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

При наличии в горных выработках водонепроницаемых пере­ мычек с дверьми последние после вывода людей из этих выработок должны быть закрыты наглухо. Также должны быть перекрыты, полностью или частично в зависимости от мощности водоотливных установок шахты, запорные вентили на дренажных трубах водо­ непроницаемых перемычек.

После этого, в случае необходимости, должны быть приняты меры по усилению шахтного водоотлива путем прокладки по стволам дополнительных ставов водоотливных труб и установки в них или на сопряжениях стволов с околоствольными дворами дополнитель­ ных насосных агрегатов для откачки воды, поступающей в горные выработки из прорыва.

Одновременно с изложенными мерами по борьбе с прорывами воды под землей на поверхности шахты необходимо установить

от источника прорыва, расхода воды и рельефа местности. В некото­ рых случаях, в зависимости от местных условий, принимают меры по засыпке породой или тампонированию трещин, воронок и про­ валов, по которым вода из поверхностных водоемов поступает в гор­ ные выработки.

Работы по сооружению на поверхности ограждающих валов, дамб, плотин и водоотводных канав должны быть максимально механизированы с помощью бульдозеров, экскаваторов, канавокопа­ телей, автосамосвалов и других машин и механизмов. Строительство водоотводных канав может производиться с помощью канавокопа­ телей и экскаваторов с обратной лопатой: строительство дамб и пло­ тин с отсыпкой и погрузкой породы автосамосвалами, с погрузкой ее в самосвалы из отвалов или карьеров экскаваторами, уплотнением и разравниванием ее в месте сооружения бульдозерами и катками. Засыпку воронок и провалов на поверхности производят породой с помощью автосамосвалов с последующим разравниванием и уплот­ нением бульдозерами и катками. В случае полного затопления при прорыве горных выработок шахт после отвода воды на поверхности от мест ее прорыва в горные выработки по трещинам, воронкам и провалам или засыпки последних и прекращения тем самым ее поступления из поверностных водоемов в горные выработки произ­ водят откачку из них воды постоянными или временными водоотлив­ ными установками.

В случаях, когда горные выработки затопляет вода при прорыве, до начала работ по откачке должно быть проверено состояние воздуха в непроветриваемой части вертикальных и наклонных выработок, из которых откачивают воду. Пробы воздуха должны быть исследо­ ваны на содержание СО; С 0 2 ; СН4 ; H 2 S и 0 2 .

Определим прочные размеры ограждающих дамб.

Под действием давления воды Р дамба будет стремиться сдви­ нуться, ее сдвижению сопротивляются силы трения F, возникающие в основании дамбы под действием давления воды Р, и от собственного веса дамбы Q, которые будут противодействовать сдвижению дамбы.

Чтобы дамба не была сдвинута, необходимо сохранить условие

Рис. 26. Конструкция ограждающих дамб:

а — из песчано-глинистых пород; б — из песчано-гравелистых пород

Давление воды при удельном весе ув = 1, действующее на 1 м дамбы, может быть написано в виде

где у — объемный вес пород, слагающих дамбу, т/м3 ;

В— ширина дамбы у основания, м;

Ъ— ширина гребня дамбы, м;

h — превышение гребня дамбы над уровнем воды, м; Н — высота дамбы от гребня до подошвы, м.

Сила трения, возникающая в основании дамбы под действием давления воды, будет

По полученной формуле (IV.6) и следует определять ширину ограждающих дамб, принимая коэффициент запаса п3 = 2.

По формуле (IV.8) и следует определять расход воды через филь­ трацию на 1 м ограждающей дамбы.

Необходимо, чтобы этот расход был небольшим, так как при большом расходе через фильтрацию может возникнуть опасность размывания дамбы. При расчетах расхода воды по формуле (IV.8) для практических целей за длину линии фильтрации приближенно рекомендуется принимать:

При отсутствии опытных данных коэффициент фильтрации (м/сут) для различных горных пород может быть ориентировочно принят в соответствии со следующими данными:

На шахте № 29 в Подмосковном бассейне при разработке угля лавами № 9—11 под балкой с протекавшим по ней руч. Никольским 21 марта 1951 г. произошел внезапный прорыв воды из этого ручья в горные выработки шахты с большим выносом размытых горных пород, в результате которого шахта была затоплена. Подрабатыва­ ющаяся горными работами балка (выше места подработки) имела длину 2400 м, ширину от 5 до 15 м и глубину от 3 до 7 м. Протекав­ ший по этой балке руч. Никольский нормально имел ширину от 2 до 6 м и глубину от 0,5 до 1,5 м. Обычный расход воды в ручье соста­ влял 150—250 м3 /ч и максимальный в период весеннего паводка достигал над 62 тыс. м3 /ч. Этот ручей в течение 6 лет подрабатывался горными работами шахты № 29 на протяжении 1200 м своей длины, и никаких осложнений и прорывов воды из него в горные выработки шахты не наблюдалось. Единственной мерой предотвращения про­ рывов воды из этого ручья в горные выработки шахты за весь период выемки угля под балкой было тщательное тампонирование трещин и провалов, образовавшихся на поверхности при обрушении кровли в лавах. Глубина залегания угля в месте прорыва воды под дном ручья составляла 18 м, залегающие над углем горные породы, считая сверху вниз, составляли: суглинок — 1 м , известняк с прослойками глины — 5,5 м, песок — 4,3 м, глина — 1,7 м и надугольный пе­ сок —-5,5 м. Известняки и пески обводненные.

Геологический разрез горных пород в районе прорыва воды в гор­ ные выработки из руч. Никольского показан на рис. 27. Как было позже установлено, вода из ручья в период весеннего паводка пошла по трещине на поверхности в старый заброшенный и засыпанный шурф, пройденный в 1917—1918 гг., и по нему по трещинам в горных породах в выемочные штреки лав № 9—11 шахты № 29. Через 2 ч после прорыва поверхностных вод руч. Никольского в горные выра-

ботки шахты № 29 на поверхности образовались 3 воронки, в которые устремились потоки воды, и еще через 9 ч эти воронки слились в одну общей площадью около 3000 м2 . Вода поступала с поверх­ ности из прорыва в течение 15 суток в горные выработки, и шахта была затоплена. Объем вынесенных с водой в шахту горных пород составил около 12 тыс. м3 . Ликвидация внезапного прорыва поверх­ ностных вод в горные выработки шахты № 29 осуществлялась с по­ мощью отвода поверхностных вод от места их прорыва и последу­ ющей откачки воды из затопленных выработок с помощью открытого водоотлива.

Суглинок

Глина

Рис. 27. Геологический разрез горных пород в районе про­ рыва воды из ручья Никольского в горные выработки шах­ ты № 29:

1 — водоотводной канал; 2 — ручей Никольский

Для отвода руч. Никольского выше места прорыва воды из него в горные выработки шахты была сооружена плотина и водоотводной канал от нее с отметкой дна выше нормального зеркала воды в ручье на 1,5 м, которым обогнули образовавшуюся на поверхности воронку, через которую вода из ручья поступала в горные выработки шахты, и примкнули каналом к ручью за пределами этой воронки. Схема отвода вод руч. Никольского от места прорыва воды из него в горные выработки шахты № 29 показана на рис. 28.

На значительной части трассы водоотводного канала был соору­ жен водоотводной желоб, общий вид и конструкция которого пока­ заны на рис. 29. В средней части водоотводной желоб под выемкой опирался на эстакаду, на которой было проложено три швеллера № 18. На остальных участках водоотводной желоб опирался на дере­ вянные сваи толщиной 18 см, забиваемые в землю на 1,4—1,5 м через каждые 1,5 м по длине желоба. Выемка под желобом после его сооружения была засыпана породой. Ширина водоотводного желоба в свету 3 м, высота 1,8 м, пропускная способность около 80 ООО м3 /ч

Рис. 29. Трасса и конструкция водоотводного желоба при отводе воды из ручья Никольского на шахте № 29:

воды. Когда строительство плотины и водоотводной канавы с желобом было закончено, вода из запруженного плотиной ручья была спущена по обводному каналу. Образовавшаяся при прорыве на поверхности воронка была засыпана и утрамбована. Проведенные работы поз­ волили полностью прекратить поступление поверхностных вод в гор­ ные выработки шахты. После этого с помощью артезианских насосов, установленных на полке в стволе шахты, вода из горных выработок была откачана.

Далее была восстановлена и пущена в работу шахтная водо­ отливная установка. Артезианские насосы в стволе были демонти­ рованы. После этого горные выработки шахты были очищены от вынесенной в них при прорыве породы, восстановлены дренажные канавы и отремонтирована крепь. На этом ликвидация прорыва, занявшая несколько месяцев, была закончена и на шахте были возобновлены работы по эксплуатации.

в балке «Сторчевой», расположенной в 500 м от стволов шахт № 2-бис и «Новая». Большинство провалов не было засыпано, и во время дождей и паводков вода через них поступала в горные выработки, не увеличивая значительно нормального притока воды в них, в связи с чем вопросам отвода воды и засыпки провалов не уделялось долж­ ного внимания. 6-го июня 1964 г. в 17 ч в районе рудника началась гроза, сопровождавшаяся сильным ливнем. Ливневые воды с большой

канава оказалась не в состоянии пропустить весь поток ливневых вод, в результате чего начался обратный сброс воды из канавы в акку­ мулирующий пруд. В течение короткого промежутка времени акку­ мулирующий пруд был переполнен ливневыми водами, которые размыли его земляную плотину и большим потоком устремились вниз по балке «Сторчевой», опрокинув бетонную перемычку, соору­ женную выше провалов, достигли провалов и через них прорвались в горные выработки шахты № 2-бис и шахты «Чегарники». Ливневые

в подвальную часть подъемов клетевого и скипового стволов этой шахты, затопили генераторы и маслонасосы и в результате вывели подъемные установки из строя. В рабочем состоянии осталась только подъемная установка шахты «Новая». В момент аварии в шахте № 2-бис находилось 48 человек и в шахте «Новая» 23 человека.

Через 1,5 ч после начала ливня прорвавшиеся через провалы ливневые воды появились на гор. 150, 210 и 270 м шахты № 2-бис. Тотчас же были введены в работу все имеющиеся на шахте насосы, и для преграждения поступления воды на нижние горизонты

у главного рудоската гор. 250 м была сооружена временная перемыч­ ка. Однако этих мер оказалось недостаточно, воды в выработках шахты № 2-бис прибывало все больше и больше и все люди были выведены из шахты. Примерно в это же время ливневые воды прорвались на шахту «Чегарники», затопили в ней околоствольный двор и по

выводу людей из горных выработок шахты «Новая» (через 1 ч после вывода людей из шахты № 2-бис). Последняя клеть с рабочими была поднята с гор. 450 м этой шахты на поверхность, когда в ствол из горизонтальных выработок хлынул сильный поток воды, неся с собой куски породы, руды, лесных материалов и др. Примерно около 21 ч начало подтапливать гор. 270 м шахты № 2-бис, на котором находилась центральная насосная установка. Эта насосная установка не была герметизирована и в 21 ч 40 мин была затоплена и вышла из строя. В 0 ч 7-го июня 1964 г. уровень воды в стволе установился на 12 м выше горизонта 270 м.

Основными причинами внезапного прорыва ливневых вод в гор­ ные выработки шахт № 2-бис и «Новая» были незасыпанные и не­ изолированные провалы на поверхности: отсутствие на ней постоян­ ной ливневой канализации, неудовлетворительное состояние вре­

герметизации центральной водоотливной установки гор. 270 м. После прекращения ливня на поверхности и стока ливневых вод приступили к ликвидации аварии. Вначале были откачаны затоплен­ ные подвалы подъемных машин у стволов шахты № 2-бис и при­ ведены в рабочее состояние подъемные машины. Затем в горные выработки гор. 150 и 210 м этой шахты были спущены рабочие, расчистившие горные выработки, по которым протекали прорвав­ шиеся при прорыве из провалов ливневые воды. Далее на этих гори­ зонтах приступили к нормальной эксплуатации. Одновременно в стволы шахты № 2-бис и «Новая» были спущены насосы, которыми сначала снизили уровень воды в стволах до гор. 270 м, а затем отка­ чали горизонтальные горные выработки этого горизонта. После откачки горных выработок гор. 270 м на нем была восстановлена и введена в работу центральная водоотливная установка, выработки гор. 270 м были расчищены и частично перекреплены и на горизонте начаты нормальные эксплуатационные работы, одновременно с кото­ рыми продолжались работы по откачке воды из ствола шахты «Новая» до гор. 450 м и горизонтальных выработок этого горизонта. По окон­ чании откачки воды из выработок этого горизонта и их расчистке ликвидация аварии была закончена. На поверхности была построена постоянная канализация ливневых вод.

На угольном разрезе № 3 на Северном Урале была пробурена скважина глубиной 2,2 м, которая спустя 8 дней по окончании буре­ ния неожиданно начала фонтанировать, приток воды из нее составлял

вода стала пробиваться в районе южного сброса. Приток воды вна­ чале не превышал 50 м3 /ч, затем продолжал медленно возрастать и достиг через два дня 120 м3 /ч и участок № 2 был затоплен, уровень воды в разрезе продолжал подниматься на 4 см/ч. С 15 ч 17 января приток воды в разрезе стал катастрофически возрастать и к 19 ч достиг 800 м3 /ч, а к утру 18 января 3000—3500 м3 /ч.

Прорыв воды в угольный разрез № 3 произошел в зоне тектони­ ческого нарушения южного сброса из водоносных девонских изве­ стняков (рис. 30).

WJ5

Рис. 30. Геологический разрез горных пород в районе прорыва воды в Богослов­ ский угольный разрез № 3 на Северном Урале

Из-за отсутствия необходимых водоотливных средств разрез № 3 был быстро затоплен, вода из разреза № 3 устремилась в разрез № 1 и затопила там I и I I участки. В связи с прорывом воды в разрез

положение, грозившее выводом из строя всех разрезов и почти пол­ ным прекращением добычи угля. Поэтому для ликвидации аварии сразу после прорыва воды немедленно были приняты меры, которые сводились к уменьшению притока воды из прорыва путем его завала мешками с песком и породой; сооружению двух дамб для предохра­ нения соседних разрезов № 2 и частично разреза № 1 от затопления; сооружению мощной водоотливной установки для откачки воды из разреза № 3.

18 января на место прорыва воды было сброшено около 300 мешков с песком и глиной и сверху на них было сброшено экскаватором около 5000 м 3 породы.