Kniga2
.pdf4. ЛИКВИДАЦИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Очередность ликвидации горных выработок принимается с учетом фактической схемы вскрытия и подготовки шахтного поля.
При разработке технических решений по ликвидации горных выработок последние разделяются на выработки, не имеющие и имеющие выход на дневную поверхность.
Горные выработки, имеющие выход на дневную поверхность, ликвидируются в обязательном порядке.
При этом соблюдаются следующие условия:
1) обеспечивается надежная вентиляция и система автоматического контроля метана и расхода воздуха в горных выработках;
2)гарантируется возможность вывода людей в аварийных ситуациях (наличие запасных выходов из шахты, соответствующая длина маршрута выхода);
3)сохраняется для ведения работ транспортная система, водоотливное хозяйство, система электроснабжения, система противопожарной защиты;
4)исключаются прорывы воды и газа в смежные погашенные выработки и выработки соседних шахт;
5)исключаются образования провалов на дневной поверхности;
6)создаются фронт и объем работ, обеспечивающие ликвидацию шахты в оптимальные сроки.
Согласно принятым решениям разрабатывается календарный график ведения работ.
Вентиляция шахты проектируется в соответствии с календарным графиком по ее ликвидации, а автоматическая газовая защита функционирует до окончания всех работ.
Проветривание шахты в подготовительный период осуществляется существующими вентиляторными установками главного проветривания. Регулирование количества воздуха, подаваемого в шахту, производится изменением угла установки лопаток направляющего аппарата для центробежных вентиляторов или угла поворота лопаток рабочего колеса для осевых вентиляторов.
Необходимое количество воздуха, направляемого в шахту, определяется в соответствии с «Правилами безопасности в угольных шахтах» и «Руководством по проектированию вентиляции угольных шахт».
В период разборки зданий и сооружений у стволов общешахтная система проветривания по существующей схеме не нарушается, главные вентиляционные установки до окончания работ по монтажу оборудования, ограждения места засыпки и др. работают в том же режиме.
53
После окончания работ подготовительного периода и готовности стволов к засыпке вентиляторы главного проветривания отключаются, если каждый ствол ликвидируется обособленно. В этом случае в соответствии с рекомендациями МакНИИ в первую очередь производится засыпка ствола со свежей струей воздуха.
Контроль безопасного ведения работ проводится штатом сотрудников, предусмотренным для ликвидации шахты. Необходимый штат вентиляционного надзора сохраняется до ее полной ликвидации.
Подъемы по стволам, транспорт в процессе ликвидации шахты сохраняют свои функции. Подъемные установки на поверхности шахт подлежат демонтажу только после завершения работ по засыпке стволов.
В период возведения изолирующих перемычек откачка воды выполняется существующими средствами водоотлива, но одновременно с этим обосновывается необходимость параллельного осушения шахтного поля системой водопонижающих скважин.
Технические решения по ликвидации выработок, имеющих выход на дневную поверхность, разрабатываются с учетом требований следующих документов и инструкций: «Правила безопасности в угольных шахтах»
(2.7.1, 2.7.2, 2.7.3 и 2.7.4), «Ликвидация выработок и шахт» (7.2.1, 7.2.2, 7.2.7, 7.2.13 и 7.2.15), «Предотвращение прорывов воды и газа из затопленных выработок и водных объектов», «Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт» (ПТЭ) (глава 4 «Ремонт и ликвидация выработок»), «Инструкция о порядке ликвидации и консервации предприятий по добыче полезных ископаемых», «Руководство по изоляции отработанных участков, временно остановленных и не используемых горных выработок в шахтах».
Консервация горных выработок на шахтах, разрабатывающих самовозгорающиеся пласты, производится с соблюдением дополнительных специальных противопожарных мероприятий на период производства работ и всего периода консервации.
На шахтах, смежных с консервируемыми, проводятся мероприятия, обеспечивающие безопасность горных работ, включая установку изолирующих перемычек для предотвращения прорывов в действующие горные выработки воды, газа или распространения подземных пожаров.
Безусловно, в шахте выполняются и те работы, которые предотвращают неуправляемые процессы на поверхности (чрезмерные оседания, провалы и т.п.), могущие вызвать тяжелые последствия.
Основные технические решения по ликвидации выработок, требования к инженерным сооружениям и конструкциям, порядок ведения ликвидационных работ, проведения контроля в постликвидационный период, обеспечивающие безопасность людей и осуществление хозяйственной деятельности на прилегающих территориях, а также меры по снижению вред-
54
ного влияния на окружающую среду и недра разрабатываются в соответствии с «Проектом ликвидации угольных шахт. Эталон». Кроме того, при разработке и реализации этого раздела проекта обязательным является исполнение требований законодательных актов, нормативных документов и стандартов, действующих на территории Украины на момент выполнения проекта (принятия решения) ликвидации шахты, касающихся охраны недр
иокружающей среды, охраны труда, организации строительства, норм и правил проектирования объектов угольной промышленности.
По углу наклона горные выработки, имеющие выход на земную поверхность, подразделяются на следующие группы: вертикальные – 90º0, крутые – более 60º, крутонаклонные – от 35º до 65º, наклонные, пологие и штольни – до 35º.
Согласно требованиям «Правил безопасности в угольных шахтах» ликвидируемые вертикальные и крутые стволы, шурфы и скважины диаметром 200 мм и более по заключению НИИГД должны быть полностью заполнены негорючими, нетоксичными материалами до уровня земной поверхности. Глина, как закладочный материал, не используется.
Вотдельных случаях при благоприятных условиях (хорошее состояние крепи, устойчивые боковые породы, отсутствие обводненности) «Правила ликвидации стволов угольных шахт» (в дальнейшем «Правила…») допускают ликвидацию стволов без полной засыпки. Порядок и методика оценки долговременной устойчивости ствола и околоствольного массива изложены в приложении В «Правил…». Речь идет о принятии решения по ликвидации стволов без полной засыпки, закрепленных бетонной, железобетонной и тюбинговой крепью, при мощности наносов до 25 м на основании оценки фактического состояния крепи ствола и долговременной устойчивости околоствольного массива. Фактическое состояние крепи определяется путем обследования ствола комиссией, создаваемой заказчиком,
иоформляется актом с описанием характеристики и установлением бальной оценки состояния ствола. Если состояние крепи ствола удовлетворительное (возможно наличие отдельных волосяных трещин, других незначительных нарушений не геомеханического характера) или деформации в начальной стадии (отдельные трещины в крепи раскрытием до 10 мм; изгиб проводников) и при соответствии фактической толщины расчетной в проекте разрабатываются технические решения о ликвидации ствола без полной засыпки. Эти решения уточняются на стадии выполнения рабочей документации на основании заключения УкрНИМИ, согласованного с органами Госнадзорохрантруда.
Ликвидация ствола без полной засыпки предусматривает его изоляцию путем сооружения полка перекрытия ствола на отметке коренных пород, заполнения верхней части ствола закладочным материалом и сооружения полка перекрытия устья.
55
Ликвидация стволов во всех случаях реализуется по проектам, согласованным и утвержденным в установленном порядке. Но в особо сложных случаях при ликвидации затопленных, загазированных стволов, стволов с разрушенной крепью проектная документация согласовывается с соответствующими специализированными организациями (УкрНИМИ, МакНИИ, п.о. «Укруглегеология» и др.) или разрабатывается по их заключениям и рекомендациям.
Ликвидация и изоляция стволов в районе пожарных участков, участков с несписанными пожарами должна выполняться по проектам, согласованным с НИИГД и МакНИИ или разработанным по их рекомендациям.
При ликвидации стволов на шахтах, находящихся в эксплуатации, выполняются требования «Инструкции по безопасному ведению работ у затопленных выработок».
Анализ выполненных в Украине проектов ликвидации шахт показал, что доля ликвидируемых стволов по углу наклона составляет: вертикальных – 43-45% от общего количества, крутых - 2,4%, крутонаклонных – 8- 9%, наклонных и пологих – 45%. Это соотношение в известной мере учтено при определении объема и детализации излагаемого в учебном пособии материала.
4.1. Технология ликвидации вертикальных стволов и скважин
Всовокупности мероприятий по ликвидации горных выработок, да
ишахты в целом, наиболее сложными и ответственными являются работы по ликвидации вертикальных стволов.
Всоответствии с «Правилами…» ликвидация стволов это проведение работ, включающих заполнение (засыпку) свободного объема ствола или его части закладочным материалом, сооружение полков, перемычек, опор, применение других мер, направленных на прекращение аэродинамической связи с действующими горными выработками и на обеспечение долговременной устойчивости подземных сооружений и конструкций (крепи) с целью предотвращения опасных деформаций земной поверхности.
Под опасными деформациями в данном случае понимаются внезапные оседания, провалы земной поверхности в местах нахождения устьев ликвидируемых стволов с образованием воронок (кратеров), происходящие вследствие разрушения подземных сооружений и конструкций ликвидированных стволов, активизации геомеханических процессов. Эти деформации представляют серьезную опасность для людей, животных и осуществления хозяйственной деятельности.
56
4.1.1.Краткие сведения о проектах ликвидации стволов и содержании ликвидационных работ
Анализ иностранных и отечественных публикаций показал, что содержание проектов ликвидации вертикальных стволов имеет много общего, а сами проекты достаточно апробированы на практике.
Проект состоит из двух основных частей: предварительные изыскания и проектные работы по ликвидации ствола.
Следует особо отметить, что правильность последующих технологических решений зависит от обоснованности, уровня детализации, качества
иполноты предварительных изысканий. Речь идет об изучении геологической и гидрогеологической ситуации в регионе, что должно обеспечить полноту сведений о составе, структуре и текстуре наносов и коренных пород, пересекаемых стволом, достоверный прогноз возможного затопления ствола и его уровень, сведения о зонах выхода воды на земную поверхность, качестве подземных вод (химическом составе, агрессивности, содержании токсичных и потенциально токсичных элементов).
Важное место при обосновании проекта занимает всесторонняя оценка газовой обстановки, прогнозирование и расчет выхода метана на поверхность при остановке вентилятора главного проветривания, при изменениях атмосферного давления, перепадах температур, подъеме уровня шахтных вод, при сдвижениях массива пород и т.д.
Поскольку метан дренирует не только по закладочному массиву, но
ипо пустотам на контакте «порода – крепь ствола», оценивается также устойчивость крепи и возможное набухание пород. Важным этапом предпроектной проработки является изучение возможного мульдообразования на поверхности, установление опасных зон.
Таким образом, на этапе предварительных изысканий и предпроектных проработок рассматривается широкий круг вопросов, в комплексном изучении которых необходимо участие технологов, гидрогеологов, работников геолого-маркшейдерских служб шахт и объединений, экологов, специалистов по аэрологии и геомеханике. При этом должны использоваться самые современные методы исследований: инженерный анализ, расчеты, физическое, математическое, компьютерное моделирование и др. Координацию работ целесообразно поручать представителям проектной организации.
Всамом проекте определяются проектные глубины засыпки стволов, объемы закладки в стволах и примыкающих выработках, места сооружения опорных конструкций и перемычек на спряжениях с выработками околоствольных дворов, опор в стволах, перекрытий, приводятся расчеты их параметров.
На основании лабораторных исследований и экологической экспертизы даются характеристики материалов закладки (слеживаемость, пус-
57
тотность, кусковатость, склонность к размоканию, вступлению в химические реакции, образованию токсичных веществ), делаются выводы о возможности их использования. С учетом оптимальной скорости подачи закладки в ликвидируемый ствол выбирается трасса подвоза и средства доставки закладочного материала от места его расположения. В соответствии
сранее проведенными исследованиями путей и объема миграции метана определяются места, средства и периодичность контроля его концентрации
встволе и на поверхности. Показываются границы зон безопасного ведения закладочных работ, средства их оконтуривания и освещения. Устанавливается периодичность контроля стабильности закладки в стволе, содержания метана в его окрестности и формы организации этой работы.
Вэкологическом отношении для конкретных условий проектом предусматриваются реальные меры по предупреждению опасных сдвижений поверхности, провалов, нарушений ответственных зданий и сооружений.
Эти и некоторые другие вопросы, связанные с выбором оптимальных параметров технологических схем, более детально изложены в последующих подразделах, посвященных ликвидации вертикальных стволов.
Следует только добавить, что к проектным разработкам целесообразно привлекать подрядные организации, которые будут выполнять ликвидационные работы. Особое внимание в проектах должно быть уделено двум вопросам: обеспечению технологической безопасности в период ликвидации стволов и обеспечению экологической безопасности на длительную перспективу.
Зарубежный и отечественный опыт ликвидации вертикальных стволов показывает, что весь технологический цикл можно разделить на пять основных этапов: подготовка ствола к засыпке; определение и оконтуривание границ зон опасного ведения закладочных работ; подготовка поверхности к засыпке; собственно засыпка ствола и выполнение заключительных работ.
Подготовка ствола к засыпке.
Этому этапу следует уделить большое внимание. Оставленные в стволе канаты, проводники, расстрелы, лестничные отделения и другое оборудование могут вызвать образование пустот при засыпке.
Самые жесткие немецкие инструкции предусматривают полную очистку ствола на всю глубину от шахтного оборудования. В других странах выполняется только частичная очистка. Однако устье ствола на глубину не менее 20 м освобождается от внутренних конструкций и оборудования, но
собеспечением устойчивости крепи. При использовании твердеющей закладки с засыпкой по центру армировка ствола может не извлекаться.
Проводится проверка состояния крепи ствола по всей его глубине и
внеобходимых случаях осуществляется ее ремонт и укрепление.
При подготовке стволов к засыпке из непросадочного материала со-
58
оружаются устойчивые опорные основания – перемычки на спряжениях с горизонтальными выработками. При недостаточной их устойчивости возможно «вытекание» закладки в примыкающие к стволу выработки, обнажение и разрушение крепи ствола, что, в конечном счете, приведет к обрушению поверхности в районе его устья.
Согласно «Правилам…» в местах сопряжения стволов с горными выработками, пройденными с углом подъема от ствола 10º и более, и на скиповых стволах – в местах расположения загрузочных камер, перемычки не предусматривается. При наличии в стволах сопряжений с выработками четырех и более технологических горизонтов опорные основания из непросадочного материала следует предусматривать в сопряжениях с горизонтальными выработками, как правило, в пределах нижних трех горизонтов, а для заполнения вышерасположенной части ствола можно использовать породу отвалов.
Определение границ зон опасного ведения закладочных работ.
На практике устанавливают (выделяют) зону возможных деформаций земной поверхности вблизи устья ствола и зону, опасную по скоплению и взрыву вытекаемого из шахты метана.
В нормативных документах Германии указывается, что радиус зоны опасных деформаций R=20+0,5d (d – диаметр ствола в свету, м); в Чехии считают, что зона опасных деформаций поверхности распространяется примерно на 20 м от внешнего контура ствола, в Украине радиус зоны опасных деформаций определяется «Правилами…» и уточняется проектом.
Согласно «Правилам…» зона постоянного контроля ограничивается окружностью радиусом R0=20 м от центра ствола при мощности наносов hн ≤ 20 м; если hн> 20м, то радиусом R0=hн, но не более 40 м.
Зона же газового режима при ликвидации стволов на шахтах, опасных по газу, устанавливается на земной поверхности в радиусе не менее 25 м от оси ликвидируемого ствола. Опасность выхода метана здесь велика, особенно в связи с колебаниями атмосферного давления. Для предотвращения скопления метана, его воспламенения или взрыва поверхность в окрестностях ствола должна быть расчищена и выравнена.
Исходя из вышеизложенного при определении и оконтуривании границ опасных зон необходимо учитывать:
–местоположение устья ствола относительно открытого проветриваемого пространства;
–виды проводимых работ (сварка, закладка и др.) ;
–вид транспорта по доставке закладочного материала (автомобильный, конвейерный и др.);
–потребность ведения взрывных работ по разрушению надшахтных зданий, сооружений;
59
–характер застройки над стволом и возле ствола;
–необходимость работ по дегазации, откачке воды и др.
Подготовка поверхности к засыпке ствола.
Если шахта не опасна по взрыву метана и проведена полная очистка
ствола (убрана его оснастка), то допускается высыпание закладочного материала из автомобилей непосредственно в ствол. При этом следует предусматривать меры безопасности по предотвращению падения автомашин в ствол и меры контроля устойчивости устья ствола.
ВАнглии при доставке закладочного материала автомашинами у устья устраивается бункер-накопитель с наклонным заездом и желобом, что гарантирует устойчивость устья и предотвращает разрушение крепи ствола. В Германии бункер-накопитель оборудуется вне опасной зоны, а подача закладочного материала в ствол осуществляется конвейером. Эта же технологическая схема принята за основу и в Украине.
Если оснастка ствола не убрана или убрана не полностью, то засыпка ведется только по центру, причем предусматривается установка грохота перед конвейером, чтобы исключить попадание в ствол крупных (более 250 мм в поперечнике) кусков.
Однако по опыту угледобывающих стран Европы предельный размер кусков закладочного материала следует ограничивать 180-200 мм. Здесь учитывается не только опасность искрообразования и разрушение крепи вообще, но, что более вероятно, разрушение крепи в местах заделки расстрелов, лишая их при этом функции распорных конструкций. Подобное «удаление» расстрелов ведет к общему ослаблению ствола.
Если же из ствола при его подготовке к засыпке, удалена вся оснастка, то можно использовать материал с поперечником любого размера. Но, при небольшом диаметре ствола и значительном угле естественного относа закладочного материала следует рассчитывать силу удара крупных кусков
окрепь ствола. Она может быть значительной, а в местах с плохо заполненным (по различным причинам) закрепным пространством даже разрушительной.
Засыпка ствола.
При засыпке особо важное место занимает контроль качества закладочного материала (кусковатость, плотность и др.) и его объем. При применении твердеющей закладки вопросы контроля этих параметров становятся центральными.
Вцелях предотвращения скопления и взрыва метана в стволе необходимо, чтобы процесс закладки происходил непрерывно с небольшой скоростью. С этой точки зрения лучшим средством закладки является конвейер, обеспечивающий достаточно медленное и равномерное поступление материала, его уплотнение и взаимодействие с крепью. При закладке твердеющими материалами пульпа подается в ствол по трубам диаметром 150-200 мм.
60
Выполнение заключительных работ.
На заключительном этапе работ после усадки закладочного материала производится перекрытие устья ствола. В мировой практике чаще всего устье ствола перекрывается железобетонной плитой с упором на крепь или сваи, забитые до коренных пород. Конструкция плиты, её толщина, поперечные размеры, несущая способность определяется практикой и расчетами. При неудовлетворительном прогнозе устойчивости устья необходимо предварительно укреплять окружающие его горные породы. Для исключения возможности поступления ливневых и паводковых вод в ликвидированный ствол через устье, последнее ограждается не менее чем в 2,5 м водоотводной канавой сечением 0,5 м2. Если отведение ливневых и паводковых вод путем сооружения канавы трудно осуществимо, то предусматривается глиняный изолирующий экран толщиной 1 м и площадью в 1,5 раза большей сечения ствола.
Окончанием работы по погашению ствола является ликвидация всех подходов к нему (каналов вентилятора, калорифера и др.). В дальнейшем согласно проекту постоянно контролируется оседание закладки и метановыделение через покрывающую устье плиту.
После очистки и рекультивации территории проводится маркшейдерская съемка промплощадки шахты. На плане показывается устье ликвидированного ствола, границы опасных зон по возможным провалам земной поверхности и взрыву метана, все сохранившиеся здания и сооружения, а также все находящиеся вблизи устья подземные коммуникации, по которым возможно проникновение метана на поверхность в случае разрушения (со временем) крепи ствола.
Законченные ликвидационные работы оформляются актами приемки работ в установленном порядке.
4.1.2. Технологические схемы и технологии ликвидации стволов
В оборудованных лестничными отделениями вертикальных стволах, как уже было сказано, до начала засыпки производится демонтаж отшивки лестничных отделений по всей их глубине. Демонтируются также стволовые кабели, трубопроводы d<100 мм, клети, скипы, противовесы, неиспользуемые металлоконструкции нулевых площадок; производится разборка проемов в стенах надшахтного здания (в отшивке копра) для пропуска привода скребкового конвейера и трубопроводов вентиляции, пылеподавления, сжатого воздуха.
Параллельно с этими работами монтируется конвейер для засыпки ствола, устраивается бункер над конвейером и разгрузочный желоб в устье ствола, выполняется специальное ограждение рабочей зоны конвейера и
61