Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Гидрогеологические и инженерно-геологически условия проходки стволов шахт Подмосковного бассейна

21.04.2020

Особенность гидрогеологических условий толщи, пересекаемой стволами угольных шахт на южном крыле Подмосковного бассейна, заключается в сложном и частом переслаивании водоносных и водоупорных пород. Как указывалось выше, почти каждый стратиграфический горизонт содержит водоносный горизонт. В некоторых стратиграфических горизонтах, например в тульском, прослеживается до четырех водоносных слоев, приуроченных к отдельным пластам известняков.

Водообильность горизонтов весьма различна. Трещиноватые, карбонатные породы окской толщи и упинского горизонта весьма водообильны, но быстро отдают содержащуюся в них воду. В течение двухтрех месяцев осушительные мероприятия обеспечивают необходимое осушение водоносных горизонтов карбонатных пород.

Процесс осушения мелкозернистых песков тульского и бобриковского горизонтов является гораздо более длительным вследствие весьма низкой водопроницаемости и водоотдачи данных пород. Пески часто обладают свойствами плывунов. Прорываясь в ствол при проходке, они создают песчаные пробки высотой до 10 м. Глины тульского и бобриковского горизонтов иногда обладают свойствами пучения, в результате чего деформируются участки стволов и околоствольных выработок.

Все это обусловливает сложность гидрогеологических и инженерногеологических условий при проходке стволов шахт. На первом этапе освоения бассейна, когда здесь эксплуатировались только необводненные угольные месторождения с залеганием угля на глубине 20—30 м (например, в Южном или Львово-Скопинском угленосных районах), применялся обычный метод проходки стволов шахт.

Позднее, когда стали осваивать месторождения с более сложными гидрогеологическими условиями, начали применять специальные методы проходки стволов. Вначале это был кессонный способ, иногда в сочетании с предварительным водопонижением (10 «Бегичевская», 1 «Львовская», 2 «Западно-Щекинская» шахты), а затем, когда гидрогеологические условия еще больше усложнились, все чаще стал применяться способ искусственного замораживания грунтов при проходке стволов. Этот способ оказался наиболее эффективным в условиях Подмосковного бассейна, поскольку в геологическом разрезе его преобладают неустойчивые обводненные песчано-глинистые породы, при проходке которых обычным способом происходит оплывание стенок и деформация стволов.

При замораживании устраняется осложняющее влияние не только гидрогеологических, но и инженерно-геологических факторов, породы становятся водонепроницаемыми и устойчивыми. С замораживанием в последнее время пройдены стволы шахт: 15 «Липковской», 4 «Зубковской», 41 «Ширино-Сокольнической», 25 и 26 «Ломинцевских», шахты на Нелидовском и Сафоновском месторождениях, в районе г. Калуги и др.

Крепость пород. Породы, слагающие геологический разрез бассейна, имеют весьма различные физико-механические свойства. Крепость горных пород, по шкале Протодьяконова, дана в табл. 33.
Гидрогеологические и инженерно-геологически условия проходки стволов шахт Подмосковного бассейна

Как видно из табл. 33, в геологическом разрезе Подмосковного буроугольного бассейна преобладают среди скальных породы V и VI категорий, а среди рыхлых — VIIa и VII категорий (для глин), VIII, IX и X категорий — для песков.

Оползни. На южном крыле Подмосковного бассейна широко развита сеть оврагов и речных долин. Склоны оврагов и рек задернованы, имеют устойчивый полого выгнутый профиль. В речных долинах прослеживаются отчетливо выраженные широкие аккумулятивные террасы. Иногда в устьевых частях оврагов и долин рек, например в долине р. Воронки у пос. Косая Гора и по долине р. Оки выше г. Алексина, прослеживаются задернованные оползни, которые по типу смещений следует отнести к древним оползням — сплывам.

Современные оползневые процессы по склонам наблюдаются очень редко, обычно только в тех случаях, когда профиль склонов нарушен различными инженерными сооружениями. В пределах западного крыла бассейна, поверхность которого характеризуется местами развитием моренно-равнинного ландшафта с выделяющимися моренно-холмистыми участками, не наблюдается значительных оползней. Это связано также с расположением многих месторождений на водораздельных пространствах (Нелидово-Селижаровский, Юго-Западный и другие угленосные районы).

Карст. Широкое развитие в пределах южного крыла и северной части западного крыла Подмосковного бассейна имеют карстовые процессы. В зависимости от времени образования карстовые нарушения разделяются на доугленосные и послеугленосные.

Доугольный карст в пределах южного крыла бассейна выражен глубокими впадинами в известняковом фундаменте, выполненными песчано-глинистыми отложениями бобриковского горизонта. В вышележащих породах нарушения, связанные с карстом, не проявляются. Этот вид карста гидрогеологические условия угольных месторождений осложняет незначительно. На закарстованных участках обычно прослеживается увеличение мощности обводненных подугольных песков, что замедляет действие осушительных мероприятий, так как эти пески обладают слабыми фильтрационными свойствами.

Послеугленосный карст резко усложняет характер гидрогеологических условий, при этом создается особый, карстовый, тип месторождений, примером которого является Щекинское месторождение. В районах, где окские известняки залегают под покровом суглинков, послеугленосный карст проявляется обычно в виде сухих воронок глубиной 3—4 м и шириной 8—10 м. Хотя склоны воронок задернованы, полые воды, стекающие в воронки, быстро фильтруются в известняки. Такие воронки отмечены по склонам долины р. Прони в районе Гремячевского месторождения, по склонам долины р. Осетр в районе Березовского и Рудневского месторождений. Ширина зоны их распространения обычно не превышает 0,5 км. На водораздельных массивах воронки не прослеживаются.

В областях, где окские известняки отсутствуют и ближайшими к поверхности являются упинские отложения, карстовые воронки имеют удлиненную форму. Обычно такие продолговатые воронки заполнены водой и образуют озера шириной 30—50 м. Иногда в озерах образуется связь с известняками и в этих случаях вода из озера с шумом исчезает, а на поверхности создается обычная сухая карстовая воронка.

На месторождениях, расположенных севернее широты г. Тулы (Деевское, Симаковское, Березовское, Северо-Лаптевская площадь), закарстованность упинских известняков уменьшается в связи с погружением их ниже местного базиса эрозии.

В массиве известняков окской и серпуховской толщ карстовые процессы широко развиты, о чем свидетельствуют частые погребенные воронки, заполненные продуктами выветривания известняков. Такие воронки неоднократно отмечались буровыми работами и вскрывались керьерами.

В освоенной угольной промышленностью части южного крыла Подмосковного бассейна проявления послеугленосного карста существенно осложняют процессы эксплуатации угольных шахт. Например, по шахте 26 «Ломинцевской» многочисленные карстовые нарушения настолько усложнили залегание угольного пласта, что одну из лав пришлось сделать короче проектного размера, а вторую перенести. Шахту предполагается эксплуатировать как участок, вскрываемый горными выработками соседних шахт.

Развитие карста в Нелидово-Селижаровском угленосном районе связано с неглубоким залеганием окских известняков и находит отражение в рельефе местности, однако на условиях залегания угольных пластов не сказывается.

Вопросы устойчивости грунтов. Комплекс пород, слагающих надугольную толщу, в основном представлен неустойчивыми песчано-глинистыми разностями. При проходке горных выработок эти породы требуют применения сплошного крепления. При подвалке отработанных участков угольных полей оседает вся толща пород, залегающих над углем, и на поверхности создается бугристый рельеф. Для такого рельефа характерны широкие разветвляющиеся трещины и пологие воронкообразные понижения, иногда осложненные провалами. Провалы бывают настолько значительны, что приводят в негодность автодороги, вызывают крупные деформации в зданиях. Поэтому под поселками, зданиями, дорогами во избежание деформаций всегда оставляются целики.

Весьма осложняют горнотехнические условия мелкозернистые пески тульского и бобриковского горизонтов, обладающие плывунными свойствами. Эти пески обводнены, и при малой мощности глин в кровле или неудовлетворительном креплении выработок они прорываются в горные выработки, иногда полностью заполняя их сечение. С прорывами успешно борятся, осушая кровлю забивными фильтрами, но даже и осушенные надугольные пески иногда при образовании воронки обрушения над выработанными участками вновь обводняются водами вышележащих водоносных горизонтов и образуют новые прорывы.

В качестве иллюстрации роли и характера длительно действующих прорывов ниже приводится описание прорыва надугольных песков при строительстве шахты 2 «Бибиковской», расположенной в Центральном промышленном районе. Прорыв начался 12 января и продолжался до 21 октября 1957 г. Прорыв действовал периодически, то с уменьшением притока до 60—70 м3/час, то увеличиваясь до 250—300 м3/час. Вследствие выноса песка (до 500—600 м3) на поверхности образовалась воронка диаметром 8 м и глубиной 4 м. Для ликвидации прорыва было пробурено 12 поглощающих скважин, три сквозных фильтра и пять водопонижающих скважин. Кроме того, бурились тампонажные скважины, через которые в образовавшиеся при прорыве пустоты было залито 800 м3 цементного раствора. Аналогичные описанному прорывы плывунов имеют широкое распространение на южном крыле Подмосковного бассейна. Интенсивность прорывов возрастает в северном направлении в соответствии с увеличивающейся сложностью гидрогеологических условий.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: