Горнотехнические условия Нелидово-Селижаровского угленосного района

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Горнотехнические условия Нелидово-Селижаровского угленосного района

22.04.2020

Гранулометрический состав и физические свойства песков и глинистых пород кровли и почвы угля отличаются невыдержанностью. Их свойства на Нелидовском месторождении приведены в табл. 55. Для глинистых пород характерна разбухаемость, нередко приводящая к деформации выработок. По размокаемости глины крайне неоднородны: одни полностью разрушаются в течение часа, другие сохраняют устойчивость в течение суток и более. Деформация выработок вызвала необходимость перехода на бетонное крепление в штреках главных направлений Нелидовских шахт. В обводнении углей непосредственно участвуют воды нижних надугольных и подугольных песков и в более редких случаях воды песков C1l и доломитов D3.

На Нелидовском месторождении по условиям эксплуатации может быть выделено пять участков: 1) центральный, охватывающий шахтные поля 5—15; 2) северный — шахтные поля 20—29; 3) восточный — шахтные поля 16—19 и 31—34; 4) западный — шахтное поле 30 и 5) южный — шахтные поля 1—4 (Березовское месторождение). При общей сложной обстановке наиболее благоприятные условия присущи участкам центральной группы шахтных полей Нелидовского месторождения (шахты 1—7). Здесь запасы подземных вод имеют ограниченную возобновляемость, что определяется малой водопропускной способностью отложений, выполняющих дочетвертичные погребенные долины. В пределах участка водоносные известняки распространены «островками»; напоры вод подугольных песков и доломитов D3 равны 60—100 м, а участки с устойчивой кровлей и почвой составляют 70—55% всей площади.

Северный участок имеет относительно благоприятные условия. Здесь участки с устойчивой кровлей и почвой (мощность глин более 1 м) занимают 70—65% площади, количество и водообильность водоносных горизонтов большие: напоры составляют 70—100 м, возможность пополнения подземных вод шрие.

Восточный участок для освоения наиболее труден: напоры вод равны 70—110 м; имеются широкие возможности пополнения запасов подземных вод; 65—55% площади занимают участки с устойчивой кровлей и почвой.

Западный участок, являясь изолированным, требует самостоятельного осушения. Напоры здесь равны 40—80 м; лишь около 50% площади характеризуются устойчивой кровлей и почвой. Горнотехнические условия участка сложные.

Южный участок — Березовское месторождение — имеет наиболее сложные условия — напоры изменяются от 30 до 120 м; на 50—80% площади, занятой пластом угля, распространены неустойчивые кровля и почва; обводненность пород кровли и почвы наибольшая. Существует непосредственная связь между песками, залегающими в почве угля, и верхнедевонскими доломитами.

Близкое расположение залежей позволяет применить комплексное осушение по группам шахт, что значительно повышает эффективность осушительных мероприятий. Проходка стволов шахт осуществлялась преимущественно методом замораживания. Иногда дополнительно проводилось снижение напоров вод известняков C1ok, песков C1l и доломитов D3. При проходке основных и подготовительных выработок предварительное снижение напоров достигалось водопонизительными скважинами, а к периоду очистных работ полное осушение надугольных песков обеспечивалось забивными фильтрами, устанавливаемыми через 2—5 м вслед за продвижением забоев. Дебит фильтров доходил до 10, иногда до 30 м3/час. Срок эффективной работы их 1—1,5 месяца. При посадке лав, даже при отсутствии откачки вод из алексинского известняка (шахта 3), увеличения общего притока в выработки за его счет не наблюдалось, хотя на поверхности появлялись мульды проседания глубиной 1,4 м при высоте выработанного пространства 1,8 м. Это указывает, что посадка кровли в выработанном пространстве происходила без разрыва сплошности глин.

При недостаточном снижении напоров на ряде шахт имели место прорывы подземных вод с выносом песка. При прорывах величина притока воды из кровли обычно не превышала 8—12 м3/час (редко до 50 м3/час). Наибольшей мощностью (до 700 м3/час) обладали прорывы вод из доломитов D3, выводившие из строя шахты (1-бис). Прорывы вод из доломитов D33 наблюдались как через пески (шахта 7), так и через прослои глинистых доломитов C1l (шахты 1, 1-бис). Нарастание притока было постепенным по мере нарушения сплошности промежуточных прослоев глин и стало катастрофическим, когда прорвались и воды доломитов D3. При проходке стволов шахт имели место прорывы вод измежморенных песков (шахта 1). Водообильность шахт различна. В процессе эксплуатации коэффициент водообильности шахт и приток воды систематически снижается (табл. 56).
Горнотехнические условия Нелидово-Селижаровского угленосного района

В центральной части района по степени устойчивости пород кровли и почвы и характеру обводненности, т. е. по условиям разработки, выделяются три типа месторождений. Наиболее трудные условия существуют на Зуевском и Вельенском месторождениях. Здесь почва, а местами и кровля пласта неустойчивы, часто представлены песками (особенно на Зуевском месторождении); близко к углю расположены высоконапорные воды доломитов D3. В северо-восточной части Вельенского месторождения глубина залегания угля достигает 100 м и распространены обводненные известняки. В несколько лучших условиях находится Андреапольское месторождение, на котором в кровле доломитов D3 залегают глины лихвинского надгоризонта мощностью 10—20 м. Наконец, в северной части района, у дер. Студеницы и на р. Волкоте, где угли встречены на глубине 60—70 м, горнотехнические условия по общей гидрогеологической обстановке месторождений должны быть благоприятными. Эксплуатация углей возможна шахтами с обязательным осушением надугольных песков и снижением напоров подугольных водоносных горизонтов до величин, учитывающих выдержанность и сопротивляемость глин почвы.

В северной части района по условиям эксплуатации выделяются два типа месторождений: представителем одного из них (с более благоприятными условиями) является Коптевское, где почва угля относительно устойчива, а водообильность доломитов D3 сравнительно невелика, хотя глубина залегания угля и напор вод больше; представителем второго — Селищенское месторождение, прилегающее к погребенной дочетвертичной долине и расположенное на берегу озера. Глубина залегания угля и напоры вод здесь хотя и меньше, но почва пласта неустойчива, доломиты более водообильны, опасность прорыва вод из дочетвертичной долины больше.

Шахты на Селищенском месторождении проходились методом замораживания. Прорывы подземных вод на шахтах наблюдались преимущественно из почвы выработок и сопровождались выносом песка. Величина притока при прорывах колебалась от 32 до 800—1060 м3/час с наибольшим значением при прорывах вод D3. При откачке подземных вод из подугольного горизонта (доломитов D3) на шахте 2 с суммарным дебитом до 1519—1713 м3/час и понижением 37,6 м наблюдались снижения уровней на расстоянии 1200 м до 10,76 м, а на расстоянии 7500 м до 1,30 м, т. е. величина радиуса влияния достигала 8—12 км. Коэффициент фильтрации при этом получен от 11,3 до 81,6 — в среднем 54 м/сутки. Глубина залегания пластов угля в районе изменяется от 70 до 127 м при гидростатических давлениях на почву угля 6—10 атм.

Опыт проходки стволов шахт и подземных выработок частично имеется по Селищенскому, а в основном по Нелидовскому месторождению. Основные трудности при разработке угля возникли из-за фациальной изменчивости состава пород почвы и кровли угольного пласта. Особые осложнения имели место на участках, прилегающих к дочетвертичным погребенным долинам. Причины этих осложнений — нарушения залегания слоев пород с пережимами и «вздутиями» угольного пласта, наличие «карманов» песков со значительными колебаниями абс. отметок их почвы, увеличение трещиноватости и выветрелости доломитов и известняков, а иногда и угля. Все это приводило к резкому изменению на коротких расстояниях степени устойчивости почвы и кровли угля и обводненности встречаемых выработками пород.

На некоторых шахтах (1, 2) наблюдалось пучение почвы выработок вследствие набухания глин, приводившее к полной деформации сечения выработок и разрушению крепления. Иногда эти явления предшествовали прорывам подземных вод.

Так, на шахте 1 (Нелидово) 20 мая 1955 г. после продвижения забоя на 12 м произошел прорыв из почвы выработки с первоначальным притоком 15—20 м3/час. Перед прорывом появился бугор вспучивания высотой 0,5 м; в его теле возникли трещины, из которых стали, выбиваться грифоны воды. Постепенно приток увеличивался и на 16-й день, к 5 июня, равнялся 50 м3/час. Дальше развитие прорыва пошло более стремительно. На 6/VI приток усилился до 150; 8/YI — до 400—450 м3/час, а затем до 700 м3/час. Затем с водой стал поступать песок; вода помутнела, приобретя характерный для первоначального периода откачек из доломита D3 молочный оттенок. Вода из очага прорывa затопила все выработки северо-восточной части шахтного поля, проникнув из них в осушенные перед этим надугольные пески и вновь их обводнив.

При прорывах на шахтах 1 и 7 в наблюдательных скважинах, расположенных на расстояниях до 2000—2300 м, отмечено резкое, но кратковременное снижение уровней вод лихвинских песков и доломитов D3.

При прорывах, по-видимому, решающим являлась степень сопротивления слоя глин, отделяющего почву выработок от первого нижележащего водоносного горизонта, приуроченного к глинистым доломитам C1l. Эта стадия в рассматриваемом случае развивалась медленно. Катастрофические размеры прорыв принял при включении вод песков С1l, а вслед за ними и вод доломитов D3, если судить по появлению в воде песка, а затем и доломитовой мути. Логично предположить, что глины работали на сопротивление разрыву не всей своей суммарной мощностью от почвы выработки до кровли доломитов, а последовательно.

Ликвидация прорывов достигалась снижением напоров вод доломитов D3 путем откачки из водопонизительных скважин. Участок прорыва изолировался перемычками и огибался обходным штреком. В последнем иногда отмечалась деформация крепи. В результате откачек из водопонизительных скважин приток через очаг прорыва ослабевал, а затем прекращался. Наступала естественная кольматация путей прорыва. Неравномерный ход откачки обычно вызывает обратное явление — «оживление» путей прорыва. В некоторых случаях прорыв ликвидировать не удавалось. Так были затоплены шахты 1-бис в Нелидово и 2 на Селищенском месторождении, хотя дебит откачек на их участках превысил 1000—1700 м3/час.

В затопленных выработках местами глины размокали, что приводило к обрушениям, отражавшимся на поверхности земли провальными воронками. Нередко выработки заносились песком. Наиболее часто наблюдались прорывы через водоприемные колодцы, ослаблявшие почву, а также из-за недостаточной мощности промороженного цилиндра пород или неустойчивости замороженных пород.

Указанные явления потребовали перехода от деревянного к бетонному сплошному креплению стволов шахт и основных выработок. В некоторых случаях применялось кольцевое металлическое крепление (шахта 3). При проходке выработок применяется бурение опережающих скважин длиной 5—6 м в грудь забоя.

Обычный способ проходки стволов шахт с водоотливом из зумпфа в стволе вслед за продвижением забоя оказался неэффективным, приводившим к авариям. Попытка проходки стволов с применением водопонизительной установки и кессона также была неудачна. Необходимый остаточный напор не был достигнут из-за слабой водоотдачи тонкозернистых песков.

Наиболее целесообразной оказалась проходка стволов шахт способом замораживания грунтов. Разработка околоствольного двора и выход горизонтальных выработок осуществлялись под защитой водопонизительных установок. По мере продвижения выработок устанавливались забивные фильтры в кровлю на расстоянии 2—5 м друг от друга, длиной 4—6, иногда до 15—26 м. Срок эффективной работы фильтров равнялся 1—1,5 месяцам, что соответствовало сроку полного осушения надугольных песков. Надугольные пески после осушения обычно обладают лишь естественной влажностью. При эксплуатации шахт осушение надугольных песков достаточно надежно обеспечивалось в основном забивными фильтрами. Пo мере увеличения количества забивных фильтров и расширения фронта их работы дебит водопонизительных скважин снижался. В некоторых случаях первые выработки проходились узким сечением для ускорения установки забивных фильтров или принималось решение об углублении ствола в подугольные глины с нарезкой околоствольного двора и разделкой сопряжений з этих глинах. Последнее решение возможно только при достаточной мощности глин.

При разработке угля на площади распространения известняков карбона предварительно осуществлялись водопонизительные работы в известняках. Так, на шахте 3 при суммарном дебите водопонизительной установки 1560 м3/час и снижении уровня на 14—16 м остаточный напор над почвой известняков был снижен до 4—6 м. В дальнейшем дебит водопонизительной установки уменьшился до 1060 м3/час, но понижение, хотя и медленно, продолжалось; остаточный напор упал до 2—5 м. При вынужденных остановках в откачке уровни вод в известняках восстанавливались уже за первые сутки на 5—8 м.

Наибольшую роль в обводнении горных выработок играют воды доломитов D3, подугольных и нижних надугольных песков, а вблизи дочетвертичных погребенных долин и воды последних. Водоносный горизонт в доломитах D3 опасен из-за больших напоров и водообильности, а пески угленосной толщи — ввиду плывунных свойств. В связи с преимущественным распространением глин кровля пласта более устойчива. При эксплуатации обязательно осушение надугольных песков и снижение напоров вод в подугольных песках и доломитах.

По гидрогеологическому районированию всей территории Подмосковного бассейна Нелидово-Селижаровский угленосный район расположен в пределах второй и третьей зон со сложными и очень сложными гидрогеологическими условиями эксплуатации.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: