Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ проявления вредного фактора на примере разработки месторождений под водоемами 13
1.1. Разработка угольных месторождений под водными объектами в России 13
1.2. Возможность применения гидродобычи угля в условиях угольных месторождений Дальнего Востока 29
1.3. Краткий анализ применения метода скважинной гидродобычи 35
Выводы 39
2. Исследование характера деформации и фильтрационных свойств вмещающих пород 40
2.1. Краткое геологическое строение Шкотовского месторождения., 40
2.2. Исследование гидрогеологических и фильтрационных свойств вмещающих пород 51
2.3. Исследования физико-механических свойств пород 55
2.4. Исследование фильтрационных свойств подработанного массива 62
2.5. Краткий анализ исследований прорывов на шахте им. Артема 68
2.6. Экономический ущерб от внезапных прорывов воды и пульпы по шахте им. Артема ОАО «Приморскуголь» 75
Выводы 81
3. Практические и теоретические исследования характера деформации пород ... 83
3.1. Краткие горно-геологические условия залегания угольных пластов Северо-Партизанского месторождения 83
3.2. Практические исследования характера деформации пород в камерах-лавах 93
3.3. Теоретические методы расчета параметров геотехнологий при скважинной гидродобыче 101
3.4. Определение безопасных параметров геотехнологии при разработке мощных угольных пластов 108
3.5. Скважинная технология гидродобычи при извлечении угольных пластов 115
3.6. Общая организация работ 125
3.7. Технико-экономические показатели эффективности гидродобычи 132
Заключение 140
Литература 143
- Возможность применения гидродобычи угля в условиях угольных месторождений Дальнего Востока
- Исследование гидрогеологических и фильтрационных свойств вмещающих пород
- Экономический ущерб от внезапных прорывов воды и пульпы по шахте им. Артема ОАО «Приморскуголь»
- Теоретические методы расчета параметров геотехнологий при скважинной гидродобыче
Введение к работе
Актуальность работы. В диссертационной работе рассматривается вопрос о возможности применения на угольных месторождениях Дальневосточного региона принципиально новых альтернативных технологий методом скважиной гидродобычи (СГД) и подземной газификации угля (ПТУ), значительно повышающих Эколого-экономические возможности использования природных ресурсов ДВ региона. На современном этапе рыночных отношений в угольной промышленности возникли региональные диспропорции, обуславливающие необеспеченность угольным топливом населения, тепло- и электростанций. [46,47]
Реструктуризация угольной промышленности поставила задачу развития рентабельной добычи угля в Приморье. Решение этой задачи зависит от многих факторов, среди них рассмотрение проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. Один из путей решения этой проблемы - возможность извлечения, в экономически развитых районах Приморья, например Шкотовского и Сев. Партизанска, законсервированных запасов угля закрытых шахт, под водными объектами, пластов опасных по пыли и газу, самовозгоранию и других. Только на шахте им. Артема законсервированные запасы угля составляют 150млн.тонн (данные геологической службы ОАО «Приморскуголь»). По данным «Приморгеолкома» до 200млн.тонн находятся на шельфе Уссурийского залива, на участке «Озерной» 1,2,3. До 50 млн.тонн запасов угля законсервировано на месторождении Сев.Партизанска. Громадные запасы
бурых углей залегают на нижних горизонтах Лучегорского и Павловского разрезов.
Отработка этих запасов возможна новыми, предлагаемыми в диссертационной работе технологиями скважинной выемки угля, что способствует созданию безопасных условий разработки, сохранению экологического состояния окружающей среды и рациональному использованию недр. При интенсивном освоении законсервированных угольных месторождений большую актуальность приобретает задача увеличения полноты использования недр с учетом безопасного ведения горных работ, их экономической целесообразности и экологических преимуществ. На осуществление природоохранных мероприятий в угольной промышленности при старых технологиях добычи в Приморье в 1997 году затрачено капитальных вложений в действующих ценах 7 млрд. рублей. Только экологические платежи по угольной промышленности Приморья за 1996 год составили 1358 млн. рублей (130 рублей на 1 тонну добычи угля). Основную часть платежей в пределах установленных нормативов составили выплаты за недопустимые выбросы вредных веществ в атмосферу - 31%, выплаты за загрязнение водных объектов и выбросы (сбросы) сверх установленных нормативов - 73%.
В условиях рыночных отношений плата за невыполнение мероприятий по природоохранной деятельности тяжелым бременем ложится на предприятие. Необходимо по-новому решать вопросы охраны и безопасности труда, реально оценивать материальные возможности и техническую эффективность принимаемых решений, совершенствовать старые и создавать новые технологии
6 выемки. Наиболее распространенными вредными факторами действующими при
освоении месторождений являлись прорывы воды, эндогенные пожары и др. Так
например на шахте им. Артема это прорывы воды и породы в горные выработки.
Затопление горных выработок составило 16% от всех подобных аварий. Из всего
количества эндогенных пожаров на шахту им. Артема падает 36,4% (в 1995 году
затраты по ликвидации только эндогенных пожаров составили 308 млн. рублей).
Все это не способствовало охране окружающей среды и рациональному
использованию недр.
Главным вредным фактором нами рассматривается фактор прорыва воды. Решая эту проблему в диссертационной работе, мы путем выбора новых технологий выемки, исключаем проявление других вредных факторов, что является перспективностью работы.
Один из путей решения проблемы является возможность извлечения законсервированных запасов угля под водными объектами, к числу которых относятся промышленные запасы шельфовой зоны, водоемы и водотоки на поверхности, а также мощные водоносные горизонты в подрабатываемой толще пород. Проблема разработки угольных месторождений под водными объектами особенно актуальна для Дальнего Востока, изобилующего озерами и реками, имеющего шельфовую зону большой протяженности и площади. По оценке работы на шахтах Дальневосточного региона под различными водными объектами сосредоточено свыше 300 млн.тонн разведанных запасов угля. [50]
Наибольшую опасность при разработке угольных пластов в сложных гидрогеологических условиях представляют собой внезапные прорывы воды в
горные выработки, угрожающие здоровью и жизни людей. Во многих случаях недопустимыми являются также значительные притоки воды в выработки шахт, поскольку они ухудшают санитарно-гигиенические условия труда, требуют дополнительных затрат на водоотлив, снижают производительность добычных механизмов и приводят к их преждевременному износу. Опасными факторами, как указывалось выше, также являются подземные пожары, горные удары, внезапные выбросы угля, а так же громадные потери мощных угольных пластов на нижних горизонтах разрезов Павловский и Лучегорский. Ниже более подробно рассмотрен один из главных опасных факторов - прорывы воды.
Цель работы. Научно обосновать и определить параметры разработки геотехнологических схем обеспечивающих альтернативные возможности использования полезных ископаемых ДВ региона.
Задачи исследований. Сформированная цель работы определила решение следующих задач:
- разработке расчетных методов определения геометрических параметров
выемки угля в сложных гидрогеологических условиях, отражающих
характер деформирования горного массива и доступных для использования
в производственных условиях/
установление зависимостей величин напряжений и деформаций, возникающих в углепородном массиве при использовании камерных систем разработки, от комплекса влияющих факторов;
разработку новых бесшахтных способов добычи угля в сложных гидрогеологических условиях, позволяющих снизить потери угля, повысить
использование природных ресурсов и обеспечить сохранение экосистемы
поверхности. Основная идея работы заключается в разработке упрощенных методиках расчета безопасных параметров новых технологий, учитывающих критические деформации пород, исключающие прорывы воды и уменьшающие потери угля в недрах, в создании новых технологий безлюдной выемки, обеспечивающих экологически безопасную и эффективную разработку месторождений, полноту использования природных ресурсов, позволяющих исключить подземный травматизм и другие вредные факторы.
Методы исследований. Для решения перечисленных задач применялись следующие методы исследований: анализ научно-технической патентной и нормативной литературы, научное обобщение опыта разработки угольных пластов под водными объектами, методы математического моделирования на ЭВМ, математическая статистика, метод промышленных и лабораторных экспериментов.
Защищаемые положения:
научное направление технологической безопасности, обеспечивающее оптимальные параметры устойчивости массива, уменьшающее вероятность прорыва воды (пульпы), нарушение экологического состояния окружающей среды и поверхности при отработке угольных пластов,
методика аналитического исследования напряженного состояния горного массива для определения безопасных пролетов пород покрывающей толщи
и величины междукамерных целиков при разработке угольных месторождений, в том числе под водными объектами,
новые бесшахтные технологии разработки мощного одиночного пласта и свиты пластов в сложных горно-геологических условиях методами СГД. Научная новизна и значимость работы заключается в разработке:
новой методики расчета параметров выемки угольных пластов в сложных гидрогеологических условиях, позволяющей учитывать при деформации породных слоев кривизну излома и их проскальзование;
метода пульсирующих прорывов воды из обводненных песчаников с обрушением межслоевых толщ пород и вовлечением в прорыв вышележащих водоносных горизонтов, способствующего рациональной отработке угольных пластов шахтным способом.
создании методики расчета устойчивости борта, камеры и потолочины, позволяющей определять параметры разработки мощных пластов. Практическая ценность работы:
предложены новые методы определения геометрических параметров технологии разработки мощных и средней мощности угольных пластов, позволяющие значительно повысить безопасность выемки полезного ископаемого под водными объектами, обеспечивая рациональное использование недр на угольных месторождениях ОАО «Приморскуголь» и шельфе Уссурийского и Амурского заливов Японского моря. -.Разработаны практические рекомендации на выемку одиночного мощного пологого, крутонаклонного и свиты угольных пластов в сложных
горногеологических условиях Шкотовского/И Северного Партизанского и Бакинского месторождений. Рекомендован метод скважинной технологии, исключающий проявления вредных факторов (прорывы воды, взрыв угольной пыли, самовозгораемость угля, травматизм), имевших место при подземных работах.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждаются:
- значительным объемом шахтных, лабораторных и инструментальных
исследований характера деформации пород и углевмещающего массива;
- обоснованностью принятых в теоретических исследованиях рассуждений,
не оказывающих существенного влияния на результаты расчета напряжений
в горном массиве;
- удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментально
определенных параметров деформированного состояния кровли очистных
выработок;
- внедрением предлагаемых технических решений при отработке лав по
пластам IV и VI шахты им.Артема, разработкой проекта применения
скважинной технологии на законсервированных запасах шахты им.Артема
и параметров выемки свиты угольных пластов на ш.Авангард.
Научные положения, разработанные лично соискателем:
- метод оценки технологической, социальной и экологической безопасности
разработки угольных пластов в сложных гидрогеологических условиях,
11 путем снижения уровня вредного влияния и защиты экологических систем
от нагрузок, превышающих допустимые пределы.
расчетный метод определения геометрических (безопасных) параметров выемки угля в сложных гидрогеологических условиях, отличается тем, что при расчете критических деформаций породных слоев позволяет учитывать искривление поперечных сечений и проскальзование слоев;
метод импульсивных прорывов воды при подработке слоистых песчаных линз и меры борьбы с прорывами, исключающих потери полезного ископаемого, обеспечивающие безопасность работ и рациональное использование природных ресурсов.
- Методика расчета устойчивости борта камеры и потолочины с
использованием 1 и 2ой теорий прочности, позволяет применять
рациональные параметры разработки мощных пластов.
Реализация результатов работы. Результаты исследований реализованы при выполнении программ научно-исследовательских работ по темам: 46-96-2 «Исследование и обоснование возможности отработки запасов по пласту п2б выше горизонта 140 м под поймой реки на шахте «Авангард»; 46-97-2 «Исследование и определение рациональных параметров разработки пласта п2б на участке «Белореченский» шахты «Авангард»; ГБ 53.2.4.98 «Новые процессы максимального извлечения полезных ископаемых на шельфе». Внедрение результатов исследований позволило извлеч свыше 10 тыс.тонн угля из предохранительного целика под поймой р.Белая на шахте «Авангард» ОАО «Приморскуголь ».
Теоретические положения диссертационной работы используются в учебном процессе Горного института Дальневосточного Государственного технического университета в программе курса «Управление состоянием массива горных пород», «Геомеханика» в курсовом и дипломном проектировании, в работах магистрантов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава Дальневосточного Государственного технического университета (г.Владивосток, 1997-1998г.г.); на заседании ученого совета горного института Дальневосточного Государственного технического университета; на Международной студенческой конференции 1997 г., ДВГТУ; Региональных конференциях «Приморские зори» по экологии и БЖД ТАНЕБ ДВГТУ (1998-2001 г.г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ; подтверждены 3 заявки на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из трех глав, заключения. Содержит 143 страницы текста, 20 рисунков, 18 таблиц и список литературы из 103 наименований.
Возможность применения гидродобычи угля в условиях угольных месторождений Дальнего Востока
Крепкие каменные и бурые угли Дальнего Востока могут отрабатываться комбинированными способами скважинной гидродобычи со взрывной отбойкой и гидротранспортом угля по горным выработкам и последующим гидроподъемом, смонтированным в наклонных и вертикальных стволах существующих шахт. Системы гидродобычи позволяют эффективно извлекать уголь в наиболее сложных горно-геологических, пожароопасных и газоопасных условиях разработки угольных месторождений Дальнего Востока. /2, 46/
Можно утверждать, что не только экономические показатели улучшатся при гидромеханической добыче угля, но и существенно улучшится безопасность работ в угольной отрасли. Поэтому гидродобыча должна стать технологическим резервом угольной промышленности. Гидромеханизация может применяться везде, где это возможно, что следует учитывать при реструктуризации и восстановлении угольной отрасли, в частности, угольной промышленности Дальнего Востока /46/.
Дальнейшее развитие технологии гидромеханизированной разработки угольных месторождений получает при использовании средств скважинной гидродобычи (СГД). Основой СГД является организация всех процессов по разрушению массива, выдаче и складированию полезного ископаемого на поверхность через скважины. Этим обеспечивается полное отсутствие людей на опасных подземных работах и исключается долгосрочные крупные инвестиции на развитие сети подземных капитальных выработок и горнотранспортное оборудование, необходимость в которых представляет одно из самых существенных препятствий к развитию традиционной угледобывающей промышленности в современной России, производительность СГД по одной скважине достигает 20-40 т выдаваемого на поверхность угля в час, что позволяет обеспечить практически любой требуемый уровень добычи - при одновременной отработке запасов по нескольким скважинам 121. СГД является одновременно уникальным средством отработки наиболее сложных в горно-геологическом отношении месторождений малой мощности с весьма неустойчивыми и водообильными породами, опасных по газу и пыли. В последнее десятилетие фирмы НПФ «Геотехнология», АО «Внешпромтехобмен» и др. производили проектно-конструкторские работы и внедрение СГД для добычи разнообразных полезных ископаемых России: россыпей редких и драгоценных металлов, алмазных трубок, железных руд, строительных материалов. Опытно-промышленная, промышленная добыча средствами СГД проводилась в странах СНГ (Украина, Казахстан) и развивается в настоящее время за рубежом (Югославия, США). Основные технические решения защищены патентами России, США и Канады. /2, 3, 11/ Таким образом, накопленный опыт разработки различных месторождений и созданное добычное оборудование позволяют надежно оценить и реализовать перспективы использования СГД в действительном существенном подъеме эффективности добычи углей на Дальнем Востоке. В условиях Дальнего Востока применение проектной разработки технологии скважинной гидродобычи эффективно обеспечивается на пологих участках угольных пластов с суммарной мощностью 3-4 м, при этом полное погашение начальных инвестиций осуществляется за период 3-4 года. Таким условиям, в первую очередь, отвечает Липовецкое месторождение углей в Приморском крае, где в настоящее время ведутся работы по реализации гидродобычи, а также Северно Партизанское и Шкотовское месторождения /45, 46/. Шахта гидромеханизированной добычи угля создается строительством следующих основных объектов: центральной промплощадки, включающей электроснабжение и другие вспомогательные объекты; очистные сооружения (пруд-отстойник, станция оборотного водоснабжения); водозабор. Основой применения гидроотбойки гидротранспорта является перевод угля в пульпообразное состояние. Практическая дезинтеграция угольных пластов производится напорной водной струей скважинного гидромонитора или с помощью предварительных разрыхляющих воздействий на угольный массив взрывом, гидроимпульсным или другими установками 121. Эффективность гидромониторного размыва быстро снижается при увеличении прочности (крепости) пород, поэтому в отечественной практике получил распространение метод гидродобычи: выделяемая полоса угля предварительно разрыхляется буровзрывными работами, а в последующем смывается гидромонитором в аккумулирующие выработки самотечного или напорного гидротранспорта угольной пульпы к шахтным стволам с угленосным гидроподъемом. /5, 11,17/
Несмотря на заметное относительное снижение объемов проведения выработок уменьшенного сечения, их техническая необходимость и затраты на их проходку и оборудование остаются существенным препятствием к увеличению безопасности и эффективности гидромеханизированной добычи угля.
Применение средств СГД позволяет избавиться от этих недостатков, поскольку все технологические операции отбойки и гидротранспорта угля производятся только через гидродобычные скважины. Технологические схемы ведения гидродобычи предусматривают использование передвижных комплексов, состоящих из монтируемых на одной платформе буровой установки, насосно-компресорного и управляющего оборудования.
Исследование гидрогеологических и фильтрационных свойств вмещающих пород
Шкотовское месторождение угля по геологическому строению значительно отличается от известных месторождений России. Это отличие заключается в: - покрытии угленосной толщи пород базальтовым покровом, который оказывает значительное влияние (Увеличение горного давления) на отработанные угольные пласты; - наличии обводненных послойных горизонтов песчаников, которые оказывают вредное влияние при эксплуатации, способствуя прорыву обводненных песков. Опытом работы шахты им. Артема по пласту VI установлены осложняющие факторы ведения горных работ, в частности выдавливание пластичных водонасыщенных песчаников в горные выработки. Способствует этому и повышенная геостатическая нагрузка на площадях залегания покровов андезито-базалътов. Исследованиями физико-механических свойств пород установлено, что породы кровли пластов Шкотовского месторождения относятся к неустойчивым, что создает определенные сложности при разработке месторождения. В пределах месторождения выделяются: водоносный комплекс четвертичных отложений, водоносный горизонт базальтов, водоносный горизонт суйфунских отложений, угольный водоносный комплекс, подугольный водоносный комплекс. Горизонт четвертичных отложений безнапорный или слабонапорный при наличии в кровле водоупорных отложений мощностью 1-5 м, в частности, в пределах надпойменных террасе. Между горизонтом и водами рек существует прямая гидравлическая связь. Питание горизонта осуществляется за счет поверхностных вод и, частично, за счет разгрузки других горизонтов, залегающих гипсометрически выше. Водоносный горизонт базальтового покрова залегает почти на всей площади месторождения. Покров базальтов состоит из потоков, разделенных маломощными прослоями осадочно-туфогенных пород. Базальты разбиты сетью трещин выветривания размерами от волосяных до 2-5 см, реже на выходе до 0,5 м. В подошве каждого потока обычно распространены пузырчатые лавы с размерами пор до 2-5 см рельефа. Мощность горизонта изменяется от 0 до 70 м. Проницаемость горизонта резко неоднородна как в плане, так и в разрезе. Коэффициенты фильтрации изменяются от 0 до 0,43 м/сут., среднее значение для месторождения 0,04 м/сут. Под влиянием подработок и основной кровли фильтрационные свойства базальтов увеличиваются в 5-Ю раз.
Питание горизонта происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков по площади его залегания. Разгрузка и направление движения подземных вод зависит от гипсометрии почвы горизонта, поэтому даже в пределах одного массива базальтов области разгрузки имеют сложный характер.
Угольный водоносный комплекс (УВК) представлен переслаивающимися слоями и линзами аргиллитов, алевролитов, тонко- и мелкозернистых песчаников. Водоносные слои и линзы песчаников, залегающие среди водоупорных отложений, как правило, не имеют взаимосвязи между собой. В разрезе отложений преобладающее значение имеют песчаники тонко и мелкозернистые, слаболитифицированные и сравнительно сильно заглинизированные. Содержание фракций менее 0,005 мм составляет: в тонкозернистых песчаниках до 30%, в мелкозернистых до 25%. Цемент песчаников кремнисто-глинистый. Коэффициенты фильтрации песчаников не превышают значений 0,05 м/сут. Удельные дебиты скважин от 0,00001 до 0,001 л/сек.м. Водоносные песчаные линзы содержат, в основном, статические запасы; динамические практически отсутствуют, что весьма благоприятно для СГДиПГУ.
Питание комплекса осуществлялось за счет перетока из горизонта базальтов или аллювиальных отложений на местах выходов песчаных линз под эти отложения. В связи с этим напоры в разрезе УВК имеют различные значения, но в общем, возрастают с увеличением глубины залегания. Средневзвешенный уровень УВК совпадает с уровнем горизонта базальтов или чуть ниже его. Водоносность базальтового покрова крайне непостоянна и зависит от его мощности (от 0,7 до 250 м), трещиноватости, характера контакта с подстилающими породами и сезонного количества атмосферных осадков.
В нижних частях УВК (ниже пласта 1Х2) залегает нижний конгломератовый горизонт, представленный слабоцементированными гравийно-галечниковыми отложениями. Горизонт не имеет площадного распространения и залегает в виде линз и «языков» на крайней восточной части участка. Параметры горизонта такие же, как и УВК, но он обладает значительными (до 400 м) напорами.
Подугольный водоносный комплекс, приуроченный к отложениям фундамента, не рассматривается в связи с тем, что он залегает глубже угольных пластов, предусматриваемых для ПТУ и скважинной гидродобычи, и не оказывает влияния на УВК.
По результатам детальной разведки гидрогеологические условия Шкотовского буроугольного месторождения расчетные водопротоки в систему работавших горных выработок составляли 200 м3/час. Однако в процессе ведения горных работ представление о гидрогеологических условиях претерпели значительные изменения. При отработке Северного крыла шахты им.Артема, где пласт IV залегает на глубине 200-250 м, произошли внезапные прорывы воды в очистные забои с расходами до 360 м3/час, сопровождающиеся выносом большого количества песчано-глинистого материала.
Экономический ущерб от внезапных прорывов воды и пульпы по шахте им. Артема ОАО «Приморскуголь»
Характерными для этого горизонта является резкая фациональная изменчивость. Коэффициент фильтрации этих пород в среднем 0,046м/сут.
Горно-гидрогеологические условия эксплуатации Северного блока ожидались аналогичными отработки Южного блока. Однако при проходке подготовительных выработок лавы № 412 в транспортном штреке в мульдовой части пласта IV имело место выдавливание пластичных пород в виде плывуна из кровли выработки с полным перекрытием сечения выработки. Общий объем пластичных пород, заполнивших выработку составил 1025 м .
Для установления истинной причины прорывов воды в очистные забои лав ниже приводятся данные проведенных нами анализа исследований случаев прорывов с выявлением фильтрационных свойств подработанного массива.
В апреле 1979 года лава № 412 была сдана в эксплуатацию. При отходе забоя лавы на расстояние 210 м от монтажной камеры 5 сентября 1979 года из выработанного пространства произошел прорыв воды с притоком до 100 м /час, который к 21 октября 1979 года снизился до 40 м7час и характеризовался постоянным уменьшением притока до 10 м3/час до 23 ноября и полным прекращением к 24 декабря 1979 года. Общий объем воды, поступивший в горные выработки лавы № 412, составил 67 тыс.м3. Лава была остановлена.
В ходе дальнейшей отработки блока лавы № 412 5 февраля 1980 года при отходе забоя лавы на расстояние 360 м от монтажной камеры произошел повторный прорыв воды из выработанного пространства с притоком до 300 м3/час. По этой причине работы в лаве были прекращены окончательно.
Одновременно с водой поступало большое количество песчано-глинистого материала (до 15% от объема воды), заиливающего лаву с комплексом и примыкающие к ней выработки, в результате повторного прорыва воды выработки и лава были заилены. Часть комплекса демонтирована, оставлен целик по длине столба лавы №412. В дальнейшем лава отработана без осложнений на восстание. Поступающая из отработанного пространства вода откачивалась в водосборник. Поступление воды при повторном прорыве с притоком до 300 м3/час и снижением до 100 м3/час продолжалось до 19 февраля 1980 года. С 19 февраля 1980 года приток воды стабилизировался и с расходом 20-40 м /час продолжался до отработки лавы (февраль 1981 года). Однако приток воды продолжался и после отработки лавы с постоянным расходом 20-30 м /час до августа 1982 года с последующим прекращением.
При подготовке лавы № 417 были использованы ранее выданные рекомендации на бурение с поверхности водоспускных и наблюдательных скважин, но при работе лавы и отходе ее на 76 м от монтажной камеры произошел прорыв воды в горные выработки. По этой причине лава и прилегающие выработки были заилены, комплекс частично демонтирован и через 4 месяца была подготовлена примыкающая к лаве № 417 новая лава № 419. При дальнейшей отработке лавы поступление воды происходило не с постоянным расходом, а импульсами (то прекратится совсем, то приток увеличится до 200 м3/час) с выносом песка и ила до 20 % от объема. При отходе лавы № 419 на 80 м от разрезной печи произошел прорыв воды в лаве № 419 и носил пульсирующий характер (рис. 2.3), приток воды колебался от 30 до 360 м3/час, что привело к полному заиливанию дренажного штрека на протяжении 370 м, транспортного штрека - 200 м, вентиляционного штрека - 500 м, транспортного штрека лавы № 414 - 500 м, северного уклона и его ходка - 300 м, иловодосборника и прилегающих к нему выработок - 250 м. В дальнейшем механизированный комплекс частично демонтирован из лавы № 419, выработки отперемычены бетонными перемычками и дальнейшая отработка столба лавы велась камерами с применением проходческого комбайна ПК-ЗР.
Наблюдая за периодическими прорывами воды в горные выработки нами был сделан вывод: вода, поступающая в отработанное пространство, начинает проникать из песчаных линз, а затем из-под базальтов и галечников. Это подтверждалось тем, что вода была холодная, без характерного для застойной воды запаха.
Дальнейшими наблюдениями установлено, что между атмосферными осадками, выражающимися в проливных дождях, и уровнями воды в специальных замерных скважинах не было никакой связи - уровни воды не реагируют на это проявление.
Теоретические методы расчета параметров геотехнологий при скважинной гидродобыче
Натурные исследования характера деформации углепородного массива проводились в 1995-1997 гг. при нашем участии на пластах п7 и п26 ниже горизонта безопасной глубины 140 м на участке «Белореченском» шахты «Авангард».
Пласт п26, являющийся основным рабочим пластом шахты, имеет сложное строение и состоит из 2-3 угольных пачек, разделенных породными прослоями мощностью от 0.1 до 0.3 м. Вынимаемая мощность пласта составляет 2.1-2.6 м, угол падения изменяется то 15 до 20 градусов. Непосредственная кровля средней устойчивости представлена мелкозернистым песчаником мощностью от 2 до 3 м с коэффициентом крепости по шкале М.М.Протодьяконова 7-8. Основная кровля мощностью от 17 до 30 м сложена разнозернистым песчаником, устойчивая, коэффициент крепости 8-9. Мощность ложной кровли изменяется то 0.05 до 0.2 м. Выемка угольных полос шириной 4-4.5 м осуществляется проходческим комбайном 4ПУ по диагонали к простиранию пласта. Для крепления непосредственной кровли используются прямоугольные крепежные рамы (деревянные стойки под брус), устанавливаемые в направлении продольной оси камеры-лавы. [25]
Пласт п7 имеет сложное строение и состоит из двух угольных пачек, разделенных породным прослоем мощностью до 0.2 м. Мощность пласта колеблется от 1.1. до 1.8 м, угол падения составляет 15-20 градусов. Непосредственная кровля пласта устойчивая, представлена среднезернистым песчаником мощностью 6-8 м с коэффициентом крепости 7-8. Основная кровля мощностью от 15 до 25 м сложена переслаивающимися тонко- и мелкозернистыми песчаниками, устойчивая, коэффициент крепости 8-9. Мощность ложной кровли не превышает 0.2 м. Выемка угля в камере-лаве осуществляется с помощью буровзрывных работ, подвигание забоя за цикл составляет от 1 до 1.5 м. Для крепления непосредственной кровли используются крепежные рамы (деревянная стойка под доску), устанавливаемые по падению.
В общей сложности наблюдениями были охвачены 12 камер-лав на пластах п7 и п26. Тектонические нарушения отсутствовали в девяти очистных выработках, что предопределило возможность объединения по этому признаку в одну группу для выявления общих закономерностей деформационных процессов в горном массиве.
В камере-лаве №1 было установлено 30 реперных станций, образующих три профильные линии в нижней, средней и верхних частях камеры (рис. 3.4). Начальный этап отработки сопровождался невысокими скоростями опускания кровля-в среднем 1.5-1.7 мм/сут. Наибольшую величину конвергенции боковых пород показывала станция, устанавливаемая в непосредственной близости от забоя (0.5-1 м), однако по мере развития очистных работ и удаления забоя скорость опускания пород в месте размещения станции быстро падала, что можно связать с малой жесткостью крепежных стоек на начальной стадии их работы и увеличении ее при опускании кровли.
При отходе забоя от угольного целика на расстояние 11 м на всех станциях были зарегистрированы приращения скоростей смещения кровли до 4-6 мм/сут с последующим снижением интенсивности сдвижения покрывающих пород до 2-3 мм/сут (рис. 3.4). Наибольшая интенсивность нагружения стоек крепи отмечалась в нижней части камеры-лавы, тяготеющей к транспортному штреку на этом же участке обнажения, при ширине камеры 15 м, возникли и получили дальнейшее развитие несколько трещин, характеризующих возрастание горного давления, в то время как в средней и верхних частях камеры процесс трещинообразования начал заметно проявляться позднее, незадолго до ее обрушения, спустя пять недель после прекращения очистных работ в камере. Под влиянием растягивающих напряжений происходило раскрытие трещин, что приводило к образованию крупных поверхностей ослабления в кровле пласта и повышенным нагрузкам на крепь. Этому же способствовала поступающая по трещинам в транспортный штрек вода. Капеж на сопряжении камеры-лавы со штреком продолжался с увеличивающейся интенсивностью вплоть до посадки кровли.
Верхнюю часть камеры-лавы по диагонали пересекала зона неустойчивых пород шириной 6-8 м (рис. 3.3), представляющая собой участок затухания сброса с амплитудой смещения 1.3 м в месте пересечения его с вентиляционным штреком (см. рис. 3.4). Породы в зоне затухания нарушения были ослаблены многочисленными поверхностями пересекающихся микроразрывов, что при ширине камеры более Юм приводило к повышенному вывалообразованию высотой 0.1-0.4 м и длиной 1 м. Тем не менее, наличие зоны ослабленных пород не оказывало существенного влияния на устойчивость кровли в верхней части камеры в целом. Так, степень деформации стоек на участке затухания дизъюнктива была даже меньше, чем в нижней части камеры вблизи заднего целика. К указанной зоне был приурочен капеж средней интенсивности, продолжавшийся в течение двух месяцев после окончания работ в камере-лаве.
