Kniga2

Рисунок 4.7. Уплотнение закладки песком

После полной засыпки ствола демонтируется используемое для этого оборудование, демонтируется ограждение опасной зоны, сооружается полок перекрытия устья ствола, «свеча» газоотводящего трубопровода устанавливается в проектное положение.

На постоянном месте «свеча» газоотводящего трубопровода на поверхности ограждается на высоту 2,5 м. Площадка вокруг газоотводящей трубы размером 4х4 м должна иметь твердое покрытие. Ее ограждение на высоту 2 м выполняется из сборных железобетонных конструкций (панелей) без устройства входных проемов. На каждой стороне ограждения газоотводящей трубы ликвидированных вертикальных, крутых, круто наклонных стволов вывешиваются металлические щиты (таблички) с предупреждающей надписью: «Внимание!!! Зона постоянного контроля! Применение открытого огня, движение транспорта, прокладка коммуникаций, строительство опасно!».

После выполнения всех этих работ действие зоны газового режима распространяется только на участок земной поверхности внутри ограждения газоотводящей трубы.

Полок перекрытия устья ствола (рис. 4.8) выполняется с применением тяжелого конструкционного бетона в виде монолитной железобетонной плиты, опирающейся по контуру, как правило, на крепь ствола или грунт в случае недостаточной несущей способности крепи ствола. Полок обеспечивает изоляцию и исключает возможность доступа в ликвидированную выработку, а также служит площадкой для установки долговременных отличительных знаков, реперов, газоотводящих труб.

Рекомендуемая нормативная несущая способность полка от временно равномерно распределенной нагрузки не менее 10 кПа. В случаях, предусматривающих дозасыпку ствола, нормативная нагрузка на полок перекрытия устья ствола принимается не менее 15 кПа.

72

Рисунок 4.8. Перекрытие устья ствола и связанные с ним конструкции

73

Для дозасыпки ствола в полке предусматривается люк площадью 0,3- 0,5 м2, герметически закрывающийся металлической крышкой (рис. 4.9).

Рисунок 4.9. Люк для дозасыпки ствола: 1 – железобетонная плита (не менее 500 кг); 2 – полок перекрытия устья ствола; 3 – асфальтовая мастика (толщина слоя не менее 50 мм); 4 – крышка люка (сталь толщиной 16–20 мм).

Для обеспечения возможности контроля уровня закладки в стволе крышка люка снабжается патрубком диаметром не менее 100 мм с герметически завинчивающейся пробкой. Съем крышки при засыпке выполняется с использованием расположенных по ее диагонали двух подъемных петель. С целью исключения случайного (не санкционированного) доступа к люку проем накрывается тяжелой железобетонной плитой, смещение которой невозможно без применения средств механизации. Элементы люка защищаются от коррозии асфальтовой мастикой.

Одновременно с возведением полков перекрытия устанавливается репер для определения перемещения полков (рис. 4.8). Очерчивается и ограждается потенциально опасная зона. Её радиус определятся в каждом конкретном случае, но в средних условия может быть принят рав-

ным 20-25 м.

Опасные зоны после ликвидации шахты становятся объектами особого внимания правопреемника.

Таковы в основе своей технологические схемы и технологии работ по ликвидации вертикальных стволов угольных шахт, принятые в большинстве угледобывающих стран Европы. Однако техногенные аварии и катастрофы в виде внезапных провалов земной поверхности, разрушений зданий и сооружений подобно той, что показана на рис. 4.10, происходят также в большинстве европейских стран и свидетельствуют о том, что эти технологии несовершенны, требуют более глубокого научного анализа, осмысления и на этой основе выработки дополнительных рекомендаций.

74

Рисунок 4.10. Провал поверхности над устьем ликвидированного ствола шахты «Гедвик» (Чехия)

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какими нормативными документами пользуются при разработке технических решений по ликвидации горных выработок?

2.Какие условия должны соблюдаться при ликвидации горных выработок?

3.Как осуществляется проветривание шахты в подготовительный период?

4.На какие группы подразделяются выработки, имеющие выход на дневную поверхность, по углу наклона?

5.Что включает в себя понятие «ликвидация вертикального ствола»?

6.Всегда ли стволы ликвидируются путем их полной засыпки? В каких условия допускаются отступления от этого правила?

7.Из каких основных частей состоит проект ликвидации вертикально ствола? Изложите кратко их сущность и содержание.

8.Что представляют собой опасные зоны в районе ликвидации вертикальных стволов?

9.Из каких основных этапов состоит весь технологический цикл ликвидации вертикальных стволов? Изложите кратко содержание каждого из них.

75

10. Перечислите и кратко охарактеризуйте элементы технологической схемы ликвидации вертикального ствола.

11. Какие машины и оборудование используется при доставке закладочного материала к стволу и засыпке его в ствол? Требование к ним?

12. Назовите основные меры безопасности при засыпке ствола. 13. Что представляет собой полок перекрытия ствола? Назначение, технология возведения? В каких условиях возведение

полка не предусматривается.

14. Газоотводящий трубопровод. Назначение, характеристики и технология монтажа?

15. Полок перекрытия устья ствола, его назначение, конструктивные и другие характеристики.

4.1.3.Причины техногенных аварий и концепции долговременной устойчивости погашенных стволов

Анализ известных техногенных аварий и катастроф в угледобывающих странах Европы (табл. 4.1) показывает, что основными причинами стали: незаполненные или плохо закрытые устья стволов, разрушение под действием горного давления крепи линейных частей стволов при отсутствии в них закладки или чрезмерной ее усадке, разрушение перекрытий стволов или опор на спряжениях ствола с выработками околоствольного двора, утечка закладки из ствола в примыкающие к нему выработки.

Таблица 4.1 Техногенные аварии после ликвидации шахтных стволов (по материалам

зарубежной литературы и актов расследований аварий в Украине)

	Государство, шахта,	Вид аварии	Причина аварии
	ствол, год
	ФРГ,	Обрушение устья на глуби-	Не засыпан ствол, отсут-
	Христина2,	ну 75 м	ствовала закрывающая
	1953		плита
	ФРГ,	Провал закрывающей пли-	Недостаточные размеры
	Хлена,	ты в ствол	закрывающей плиты, не-
	1954		правильная ее укладка на
			крепь устья ствола
	ФРГ,	Повторное, неожиданное	Недостаточная проч-
	Фридрих,	понижение уровня заклад-	ность закладки
	1954	ки в стволе, засыпанном в
		1935 г.

76

			Продолжение табл. 4.1.
	Государство,	Вид аварии	Причина аварии
	шахта, ствол, год
	ФРГ,	Провал ствола на глубину	Отсутствие закладки в
	Химекбанк №3,	78 м с образование кратера	стволе
	1957
	ФРГ,	Понижение уровня закладки	Недостаточная проч-
	Иоган,	в стволе, засыпанном в 1927	ность закладки
	1954	г с затоплением
	ФРГ,	Прорыв закладочного мате-	Недостаточная проч-
	Голланд2,	риала в горные выработки с	ность этажных перемы-
	1958	понижением уровня за-	чек (слабый закладоч-
		кладки в стволе	ный материал)
	ФРГ,	Провал устья ствола с обра-	Недостаточная проч-
	Брюкманн,	зованием воронки объемом	ность сухой закладки,
	1962	250 м3	засыпанной в 1879 г.
	Чехия,	Провал закладки, основой	Некачественный закла-
	Лазы, ствол №2	которой служила зола (че-	дочный материал, не-
		тыре смертельных случая)	достаточный объем за-
			кладки
	ФРГ,	Внезапное понижение	Разрушение опорных
	Дамме №1,	уровня закладки в стволе с	перемычек, непрочная
	1967	затоплением	закладка.
	Чехия,	Разрушение перекрытия	Непрочный материал
	ш. Чехословац-	ствола с образованием кра-	перекрытия устья ство-
	кой армии,	тера глубиной 15 м объе-	ла, не засыпан ствол.
	1967	мом 200 м3
	ФРГ,	Провал поверхности во-	Разрушение закрываю-
	Брохенберг,4,	круг ствола с образовани-	щей ствол плиты, не-
	1968	ем кратера объемом 3000	полное заполнение
		м3	ствола закладкой
	Англия,	Образование вокруг ствола	Неполная засыпка ство-
	Гаттинген, №2,	кратера размерами	ла
	1970	13х15х28 м. (один смер-
		тельный случай).
	Англия,	Понижение уровня заклад-	Непрочная закладка,
	Актон Галл,	ки в стволе на 500 м	неправильно заложен-
	1968		ные перемычки на эта-
			жах.

77

			Продолжение табл. 4.1.
	Государство,	Вид аварии	Причина аварии
	шахта, ствол, год
	ФРГ,	Обрушение поверхности и	Неполная засыпка ствола
	Рхайнбах,	устья ствола, с образовани-
	1973	ем кратера размерами
		8х6х2,5 м
	Чехия,	Провал устья ствола и по-	Неполная засыпка ствола
	Фучек,	верхности в зоне диаметром
	1973	400 м
	ФРГ,	Обвал устья ствола (10	Ствол перекрыт, но не
	Еберг, 1953	смертельных случаев).	засыпан
	Англия,	Обрушение устья ствола с	Разрушение крепи ство-
	Стафорд,	образованием кратера диа-	ла у устья и опускание
	1966	метром 40 м (два смертель-	закладочного материала
		ных случая)	(вымывание).
	Там же, но ствол	Разрушение перекрытия	Плохое качество бетона
	№2	ствола (два смертельных	перекрытия
		случая).
	Чехия,	Утечка закладки (чистые	Такой закладочный ма-
	ш. Лазы,	отходы электростанции),	териал непригоден.
	1967	разрушение поверхности
		(четыре смертельных слу-
		чая).
	Польша,	Обрушение поверхности	Сильное обводнение и
	ш. Бобрек,	возле ствола в радиусе 20 м	утечка закладки без на-
	1975		дежных опор.
	Англия,	Разрушение перемычек в	Разрушение крепи вслед-
	Буслифор,	стволе	ствие опускания закла-
	1971		дочного материала.
	Чехия,	Кратер на поверхности с	Утечка закладки вслед-
	ш. Ярешовка,	разрушением строений	ствие постоянного под-
	1998		топления сопряжения
			ствола с горизонтальной
			выработкой
	Украина,	Вымывание закладочного	Утечка закладочного ма-
	ш. Штеровская,	материала в стволе, усадка	териала и его усадка.
	ствол №1, 2000	более 70м

78

			Продолжение табл. 4.1.
	Государство, шахта,	Вид аварии	Причина аварии
	ствол, год
	Украина,	Образование кратера диа-	Вымывание закладочно-
	ш. 6-14 ГХК «Ма-	метром более 30м с разру-	го материала на сопря-
	кеевуголь», вент.	шением ствола	жении с горизонталь-
	ствол, 2001		ными выработками. Не-
			правильный выбор мес-
			та установки плиты пе-
			рекрытия ствола
	Украина,	Понижение уровня заклад-	Отсутствие перемычек
	ш. Ильича,	ки в стволе более чем на	на сопряжениях с гори-
	ствол №7, 1997	190 м	зонтальными выработ-
			ками
	Украина,	Разрушение устья за счет	Недостаточная высота
	ш. им. Изотова	вымывания слабых пород	шейки ствола и глубина
	ПО «Артемуголь»,	ниже шейки ствола	заложения перекрытия
	вентиляционный		ствола.
	ствол, 2000

Дальнейший анализ и некоторые обобщения позволяют заключить, что в общем и целом аварии были предопределены чрезмерным (выше допустимого) горным давлением на крепь ствола со стороны окружающих его пород, недостаточной в конкретных условиях сопротивляемостью крепи ствола, низким качеством закладки, нарушением устойчивости опорных сооружений в стволе и стабильности собственно устьев стволов. При этом влияющие факторы проявляются раздельно или в различных сочетаниях, но все они безусловно взаимосвязаны и во многом взаимообусловлены. То есть вырисовывается некая геомеханическая система (ГС), которую можно представить в виде взаимовлияющих элементов, в конечном счете, определяющих устойчивость погашенного (ликвидированного) вертикального ствола (рис. 4.11).

В данном случае под геомеханической системой «ликвидированный вертикальный ствол» следует понимать совокупность элементов ее составляющих: вмещающие ствол породы - крепь ствола – закладка – опорные сооружения в стволе и на спряжениях с горизонтальными выработками – устье ствола, объединенных временным и пространственным взаимодействием и взаимовлиянием.

Под долговременной устойчивостью погашенных стволов, обеспечивающей технологическую и экологическую безопасность (устойчивость земной поверхности в районе ликвидированных стволов), следует понимать

79

Рисунок 4.11. Схема взаимосвязей и взаимовлияния элементов геомеханической системы.

связи прямого взаимовлияния связи опосредованного влияния (косвенные)

такое состояние геомеханической системы, когда все ее элементы будут уравновешены и это равновесие не нарушится даже при изменении гидрогеологической и сейсмической ситуации. Эта концепция долговременной устойчивости ликвидированных стволов рассматривает систему взаимосвязанных элементов, в которой любой отдельно выделенный элемент нельзя рассматривать и анализировать его влияние в отрыве от иных. Другое дело, что роль и сила влияния каждого элемента могут быть различными в конкретных условиях, однако качественные и количественные связи между ними существуют объективно.

Имеются и другие концептуальные подходы к проблеме долговременной устойчивости погашенных стволов, когда каждый элемент изучается хоть и в увязке с другими элементами, но вне единой геомеханической системы. Здесь речь идет о поиске лучших и даже в какой то мере оптимальных параметров каждого отдельного элемента и на этой основе достижения максимально возможного срока устойчивого состояния ствола (с момента его ликвидации до провала поверхности). Но такое представление о долговременной устойчивости ликвидированного ствола вполне корректно лишь при условии, что погашенный (законсервированный) ствол

80

через какой-то наперед заданный промежуток времени либо подлежит окончательной ликвидации, либо заново будет использован по своему прямому назначению, или, например, в качестве хранилище.

Как свидетельствует практика эти варианты скорее исключение, чем правило, хотя в определенных условиях могут быть оправданы.

В предлагаемой же редакции речь идет о полной и окончательной ликвидации стволов закрываемых шахт. В связи с этим концепция долговременной устойчивости погашенного ствола на основе единой геомеханической системы, когда ее элементы уравновешены и образуют единый массив близкий к природному, представляется более привлекательной как с теоретической так и практической точек зрения.

Из представленной схемы (рис. 4.11) видно, что все элементы геомеханической системы оказывают прямое влияние на ее устойчивость.

По числу взаимовлияющих связей лидирующее место занимает устье ствола (4 связи), по 3 связи имеют опорные сооружения, крепь ствола и закладка. Это позволяет в определенной степени судить об «ответственности» соответствующего элемента за судьбу системы, ее устойчивость.

С позиции влияния на устойчивость геомеханической системы целесообразно рассматривать как единое целое – закладочный массив, состоящий из закладки и опорных сооружений. В этом случае, как следует из приведенной схемы (и практика тому подтверждение), его роль значительно возрастает.

Прямые и обратные связи, существующие между отдельными элементами системы (крепь ствола - закладка, закладка – опорные сооружения), потенциально позволяют находить альтернативные решения путем усиления одного элемента при ослаблении другого.

Кроме прямых (односторонних и двухсторонних) связей между влияющими факторами следует обращать внимание на возможное появление связей опосредованного влияния, например окружающих ствол пород на закладку.

Решение проблемы долговременной устойчивости вертикальных стволов, а, следовательно, и поверхности возможно только на основе использования системного подхода к решению комплекса вопросов, связанных с конкретным влиянием каждого элемента как во времени так и в пространстве.

Поэтому необходимо должным образом изучить конкретные свойства каждого элемента геомеханической системы, установить их качественные и количественные характеристики, параметры, более глубоко понять и уяснить взаимосвязи элементов, поскольку они оказывают решающие влияние при проектировании технологических схем ликвидации вертикальных стволов, а также на планирование ликвидационных работ в целом.

81