Основные положения и требования к составлению проектов ликвидации вертикальных стволов
проф. И. Циганек (Висока школа банська, Чехия), док. техн. наук И.Ф. Ярембаш, кандидаты техн. наук В.И. Пилюгин, И.Г. Ворхлик, Б.И. Нестеренко(ДонНТУ)
В совокупности работ по закрытию шахт наиболее сложным и ответственным вопросом является ликвидация вертикальных стволов. Рассмотрим основные требования к составлению проектов ликвидации по опыту ведущих угледобывающих стран Европы. Анализ чешских [1], английских [2] и немецких [3] публикаций показал, что содержание проектов имеет много общего, а сами проекты достаточно апробированы на практике. Проект состоит из двух основных частей: предварительные изыскания и проектные работы по ликвидации ствола.
Предварительные изыскания. От их обоснованности, уровня детализации, качества и полноты зависит правильность последующих технологических решений. Английское пособие для проектировщиков [2] ориентирует на изучение геологической и гидрогеологической ситуации региона, что должно обеспечить полноту сведений и данных о составе, структуре и текстуре наносов и коренных пород, пересекаемых стволом. Необходимо выполнить прогноз возможного затопления ствола, рассчитать водопритоки в выработки соседних шахт, определить уровни затопления, зоны выхода воды на земную поверхность.
Детально изучаются: источники формирования общего водопритока шахты, обводненность выработок за счет подземных вод и притока из старых выработок; гидрогеологические связи между соседними шахтами, что позволит принять решение либо об изоляции выработок от затопления, устроив преграды, либо о передаче потоков на соседние шахты; качество подземных вод (химический состав, агрессивность, содержание токсичных и потенциально токсичных элементов). Кроме того, моделируется движение вод при затоплении выработок; определяются границы зон, опасных по прорывам; проводятся расчет и построение барьерных целиков; изучается характер тектонических нарушений в целях использования их для барража на пути движения воды и др. Важное место при обосновании проекта занимает всесторонняя оценка газовой обстановки в выработках. Она включает прогнозирование и расчет выходов метана на поверхность при остановке вентилятора главного проветривания при изменениях атмосферного давления, перепадах температур, подъема уровня шахтных вод, при сдвижениях массива пород и т. д. Поскольку метан дренирует не только по закладочному массиву, но и по пустотам на контакте "породы - крепь ствола", оценивается также устойчивость крепи и возможное набухание пород [4].
Устанавливаются: глубины метановых зон на шахтах, а следовательно, источники выделения газа из подрабатываемых пластов и пропластков ниже верхней границы зоны; наличие локальных скоплений свободного газа, приуроченных к зонам трещиноватости, тектоническим нарушениям; пути миграции метана на поверхность (водоносные трещиноватые породы, трещины тектонических нарушений, известняки на участках с наибольшими наносами); незатампонированные или плохозатампонированные скважины; зоны всех выходящих на поверхность надвигов и ранее ликвидированные выработки. Необходимо смоделировать, как прекращение добычи угля и ликвидация шахты повлияют на выделение метана в угрожаемых зонах.
Важным этапом предпроектной проработки является изучение возможного мульдообразования на поверхности при наличии подземных пустот, опасных зон от старых горных работ в результате выемки охранных целиков возле стволов и увеличения нарушенности пород на их сопряжениях с горизонтальными выработками за счет размокания и "ухода" в выработки глинистых сланцев. Последнее требует специальных исследований и моделирования процесса
Проектные работы. Основа первого раздела проекта - описание и графическое изображение шахтного поля, его схемы вскрытия и околоствольных дворов. На плане показываются не только собственные, но и примыкающие выработки соседних шахт. Составной частью этого раздела являются также данные о времени отработки пластов, проведения примыкающих к стволу выработок, дегазационных и других скважин. Здесь же приводятся характеристики пересекаемых стволами пород, их физико-механические и другие свойства; объемы околоствольных дворов; границы возможного над ними оседания поверхности; план поверхности и подземных коммуникаций; наименования и места расположения сносимых и строящихся объектов в районе ликвидируемых стволов.
Второй раздел посвящен стволам и примыкающим к ним выработкам. Представлены вертикальные и горизонтальные разрезы стволов по глубине с различными видами и толщинами крепи, описания их характерных особенностей. Здесь же в соответствии с расчетами показаны проектные глубины засыпки стволов, приведены объемы закладки в стволах и примыкающих выработках, отмечены места сооружения опорных перемычек, "стволовых пробок", перекрытий, даны их параметры (длина, высота, характеристика закладочного материала), обеспечивающие устойчивость закладочного массива и предотвращающие "вытекание" его в примыкающие к стволу выработки. Отдельно представлены участки, где имеются потенциальные зоны обводнения через системы трещин, нарушения, все другие места возможного проникновения воды в ствол. Отмечены предполагаемые уровни затопления стволов, причем в каждом случае приводится химический состав воды, особо отмечается ее агресивность и влияние на устойчивость крепи. В этом же разделе показаны зумпфы, уровни воды в них, дано детальное описание водоотлива, условий и возможных уровней затопления. Описаны меры по укреплению устьев стволов в период закладки и в перспективе. Приведены расчеты параметров перекрытий стволов, безопасных зон на поверхности [5] и оценки оснастки, возможность ее полного или частичного удаления. В третьем разделе проекта представлены материалы по всему кругу вопросов, связанных с засыпкой стволов. На основании лабораторных исследований и экологической экспертизы даются характеристики материалов закладки (слеживаемость, пористость, кусковатость, склонность к размоканию, вступлению в химические реакции, образованию токсичных веществ), делаются выводы о возможности их использования [6].
С учетом расчетной оптимальной скорости подачи закладки в ликвидируемый ствол выбираются трасса подвода и средства доставки закладочного материала от места его расположения. В соответствии с ранее проведенными исследованиями путей и объемов миграции метана определяются места, средства и периодичность контроля его концентрации в стволе и на поверхности [4]. Показываются границы зон безопасного ведения закладочных работ [5], средства их оконтуривания и освещения. Устанавливаются периодичность контроля стабильности закладки в стволе, содержание метана в его окрестности и формы организации этой работы.
Четвертый раздел содержит социально-правовые и экологические вопросы. После ликвидации стволов - завершающей стадии закрытия шахты - исполнительным комитетом местной власти определяются возможности использования оставшихся на поверхности зданий и сооружений, а также строительства новых объектов. Такие решения принимаются по результатам экспертизы устойчивости поверхности и заключения экологической комиссии. Без согласования с органами местной власти, экологической и градостроительной организаций строительство гражданских зданий на промплощадке шахты, особенно вблизи ликвидированных стволов, запрещено.
В экологическом отношении проектом в конкретных условиях должны быть предусмотрены реальные меры по предупреждению:
опасных сдвижений поверхности, провалов, нарушений ответственных зданий и сооружений;
подтапливания территорий, поступления агрессивных,
токсичных, неочищенных вод в места общего пользования;
неконтролируемого вытекания метана на поверхность,
скопления его до взрывоопасных концентраций в местах
работы и проживания людей.
Правильное решение вопросов в конкретных проектах позволит предотвратить катастрофические проявления [7]. Таким образом, на этапе предпроектных проработок и изысканий по закрытию шахт, в частности ликвидации стволов, рассматривается широкий круг вопросов, в комплексном изучении которых необходимо участие технологов, гидрогеологов, химиков, работников геолого-маркшейдерских служб шахт и объединений, экологов, специалистов по аэрологии и геомеханике. При этом должны использоваться самые современные методы исследований: инженерный анализ, расчеты, графические построения, физическое и математическое моделирование. Координацию осуществляют представители проектной организации,
К проектным разработкам желательно привлекать подрядные организации, которые будут выполнять ликвидационные работы. Особое внимание в проектах должно быть уделено двум вопросам: технологической безопасности в период ликвидации стволов и экологической - на длительную перспективу.
Литература 1. Vyhlaska Ceskeho uradu е. 52/1997// Sbirka zakonu.
2. The Treatment of Disused Mine Shafts and Adits. Mining
Departament. National Coal Board, 88 s., 1998, London.
3. Genthe M., Hulsmann K., Schone-Warnfeld G. Verfullung von Schachten mit standsicherem, dichtem Fullgut. Mitteilungen der Westfalischen Berggewerkshaftskasse, Heft 31.
4. Циганек И., Ярембаш И. Ф., Ворхлик И. Г. и др. О мерах по предотвращению взрывоопасных скоплений метана при ликвидации угольных шахт// Проблемы экологии, 1998.- № 1.
5. Циганек И., Ярембаш И. Ф., Ворхлих И. Г. и др. Основные технологические этапы ликвидации вертикальных стволов при закрытии шахт//Уголь Украины, 1999.- № 6.
6. Циганек Я., Ярембаш И. Ф., Ворхлик И. Г. и др., Выбор закладочного материала ликвидируемых вертикальных стволов // Изв. Донецкого горного института.- 1999.- № 1.
7. Циганек И., Ярембаш И. Ф., Пилюгин В. И. Проблемы ликвидации вертикальных стволов угольных шахт // Уголь Украины.- 1998.- №2.