Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса, цель и задачи исследований 10
1.1 Общие проблемы ликвидации угольных шахт 10
1.2 Анализ факторов, влияющих на процесс выделения газов из выработанных пространств ликвидируемых шахт на земную поверхность 12
1.2.1 Влияние интенсивности затопления выработанных пространств на выделение газов из ликвидируемой шахты 13
1.2.2 Влияние барометрического давления и депрессии естественной тяги на выделение газов из ликвидируемых шахт 14
1.3 Управление газовыделением на поверхность из ликвидируемых шахт 15
1.4 Динамика газовыделения из недр ликвидируемых шахт 16
1.5 Процессы миграции газов к поверхности 18
1.5.1 Исследование сдвижения толщи пород, процессов сдвижения и разрыхления слагающей толщи пород как возможных путей миграции газов к поверхности 18
1.5.2 Миграция газов к поверхности 20
1.6 Контроль за газовой ситуацией 22
1.7 Цель и задачи исследований 24
2 Формирование газовой опасности 24
2.1 Способы ликвидации шахт 25
2. 2.Метод оценки вредного влияния на окружающую среду в пределах горных отводов при ликвидации шахт различными способами 26
2.2.1 Общая характеристика рассматриваемых шахт и принятый способ ликвидации 26
2.2.2 Газовыделение и его распределение по сети горных выработок в период ликвидации шахт 29
2.2.3 Коллекторы и объемы метановоздушной смеси в них перед ликвидацией шахт 31
3 Теоретические исследования закономерностей выделения вредных газов на земную поверхность при ликвидации угольных шахт 34
3.1 Математическая модель миграции шахтных газов на поверхность 35
4 Исследование динамики выделения рудничных газов на земную поверхность 41
4.1 Процесс затопления шахты и его влияние на интенсивность выделения газов из выработанных пространств на земную поверхность 41
4.2 Влияние изменений атмосферного давления на динамику выделений рудничных газов на поверхность 50
4.2.1 Влияние изменений атмосферного давления на динамику вы делений рудничных газов на поверхность в условиях шахты "Западная" 53
4.2.2 Влияние изменений атмосферного давления на динамику вы делений рудничных газов на поверхность в условиях шахты "Южная" 55
4.2.3 Влияние изменений атмосферного давления на динамику вы делений рудничных газов на поверхность в условиях шахты им. Калинина 59
4.3 Влияние депрессии естественной тяги на динамику выделений рудничных газов на поверхность 62
5 Практические рекомендации по безопасному ведению работ на различных стадиях закрытия 67
5.1 Методы проведения исследований по выявлению участков, опасных выделением метана на земную поверхность в условиях шахты "Южная" 67
5.1.1 Оценка возможности поступления метана на дневную поверхность через горный массив в условиях шахты "Южная" 67
5.1.2 Уточнение границ зон, опасных по выделению метана на по верхность шахты "Южная" 75
5.2 Методы проведения исследований по выявлению участков, опасных выделением метана на земную поверхность в условиях шахты "Западная" 83
5.2.1 Оценка возможности поступления метана на дневную поверхность через горный массив в условиях шахты "Западная" 83
5.2.2 Уточнение границ зон на горном отводе шахты "Западная", опасных выделением метана на земную поверхность 92
5.3 Методы проведения исследований по выявлению участков, опасных выделением метана на земную поверхность в условиях шахты им. Калинина 98
5.3.1 Оценка возможности поступления метана на дневную поверхность через горный массив в условиях шахты им. Калинина 98
5.3.2 Уточнение границ зон на горном отводе шахты, угрожаемых вы делением метана на земную поверхность в условиях шахты им. Калинина 103
5.4 Методика прогноза участков земной поверхности, угрожаемых и опасных по выделению метана 105
5.4.1 Общие положения 105
5.4.2 Особенности угрожаемых по выделению метана участков земной поверхности 106
5.4.3 Установление критериев для выявления вышеуказанных участков 108
5.4.3.1 Установление безопасной глубины разработки угольных пластов по газовому фактору 109
5.4.3.2 Установление границ газопроводящих трещин на плане земной поверхности при выемке угольных пластов 112
5.4.4 Особенности опасных по выделению метана участков земной поверхности 125
5.5 Порядок проведения контроля за выделением газов на земную поверхность в период и после ликвидации (консервации) шахты 127
Выводы 132
Заключение 132
Литература 135
Приложение 141
- Общая характеристика рассматриваемых шахт и принятый способ ликвидации
- Влияние изменений атмосферного давления на динамику вы делений рудничных газов на поверхность в условиях шахты "Южная"
- Оценка возможности поступления метана на дневную поверхность через горный массив в условиях шахты "Западная"
- Порядок проведения контроля за выделением газов на земную поверхность в период и после ликвидации (консервации) шахты
Введение к работе
Актуальность работы. Одним из основных направлений реструктуризации угольной отрасли, осуществляемой в настоящее время, является закрытие нерентабельных и неперспективных угольных шахт.
Не имея достаточных научно обоснованных проработок, процесс закрытия шахт выявил целый ряд проблем, связанных с обеспечением безопасности при ликвидации и после ликвидации угольных предприятий.
К таким проблемам, в первую очередь, необходимо отнести разработку мероприятий по предотвращению проникновения вредных шахтных газов в жилые и производственные помещения, расположенные на горных отводах ликвидируемых шахт, в период и после их ликвидации, а также в действующие шахты, имеющие общие границы и аэродинамические связи с ликвидируемыми.
Решение этих вопросов имеет особую важность, поскольку непосредственно связано не только с угрозой жизни и здоровью населения, проживающего как на горных отводах ликвидируемых шахт, так и в непосредственной близости к ним. Это обусловлено тем, что до настоящих исследований отсутствовала необходимая нормативная база, позволяющая комплексно решать ряд вопросов, связанных с процессами сдвижения, эндогенной пожароопасности и динамики метановыделения.
В этом и заключается актуальность настоящей работы, т.к. отсутствие нормативных документов приводит к выдаче научно необоснованных рекомендаций и созданию опасных и аварийных ситуаций.
Диссертационная работа выполнена на основе НИОКР по тематическим планам ВостНИИ 1994 -2000 гг. в рамках отраслевых планов Минуглепрома РФ и отраслевой программы "Уголь России". Автор при-
нимал участие в выполнении 4 таких работ в качестве ответственной: исполнителя.
Целью работы является разработка метода определения угрожаемых и опасных по газу участков, комплексно учитывающего горно-геологические условия, процессы сдвижения, эндогенную пожароопас-ность и данные газодинамического мониторинга.
Идея работы состоит в использовании закономерностей выхода газов на земную поверхность по сложной геомеханической среде, сформировавшейся в результате многолетнего протекания процессов обрушения и сдвижения горного массива в процессе эксплуатации шахты, для выявления угрожаемых и опасных участков на период ее ликвидации.
Задачи исследований:
установить закономерности выхода газов на поверхность шахты на основе горно-геологической и горнотехнической документации;
установить степень влияния депрессии естественной тяги на динамику выделения рудничных газов на поверхность;
исследовать влияние изменений атмосферного давления на динамику выделения рудничных газов на поверхность;
изучить влияние скорости затопления шахты на интенсивность выделения газов из выработанных пространств на земную поверхность;
исследовать динамику концентраций почвенных газов на горных отводах ликвидируемых шахт;
- разработать математическую модель истечения газовоздушної
смеси из выработанных пространств на поверхность в зависимости от
геологических свойств подработанного (нарушенного) горного массива і
атмосферных факторов;
-разработать "Методику установления мест, угрожаемых и опасных
.по выделению метана на земную поверхность горного отвода шахт" и "Инструкцию о порядке контроля за выделением газов на земную поверхность при ликвидации (консервации) шахт".
Методы и объекты исследований. При выполнении работы использованы теоретический и экспериментальный методы исследований, включающие анализ и научное обобщение опыта решения проблемы выхода газов на поверхность шахты с компьютерной интерпретацией результатов исследований и статистической обработки полученной информации.
Объектами исследований являются поверхности горных отводов ликвидируемых шахт.
Научные положения, представленные к защите:
- формирование коллекторов движения газов из выработанных про
странств шахты на поверхность обусловлено газоносностью горного мас
сива, системой горных выработок, процессами сдвижения массива и вре
менем отработки шахты;
- скорость затухания концентрации опасного газа в коллекторе
уменьшается с возрастанием объема пустот горного массива и увеличива
ется с увеличением амплитуды и частоты колебания барометрического
давления на поверхности;
выделение газов из ликвидируемой шахты к поверхности происходит из выработанных пространств выемочных участков, отработанных в последние 5-7 лет до начала ликвидации шахты в местах поверхности, определяемой по углам разрывов;
снижение концентраций газов, выходящих на поверхность горного отвода шахт, ликвидированных полным затоплением, до минимальных значений происходит в течение 10 и более лет. На этом основании не следует ожидать скорого прекращения выделений газов на по-
верхность земли на подработанных участках. Научная новизна работы заключается:
в установлении размеров участков, угрожаемых по выходу газов на поверхность ликвидированных шахт, по углам разрывов от выработанных пространств выемочных участков, отработанных в последние 5 -7 лет до начала ликвидации шахты;
в определении многократно подработанной краевой части толщи вмещающих пород как наиболее вероятных путей выхода газов на земную поверхность;
в разработке математической модели миграции шахтных газов на поверхность.
в разработке научно обоснованного мониторинга за выделением газов на земную поверхность при ликвидации (консервации) шахт.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, базируется на статистической обработке большого числа замеров концентраций газов, характеризующих опасные участки по выходу газов на поверхность ликвидируемых шахт, и подтверждается соответствием прогнозных оценок по выделению опасных участков фактически установленным.
Научное значение работы состоит в установлении закономерностей выделения газов на поверхность ликвидируемых шахт в зависимости от горно-геологических и горнотехнических показателей, позволивших разработать методы выделения угрожаемых и опасных участков по газу на горных отводах ликвидируемых шахт.
Практическая ценность работы заключается в разработке рекомендаций по обеспечению безопасности рабочих, занятых на работах, связанных с ликвидацией шахты, и населения, проживающего как на горных
отводах ликвидируемых шахт, так и в непосредственной близости к ним.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты исследований реализованы при разработке ТЭО ликвидации 36 шахт Кузбасса.
Основные положения диссертации использованы также при разработке "Инструкции о порядке контроля за выделением газов на земную поверхность при ликвидации (консервации) шахт" (1998 г.).
Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на международных научно-практических конференциях: "Экологические проблемы угледобывающей отрасли в регионе при переходе к устойчивому развитию" (г. Кемерово, 1999), "Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности*' (Кемерово, 2000), технических советах ГУРШ (1999-2000 гг.), ЗАО «Гипроуголь» (1997-2000 гг.), ОАО «Кузбассгипрошахт» (1998-2000 гг.), а также на шахтах, подлежащих ликвидации.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 печатных работы.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, содержит 149 страниц машинописного текста, 33 рисунка, 14 таблиц, список использованной литературы из 57 наименований и 1 приложения.
Общая характеристика рассматриваемых шахт и принятый способ ликвидации
Одной из основных опасностей при ликвидации газообильных угольных шахт является возможность проникновения метана из ранее отработанных пространств в здания и сооружения, построенные в пределах горного отвода закрываемой шахты. В связи с этим для разработки мер по обеспечению газовой безопасности эксплуатируемых технических строений и жилых помещений, расположенных на территории шахтного поля, необходимо выяснение источников, механизма и путей движения метана из выработанного пространства на поверхность.
Для определения условий формирования газовой опасности к рассмотрению приняты следующие шахты:
- шахта "Южная", отрабатывавшая наклонные пласты угля и ликвидируемая "мокрым" способом;
- шахта "Западная", отрабатывавшая наклонные пласты угля и ликвидируемая "сухим" способом; - шахта им. Калинина, отрабатывавшая пласты угля крутого падения и ликвидируемая "комбинированным" способом.
Шахта "Южная" ОАО УК "Кузбассуголь" расположена на правом берегу реки Томь между городами Кемерово и Березовский. Отрабатывала угольные пласты северного крыла Кедровско-Крохалевской брахисинклинали, входящего в Кемеровский геолого-экономический район Кузбасса. Площадь шахтного поля составляет около 8,2 км .
Шахта сдана в эксплуатацию в 1941 году. В пределах шахтного поля находятся три угольных пласта: Кемеровский, Волковский и Владимировский. Мощность пластов колеблется от 1 до 7,6 м, а угол падения - от 0 до 50. Угольные пласты газоносные, опасны по взрывам угольной пыли, склонны к самовоз-горанию. В пределах шахтного поля имеются многочисленные геологические нарушения в основном взбросового типа с амплитудой смещения до 70 м.
Шахтное поле вскрыто двумя вертикальными стволами (клетевым до гор. -40 м и скипо-клетевым до гор. +64 м), одним наклонным стволом №3 до гор. +64 м, двумя бремсбергами № 1 и 3 до гор. -40 м и группой ходков (перед ликвидацией в действии находились ходки № 96 и 101 до гор. +64 м).
Шахта осуществляла работы по добыче угля на горизонтах +164 , +64 и -40 м. К началу ликвидации выработки верхнего горизонта были погашены.
Гидрогеологические условия отработки пластов на поле рассматриваемой шахты сравнительно простые. В обводнении горных выработок участвуют воды, заключенные в трещиноватых песчаниках и углях продуктивной толщи, а также атмосферные осадки. Фактический среднегодовой приток воды в шахту составлял 303 м /ч, а максимальный в весенний период - 357 м /ч.
При "мокром" способе ликвидации (консервации) рассматриваемой шахты с затоплением ее до отметки +212 м будут затоплены горные выработки и выработанные пространства всех отработанных горизонтов.
Шахта "Западная" ОАО УК "Беловоуголь" сдана в эксплуатацию в 1961 году.
Шахта отрабатывает северо-западную часть Чертинского каменноугольного месторождения , расположенного на юго-западной окраине центральной части Кузбасса. Размеры шахтного поля составляют : по простиранию - 7 км, вкрест простирания - 2,2 км. Угленосные отложения шахтного поля представлены отложениями ильинской свиты. Мощность этих отложений в пределах шахтного поля составляет 300 м.
Вскрытие шахтного поля выполнено тремя вертикальными стволами: скиповым, клетевым, пройденными до гор. ±0 м , и западным вентиляционным, пройденным до пласта 3.
Угольные пласты в пределах шахтного поля являются газоносными, опасными по внезапным выбросам угля и газа. Угольная пыль всех пластов взрывоопасна.
Гидрогеологические условия несложные. Притоки воды в подготови-тельные выработки не превышают 5 м /ч. Средний приток воды в шахту составляет 410 м /ч, максимальный - 610 м /ч.
С целью обеспечения безопасной работы соседних действующих шахт "Новая" и "Чертинская" установлена проектная отметка затопления +20 м.
Шахта им. Калинина ОАО УК "Прокопьевскуголь" образована в 1981 году объединением двух шахт - шахты им. Калинина и шахты "Прокопьевская".
Поле шахты им. Калинина расположено в западной части Прокопьевско-Киселевского месторождения.
Вскрытие шахтного поля I района на гор. +140 м осуществлялось четырьмя вертикальными стволами: двух клетевым, скипо-клетевым, скиповым и центральным вентиляционным.
Вертикальная схема вскрытия шахтного поля II района на гор.+40 м осуществлялась вертикальными стволами: скиповым, породным, центральным, западным и восточным.
Ликвидируемая шахта им. Калинина граничит на севере с полями шахт "Зиминка", "Тырганская", на юге с полем шахты им. Дзержинского, на востоке с полем шахты №5-6.
Из условий гидравлической связи между ликвидируемой шахтой и соседними действующими возможный уровень затопления шахты им. Калинина без передачи водопритока на соседние - гор. +60 м с поддержанием этого уровня с помощью погружных насосов.
В период проведения исследований поступающая вода откачивается насосами главного водоотлива гор. +40 м.
Влияние изменений атмосферного давления на динамику вы делений рудничных газов на поверхность в условиях шахты "Южная"
Влияние градиента атмосферного давления на концентрацию газов, выделяющихся на поверхность шахты "Южная", определено по выработкам, выходящим на поверхность, и локальным точкам газодинамического мониторинга на участках поверхности, опасным по газопроявлениям.
Зависимость концентрации газов в газодренажных трубах выработок, выходящих на поверхность, от градиента атмосферного давления представлена на рис. 11. Из рис. 11 следует, что в случае, если шахта затоплена с максимальным заполнением водой объемов выработанных пространств (уровень затопления шахты +207м, отметки устьев: клетевого ствола +247,9 м, скипо-клетьевого ствола +249,3 м, скважины №2 +239 м), зависимость концентраций газов, выходящих из шахты по газодренажным трубам, проложенным в выработках, выходящих на земную поверхность, от градиента атмосферного давления составляет величину, меньшую по сравнению с Со , при максимальном для периода наблюдений градиенте атмосферного давления 30 мм рт.ст./сут.
Для рассматриваемой шахты:
- клетевой ствол - СН4=1% при градиенте атмосферного давления 24 мм рт.ст./сут (рис. 11 ,6);
- скважина 2 - СН4=1% при градиенте атмосферного давления 27 мм рт.ст./сут (рис. 11,в);
- скипо-клетевой ствол - СН4=0,3% при градиенте 30 мм рт.ст./сут (рис.11,а).
На опасных участках земной поверхности зависимость концентрации газов от градиента атмосферного давления имеет иной характер чем у выработок, выходящих на поверхность.
На рис. 12 показаны зависимости концентрации СН4 от градиента атмосферного давления для участков поверхности в районе жилых домов по улице Лесная, 65 (рис. 12,а), улице Горняцкая, 8 (рис. 12,6), улице Гвардейская, 9 (рис.12,в). Эти точки локального мониторинга имеют следующие отметки при достигнутом уровне затопления шахты +207 м: ул. Горняцкаг, 8 (+235 м), ул. Лесная, 65 (+280 м), ул. Гвардейская, 9 (+235м). Концентрация 1% по ул. Лесная, 65 достигается при градиенте атмосферного давления 19 ммрт.ст./сут (рис.12,а), по ул. Горняцкая, 8 - 0,25 % СН4 при 18 ммрт.ст./сут (рис. 12,6) и ул. Гвардейская, 9 - 1 % при 23 мм рт.ст./сут (рис.12,в).
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
- для шахты, ликвидированной полным затоплением, на участках, опасных по газопроявлениям, частоту замеров вредных газов необходимо устанавливать в зависимости от изменений атмосферного давления;
- установив степень влияния градиента атмосферного давления на концентрацию газов в локальных точках газодинамического мониторинга, можно определить потенциальную опасность для каждого контролируемого объекта;
- затопленная шахта представляет меньшую угрозу по сравнению с неза-топленной, так как газовыделение снижается в процессе затопления и концентрация выделяющегося газа под максимальным влиянием внешних факторов никогда не достигнет значений концентраций, зафиксированных в начальный период ликвидации шахты.
Оценка возможности поступления метана на дневную поверхность через горный массив в условиях шахты "Западная"
Как уже отмечалось, шахта "Западная" граничит с шахтой "Чертинская" через барьерный целик, который пересекают тектонические нарушений с амплитудой смещений от 0,2 до 0,6 м, характеризующиеся зонами повышенной трещиноватости угля и вмещающих пород, обладающих повышенной водо-проводимостью и газопроводностью. Кроме того, на гор. +50 м шахта "Западная" соединена основными штреками по пластам 2 и 3 с шахтой "Чертинская". Поэтому, чтобы исключить прорыв воды в горные выработки шахты "Чертинская", ликвидация шахты "Западная" произведена "комбинированным" способом: до гор. +20 м горные выработки затоплены, а следовательно, выше гор.+20 м все пустоты шахты заполнены метановоздуш-ной смесью, которая при перепаде атмосферного давления может по трещинам выделяться на земную поверхность.
Вмещающие породы представлены аргиллитами, алевролитами и крепкими крупнозернистыми песчаниками, которые перекрыты почвенно-растительным слоем и суглинками (глиной) мощностью от 15 до 36 м. Провалы земной поверхности имелись только по периметру шахтного поля, где угол падения пластов достигал 40 и более градусов и где наблюдалось сползание подработанной толщи пород. При ведении же горных работ в центральной части шахтного поля, где угол падения пласта не превышает 20, на земной поверхности наблюдается только плавное опускание вмещающих пород с образованием трещин, особенно на границе мульды сдвижения.
Все виды пустот, заполненные метаном и другими вредными газами, одновременно являются путями их перемещения к земной поверхности. Определение границ зон их выделения производилось в два этапа.
Первый этап был выполнен на стадии разработки ТЭО.
При выполнении первого этапа к угрожаемым были отнесены участки земной поверхности, подработанные в последние 5-6 лет перед ликвидацией шахты.
На основании анализа геологической и маркшейдерской документации установлено, что в границах горного отвода рассматриваемой шахты при ее ликвидации возможно выделение метана и других вредных газов через горный массив на участках земной поверхности, приведенных в табл.8 и обозначенных на рис.20.
Участок земной поверхности № 1 расположен в юго-западной части шахтного поля в пределах разведочных линий 1-я Заречная и Промежуточная (рис.21). Под ними перед закрытием шахты произведена отработка пласта 5 лавой № 504 на глубине от дневной поверхности 190-230 м. Мощность пласта в контуре лавы составляет 2,0 м, угол падения - 23. Кроме того, в контуре данного участка несколько раньше произведена отработка вышележащего пласта 3 мощностью 2,6 м. Таким образом, можно предположить, что в результате многократной подработки породы кровли в контуре рассматриваемого участка сильно раздроблены с образованием многочисленных зияющих трещин, выходящих под наносы. В зоне подработки находятся несколько пластов-спутников суммарной мощностью около 3,2 м. Выемка пласта 5 производилась системой длинных столбов по простиранию с обрушением кровли. Мощность наносов в контуре рассматриваемого участка составляет около 16 м. Отработанное пространство со всех сторон примыкает к целикам угля.
В неподработанной ранее толще вмещающих пород значения углов сдвижения при угле падения пласта 23 равны: (3 = 59; у =80 и 5 = 80 (табл.7.5 /16/). Углы разрывов принимаются на 10 больше соответствующих углов сдвижения. В данном случае Р" = 69; у" =90 и 5" = 90.
Как было отмечено выше, в контуре данного участка несколько раньше произведена отработка вышележащего пласта 3. Работами ВНИМИ установлено, что в подработанной толще пород углы разрывов на 5 меньше, чем в неподработанной. Следовательно, углы разрывов выше пласта 3 составят: (3" = 64; у" =85 и 5" = 85. В наносах угол разрыва равен ср" = 65.
На границе с целиками могут длительное время сохраняться неподбу-ченные пустоты, заполненные метаном и другими вредными газами. Заполнены метановоздушной смесью и пустоты в отработанном пространстве, а также трещины в подработанной толще пород. На границе с целиками образуется наибольшее количество трещин при обрушении подработанной толщи, многие из которых могут выходить под наносы, они и являются основными путя ми перемещения метана, скопившегося в пустотах, на земную поверхность.
Участок земной поверхности № 2 расположен в центральной части шахтного поля в пределах разведочных линий Заречная и 3-я Заречная. Он простирается с юго-востока на северо-запад около 1,1 км. Под ним перед закрытием шахты произведена отработка пласта 5 лавой №511 на глубине от дневной поверхности 260-290 м. Вынимаемая мощность пласта в контуре данного участка составляет 2,2 м, угол падения - 10. Кроме того, в контуре данного участка несколько раньше произведена отработка вышележащих пластов 2 и 3 суммарной мощностью около 4,0 м. Таким образом, можно предположить, что в результате многократной подработки вмещающие породы в контуре рассматриваемого участка подверглись сильному дроблению с образованием многочисленных трещин, выходящих под наносы. Все эти трещины связаны с пустотами, заполненными метаном. При затоплении шахты либо при резком перепаде атмосферного давления метановоздушная смесь, скопившаяся в пустотах, будет испытывать некоторое избыточное давление, под влиянием которого, при мощности наносов 10 м, может проникать на земную поверхность.
В неподработанной ранее толще вмещающих пород при угле падения разрабатываемого пласта ат = 10 углы разрывов составляют: (3" = 82; у" =90 и 5" = 90.
В подработанной толще в результате отработки пласта 3 углы разрывов составляют: 3" = 77; у" =85 и 5" = 85. В наносах угол разрыва ср" принят равным 65. Границы участка вкрест простирания вмещающих пород, построенные по углам разрывов, приведены на рис. 22, 23.
Участок земной поверхности № 3 расположен с восточной стороны центральной части горного отвода шахты в пределах разведочных линий Заречная и 3-я Заречная. Он простирается с северо-запада на юго-восток на 1,1 км. Под ним перед закрытием шахты произведена отработка пласта 5 лавами № 505 и 507 на глубине от дневной поверхности 180-220 м. Вынимаемая мощность пласта в контуре рассматриваемых лав составляет около 2,06 м, угол падения 13.
Кроме того, в контуре данного участка несколько раньше произведена отработка вышележащих пластов 2 и 3 суммарной мощностью около 3,8 м. Таким образом, можно предположить, что в результате многократной подработки породы вышележащей толщи подверглись сильному дроблению с образованием многочисленных трещин, многие из которых могли выйти под наносы.
В подработанной толще пород находится значительное количество пластов-спутников суммарной мощностью около 3,6 м, метановыделение из которых при разгрузке от горного давления значительно возрастает, что способствует заполнению метаном сохранившихся в отработанном пространстве пустот и образовавшихся в подработанной толще трещин. При подъеме уровня воды или при резком перепаде атмосферного давления скопившаяся мета-новоздушная смесь в пустотах и трещинах будет испытывать определенное избыточное давление, под влиянием которого при мощности наносов 20-22 м она может в значительных объемах проникать на земную поверхность.
В неподработанной ранее толще вмещающих пород при угле падения разрабатываемого пласта ат = 13 углы разрывов составляют: (3" = 79; у" =90 и б" = 90.
В подработанной толще вмещающих пород в результате отработки пласта 3 углы разрывов составляют: (3" = 74; у" =85 и 8" = 85. В наносах ср" = 65.
К угрожаемым следует отнести и участки земной поверхности в радиусе 25 м от оси горных выработок, выходящих на земную поверхность и в сторону падения пород от устья (начала) на расстоянии 50 ctg а (где а - угол наклона выработки). Сюда относятся устья шурфов, ходков и уклонов, а также устья стволов, расположенных на промплощадке шахты, вентиляционных стволов и скважин большого диаметра, расположенных на флангах. Все эти типы выработок аэродинамически связаны с отработанным пространством. А так как отработка пластов производилась с оставлением целиков угля как по простиранию пластов (в зоне расположения скатов, бремсбергов или уклонов), так и по падению (в зоне расположения основных и промежуточных штреков) размером не менее 6-12 м, то можно предположить, что при таких размерах многие целики до сих пор оказываются нераздавлен-ными или раздавлены частично. Из горной практики известно, что в этих условиях вдоль оставленных целиков со стороны выработанного пространства образуются неподбученные или недостаточно подбученные пустоты, сохраняющиеся десятилетиями и заполненные метаном и другими вредными газами. Сохраняются десятилетиями и подготовительные выработки, охраняемые целиками, а также выработки, пройденные по породе. Все эти пустоты одновременно могут служить путями перемещения метановоздушной смеси до вентиляционных штреков верхних лав, имеющих связь со всеми видами выработок, выходящих на дневную поверхность.
Порядок проведения контроля за выделением газов на земную поверхность в период и после ликвидации (консервации) шахты
5.5.1 До начала прекращения проветривания шахты контроль за газовой ситуацией в горных выработках и на поверхности шахтного горного отвода необходимо производить, как на действующем горном предприятии, в местах, средствами и с периодичностью, предусмотренными "Правилами безопасности в угольных шахтах".
5.5.2 В период прекращения проветривания шахты и начала ее затопления контроль за газовой ситуацией должен осуществляться в следующих местах:
- в устьевых зонах выработок с исходящей струей воздуха, имеющих выход на земную поверхность;
- в местах ведения горных работ по ликвидации выработок;
- в газоотводящих трубах, проложенных через перемычки в устьевых зонах ликвидированных выработок, имеющих выход на земную поверхность;
- в погребах и подвалах жилых зданий и промышленных сооружений, а также различного рода подземных коммуникациях, расположенных в пределах участков горного отвода, опасных и угрожаемых по выделению газов.
5.5.3 После прекращения проветривания шахты в период ее затопления контроль за газовой ситуацией должен осуществляться в следующих местах:
- в газоотводящих трубах, проложенных в устьевых зонах ликвидированных стволов;
- на выходе из газоотводящих скважин, пробуренных на участках земной поверхности, угрожаемых и опасных по выделению газов;
- в погребах и подвалах жилых зданий и промышленных сооружений, а также различного рода подземных коммуникациях, расположенных в пределах участков горного отвода, опасных и угрожаемых по выделению газов.
5.5.4 При "сухой" консервации шахты или с частичным ее подтоплением до установленного горизонта и сохранением водоотлива в горных выработках контроль за газовой ситуацией должен осуществляться в следующих местах:
- в сохраненных горных выработках в местах, предусмотренных ПБ;
- в газоотводящих трубах, проложенных в устьевых зонах ликвидированных стволов;
- на выходе из газоотводящих скважин, пробуренных на участках земной поверхности, угрожаемых и опасных по выделению газов;
- в погребах и подвалах жилых зданий и промышленных сооружений, а также различного рода подземных коммуникациях, расположенных в пределах участков горного отвода, опасных и угрожаемых по выделению газов.
5.5.5 Контроль за газовой ситуацией в период ликвидации шахты, а при "сухой" консервации в период поддержания горных выработок и сохранения водоотлива должен осуществляться контрольной группой, назначенной приказом председателя ликвидационной комиссии и состоящей из инженерно-технических работников, имеющих опыт работы в шахте. Объемы работ по контролю и численность работников контрольной группы определяются проектом.
5.5.6 В период прекращения проветривания шахты периодичность контроля за выделением газов должна быть следующей:
- на выходе из газоотводящих труб и скважин - не реже одного раза в месяц;
- в зданиях, погребах, подвалах и подземных коммуникациях, расположенных в угрожаемой зоне, - не реже одного раза в месяц;
- в зданиях, погребах, подвалах и подземных коммуникациях, расположенных в опасной зоне, - не реже одного раза в неделю;
- в действующих горных выработках в местах ведения работ по ликвидации выработок - не реже трех раз в смену.
5.5.7 После прекращения проветривания шахты в период ее затопления периодичность контроля за выделением газов должна быть следующей:
- на выходе из газоотводящих труб и скважин - не реже двух раз в месяц;
- в зданиях, погребах, подвалах и подземных коммуникациях, расположенных в угрожаемой зоне, - не реже трех раз в месяц;
- в зданиях, погребах, подвалах и подземных коммуникациях, расположенных в опасной зоне, - не реже одного раза в неделю.
5.5.8 На выходе из газоотводящих труб и скважин с периодичностью один раз в квартал должен производиться отбор проб воздуха для его анализа в лабораториях ВГСЧ или других организациях, имеющих лицензию на данный вид деятельности.
5.5.9 При "сухой" консервации шахты в период поддержания горных выработок и сохранения водоотлива периодичность контроля за выделением газов в действующих горных выработках должна быть не реже трех раз в смену.
5.5.10 Контроль за выделением газов должен производиться в соответствии с графиками, утвержденными председателем ликвидационной комиссии с обязательным указанием мест контроля, периодичности и ответственного за выполняемый контроль.
5.5.11 Результаты контроля оформляются документально.
5.5.12 Контроль за выделением газов (СН4, СО и СОг ) осуществляется переносными приборами непрерывного или эпизодического действия.
5.5.13 Замеры газов и отбор проб воздуха для лабораторного анализа должны производиться в плохо проветриваемых частях помещения, у потолков и над полом, где имеются щели. Перед отбором проб помещение в течение нескольких часов по возможности не должно проветриваться.
5.5.14 В зданиях, погребах, подвалах и подземных коммуникациях, где при периодическом контроле установлено превышение концентраций контролируемых газов, должен производиться отбор проб воздуха и лабораторный анализ в течение суток с момента его обнаружения. Результаты анализов служат основанием для перевода угрожаемой зоны в категорию опасных.
5.5.15 В жилых и производственных помещениях, расположенных в неопасной части горного отвода шахты, где по жалобам жителей предполагается наличие газов, в течение суток со дня поступления жалобы должны быть выполнены контрольные замеры. Если замерами будет установлено наличие газов, должны быть отобраны пробы и произведен лабораторный анализ, а в случае подтверждения наличия газов данный участок поверхности или объект должен рассматриваться как опасная зона.
5.5.16 В соответствии с требованиями "Гигиенических нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест" (М., 1998), "Гигиенических требований к предприятиям угольной промышленности и организации работ" (М., 1998) /57/ при наличии газов в отобранных пробах: в жилых и производственных помещениях - СН4 1 %, СО 0,00024 %; СОг 0,5 % - люди из помещений должны быть выведены и обеспечено интенсивное проветривание; в подвалах, погребах и подземных коммуникациях - СНЦ 1 %, СО 0,00038 %; С02 1 % - доступ людей в эти сооружения должен быть запрещен. Для данных помещений должны быть разработаны меры по предотвращению проникновения газов.
5.5.17 Ответственность за разработку и осуществление мер по защите зданий и жилых помещений от проникновения газов возлагается на председателя ликвидационной комиссии.
5.5.18 При устойчивом, несмотря на принятые меры, повышенном содержании газов до окончания затопления шахты жители должны быть временно переселены, а функционирование промышленных предприятий приостановлено. Ответственность за обеспечение сохранности и целостности жилья возлагается на председателя ликвидационной комиссии.
Если принятыми мерами невозможно прекратить проникновение газов и нет тенденции к снижению их концентрации после окончания ликвидации шахты, жители должны быть переселены в безопасное место, а дома снесены.
5.5.19 Ответственность за полноту и своевременность проведения контроля и обработки данных газовыделения возлагается на председателя ликвидационной комиссии.
5.5.20 С момента прекращения (изменения) проветривания на ликвидируемой шахте в горных выработках соседних действующих шахт, сопряженных с выработанными пространствами, примыкающими к барьерным целикам, имеющим аэродинамическую связь с ликвидируемой шахтой, производить усиленный контроль за возможностью повышенных газовыделений.
