Источник: 15-я международная научная конференция молодых ученых. 2009 г.
В статье приведен передовой научно-производственный опыт работы ШПСУ №3 ГОАО «Трест Донецкшахтопроходка » совместно с коллективом кафедры «Строительство шахт и подземных сооружений» ДонНТУи технические решения по реконструкции вентиляционной скважины. Предложены перспективы использования вертикальных стволов с точки зрения ресурсосбережения взамен вертикальных скважин. ОАО «УК «Шахта « Красноармейская-Западная №1» является одним из флагманов угольной промышленности Украины. Ее работа в плане горных работ, порядке и последовательности выемки запасов, наличия вскрывающих и подготовительных выработок развивается по утвержденному проекту строительства. Но в последнее время при проектной мощности 2,1 млн. т в год объемы добычи значительно выросли (в 1,8…2,9 раза). [1] На любом горном предприятии при отработке запасов главным вопросом поддержания жизнеобеспечения является гарантированная и необходимая подача воздуха. Интенсивность отработки запасов угля на шахте в период 1997…2001 г.г. выросла в 2,4 раза: с 1850 тыс .т /год до 4400 тыс.т/год; объемы проведения подготовительных выработок увеличились с 8,5 км/год до 22,0 км/год; абсолютная метанообильность выросла на 66,2%: с 125 м 3 /мин до 207,8 м 3 /мин при фактическом постоянном расходе воздуха 34500 м 3 /мин. [1]. Как известно, его требуемое количество определяется расчетами, основывающимися на поддержании определенной топологии вентиляционной сети, разветвленности выработок и их назначении. С учетом фактического состояния обеспечения воздухом для проветривания очистных, подготовительных забоев и поддерживаемых горных выработок при достигнутых нагрузках на очистной забой 2500…3500 т/сут на шахте « Красноармейская-Западная №1» дефицит воздуха составлял более 5000 м 3 /мин (обеспечение воздухом – 83…87%) [1].
На шахте применяется однопластовая схема отработки запасов (пластd 4) но тем не менее, для шахты « Красноармейская-Западная №1» характерно постоянное увеличение производственной мощности, которая в 2004 г . превысила проектную в 2,4 раза. В этом достижении немаловажную роль сыграло качественное проветривание. Стратегическим направлением по постоянному улучшению состояния вентиляционной сети шахты было следующее: своевременное перекрепление главных вентиляционных выработок, для увеличения площади их сечения (пропускной способности по воздуху); постоянное регулирование объемов работ, подлежащих проветриванию и входящих в каждый вентиляционный участок; строгое соблюдение графиков исключения из вентиляционной сети отработанных участков; модернизация вентиляторов главного проветривания; снижение внешних и внутренних утечек воздуха. Эти меры позволяли обеспечивать в достаточном количестве воздухом очистные и подготовительные забои, другие объекты, увеличить коэффициент использования воздуха с 0,6 в начале работ до 0,8. Только в результате модернизации вентиляторов главного проветривания подача воздуха в шахту возросла на 10%, достигнута устойчивость их в работе. В настоящее время проветривание осуществляется тремя вентиляторными установками: на главный ствол – ВЦД-47,5У; на вентиляционный ствол – ВЦД-32; на вентиляционную скважину – ВОД-30. В связи с тем, что шахтой ведется одноплоскостная выемка угля, при отработке одиночного пласта происходило постоянное удлинение, а соответственно и увеличение сопротивления вентиляционных сетей, так как практически была исключена возможность перепуска воздуха. По этой причине в последние годы на шахте сложилось критическое положение из-за невозможности подачи необходимого количества воздуха на определенные объекты. Основной трудностью, возникавшей при конструировании вентиляционных сетей в процессе развития горных работ, являлось устройство множественных вентиляционных сооружений (в основном перемычек) при перераспределении воздуха по вентиляционным участкам. Достаточно сказать, что протяженность вентиляционных сетей была увеличена с 1…3 км в начале эксплуатации шахты до 7…10 км. Поэтому возникла необходимость в реконструкции вентиляции.
Одновременное выполнение работ по реконструкции вентиляции и дальнейшему развитию шахты в связи с прирезкой запасов в целях поддержания достигнутой производственной мощности включает следующее:
– прохождение воздухоподающих и вентиляционных стволов;
– строительство новых вентиляторных установок главного проветривания;
– увеличение диаметра вентиляционной скважины с заменой вентиляторов главного проветривания более мощными ;
– проведение необходимых выработок для включения новых стволов в вентиляционную сеть.
Таким образом, фактическая ситуация, а также устойчивое экономическое положение шахты, желание и возможность инвесторов продлить жизнь предприятия, позволили принять разумное решение о реконструкции (расширении) вентиляционной скважины, на основе ресурсосберегающих технологий проходки вертикальных выработок [2], для обеспечения горных работ нормативным количеством воздуха, т.е. устранения препятствий за счет собственных средств на пути увеличения добычи. Реконструируемая вентиляционная скважина была пробурена в 1977 году трестом « Спецшахтобурение » на промплощадке воздухоподающего ствола №1 первой очереди шахты.
Категория шахты по метану – опасная по внезапным выбросам. Опасность угольных пластов по взрывам пыли – опасные . Опасность угольных пластов по самовозгоранию – опасные . Характеристика геологических и гидрогеологических условий расширения скважины составлена на основании разреза по вентиляционной скважине и журнала проходки воздухоподающего ствола №1, расположенного в 150 м от скважины. Притоки воды из водоносных горизонтов уточнялись при расширении скважины. Подземные воды агрессивные к бетонам по содержанию сульфатов и коррозирующие к стальным конструкциям. Водопритоки по стенам скважины улавливались водоулавливающими кольцами и в дальнейшем перепускались на гор . 593 м в существующую сеть водоотлива шахты. Расширение скважины осуществлялось сверху вниз с использованием постоянного металлического проходческого копра (высота 20 м ; разнос ног в плане 12х12 м; размер подшкивной в плане 6х6 м) конструкции НПП « Шахтостройпроект » и временной подъемной машины МПП-9 в соответствии с графиком (рис.2) по комбинированной технологической схеме [3].
После установки ограждения вокруг устья скважины, выполнения подготовительных работ и регулирования поступающего по скважине воздуха в интервале 40,8м 3 /мин-326м 3 /мин на прицепное устройство крана МКГ-25БР навешивалась бадья БПС-3 и устанавливалась лестница для перехода в бадью с устья со стороны вентканала . Демонтаж существующей обсадной трубы ? 1900 мм до отм. -75 м , сооружение переходного участка от отм. -75 м до отм. -78 м , сооружение технологического отхода до отм. -90 м осуществлялось с подвесного полка ? 1640 мм, подвешенного на трех канатах. Демонтаж существующей обсадной трубы ? 1900 мм ниже отм. -90 м до конечной глубины скважины осуществлялся с люльки для выреза обшивки в скважине ? 1900 мм из приспособленного полка ? 1640 мм, которая подвешивалась на канате лебедки ПЛПЭ-5/1000. Вырезка обшивки выполнялась с помощью газопламенных и электросварочных работ в следующем порядке. После выхода людей по лестнице на поверхность, подъемом каната, проходящего через блочек «гуська», сектор выдавался на поверхность, оттягивался и укладывался рядом с устьем скважины. Аналогично выполнялся демонтаж остальных секторов одного слоя обсадной трубы. После демонтажа слоя обсадной трубы, на отбойный молоток разделывалась крепь между обсадными трубами ? 1900мм и ? 2400мм. При этом бадья расклинивалась в скважине с помощью деревянных брусьев, расклиненных между бадьей и крепью или обсадной трубой ? 2400мм. Люлька для выреза обшивки ? 1900 мм постоянно опиралась тремя опорными пальцами на забой расширенной части скважины (рис. 5).
Демонтаж существующей до глубины 115 м обсадной трубы ? 2400 мм производился аналогично, но количество вертикальных резов равнялось – 7, а после демонтажа обсадной трубы ? 1900 мм производилась разработка закрепного пространства между обсадными трубами ? 1900 мм и ? 2400 мм на отбойный молоток (рис.5). Бой раствора крепи по скважине поступал на сопряжение скважины с околоствольным двором гор. 593 м . Под скважиной на сопряжении был установлен приёмный бункер, откуда продукты демонтажа убирались силами шахты, согласно совместного приказа по ШПСУ №3 и шахте. Разработка породы при расширении скважины производилась буровзрывным способом согласно совместного приказа. В качестве ВВ применялся аммонит Г-5 в патронах ? 36 мм. В качестве СИ применялись электродетонаторы ДЕМ- ZB (ЭДКЗ-ПМ). Для исключения попадания продуктов резки в скважину на реборду бадьи устанавливался аккумулирующий фартук, откуда по мере остывания они сбрасывались в скважину. Бетонная крепь скважины возводилась с помощью металлической секционной опалубки с рабочей высоты 2,0 м , подвешенной на трех канатах проходческих лебедок ПЛПЭ-5/1000, расположенных на поверхности. Канаты подвески опалубки отклонялись на полке на отм . -75 м в переходном участке скважины. Бетонная смесь за опалубку подавалась по металлическому трубопроводу ? 168 мм, который заканчивался телескопом подачи бетона. Подача бетонной смеси к скважине осуществлялась автобетоносмесителями через приемную воронку в трубопровод подачи бетона. Вентиляционная скважина при её расширении проветривалась за счет общешахтной депрессии. Свежий воздух поступал с поверхности, проходил по скважине с ОД воздухоподающего ствола №1 гор. 593 м и поступал в выработки шахты. Для электроснабжения потребителей на промплощадке скважины использовалось существующая ЗРУ, расположенная на промплощадке воздухоподающего ствола №1 и скважины. Дополнительно были установлены два передвижных блока электроснабжения БЭС-630 и трансформаторная подстанция ТСВП-160.
К началу производства работ по расширению скважины, с учетом разработок [4,5] были выполнены следующие работы по оснащению:
• демонтаж существующего копра с укосиной;
• монтаж проходческого копра конструкции НПП «Шахтостройпроект» с подшкивной площадкой и обшивкой, монтаж нулевой рамы;
• монтаж и наладка временной подъемной машины МПП-9;
• монтаж и наладка проходческих лебедок, намотка канатов;
• монтаж и наладка компрессорной станции ПКС-75;
• монтаж блоков электроснабжения БЭС-630, трансформаторной подстанции ТСВП-160, РП копра;
• разводка на поверхности сетей электроснабжения, сжатого воздуха и водоснабжения;
• устройство автопроездов к скважине и вокруг неё.
Все выполненные при реконструкции скважины работы отличались от обычных высокой технической сложностью, необходимостью изготовления нестандартного горнопроходческого оборудования, и главное, отсутствием опыта организации подобного производства и проектирования. Кроме того, работы производились в условиях стесненности, интенсивных огневых работ по резке толстостенной металлической облицовки скважины, при непрерывном метановыделении , без твердой опоры под ногами. В связи с тем, что существующая скважина в интервале глубин 387…427 м, имела существенное отклонение от вертикальной оси, было принято решение, согласно которому расширенная часть ? 4,0 м будет повторять это отклонение, однако это первоначальное искривление скважины постоянно провоцировало аварийные ситуации при передвижении бадьи (касание её стен скважины и зависание направляющей рамки). Часто возникающие аварийные ситуации ( суфлярные выделения и возгорания метана, прорывы воды, опрокидывание вентиляционной струи и пр.) ликвидировались своими силами, без привлечения ВГСЧ. Всё это, в совокупности с отсутствием нормативной базы проектирования и нормирования, привело к ошибочному прогнозированию и планированию темпов и сроков работ.
Выводы.
1. Отказ от спецспособов при проходке через плывун явился явился одним из факторов интенсификации работ по реконструкции скважины.
2. Можно с уверенностью утверждать, что достигнутая организация работ дала эффект реального скоростного строительства, и расширение скважины выполнено в максимально сокращённый срок, с темпами до 75 м/мес. безаварийно и качественно.
3. На реконструкции скважины внедрена новая система ценообразования, соответствующая рыночной экономике, стимулирующая подрядчика строить быстро при минимальных затратах.
4. Полученный экономический эффект (ориентировочно не менее 4 млн. грн .) сложился из следующих факторов:
– разработка рабочего проекта подрядчиком без длительных согласительных процедур;
– отказ от местных норм, приводящих к удорожанию работ;
– применение новой технологии резки металла в шахтных условиях;
– разработка эффективных паспортов БВР.
5. Необходима дальнейшая разработка новых, нетрадиционных технических решений по резке и разрушению металлической обсадной трубы при расширении существующих скважин на шахтах, что позволит интенсифицировать процесс проходки.