Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Горнотехнические условия эксплуатации Центрального промышленного района Подмосковного бассейна

22.04.2020

Величина притоков, поступающих в горные выработки шахт из водоносных горизонтов, весьма различна и зависит от разнообразия гидрогеологических условий. Угольные месторождения района по степени их обводненности подразделяются на четыре группы (табл. 104).

По данным замеров шахтного водоотлива и дебита водопонижающих скважин на 1/I 1958 г., в пределах района откачивается воды около 60 000 м3/час (без учета водоснабжения). Откачками такого большого количества воды в течение длительного времени изменен режим подземных вод района, особенно режим упинского горизонта, из которого извлекается вода в основном водопонижающими скважинами. Повcеместно в пределах центральной части района произошло снижение уровней упинских вод (рис. 84).


На месторождениях Щекинском, Ломинцевском, в западной половине Липковского величина понижения уровня упинского горизонта в центре депрессионных воронок отдельных шахт достигает 45 м. В пределах Щекинского месторождения дальнейшее углубление воронок прекратилось; началось их заметное расширение и слияние в общую воронку, радиус которой превышает несколько километров. Явление стабильности наблюдается уже в продолжение 5—6 лет. Созданное депрессионное понижение неблагоприятно сказалось на водоснабжении г. Щекина и прилегающих к нему сельскохозяйственных районов.

По надугольному и тульскому горизонтам данных о динамике уровней в связи с осушением недостаточно. Остаточные напоры значительно превышают безопасные и составляют в надугольном горизонте более 6—10 м, а в тульском достигают 20 м. В связи с этим имеют место прорывы вод из кровли горных выработок с дебитом до 450 м3/час и выносы песка до 600—900 м3. Медленное изменение режима верхних горизонтов объясняется следующими причинами: а) осушение надугольного и тульского горизонтов, производится в недостаточных объемах; водопонизительные скважины на эти горизонты работают только на Гранковском и Ломинцевском месторождениях; б) осушительные скважины в надугольных песках имеют небольшой радиус влияния (до 500 м), так как пески глинисты и плохо отдают воду; в) тульские известняки сильно обводнены в местах прогибов, что не всегда учитывается при их осушении; г) в ряде случаев технически неправильно осуществляется отвод шахтных вод, которые при наличии густой сети оврагов, сложенных водопроницаемыми породами, вновь проникают в горные выработки.

Месторождения, представляющие резерв для развития угольной промышленности, расположены в северо-восточной части района и находятся в условиях естественного режима подземных вод, трудных для эксплуатации.

В зависимости от глубины залегания угольных пластов, степени их обводненности, состава пород кровли и почвы, закарстованности известняков доугленосного фундамента вышележащих толщ месторождения района можно разделить на четыре группы: первая характеризуется простыми; вторая — средней сложности; третья — сложными, четвертая — очень сложными условиями эксплуатации (см. табл. 104). Месторождения первой группы в настоящее время выработаны или вырабатываются (Болоховское, Оболенское, Скуратовское, южная часть Щекинского и Ломинцевского месторождений, Смородинское и др.); месторождения второй и третьей групп благодаря проведению осушительных мероприятий освоены или находятся в стадии освоения промышленностью; месторождения четвертой группы являются резервными.

В практике проектирования и строительства шахт на месторождениях Центрального промышленного района получили распространение три типа шахт с годовой производительностью 450, 300 и 200 тыс. т. Последние закладывались преимущественно на обособленных линзах или участках месторождений с вытянутой конфигурацией, сложными условиями залегания, неблагоприятными горнотехническими условиями.

Исходя из условий залегания рабочего пласта, состава и степени обводненности вмещающих пород и топографии местности, наиболее широкое применение получил способ вскрытия месторождений (шахтных полей) двумя вертикальными стволами. Проходка стволов производится с применением кессона и замораживания пород.

На месторождениях с преобладающей мощностью разрабатываемого пласта 1,6—3,5 м разработка ведется сразу на полную мощность пласта; на месторождениях с пластом мощностью более 3,5 м (Скуратовское, Ширино-Сокольническое, Урванское, Зубовское и др.) разработка осуществляется в два слоя с последовательной или одновременной выемкой слоев (с опережением очистного забоя в верхнем слое).

На всех месторождениях применяется система разработки длинными столбами с отработкой их лавами. Шахтные поля отрабатываются как от границ поля, так и от ствола. Длина выемочных столбов 300— 600 м, ширина (длина лав) 50—70 м. Способ управления кровлей— полное обрушение. Высота выемочных штреков соответствует извлекаемой мощности пласта (до 3,5 м). При правильном ведении работ выемочные штреки проходятся непосредственно у подошвы пласта. При благоприятных горнотехнических условиях проходка выемочных штреков осуществляется комбайнами ПК-2М. Выемка угля производится взрывным или машино-взрывным способом с подрубкой угля врубовыми машинами, а также комбайнами «Донбасс» и ВОМ-2.

Неглубокое (15—20 м) залегание угольного пласта на Люторическом и Кропотовском месторождениях позволило применить впервые в бассейне открытый способ разработки — проходку разрезных траншей и выемку угля экскаваторами. В течение 1956—1957 гг. на Люторическом месторождении были введены в эксплуатацию две траншеи Кимовского угольного карьера. Открытый способ разработки более эффективен, чем подземный; на Кимовском разрезе себестоимость угля ниже в 3,6 раза, чем средняя стоимость по комбинату «Тулауголь». Этот способ разработки должен получить дальнейшее развитие также и на других участках шахтных полей действующих и строящихся шахт с приемлемым коэффициентом вскрыши.

В горных выработках шахт наблюдается повсеместное выделение углекислого газа. При применении комбайнов резко увеличивается запыленность воздуха. Многократные исследования пород, пересекаемых выработками, на содержание свободной двуокиси кремния в строящихся и действующих шахтах показали, что угли содержат ее в количестве, не превышающем 1%. В глинистых породах в зависимости от степени песчанистости содержание свободной двуокиси кремния составляет 20—27%, увеличиваясь в алевритистых разновидностях до 40—55%; в песках же достигает 75—95%. Упинские известняки лишены свободной двуокиси кремния. Выработки по углю несиликозоопасны. Забои, пересекающие сухие песчаные породы, силикозоопасны, особенно при применении механического способа отбойки. Содержание свободной двуокиси кремния в воздухе забоев по сухим пескам (при работе отбойными молотками) на шахте 17 Липковского месторождения составляло от 12 до 32—37 кг/м3. Шахта в течение года была переведена на силикозный режим.

Вмещающие угольный пласт породы по составу подразделяются на глины тяжелые, местами пластичные; глины песчаные, в различной степени алевритистые и пески, в той или иной мере глинистые. Из глинистых разностей наибольшее распространение имеют песчаные глины; менее распространены глины пластичные. Содержание глинистых частиц в песчаных глинах не превышает 25%; в пластичных — оно достигает 70% и более. Естественная влажность глин колеблется в пределах от 18 до 25%; число пластичности от 7 до 26, в пластичных разностях 25—34. В естественных условиях глины находятся в полутвердом состоянии. Пористость их от 20 до 40%; способность к уплотнению средняя. Отношение глин к увлажнению различно: песчаные глины быстро размокают, не набухая при увлажнении, в них не наблюдается пучения; тяжелые глины размокают медленно, при увлажнении набухают и увеличиваются в объеме на 2—20%. Эти глины обладают способностью к пучению. Явления пучения наблюдались на шахтах Ломинцевских 25 и 23, Зубовской 4, Каменецкой 1, Смородинских 30 и 47, Бибиковской 1, Липковских 15 и 1, некоторых шахтах Ширино-Сокольнического месторождения.. Пучащиеся глины оказывают сильное давление на крепь; даже усиленное сплошное деревянное крепление выходит из строя в течение 4—6 месяцев службы. При этом элементы крепи разрушаются, выработки заполняются вспученной породой иногда на 3/4 своей высоты, искажается профиль откаточных путей. Свойственные перечисленным выше шахтам длительные периодические затопления и нарушения сплошности глин почвы при горных работах увеличивают интенсивность пучения. Наиболее интенсивное пучение свойственно подугольным глинам, в которых песчаные разновидности глин более редки. Во избежание излишних затрат на перекрепление выработок в местах пучения применяются железобетонная, бетонная, набивная, металлическая кольцевая и бетонитовая многошарнирная крепи.

Пески относятся к мелко- и тонкозернистым; содержание в них частиц диаметром 0,1—0,01 мм достигает 80—90%, содержание глины до 15%. В состоянии обводненности пески обладают большой плывучестью. Водоотдача их слабая. Срок действия забивных фильтров не более 3—5 месяцев. В связи с незначительной фильтрацией надугольных песков предварительное осушение их начинается на 5—6 месяцев раньше начала очистных работ. При выемке угля на участках непосредственного залегания песков в кровле оставляют обычно пачку угля мощностью 10—15 см.

Испытание грунтов на механическую прочность при естественной влажности показало, что наибольшее сопротивление сжатию оказывают тяжелые глины. Сопротивление глин растяжению меньше, чем сопротивление сжатию; угол внутреннего трения и коэффициент сцепления указывают на высокое сопротивление грунтов сдвигу. Результаты испытаний грунтов из горных выработок шахт Центрального промышленного района приведены в табл. 105.
Горнотехнические условия эксплуатации Центрального промышленного района Подмосковного бассейна

С повышением увлажнения, особенно при длительном затоплении, песчано-глинистые породы бобриковско-тульского возраста делаются неустойчивыми и вызывают необходимость постоянного крепления, полной и тщательной затяжки кровли и боков выработок, расшивки крепей, применения специальных видов крепления. Устойчивость вмещающих уголь пород в шахтах и откосах карьеров нельзя обеспечить без проведения соответствующих осушительных мероприятий и упорядочения отвода воды из подземных выработок и карьеров. Неустойчивость грунтов, связанная с их сильным увлажнением — один из основных факторов, порождающих оползневые процессы в откосах карьеров. С увлажнением обычно увеличивается объемный вес, уменьшается угол внутреннего трения и коэффициент сцепления пород, что способствует понижению сопротивления их сдвигу.

Инженерно-геологические свойства песчано-глинистых пород мезозойского и четвертичного возраста изучены недостаточно, так как открытый способ разработки углей находится в начальной стадии. В эксплуатации находится только один угольный карьер — Кимовский на Люторическом месторождении. Коренные откосы его невысоки (8—12 м) и пока устойчивы. Развитие оползней в бортах траншеи ослаблено искусственным снижением уровней подземных вод и отводом поверхностных вод.

Поступление воды в выработки происходит из пересекаемых водоносных горизонтов и частью из поверхностных водотоков и водоемов. В ряде случаев отмечено поступление воды с поверхности через устья шахт и скважин в периоды паводков и весеннего подъема уровней в поверхностных водотоках и водоемах. Наблюдается эпизодическое поступление воды из старых заброшенных и затопленных соседних выработок. Нередки неожиданные прорывы с большим притоком воды и с выносом песка, которые вызывают иногда полное прекращение работ на отдельных участках.

В настоящее время борьба с шахтными водами осуществляется при помощи водопонижающей системы скважин, оборудованных артезианскими насосами, с одновременным проведением осушительных мероприятий внутри шахты. Опыт эксплуатации последних лет показал, что водопонижение с поверхности — весьма эффективный способ борьбы с подземными водами. С его помощью освоены и успешно разрабатываются месторождения со Сложными гидрогеологическими условиями: Ширино-Сокольническое, Гранковское, Ломинцевское, Выглядовское, сильно закарстованное Щекинекое и др.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: