 — водопонижа­ ющие скважины для осушения аллювиальных водоносных песков; з — статический уровень подземных вод до водопонижения; 4 — уровень подземных вод в порфиритах: после водопони­

жения; 5 — место прорыва воды

в пласте угля диагональная водоносная трещина, заполненная песком и сообщающаяся с водоносными упинскими известняками, залегающими в почве угольного пласта. Из водоносной трещины приток воды в забой не превышал 10 м3 /ч. Для прекращения выноса песка из трещины в выемочный штрек в нем были установлены две дощатые перегородки, однако они не закрыли притока воды из тре­

из нее произошел внезапный прорыв воды, и установленные в забое штрека два перекачных насоса производительностью по 50 м3 /ч каждый были затоплены. Приток воды из водоносной трещины все

около 2 сут. По окончании монтажа и пуска в работу насосных установок на стволах, в течение примерно одних суток (на шестые сутки после прорыва) вода из выработок была откачана. После этого был произведен осмотр горных выработок шахты и установлено, что по 2-му выемочному штреку поступала вода из прорыва с притоком около 300 м3 /ч, шум воды, поступающей из трещины, был слышен на расстоянии 100 м от места прорыва. Полностью вода из всех горных выработок шахты была откачана через 10 дней после про­ рыва. При осмотре выработок было установлено, что штреки в районе

скважины снизился до 80 м3 /ч, а из прорыва составлял не более 10— 15 м3 /ч. После начала работы водопонижающей скважины заиленные горные выработки на шахте были расчищены, разрушенные дренаж­ ные канавы восстановлены и на шахте приступили к нормальному ведению горных работ.

в свету 3,7 м при креплении металлическими кольцами (по 3 кольца на 1 м штрека) был совершенно сухим. При разборке целика угля в кровле штрека произошло выдавливание в него надугольной глины, удержать которую не удалось. Вслед за выдавливанием глины из

При проходке дренажного штрека № 3 во время очередного взры­ вания шпуров в забое 30 июня 1966 г. вскрыли в железистых квар­ цитах водоносные трещины кавернозного типа, из которых произо­ шел внезапный прорыв воды в дренажный штрек с притоком 1500 м3 /ч и большим выносом песков плывунного характера. В районе прорыва воды железистые кварциты, залегающие в кровле дренажного штрека мощностью 7,5—18 м, были сильнотрещиноватыми, окисленными и выщелоченными, сообщались по трещинам с водоносными мелко­ зернистыми песками плывунного характера мощностью до 36 м,

Рис. 25. Схема подземных дренажных выработок Михайловского карьера КМА в районе прорыва воды в них:

1 — водопонижающие скважины; 2 — провальная воронка; з — место прорыва воды

которые вместе с водой прорвались по трещинам кварцитов в дренаж­ ные горные выработки и заилили их.

Прорыв воды сопровождался резким понижением уровня под­ земных вод, который в скважине, отстоявшей на 550 м от места прорыва, снизился на 10 м, а затем, после затопления выработок, через два дня после прорыва, снова восстановился и повысился против первоначального (до прорыва) уровня на 8,75 м. Основной причиной внезапного прорыва воды явилась недостаточная изучен­ ность трассы штреков, а также отсутствие контрольного бурения при их проходке. В результате внезапного прорыва воды более 5 км дренажных штреков, водоприемные устройства и средства водо­ отлива были затоплены водой и заилены песком полностью. Общий объем вынесенного в дренажные штреки песка из прорыва составил более 10 000 м3 . Несмотря на то, что прорыв воды произошел в забой восточного дренажного штрека на глубине 115 м от поверхности земли, на ней в зоне прорыва образовалась провальная воронка диаметром 75—100 м, которая была заполнена водами р. Рясник.

С целью предотвращения затопления карьера и ликвидации внезапного прорыва были проведены следующие мероприятия. Обра-

зевавшаяся на поверхности в районе прорыва провальная воронка сначала была ограждена кольцевой дамбой, предохранявшей ее от дальнейшего поступления поверхностных вод, а затем засыпана келловейскими глинами, вывезенными из карьера самосвалами.

В затопленные при прорыве шахтные стволы № 1 и 2 были опу­ щены глубинные насосы АППТ 60/150 суммарной производитель­ ностью 600 м3 /ч, которые были введены в работу, а также введены в работу 8 сквозных фильтров, ранее пройденных по трассе восточ­ ного штрека № 3 и использовавшихся до вскрытия их дренажным штреком как водопонижающие скважины. В районе прорыва воды было пробурено 5 водопонижающих скважин, которые были обору­ дованы глубинными насосами, производившими откачку воды и по­ нижение ее уровня в районе прорыва

В районе прорыва с поверхности было пробурено 20 скважин, через которые производили нагнетание цементного раствора и запол­ нение им пустот и трещин в горных породах. Кроме того, было пробурено несколько контрольно-разведочных и гидронаблюдатель­ ных скважин, с помощью которых велось наблюдение за режимом подземных вод и осушением, а также с их помощью была уточнена новая трасса дренажных выработок, в обход трещиноватой водонос­ ной зоны. При дальнейшей проходке выработок предусматривалось опережающее бурение. Проведенные меры позволили ликвидировать аварию и нормально вести на карьере вскрышные и добычные работы.

Г л а в а I V

ЛИ К В И Д А Ц И Я В Н Е З А П Н Ы Х ПРОРЫВОВ ВОДЫ

ВГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ С ПОМОЩЬЮ ОТВОДА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД И ОТКРЫТОГО ВОДООТЛИВА

1, Производство работ

Способ ликвидации внезапных прорывов воды в горные выра­ ботки шахт с помощью отвода воды и открытого водоотлива приме­ няют при крупных и катастрофических ее прорывах в горные выра­ ботки шахт из поверхностных водоемов, ливневых и паводковых вод, а также при катастрофических прорывах подземных вод в выра­ ботки карьеров. При ликвидации внезапных прорывов воды рас­ сматриваемым способом работы по ее отводу на поверхности от мест поступления в горные выработки и по откачке воды из гор­ ных выработок ведут параллельно.

При внезапных прорывах воды в горные выработки шахт из по­ верхностных водоемов, а также ливневых и паводковых вод необ­ ходимо немедленно принять меры к оповещению всех находящихся под землей рабочих и их выводу на поверхность. Одновременно с этим необходимо ввести в центральных и участковых насосных станциях все имеющиеся в наличии рабочие и резервные насосы.