Развитие процессов подтопления земной поверхности под влиянием закрывающихся шахт В Н Ермаков А П Семенов О А Улицкий

Уголь Украины, №6, июнь, 2001, с. 12-13.

РАЗВИТИЕ ПРОЦЕССОВ ПОДТОПЛЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОД ВЛИЯНИЕМ ЗАКРЫВАЮЩИХСЯ ШАХТ

В.Н. Ермаков, А.П. Семенов, О.А. Улицкий (ГК “Укруглереструктуризация”), Е.П. Котелевец, А.В. Тарахкало (Восток ГРГП)

Закрытие угольных шахт Донбасса усложняется необходимостью разрешения различных гидрогеологических проблем, в первую очередь связанных с определением площади подтопления территорий, застроенных промышленными и гражданскими объектами, что требуется для прогнозной оценки ущерба, который может быть нанесен объектам, попадающим в эту зону. Первые проекты закрытия угольных шахт показали, что отсутствуют методические разработки, раскрывающие сущность вопроса.

Предлагаем новую систематизацию процессов подтопления, происходящих в зоне ликвидируемых шахт. При закрытии угольных предприятий перевод их на "мокрую" консервацию сопровождается затоплением выработанного пространства и восстановлением уровней подземных вод, т. е. происходит заполнение ранее образовавшейся депрессионной воронки.

Процесс затопления шахты и связанные с ним явления подтопления земной поверхности необходимо разделить на два периода. Первый —заполнение водой горных выработок. Продолжается он в зависимости от величины шахтного водопритока не более двух-трех лет. В это же время вытесняется оставшийся на фланговых участках выработок воздух ("воздушные пузыри"). Вытеснение их происходит намного медленнее, чем свободное заполнение части выработок, вследствие чего затопление осуществляется неравномерно. Общий объем выработанного пространства уменьшается еще и за счет обрушения пород кровли отработанных пластов. Поскольку степень геомеханической нарушенности горного массива различна и по указанным выше причинам заполняется не полный объем выработок, специалистами, восстанавливавшими после Великой Отечественной войны шахты Донбасса, был введен термин "коэффициент заполнения выработанного пространства", обозначающий отношение объема воды, поступающей в выработки к объему выработанного пространства. Величина этого коэффициента изменяется в зависимости от глубины шахты, метаморфизма пород, углов их залегания и других факторов, варьирует в пределах 0,3—0,8.

В первый период, когда происходит в основном заполнение объемов выработанного пространства, на что уходит 90—95% объемов инфильтрационных вод, подъем уровней затопления в стволах и других выработках происходит намного интенсивней, чем в массиве горных пород. В этот же период следует ожидать и подтопление земной поверхности, вызванное высоким стоянием пьезометрических уровней в выработках. Подтопление территории возможно в следующих случаях:

в местах выхода заброшенных выработок на дневную поверхность, по которым шахтная вода может изливаться на поверхность за счет восстановления пьезометрического напора в стволах (рис. 1, участок II);

Рис. 1. Схема подтопления территории за счет выхода подземных вод при ликвидации водоотлива на дневную поверхность через выработки и трещины.

на участках проседания дневной поверхности после посадки кровли лав, в период активизации сдвижения горных пород (рис. 1, участок I);

в поймах рек с участками развития техногенной трещиноватости массива пород, не превышающими 30-кратную мощность отработанного пласта (рис. 1, участок I).

Например, за счет выхода шахтной воды на дневную поверхность в районе поймы р. Каменка по заброшенной сбойке шахты им. С. Тюленина подтоплен раньше прогнозированного срока пос. Первомайка в г. Краснодоне. На шахте "Ленинка" быстро была подтоплена часть пос. Шелковый Проток в пойме р. Луганчик. Масштабы подтопления в каждом случае зависят от геологического строения и геоморфологических условий местности, но всегда будут определяться положением пьезометрических уровней шахтной воды в стволе и других выработках над дневной поверхностью данной местности.

При затоплении выработок происходит одновременно и медленное заполнение порового и трещиноватого участков пород, на что расходуется только часть водных ресурсов. Массив заполняется весьма неравномерно до полного затопления выработок, после чего дальнейшее заполнение депрессионной воронки будет происходить равномернее и продлится 5—10 лет в зависимости от потока и заполняемого в породном массиве объема пор.

Во втором периоде при интенсивном восстановлении уровней подземных вод в горном массиве процессы подтопления приобретают более обширный характер, а сама методика прогнозирования зон подтопления усложняется. На этом этапе подтопление земной поверхности в пределах влияния закрывающихся шахт ожидается в следующих случаях:

в поймах рек, при естественных сезонных колебаниях уровней подземных вод с амплитудой 3—5 м и выходом воды на земную поверхность на территориях, сдренировавших подземные воды на данном участке в период работы шахтного водоотлива (рис. 2, участок I);

на участках активизации вторичных процессов сдвижения пород в результате подъема уровней подземных вод в отработанном пространстве;

- на пологих склонах, в местах развития водопроводяших трещин, на глубинах, не превышающих 30-кратную мощность отрабатываемого пласта (рис. 2, участок III);

на участках разгрузки подземных вод, на контактах водоносных горизонтов с водоупорами, где до начала эксплуатации шахты были естественные родники (рис. 2, участок II).

Рис. 2. Схема подтопления территории в результате естественного подъема уровней подземных вод при ликвидации шахтного водоотлива.

Из сказанного видно, что процесс прогнозирования зон подтопления весьма разнообразен и связан в первую очередь с большими изменениями геологической среды. Поэтому для своевременного и достоверного прогноза изменения геологической среды под влиянием закрытия шахт и для обоснования мероприятий по снижению отрицательных последствий целенаправленные геолого-гидрогеологические исследования необходимы на стадии разведки угольных месторождений с учетом ликвидации шахт.

Выводы:

При экстренном закрытии нерентабельных шахт отрасли, отсутствии достаточного объема комплексных гидрогеологических исследований и методик следует ускорить разработку методических рекомендаций по оценке гидрогеологических условий ликвидации угольных шахт, по обоснованию мероприятий управления режимом подземных вод и по обеспечению экологической безопасности.