книги из ГПНТБ / Калмыков Е.П. Борьба с внезапными прорывами воды в горные выработки

Е. П. Калмыков

БОРЬБА С ВНЕЗАПНЫМИ ПРОРЫВАМИ ВОДЫ

В ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О «Н Е Д Р А» МОСКВА 1973

увеличение производства промышленной продукции на 42—46%. Это потребует значительного развития горнодобывающей промыш­ ленности и освоения ряда новых месторождений полезных ископа­ емых. Дальнейшее развитие угольной, горнорудной и горнохими­ ческой промышленности наряду с реконструкцией и расширением производства на действующих предприятиях потребует строитель­ ства большого числа новых шахт и рудников, значительная часть которых будет строиться в сложных горногеологических усло­ виях.

При строительстве и эксплуатации шахт на месторождениях по­ лезных ископаемых, залегающих в сложных горногеологических условиях, довольно часто происходят внезапные прорывы воды в горные выработки. Источниками внезапных прорывов воды в гор­ ные выработки являются окружающие их или пересекаемые ими водоносные горные породы, затопленные горные выработки соседних шахт или отработанных участков действующих шахт, поверхностные водоемы, подрабатываемые горными работами, а также ливневые и паводковые воды.

Большинство всех внезапных прорывов воды в горные выработки (до 90%) происходит из окружающих их водоносных горных пород, и, как показала практика строительства и эксплуатации шахт на месторождениях со сложными горногеологическими условиями, от внезапных прорывов воды в горные выработки полностью не гаран­ тируют ни детальная геологическая и гидрогеологическая изучен­ ность, ни применяемые специальные способы проведения выработок.

Внезапные прорывы воды в горные выработки сопровождаются

что значительно осложняет ликвидацию прорывов. В результате внезапных прорывов воды часто происходит частичное или полное затопление выработок, деформация и разрушение их крепи и, как следствие, прекращение в них работ на значительное время, необхо­ димое для ликвидации аварий.

В практике угольной и горнорудной промышленности имеется много случаев, когда затопленные и деформированные при внезапных

прорывах воды и плывунов горные выработки восстановить оказы­ валось невозможным и они забрасывались навсегда. В некоторых случаях внезапные прорывы воды и плывунов в горные выработки сопровождались тяжелыми последствиями.

Несмотря на значительное число внезапных прорывов воды, происходящих при строительстве и эксплуатации шахт в сложных горногеологических и гидрогеологических условиях, большие труд­ ности и материальные затраты, связанные с ликвидацией аварий, специальная техническая литература по борьбе с внезапными про­ рывами воды и плывунов в горные выработки шахт, за исключением описания отдельных примеров, отсутствует. Для восполнения этого пробела в книге автором обобщен накопленный в СССР и за рубежом опыт ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки шахт, произведена систематизация и дано описание наиболее рас­ пространенных методов борьбы с внезапными прорывами воды и плы­ вунов в горные выработки шахт в различных горногеологических условиях. В книге автор преследовал цель дать нашим инженернотехническим работникам, работающим в области строительства и эксплуатации шахт на месторождениях со сложными гидрогеологи­ ческими условиями, практическое пособие по борьбе с внезапными прорывами воды и плывунов в горные выработки шахт.

Все замечания и указания по данной книге будут приняты авто­ ром с благодарностью. Автор выражает благодарность проф., докт. техн. наук Н. Г. Трупаку за ценные замечания, сделанные им при рецензировании рукописи, и проф., докт. техн. наук Н. М. По-, кровскому за советы при работе над рукописью.

Г л а в а 1

ВН Е З А П Н Ы Е ПРОРЫВЫ ВОДЫ В ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ

ША Х Т И МЕТОДЫ ИХ ЛИКВИДАЦИИ

1. Внезапные прорывы воды в горные выработки шахт

При строительстве и эксплуатации шахт на месторождениях полезных ископаемых, залегающих в сложных геологических и гидро­ геологических условиях, довольно часто происходят внезапные прорывы воды в горные выработки.

Внезапными прорывами воды называются дополнительные ее притоки, неожиданно возникающие при пересечении горными выра­ ботками водоносных пород или отдельных водоносных трещин и кар­ стовых полостей, вывалов породы и тектонических нарушений, сооб­ щающихся с подземными водоносными горизонтами, затопленными горными выработками, или поверхностными водоемами.

Обычно внезапность прорывов воды в горные выработки объяс­ няют недостаточной гидрогеологической изученностью пересекаемых ими горных пород. Однако практика показала, что даже при доста­ точной гидрогеологической изученности и хорошо организованном бурении передовых контрольных скважин не всегда удается избежать внезапных прорывов воды в горные выработки.

Основными источниками внезапных прорывов воды в горные выработки шахт являются: поверхностные водоемы (моря, озера, пруды, водохранилища, реки и другие); поверхностные ливневые и паводковые воды; подземные водоемы в старых затопленных выра­ ботках; подземные водоносные горизонты, приуроченные к водонос­ ным горным породам, вмещающим месторождения полезных ископаемых.

Из общего числа внезапных прорывов воды в горные выработки шахт примерно только до 10—15% приходится на прорывы воды из поверхностных водоемов, ливневых и паводковых вод, из старых затопленных горных выработок; 85—90% приходится на прорывы воды из подземных водоносных горизонтов.

Внезапные прорывы воды из поверхностных водоемов, ливневых и паводковых вод характеризуются, как правило, огромными при­

и паводковых вод в горные выработки, затоплявшие шахты, сопро­ вождались очень тяжелыми последствиями.

На руднике Хигашимизоте в Японии при разработке месторожде­ ния под морским дном была пересечена сбросовая трещина, сообща­ ющаяся с морем. По этой трещине произошел внезапный прорыв морской воды в горные выработки шахты, в результате которого погибло 247 человек горняков, находившихся в шахте.

На руднике Воркингтон, расположенном на западному берегу Англии, при разработке угольного пласта под морским дном после очередного обрушения кровли в одном из очистных забоев произошел по трещине внезапный прорыв морской воды в горные выработки,

врезультате которого погибло 37 человек.

Вянваре 1970 г. в ПНР на буроугольной шахте «Калавск» из водохранилища, расположенного на поверхности, произошел вне-

запный прорыв воды в горные выработки шахты. В результате спаса­ тельных работ при прорыве из 42 горняков, находившихся в шахте, было спасено 37 человек.

На шахте «Дукла» в ЧССР в результате сильных ливней в июне 1970 г. произошел внезапный прорыв ливневых вод в горные выра­ ботки. Прорыв ливневых вод был настолько интенсивным, что в тече­ ние сравнительно короткого промежутка времени все горные выра­

На шахте «Бунгурская» в Кузнецком бассейне произошел вне­ запный прорыв воды из старых затопленных горных выработок отработанного горизонта + 2 8 0 м в горные выработки нижележащего действующего горизонта с притоком воды 400 м3 /ч.

Внезапные прорывы воды из старых затопленных горных выра­

водоемов, /Ливневых и паводковых вод, однако они представляют значительную опасность для работающих под землей и нередко сопровождаются тяжелыми последствиями.

Наиболее тяжелые последствия случились при внезапном про­ рыве воды из старых затопленных горных выработок в действующие

Прорывы воды из старых затопленных горных выработок в дей­ ствующие в основном происходят в результате пересечения при проходке новыми выработками старых затопленных выработок, вследствие сообщения между собой действующих и затопленных выработок по трещинам горных пород и полезного ископаемого, а также в результате изменения гидрогеологического режима под­ земных вод и создания в затопленных выработках с течением времени больших дополнительных напоров воды.

прорывов воды из подземных водоносных горизонтов при стро­ ительстве и эксплуатации шахт на месторождениях, залегающих в сложных гидрогеологических условиях, колеблется в довольно широких пределах — от нескольких единиц до нескольких де­ сятков.

На сланцевой шахте им. Кирова в Ленинградской области было 26 внезапных прорывов воды из таллинского водоносного подгоризонта, представленного трещиноватыми и карстовыми водоносными известняками с притоком до 1000 мГ1/ч.

При проходке околоствольных выработок на Южном руднике СУБРа произошло 25 внезапных прорывов воды из водоносных карстовых известняков с притоком от 100 до 500 м3 /ч.

При проходке выработок околостволыгого двора на шахте «Подлесная» (б. № 25 «Ломиндевская») в Подмосковном бассейне про­ изошло 8 внезапных прорывов воды из подугольных песков с при­ током до 200 м3 /ч.

За 1,5 года на шахте № 11 «Мостовская» в Подмосковном бассейне было 70 прорывов тульско-алексинских вод в штреки, из них только в главном вентиляционном штреке шахты произошло 34 внезапных прорыва воды с притоком до 500 м3 /ч и другие.

В зависимости от конкретных геологических и гидрогеологи­ ческих условий залегания вмещающих месторождения полезных ископаемых горных пород подземные водоносные горизонты бывают приурочены к пластам слабых несвязных и крепких трещиноватых горных пород.

Слабые несвязные горные породы, особенно пески и галечники, будучи в значительной степени обводнены, создают большие затруд­ нения при проведении горных выработок. Прочные скальные по­ роды, подвергнувшиеся тектоническим нарушениям и длительному выщелачиванию (мергели, мелы, известняки, доломиты), имеют сильную трещиноватость и закарстованность. Трещины и карстовые полости в них, заполненные водой, образуют большие водные под­ земные бассейны, обладающие колоссальными запасами воды. Про­ ведение горных выработок в таких породах наталкивается на значи­ тельные трудности.

Среди напластований слабых несвязных водоносных горных пород, а также трещиноватых и карстовых водоносных скальных пород залегают иногда на очень значительном протяжении пласты водоупорных горных пород, которые, разделяя пласты водоносных горных пород, образуют на месторождениях полезных ископаемых несколько водоносных горизонтов. Однако, как показали исследо­ вания и практика строительства и эксплуатации шахт и разрезов в различных угольных и рудных бассейнах СССР, все водоносные горизонты, как правило, сообщаются между собой, образуя подзем­ ные водные бассейны, питаемые атмосферными осадками, выпада­ ющими на поверхности земли, а в некоторых случаях и поверхно­ стными водами, реками, озерами. Как правило, откачка воды из нижних водоносных горизонтов неизбежно влечет за собой пони­ жение уровня воды в верхних водоносных горизонтах, а в некоторых случаях и к обмелению и осушению поверхностных водоемов.

При проведении горных выработок, а также и при очистных работах слабые несвязные горные породы и трещиноватые скальные, будучи в значительной степени обводненными, являются источниками прорывов подземных вод.

Притоки воды при прорывах из подземных водоносных горизон­ тов в горные выработки шахт в зависимости от геологических и гидро­ геологических условий колеблются в весьма широких пределах — от нескольких десятков до нескольких тысяч м3 /ч.

Прорывы воды в горные выработки из слабых несвязных водо­ носных пород вследствие небольших водопроводящих (пор) каналов

характеризуются сравнительно небольшими притоками воды и зна­ чительным выносом размытых пород, который достигает нескольких сотен и даже тысяч м 3 и заполняет горные выработки на значитель­ ном протяжении.

На шахте «Киреевской» в Подмосковном бассейне приток воды при прорыве в забое главного вентиляционного штрека из водонос­ ных надугольных песков составлял 15—20 м3 /ч, при прорыве было вынесено 600 м3 песка. На той же шахте при проходке вентиляцион­ ного канала к вентиляционному стволу приток воды при прорыве в забое из надугольных песков составил сначала 60 м3 /ч, затем сни­ зился до 25 м3 /ч, при этом в горные выработки из прорыва было вынесено 5700 м 3 песка.

Прорывы воды в горные выработки из трещиноватых и карстовых скальных водоносных пород вследствие значительных водопроводящих каналов (трещин и карстовых полостей) характеризуются часто большими притоками воды, доходящими до тысячи м3 /ч и более, и почти полным отсутствием или незначительным выносом размытых горных пород.

На шахте «Первомайская» в Донбассе при пересечении забоем штрека сбросовой трещины, сообщавшейся с водоносным песчаником

рыв воды из сильно обводненных карстовых известняков с притоком 1800 м3 /ч.

Самый большой прорыв воды из подземных водоносных гори­ зонтов был при отработке верхней части Прокопьевского угольного месторождения в Кузбассе Центральной штольней. При проведении штрека из этой штольни по пласту Лутугинскому забоем были пере­ сечены водоносные горельники, приток воды из которых при прорыве составил 25 000 м3 /ч.

В сложных горногеологических условиях бывают случаи, когда прорывы подземных вод происходят одновременно из слабых не­ связных и крепких трещиноватых скальных водоносных пород, а также случаи, когда прорывы воды в горные выработки из слабых несвязных водоносных пород влекут за собой прорывы воды из залегающих под ними или над ними крепких трещиноватых водонос­ ных скальных пород. Например, на шахте № 7 «Нелидовская» в Под­ московном бассейне из водоносных песков и известняков, залега­ ющих в кровле угольного пласта, приток воды при прорыве составлял 600 м3 /ч, вынесено песка в горные выработки более 10 тыс. м3 .

Во всех рассматриваемых случаях различают прорывы в горные