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

свободны от глинисто-илистых материалов, а также крупнозер­ нистых песков и галечников. По своим последствиям такие прорывы подземных вод при прочих равных условиях наименее опасны, если они происходят не на контакте со слабыми легко размывающимися горными породами.

Прорывы незагрязненной воды обычно бывают при пересечении горными выработками трещин и карстовых полостей, а также сбросо­ вых трещин, заполненных водой и не содержащих в себе мелкого обломочного материала и ила, и сообщающихся с другими такими же трещинами и полостями, заполненными чистой водой и образу­ ющими в целом большие подземные водные бассейны.

Прорывы в горные выработки загрязненной глинисто-илистыми частицами воды из трещиноватых и карстовых скальных пород

6

Рис. 2. Схемы прорывов плывуна в горные выработки:

а — на контакте с плотными водоупорными породами в кровле выработки; б — через слой недостаточных по мощности водо­ упорных пород в почве выработки

более опасны по своим последствиям, чем прорывы незагрязненной воды, вследствие того, что загрязненная вода, засоряя насосы, весьма быстро выводит их из строя, а также тем, что трещины и полости скальных горных пород, будучи частично заполненными глинистоилистыми материалами, плохо поддаются цементации.

Еще более опасны по своим последствиям прорывы воды в горные выработки с выносом песка и ила от размывания прорвавшейся водою песчано-глинистых пород. Такие прорывы обычно происходят на контакте слабых несвязных горных пород с трещиноватыми водо­ носными скальными породами или из трещиноватых водоносных скальных пород, перекрытых пластами слабых, легко размыва­ ющихся горных пород, которые при недостаточной мощности нередко прорываются напорными водами из скальных водоносных горных пород.

И, наконец, наиболее опасны по своим последствиям прорывы в горные выработки песков плывунного характера и плывунов, кото­ рые происходят или на контакте их с плотными и крепкими породами (рис. 2), или при недостаточной мощности плотных пород (рис. 2).

Во всех случаях самыми опасными по своим последствиям являются прорывы воды в горные выработки, при которых проис­ ходит размывание и разрушение пород вокруг горных выработок, что почти всегда влечет за собой их деформацию и разрушение.

Давление воды при внезапных прорывах в горные выработки из подземных водоносных горизонтов в зависимости от их мощности и глубины залегания от поверхности земли, гидравлической связи с другими вышележащими или нижележащими водоносными гори­ зонтами, а также поверхностными водоемами колеблется в довольно широких пределах — от безнапорных и в несколько атмосфер до не­ скольких десятков атмосфер. Схемы прорывов воды в горные выра­ ботки шахт из подземных водоносных горизонтов показаны на рис. 3.

Источниками внезапных прорывов воды в горные выработки шахт из подземных водоносных горизонтов являются:

1. Пересеченные горными выработками при проходке водоносные горные породы на контакте с плотными водоупорными породами (рис. 3, а, б);

Такие прорывы воды происходили на шахтах:

№ 1 «Кременная-Лисичанская» в Донбассе при проходке квер­ шлага на пласт угля м3 — из водоносных песчаников с притоком

200м3 /ч и давлением до 20 кгс/см2 ;

№3 «Буланаш» на Урале при проходке штрека — из водоносных песчаников и конгломератов опокового горизонта, залегающих

вкровле угольного пласта с притоком 300 м3 /ч;

№1 комбината Ленинградсланец при проходке штрека — из тре­ щиноватых и карстовых известняков 3-го таллинского водоносного

тюдгоризонта в кровле сланцевой пачки с притоком 500 м3 /ч; на Стойленском карьере КМА при проходке выработки около­

ствольного двора дренажной системы — при пересечении забоем зоны трещиноватых водоносных кварцитов с притоком 500—600 м3 /ч.

2. Пересеченные забоями проходимых горных выработок отдель­ ные водоносные трещины и карстовые полости, сообщающиеся с боль­ шими водными подземными бассейнами (рис. 3, в, г).

Такие прорывы воды происходили на шахтах:

«Восточная» Миргалимсайского рудника в Казахстане при про­ ходке восточного штрека 4-го горизонта — из пересеченной забоем водоносной трещины в известняках рудовмещающей толщи с при­ током 470 м3 /ч;

3. Пересеченные забоями проходимых горных выработок тектони­ ческие нарушения и сбросовые трещины, сообщающиеся с подзем­ ными водоносными горизонтами (рис. 3, д, е).

Прорывы воды из тектонических нарушений и сбросовых трещин происходили на шахтах:

«Восточная» Миргалимсайского рудника при пересечении горной

№ 7 «Нелидовская» в Подмосковном бассейне в южном откаточном штреке № 1 при разборке целика между встречными забоями из водоносных песков и известняков, залегающих в кровле угольного

№ 20 «Ломинцевская» в Подмосковном бассейне при рассечке сопряжения вентиляционного ствола надугольньши напорными во­ дами был прорван целик угля мощностью 1,5 м, оставленный в кровле

пород, заполненные глинисто-илистыми материалами, постепенно вымываемыми или выдавливаемыми сообщающимися с ними напор­ ными водами подземных водоносных горизонтов.

Внезапные прорывы воды в результате вымывания или выдавли­ вания напорными водами глинисто-илистого заполнения трещин (самопроизвольные прорывы воды) происходили на шахтах:

№ 11 «Мостовская» в Подмосковном бассейне в восточном венти­ ляционном штреке, пройденном и закрепленном рамами более чем за год до внезапного прорыва, в результате постепенного размывания в плотной глине, залегающей в кровле штрека, мелких трещин на­ порными водами в 2—2,5 кгс/см2 тульского и алексинского водоносных горизонтов. Максимальный приток воды при прорыве 500 м3 /ч сопро­ вождался значительным выносом песка;

№ 7 Кальинского рудника СУБРа в разведочной горной выра­ ботке, пройденной из главного откаточного штрека на гор. + 1 0 0 м задолго до прорыва из трещины на контакте известняков висячего бока с надрудными глинистыми сланцами, в результате постепенного вымывания и выдавливания заполнявшего эту трещину глинистоилистого материала, а также сланцевого прослоя напорными водами под давлением 3 кгс/см2 . Максимальный приток воды при прорыве 4300 м3 /ч. Шахта была затоплена;

«Скальная» в Кизеловском бассейне в квершлаге, пройденном в визейских известняках, задолго до прорыва в результате постепен­ ного размывания и выдавливания из трещины заполнявшего ее гли­ нисто-илистого материала произошел внезапный прорыв воды с при­ током 4000 м3 /ч. Шахта была затоплена.

6. Пересеченные горными выработками незатампонированные бу­ ровые скважины, пройденные через подземные водоносные гори­ зонты.

Прорывы воды из незатампонированных буровых скважин проис­ ходили на шахтах:

«Кузнецкая» в Кузбассе при пересечении горной выработкой разведочной скважины № 728 с притоком воды 200 м3 /ч;

им. 40 лет Октября в Кизеловском бассейне при подработке лавой разведочной скважины № 1381 с притоком воды 360 м3 /ч.

7. Вывалы и обрушения горных пород при ведении очистных работ под неосушенными водоносными горизонтами.

Такие прорывы воды и плывунов происходили на шахтах: «Буланаш» № 2/5 на Урале при отработке 3-го диагонального

столба по пласту угля 12-Г мощностью 4,5 м на участке V I поля гор. 130 м — из опокового горизонта с большим выносом угля и раз­ рушенных горных пород с притоком воды из прорыва 680 м3 /ч;

им. Кирова комбината Ленинградсланец при посадке кровли в лаве № 2 — из водоносных трещиноватых и карстовых известняков 3-го таллинского водоносного подгоризонта, залегающего в кровле сланцевой пачки, с притоком 1000 м3 /ч;

«Ново-Чайкино» в Донбассе при отработке пласта угля нижней

ные выработки пульпообразной массы общим объемом 4300 м3 с тяже­ лыми последствиями.

Характер внезапных прорывов воды из подземных водоносных горизонтов в горные выработки шахт в значительной мере опре­ деляется геологическими и гидрогеологическими условиями залега­ ния месторождений полезного ископаемого, структурой и текстурой пересекаемой горными выработками толщи пород, сечением водопроводящих пор и каналов в водоносных горных породах, запасами подземных вод, питающими источники внезапных прорывов, сооб­ щением подземных вод с поверхностными водоемами, а также гидро­ статическим давлением подземных вод в местах внезапных прорывов ее в горные выработки.

Рис. 4. График изменения притока воды при прорыве в вы­ емочный штрек шахты № 49 «Поплевпнская» в Подмо­ сковном бассейне

Взависимости от указанных факторов максимальный приток воды из прорывов, а также продолжительность их действия изме­ няются в весьма широких пределах. Притоки воды из одних и тех же прорывов во времени вне зависимости от максимального притока также изменяются во времени в довольно широких пределах и имеют вид кривых, представленных на рис. 4, 5, 6, 7, 8.

Всамом начале внезапного прорыва притоки воды обычно бывают незначительные, затем они в короткий промежуток времени (от не­ скольких десятков минут до нескольких часов, а в некоторых случаях суток) быстро возрастают и достигают своего максимального значе­ ния, продолжительность которого бывает от нескольких часов до не­ скольких суток, после этого притоки воды начинают медленно умень­ шаться и в ряде случаев с течением времени прекращаются совсем. Уменьшение притоков воды из прорывов после достижения ими

максимального значения происходит довольно медленно, и затем они стабилизируются примерно на уровне, соответствующем дина­ мическому притоку воды по порам, трещинам и каналам водоносных горных пород к месту прорыва воды.

На рис. 4 приведен график изменения притока воды из кратко­ временного прорыва в выемочный штрек шахты № 49 «Поплевинская»

в Подмосковном бассейне из надугольных водоносных песков. Про­

При непрерывном и длительном действии внезапных прорывов воды в горные выработки из подземных водоносных горизонтов

600,

происходит срабатывание статических запасов воды и иссякание источников прорывов, которые после срабатывания статических запасов воды работают на динамические притоки воды, поступающие

Т а б л и ц а f