Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Горнотехнические условия Донецкого угленосного бассейна

05.04.2020

В Донецком бассейне работают 722 шахты общей производственной мощностью 184,3 млн. т угля в год; из них 30 мелких шахт местной промышленности производственной годовой мощностью 1,1 млн. т; кроме того, строятся 74 новых шахты общей мощностью 43,4 млн. т в год (табл. 83).
Горнотехнические условия Донецкого угленосного бассейна

Средняя мощность одной действующей шахты в 1959 г. составляла 255 тыс. т в год, а строящейся — 586 тыс. т.

Обеспеченность действующих шахт запасами отражает табл. 84. Большинство шахт (47,1%) обеспечено запасами более чем на 20 лет. Для многих шахт оставшийся срок службы может быть продлен за счет расширения границ шахтных полей по падению и простиранию или вскрытия резервных пластов.

Распределение шахт по производственной мощности и способу вскрытия приводится в табл. 85. Большинство шахт бассейна (62,4%) имеет наклонные стволы: а Донецком экономическом районе наклонные шахты составляют 52,1%, в Луганском — 71,2%, в Ростовском — 63,9%. Наклонные шахты обычно разрабатывают 2 -3 пласта и имеют мощность до 300 тыс. т угля в год; глубина разработок до 300 м по вертикали от дневной поверхности. Производственная мощность вертикальных шахт значительно больше — до 2400 тыс. г в год. Они, как правило, разрабатывают целую серию наклонных или крутопадающих пластов.

Для открытых или штольневых разработок в Донецком бассейне нет соответствующих геологических условий.

Дальнейшее развитие бассейна будет идти в направлении строительства главным образом шахт с вертикальными стволами,, что обусловлено значительной выработанностью верхних горизонтов в районах открытого Донбасса и большой мощностью надкарбоновых отложений в новых, еще неосвоенных районах бассейна. He использованные площади, пригодные для заложения наклонных шахт, расположены преимущественно в восточных районах, где в связи с ограниченностью запасов спекающихся углей шахтное строительство развивалось медленнее.

Наиболее крупными из числа действующих шахт являются: им. Ленина с фактической добычей 2347 тыс. т в год, «Западная капитальная» — 2192 тыс. т (Ростовский экономический район), им. Румянцева — 1426 тыс. т (Донецкий экономический район), 1—2 «Горская» — 1043 тыс. т (Луганский экономический район). Ведется строительство крупных шахт: 1 «Гуковская» мощностью 1800 ты с. т в год (Ростовский экономический район), «Горловская Глубокая» с годовой мощностью 1800 тыс. г (Донецкий экономический район), 1 «Луганская» мощностью 1500 тыс. т (Луганский экономический район).

Основными техническими направлениями развития угольной промышленности России предусмотрено строительство в Донбассе шахт и рудников мощностью 2000—5000 т угля в сутки, а при особо благоприятных горно-геологических условиях (на участках с весьма большими запасами) 15 000—20 000 т.

Наиболее глубокие разработки ведутся, на шахтах: им. Шверника (940 м), 17—17-бис (1030 м) и 4—21 (800 м) в Донецко-Макеевском районе; 2 «Глубокая» им. Артема (800 м) в Щахтинском районе; им. XXlI партсъезда (740 м) в Алмазном районе; наиболее глубокие стволы имеют шахты «Бутовская Глубокая» (1008 м) и 1/5 «Кочегарка» (780 м) Донецкого экономического района. В настоящее время в этом же районе строятся шахты с глубиной стволов от 910 до 1050 м с последующей углубкой по проекту до 1285 м («Щегловская Глубокая») и до 1500 м («Горловская Глубокая»).

В последние 2—3 десятилетия в бассейне применялась главным образом сплошная система разработок. В настоящее время осуществляется переход преимущественно на столбовую систему, как более эффективную при современном уровне механизации очистных и подготовительных работ. Начинает внедряться гидравлический метод подземной разработки.

Основные особенности горнотехнических условий Донбасса;

а) небольшая мощность угольных пластов, относимых по действующей классификации в основном к группе тонких и весьма тонких;

б) сравнительно большое количество пластов, сохраняющихся в стратиграфическом разрезе на значительной площади бассейна;

в) простое тектоническое строение на преобладающей части угленосной площади;

г) достаточная устойчивость горных пород, вмещающих угольные пласты;

д) незначительные или умеренные притоки подземных вод в горные выработки;

е) благоприятные условия вскрытия месторождений на площади открытого Донбасса, составляющей примерно 38% всей его площади и содержащей 50% всех запасов угля, и сложные условия, требующие специальных методов проходки, на остальной площади.

Мощность и структура угольных пластов. В Донецком бассейне разрабатывается 1612 шахтопластов: общее количество рабочих пластов в бассейне 143, из них 38 в нижнем карбоне.

Средняя динамическая мощность разрабатываемых пластов в Донбассе составляет 0,9 м. Лишь небольшое количество пластов достигает мощности 1,5 и редко 1,8—2,5 м.

Согласно принятой в России классификации, пласты Донецкого бассейна относятся к группе тонких и весьма тонких. Однако в практике эксплуатационных работ в Донбассе сложилась несколько иная оценка угольных пластов по их мощности. Мощными принято считать угольные пласты мощностью более 1 м, средними — от 0,6 до 1 м и тонкими — от 0,45 до 0,6 м. В целом по бассейну пласты мощностью более 1 м составляют 8,5%; мощностью от 0,6 до 1 м 41,5% и мощностью 0,45—0,6 м 50% (табл. 86).

В очень редких случаях при высоком качестве угля или благоприятных горно-геологических условиях в бассейне разрабатываются пласты мощностью менее 0,45 м.

Новыми техническими направлениями предусмотрено развивать добычу угля и новое шахтное строительство на пластах мощностью не менее 0,6—0,7 м при пологом падении и 0,5—0,6 м при крутом. Пласты менее мощные могут разрабатываться только в случае особо ценных углей.

Хотя угольные пласты в Донецком бассейне и выдерживаются в стратиграфическом разрезе на большой площади, тем не менее их мощность часто изменяется. Только половина (51%) всех пластов в бассейне устойчива и относительно устойчива. Примерно 54% всех пластов имеют простое строение: в Донецком экономическом районе — 63%, в Луганском — 51%, в Ростовском — 51%, в Днепропетровском, среди неразрабатываемых еще пластов нижнего карбона, — 90%.

Мощность породных прослоев в угольных пластах различна и колеблется от нескольких миллиметров до десятков сантиметров и более. Иногда прослои, постепенно увеличиваясь, превосходят мощность разделяемых угольных пачек, достигая в отдельных случаях даже нескольких десятков метров. Такие угольные пачки, если имеют рабочую мощность, разрабатываются как самостоятельные пласты. Особенно часто раздваиваются пласты: k21, k5, k8, l21, l4, l6, l8.

Породные слои представлены углистыми или углисто-глинистыми аргиллитами и алевролитами; иногда встречаются очень крепкие пиритизированные прослои или неправильные включения, затрудняющие подрубку угля (пласт k8 в Лисичанском и Алмазно-Марьевском районах). Наиболее благоприятными по количеству рабочих пластов и их концентрации в разрезе являются западные районы бассейна.

Залегание угольных пластов. Несмотря на то, что бассейн в целом относится к числу умеренно складчатых с относительно простым строением, отдельные его районы характеризуются весьма сложными условиями залегания угольных пластов.

Наиболее сложное залегание пластов отмечается на юге Донецко-Макеевского района и в северном поясе мелкой складчатости. Здесь углы падения пластов меняются от 0 до 90°. Остальные районы бассейна характеризуются наличием преимущественно крупных синклинальных складок в основном с пологими (до 20°) и в меньшей степени с наклонными (до 40°) крыльями.

В крупных синклинальных складках сосредоточено подавляющее большинство шахт Донбасса. До 71% всей добычи угля производится из пластов пологого падения, 17% — крутого и 12% — наклонного (табл. 87).

Из данных таблицы видно, что большинство запасов бассейна приходится на пласты пологого (до 25°) залегания: они составляют более 50% всех запасов. Лишь в Донецком экономическом районе подавляющая часть запасов (78,9%) приходится на крутопадающие пласты.

Направление развития угольной промышленности. в Донецком бассейне предусматривает дальнейший рост добычи углей из пластов пологого залегания как за счет новых неосвоенных западных и северных районов, так и за счет донных частей синклиналей в освоенных районах, где углы падения уменьшаются.

Нормальное залегание угольных пластов в крупных структурах часто осложняется разрывными и пликативными нарушениями второго порядка, затрудняющими ведение горных работ. Особенно сложны условия разработок на некоторых шахтах Луганского и Донецкого районов (Кадиевские, Макеевские шахты и др.).

Осложняют условия эксплуатации месторождений встречающиеся размывы и замещения угольных пластов. Эти явления особенно распространены в пласте k21 в Краснодонской котловине, k31 — на Бежановских шахтах, К — на шахте им. Дзержинского, l3 — на шахтах Первомайского купола и др.

Значительные трудности для ведения горных работ в некоторых районах представляют внутрипластовые подвижки, микроскладчатость, которые, кроме того, понижают механическую прочность угля.

Физико-механические свойства углей и вмещающих пород. При велении горных работ существенное значение имеют физико-механические свойства пород и углей. Наблюдается уменьшение механической прочности углей от длиннопламенных до коксовых и спекающихся (К, ОС), а затем резкое увеличение к полуантрацитам и антрацитам.

Физико-механические свойства вмещающих пород изменяются в широких пределах в зависимости как от их литологического типа, так и от степени метаморфизма. Например, прочность песчаников в области слабометаморфизованных углей марки ДБ Петриковского района составляет 10—30 кг/см2, в области газовых углей она увеличивается до 150—500 кг/см2. Зона развития коксующихся углей марок Ж. К, ОС характеризуется средними цифрами 400—800 кг/см2; в области развития антрацитов прочность песчаников достигает максимума — 600—1700 кг/см2. Приведенные значения получены при нагрузке в направлении по нормали к напластованию.

Плотность пород изменяется также в зависимости от степени метаморфизма и для глинистых пород среднего карбона составляет от 2,3 до 2,7 г/см3. Степенью метаморфизма определяется также категория буримости пород, что отражено в табл. 88.

По классификации М.М. Протодьяконова породы угленосной толщи Донецкого бассейна относятся к породам главным образом от V (средние по крепости) до II (очень крепкие) категории.

В подавляющем большинстве шахт кровля и почва разрабатываемых пластов представлены сланцами (80%), чаще глинистыми, реже — алевритовыми. Неустойчивыми в большинстве случаев являются ложные кровля и почва, представленные маломощными (до 1—2 м) слоями глинистых и алевритовых сланцев.

Широко развито явление пучения почв, особенно в районах распространения углей марок Д—К. Наиболее устойчивы породы в районах распространения антрацитов и полуантрацитов.

Особенно неустойчивы породы в зоне выветривания. Глубины зоны выветривания колеблются в пределах 30—40 м от поверхности карбона по вертикали; зона окисления распространяется на глубину до 70—80 м. В этих зонах породы легко поддаются разрушению, склонны к набуханию, пучению; глинистые породы зачастую становятся вязкими, пластичными. Поддержание выработок в таких условиях иногда настолько сложно, что очистные работы приходится переводить на более глубокие горизонты, расположенные ниже зоны окисления.

На устойчивость вмещающих пород и крепость углей большое влияние оказывает кливаж; в зависимости от направления кливажа выбираются расположение выработок и способ управления кровлей.

К неблагоприятным горно-геологическим факторам, создающим затруднения при эксплуатации, относятся внезапные выбросы угля и газа, отмечающиеся преимущественно в Центральном, Донецко-Макеевском, Селезневском и Чистяковском районах. По существующим представлениям, эти динамические явления происходят в результате взаимодействия ряда факторов: давления горных пород, давления заключенного в углях газа, физико-механических свойств углей и строения пластов. Выбросы бывают в пластах углей всех марок, при пологих и крутых падениях, но преобладают на шахтах с крутыми углами падения пластов. Минимальная глубина, на которой были зарегистрированы выбросы, составляет 200 м, но чаще они развиваются на глубине свыше 300 м. Средняя интенсивность выбросов , по количеству выброшенного угля составляет в Центральном районе 76 т, в Донецко-Макеевском — 10 т. Интенсивность выбросов нарастает с глубиной. Так, в Центральном районе на глубине 400 м она составляет 44 г, на глубине 700 м — 300 г и в отдельных случаях до 1000 т. Дальность выбросов в Центральном районе от 2—6 до 45 м; при пологом падении обычно 4—6 м.

Силикозоопасность. Силикозоопасными забоями считаются такие, где вмещающие породы содержат свободной двуокиси кремния 10% и выше. По данным многочисленных исследований, практически почти все породы донецкого карбона содержат свыше 10% свободной двуокиси кремния, за исключением известняков и углистых сланцев, составляющих в разрезах забоев шахт 1,5%.

Пыленосность. Наибольшее количество пыли образуется в очистных забоях во время работы угольных комбайнов или врубовых машин и при погрузке добытого угля. В этих случаях количество пыли в атмосфере достигает 924—1380 мг/м3, тогда как по санитарно-гигиеническим нормам количество ее не должно превышать 2 мг/м3.

Взрываемость угольной пыли зависит от количества и степени дисперсности ее, от исходного материала пыли и состава атмосферы (наличие CH4). Способность пыли взрываться понижается с увеличением степени метаморфизма углей. Угольная пыль с выходом летучих веществ менее 10% (антрациты и тощие угли) практически является не взрывчатой; пыль с выходом летучих от 10 до 15% слабо взрывчата, а при более высоком выходе летучих взрываемость пыли быстро возрастает.

Шахты Шахтинско-Несветаевского, Сулино-Садкинского, Должанско-Ровенецкого, Боково-Хрустальского, Чистяково-Снежнянского угленосных районов, разрабатывающие угли марок A, АП, Т, относятся к неопасным по пыли. К северу и западу от указанных площадей расположены шахты, разрабатывающие угли марок ОС—Д. Они опасны по пыли и требуют применения специальных мероприятий (осланцевания, орошения и др.) для избежания взрывов в шахтах.

Обводненность горных выработок. Донецкий бассейн характеризуется в целом невысокой водообильностью горных пород угленосной толщи и относительно небольшой обводненностью шахт. Коэффициент водообильности шахт в среднем по бассейну составляет 1,73 м3/т добываемого угля, при колебаниях по отдельным районам от 0,5 до 17,3. Наибольший коэффициент водообильности имеют шахты: «Артем Северный» — 13,1 и «Иван» — 16,8.

Распределение абсолютных притоков воды по шахтам следующее:

Водообильность шахт на больших глубинах значительно снижается. Например, шахта 1 «Глубокая» им. Артема на нижнем горизонте (около 800 м) притока воды почти не имеет; аналогичное положение на шахте 2 «Глубокая» им. Артема, шахте 11 «Смолянка» и др.

Наличие водоносных горизонтов в почве угольных пластов обычно приводит к пучению непосредственной почвы. Залегание мощных водоносных горизонтов в кровле приводит к прорывам воды при посадке лав в первый период эксплуатации шахтного поля или нового горизонта, создавая сосредоточенные кратковременные притоки до 250—350 м3/час. В нескольких случаях дебиты при прорывах достигали 3000 м3/час (шахты «Первомайская», «Иван»).

Внезапные прорывы воды иногда бывают при вскрытии зон тектонических нарушений, как это имело место на шахтах 21 и 105 комбината «Донецкуголь», 16, «Горняцкой 1—2» комбината «Ростовуголь» и др. При этом первоначально приток достигал 200—300 м3/час, затем после сработки статических запасов резко уменьшался, а в отдельных случаях прекращался.

На обводненность горных выработок оказывает влияние подработка старых затопленных горных выработок и открытых водоемов, но при грамотном геолого-маркшейдерском обслуживании шахт и своевременном проведении соответствующих мероприятий это влияние может быть исключено или сведено до минимума.

Воды каменноугольных отложений Донецкого бассейна обладают высокой окисляемостью и агрессивностью по отношению к бетону и металлу. Окисляемость (в мг/л О2) достигает 70 (преобладают значения 11—12), а количество агрессивной углекислоты содержится от 1,7 до 31 мг/л.

Методы проходки стволов шахт. Всю площадь Донецкого бассейна по условиям проходки стволов шахт можно разделить на две части:

а) районы открытого Донбасса, в которых проходка стволов шахт осуществляется без применения специальных методов;

б) окраины бассейна с покровом мезо-кайнозойских отложений мощностью 150—300 м и больше, в условиях которых проходка стволов должна производиться специальными методами.

Особенно сложными являются Красноармейский район и площадь Западного Донбасса с развитыми здесь обводненными отложениями триаса, юры и плывунами бучакских и полтавских отложений. Мощности триасово-юрских отложений изменяются в широких пределах — от 0 до 300 м; мощности плывунных песков бучакских и полтавских отложений составляют 30 м и более.

В закрытых районах северных окраин Донбасса строительство шахт сложно только в долинах рек и на склонах. На водоразделах мезо-кайнозойские отложения, как правило, не обводнены.

Инженерно-геологические условия. Основанием большинства инженерных сооружений в Донецком бассейне являются четвертичные отложения, представленные главным образом лёссовидными суглинками, реже глинами (на водоразделах), а также аллювиальными песками и супесями (в речных долинах).

Лёссовидные суглинки широко распространены на водоразделах, достигая мощности 20 и более метров. В верхней части разреза суглинки легкие, пористые, книзу постепенно переходят в более плотные. Особенностью их является наличие хорошо различимых невооруженным глазом макропор диаметром от 0,5 до 2 мм. Пористость достигает 45—50% и более. Для них характерна зависимость степени уплотнения от влажности. В состоянии естественной влажности они являются устойчивыми грунтами и допускают нагрузку до 2—2,5 кг/см2. При дополнительном увлажнении в них возникают процессы доуплотнения или просадок, резко изменяющие их структуру и уменьшающие несущую способность, что часто служит причиной деформации зданий и сооружений.

В открытой части бассейна основанием сооружений обычно служат непосредственно каменноугольные отложения, прикрытые незначительной толщей (1—2 м) аллювиально-делювиальных пород. В зависимости от характера пород и степени их выветрелости допускаемое давление для них изменяется от 4—6 до 10 кг/см2 и более.

В закрытых районах при возведении сооружений и особенно при проходке стволов шахт, кроме четвертичных отложений, приходится иметь дело с породами неогена, палеогена и мезозоя.

Карсты и оползни. Карстовые явления в терригенных отложениях всей каменноугольной толщи Донецкого бассейна имеют ограниченное развитие; иногда в пластах известняков встречаются небольшие карстовые пустоты. .Интенсивные проявления карста сосредоточены в области карбонатной толщи нижнего карбона и хемогенных отложений нижней перми.

В известняково-доломитовой толще нижнего карбона на юго-западной окраине Донецкого бассейна между с. Великой Анадолью на востоке и г. Комсомольском на западе карстовые пустоты встречаются повсеместно в форме пещер, ходов, открытых воронок, щелей и различных систем трещин. Вблизи дневной поверхности большинство карстовых пустот заполнено рыхлыми образованиями кайнозоя. Воронки имеют неправильные формы самых разнообразных размеров: от нескольких до 200—300 м в поперечнике. Глубина их также колеблется в широких пределах — от 20—30 до 120—160 м. Максимальное развитие карста наблюдается вблизи тектонических нарушений и у поверхностных водотоков.

В пермских отложениях Бахмутской котловины карстопроявления широко распространены в пластах гипса и каменной соли. Наиболее полно эти процессы изучены на площади Артемовского месторождения каменной соли и в пределах Славянского рассолопромысла.

При инженерно-геологических исследованиях на промплощадке Деконского алебастрового комбината был выявлен гипсовый карст. Древний карст здесь распространяется на глубину циркуляции подземных вод, а современный — до отметок местного базиса эрозии — долины р. Мокрой Плотвы. Карстовые формы наблюдаются в виде воронок, пустот, трещин, каналов, просадок поверхности. Древние, а также многие современные карстовые полости выполнены глинистым материалом. Скважинами встречены пустоты размером от 0,05 до 1,2 м. Карстовые процессы обусловливают повышенную водообильность водоносного горизонта, заключенного в пластах гипса.

Источники в долине р. Мокрой Плотвы, дренирующие трещиннокарстовый водоносный горизонт в гипсах, имеют дебит до 25 л/сек. При проходке ствола соляной шахты им. Шевченко в гипсовой толще приток достигал 50 м3/час. Воды гипсовой толщи служат источником водоснабжения солепромысла Новый Карфаген (дебит скважин 200—300 м3/час).

На Славянском рассолопромысле закарстованной является часть артемовской свиты от III до XVII пласта каменной соли. Севернее, ближе к ядру Христищенского поднятия, карстовыми процессами затронута вся соленосная свита. Карстовые явления заключаются здесь в выщелачивании подземными водами пластов соли на выходах (на глубину до 70 м), что обусловливает проседание всех надсолевых пород с образованием на дневной поверхности трещин, провальных воронок, мульд оседания, соленых озер. Проявления карста достигли окраины г. Славянска. Фронт выщелачивания направлен на юго-восток — к долине р. Казенного Торца, куда происходит разгрузка потока подземных вод.

Интенсивность карстовых процессов усиливается в результате эксплуатации рассолодобывающих скважин. Глубина выщелачивания пластов каменной соли достигает 180 м.

Карстовыми процессами затронуты пласты каменной соли и на Артемовском месторождении. Так, при разработке каменной соли на шахте 3 им. Либкнехта соль и рапа сопутствовали друг другу. На шахте 2 им. Артема на глубине 108—119 м в пласте соли были обнаружены карстовые пустоты в виде галерей высотой до 2 м, из которых приток рапы достигал 250 м3/час. На руднике им. Шевченко приток рапы составлял 63, а на руднике 1 им. Свердлова 49 м3/час.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: