Затопление выработок

Общие сведения

Источниками поступления воды в выработки являются обводненные зоны и затопленные выработки, пройденные по тому же пласту и удаленные не более чем на 200 м, а также выработки, расположенные в пластах, которые залегают над и под действующими выработками, проведенными по естественным и искусственным нарушениям и пересекающим затопленные выработки.

Источниками затопления выработок могут быть наземные водоемы и водостоки, незатампонированные геологоразведочные и технические скважины. Существенные предпосылки к затоплению выработок возникают при разработке водоносных и обводненных месторождений, характеризующихся наличием плывунов, водоносных карстов, галечников и других обводненных зон.

При определенном рельефе земной поверхности и строении массива горных пород источником затопления выработок могут быть атмосферные осадки. Кроме того, одним из источников затопления выработок являются прорывы глины и пульпы, используемые в шахтах в качестве заиловочных материалов.

Предупреждение прорывов воды из затопленных выработок

Горные работы на расстоянии менее 200 м от затопленных выработок, расположенных в пределах шахтного поля и вне его границ, могут осуществляться только по специальному проекту, составляемому шахтой, утвержденному техническим директором производственного объединения и предусматривающему мероприятия по предотвращению прорывов воды и вредных газов в действующие выработки.

В числе основных в проекте должны предусматриваться следующие мероприятия:

-оставление барьерных целиков между затопленными и действующими выработками, расположенными на одном и том же пласте;

-установление границы безопасного ведения горных работ, оконтуривающей в пласте с затопленными выработками зону возможного прорыва воды;

-оставление предохранительных целиков в пластах, залегающих под или над пластом с затопленными выработками, ниже уровня воды в этих выработках;

-спуск или откачка воды из затопленных выработок, специальный режим ведения горных работ.

Ширину барьерных целиков для пластов мощностью до 3,5 м с углом падения до 30° определяют по формуле

где т - вынимаемая мощность пласта, м; Н - расстояние по вертикали от земной поверхности до барьерного целика, м; l — суммарная протяженность подземных теодолитных ходов (считая от начальных маркшейдерских точек), используемых для определения контура затопленных выработок и построения границ барьерного целика, м.

Ширина целика должна быть не менее 20 м.

Для пластов мощностью 3,5 м и более с углом падения более 30^о барьерные целики не оставляют. При этом производят спуск и откачку воды.

При разработке одних и тех же пластов смежными шахтами необходимо оставлять между ними барьерные целики, ширина которых определяется согласно Правилам технической эксплуатации (ПТЭ) [12].

Очистные работы в пласте, залегающем под затопленными выработками, допускаются при расстоянии по нормали от этих выработок до пласта не менее 40m.

Повторную подработку затопленных выработок на расстоянии по нормали от них до разрабатываемого пласта более 40m, но не менее 40m₁, (где m₁, - суммарная мощность вынимаемого и ранее вынутых пластов) допускают только при благоприятных горно-геологических условиях, исключающих образование год затопленными выработками водопроводящих трещин (когда под затопленными выработками залегают глинистые породы достаточной мощности, отсутствуют геологические нарушения и т.п.). Повторную подработку при этом необходимо осуществлять не ранее чем через 6 месяцев после предыдущей.

Очистные работы в вышележащем пласте на участке, расположенном ниже уровня воды в затопленных выработках нижележащего пласта, допускаются при расстоянии между пластами по нормали не менее 40m₂ (где m₂ - вынутая мощность нижележащего пласта). Для пластов с углом падения до 45⁰ это расстояние может быть уменьшено до 25m₂.

На пластах, где, согласно приведенным ранее условиям, не допускается подработка затопленных выработок, оставляют предохранительные целики.

На крутых пластах проведение выработок у нижней границы барьерных целиков и подработка последних на расстоянии по нормали до разрабатываемого пласта 40m — 80m допускается с разрывом во времени не менее 6 месяцев.

При проведении для спуска воды подготовительных выработок по пласту или породе на участке между границей безопасного ведения горных работ и затопленными выработками необходимо соблюдать следующие условия:

- выработки нужно проводить узкими забоями с бурением системы опережающих веерообразных скважин, позволяющих контролировать отсутствие затопленных выработок впереди и в боках проводимых выработок на расстоянии от них не менее ширины барьерного целика. На наклонных и крутых пластах необходимо проводить парные выработки;

-диаметр скважин не должен превышать 75 мм, а их устья нужно закреплять и оборудовать задвижками для регулирования притока воды.

Для предотвращения внезапного прорыва воды в действующие выработки в определенных случаях следует устанавливать перемычки в подготовительных выработках. При этом перемычка, расположенная на некотором удалении от забоя выработки, должна быть оборудована дверями, открывающимися в сторону ожидаемого потока воды, а перемычка, расположенная непосредственно в забое выработки, если бурение скважины намечено производить из-за перемычки, может быть глухой,

Очистные работы на участке между затопленными выработками и границей безопасного ведения горных работ без спуска воды из затопленных выработок и отработку барьерного (предохранительного) целика после спуска воды выполняют после предварительного оконтуривания участка, намеченного к очистной выемке, подготовительными и нарезными выработками (скважинами).

При необходимости ведения очистных работ без указанного ранее оконтуривания участка очистной выемки необходимо осуществлять предварительное бурение опережающих скважин, позволяющих контролировать отсутствие затопленных выработок на расстоянии от забоя не менее ширины барьерного целика в направлении ранее отработанных участков.

Проведение подготовительных выработок по углю или породе под пластами с затопленными выработками или над ними (ниже уровня воды в них) допускают на расстоянии по нормали не менее 10h, где h - высота (вчерне) проводимой выработки.

Если в забое, приближающемся к затопленным выработкам, появляются признаки возможного прорыва воды (потение забоя, усиление капежа и т.п.), необходимо немедленно вывести людей из этого забоя и из всех выработок, находящихся под угрозой затопления.

При откачке воды из затопленных вертикальных и наклонных выработок необходимо предварительно проверить состояние атмосферы в непроветриваемой части этих выработок выше зеркала воды. Пробы воздуха, взятые сотрудниками ВГСЧ, должны быть исследованы на СО, СО₂, СН₄, Н₂ и О₂.

Заиленные участки, в которых обнаружены вода или пульпа, приравнивают к затопленным выработкам. До начала очистных работ под заиленными участками, которые расположены в том же пласте или вышележащем, находящемся от него на расстоянии по нормали менее 2,5m (где m — мощность нижележащего пласта), главный инженер шахты обязан обеспечить разведку подрабатываемого заиленного участка, включая осмотр изолирующих этот участок перемычек, а также земной поверхности над ним, для определения степени обводненности участка и количества воды в провалах, образовавшихся вследствие его отработки.

При наличии в выработках верхнего подрабатываемого горизонта воды или жидкой глины необходимо принять меры по обезвоживанию глины и выпуску воды до начала очистных работ.

В целях предупреждения прорывов глины на опасных участках возможно применение комбинированной системы разработки с гибким металлическим перекрытием. При этой системе происходит накопление и уплотнение обрушенных пород, препятствующих обрушению межэтажного целика и прорыву глины с отработанных вышележащих горизонтов в действующие горные выработки. Таким образом, указанная система может быть рекомендована к применению как вариант способа предупреждения прорыва глины при разработке мощных крутых пластов с обрушением кровли. Перед подачей пульпы в выработанное пространство участка последний ограждают от действующих выработок посредством возведения перемычек.

При подработке отработанных участков мощного пласта, опасного по прорывам глины, нижележащим пластом средней мощности выемочные участки последнего, разрабатываемые с обрушением кровли, относят к опасным по прорывам глины, если мощность междупластья меньше 2,5 мощности нижнего пласта.

Предупреждение прорывов воды из поверхностных источников

Возможность выемки угля под наземными водотоками и водоемами определяется в соответствии с утвержденными правилами и указаниями по охране сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных выработок по данному бассейну или месторождению, а также Инструкцией о порядке утверждения мероприятий по охране сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок и о порядке ведения горных работ в предохранительных целиках.

Провалы на земной поверхности в балках и оврагах, образовавшиеся вследствие горных разработок, должны быть засыпаны глиной, утрамбованы и оборудованы желобами, проложенными по руслу балки (оврага) силами той шахты, в пределах горного отвода которой находятся эти провалы.

Высохшие русла рек, по которым возможны потоки ливневых вод, приравнивают к рекам.

Вертикальные и наклонные шахтные стволы, шурфы и штольни необходимо располагать, а их устья оборудовать таким образом, чтобы поверхностные воды не могли проникнуть в горные выработки.

Прогрессивными методами уменьшения притоков воды при проходке стволов шахт являются замораживание и тампонаж обводненных пород с поверхности через специально пробуренные скважины. По сравнению с цементацией из забоя тампонаж с поверхности имеет явное преимущество с точки зрения безопасности работ.

Для предотвращения внезапных прорывов воды из наземных водоемов и водотоков в горные выработки в зависимости от характера этих водоемов (ручьи, реки, пруды, озера, водохранилища и др.) и ценности их для окружающей природы и хозяйства осуществляют следующие мероприятия:

-оставление под водоемами предохранительных целиков полезного ископаемого;

-отвод воды из водоемов за пределы подрабатываемой территории;

-производство горных работ под водоемами с проведением специальных мер по предупреждению внезапных прорывов воды из них.

Пробуренные с поверхности геологоразведочные и технические скважины тампонируют. Обычный тампонаж выполняют посредством заполнения скважин густым глинистым раствором или с добавлением к нему щебня. Специальный тампонаж заключается в установке в скважине бетонных, цементных или деревянных пробок и заполнении промежутков между ними цементным, глинистым, известковым или другими растворами.

У незатампонированных или некачественно затампонированных буровых скважин, пересекающих затопленные выработки или обводненные породы, предусматривают барьерные целики во всех пластах, пересеченных скважиной, а также в пластах, залегающих от ее забоя на расстоянии по нормали менее 40т (где т - вынимаемая мощность пласта).

Выводы по главе:

Предпосылки к затоплению выработок возникают при разработке водоносных и обводненных месторождений, характеризующихся наличием плывунов, водоносных карстов, галечников и других обводненных зон.

При откачке воды из затопленных вертикальных и наклонных выработок необходимо предварительно проверить состояние атмосферы в непроветриваемой части этих выработок выше зеркала воды.

Вопросы для самоконтроля:

1. Могут ли оказывать влияние поверхностные водоемы на водоприток в горные выработки?

2. Какие охранные мероприятия от прорыва из затопленных выработок применимы для соседних выработок на одном пласте?

Тесты для самоконтроля:

1. Ширина барьерных целиков: влияет на опасность прорыва воды, не влияет на опасность прорыва воды, влияет не несущую способность кровли выработки, влияет на ведение горных работ, влияет на эффективность проветривания, ни на что не влияет?

2. Атмосферные осадки: могут способствовать увеличению водопритока в горные выработки, не могут, влияют на эффективность проветривания, влияют на обводненность выработки, влияют на обводненность вмещающих пород?