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

станции подбирается ее оборудование (компрессоры, конденсаторы, испарители и др.).

Для ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки наиболее удобны замораживающие установки, смонтированные на автомобильных или тракторных прицепах.

5. Производство работ

Засыпка воронок и провалов, образовавшихся на земной поверх­ ности при внезапных прорывах воды и плывунов в горные выработки в результате выноса в них размытых пород, может производиться мягкими и скальными горными породами из близрасположенных отвалов породы шахт, отвалов вскрышных пород карьеров или из­ лишних объемов земляных работ на строительстве. Желательно, чтобы в составе пород, применяемых для засыпки воронок и прова­ лов, были глинистые породы. При отсутствии их в составе пород отвалов необходимо специально завезти глины и при засыпке сделать слой глин мощностью 0,6—1,0 м для последующей изоляции атмо­ сферных осадков от засыпаемых воронок и провалов и сообщающихся с ними слабых горных пород. Все работы по засыпке воронок и про­ валов должны быть полностью механизированы. Погрузка породы из отвалов должна быть механизирована экскаваторами с прямой лопатой типов: Э-651 с ковшом 0,65 м3 , Э-801 с ковшом 0,8 м3 , Э-1003А с ковшом емкостью 1,0 м3 или другими аналогичными маши­ нами. Транспортирование породы от места погрузки к воронкам и провалам должно осуществляться автосамосвалами типов ГАЗ-САЗ-535 грузоподъемностью 3,5 т, ЗИЛ-ММЗ-555 грузоподъем­ ностью 4,5 т, МАЗ-503Б грузоподъемностью 7 т, КрАЗ-222Б грузо­ подъемностью 10 т или другими. Автосамосвалами производят и не­ посредственную засыпку воронок и провалов, образовавшихся на поверхности земли в результате внезапных прорывов воды и плыву­ нов в горные выработки. После заполнения воронок и провалов поро­ дой ее разравнивание и уплотнение производят тракторными буль­ дозерами.

Замораживающие скважины бурят станками колонкового буре­ ния, техническая характеристика которых представлена в табл. 24г или чаще всего станками роторного бурения, имеющими более высо­ кую производительность. Трест Шахтспецстрой для бурения замора­ живающих скважин использует роторные станки, техническая характеристика которых представлена в табл. 27.

Т а б л и ц а 27

Буровые станки типа БУШ2-150 используют для бурения замора­ живающих скважин глубиной до 150 м, станки типа УТЗ-2 — для

Конструкции замораживающих скважин зависят от геологиче­ ского разреза горных пород и способа бурения. Во всех случаях вначале бурят скважину под кондуктор на глубину до 5 м, обсажи­ вают ее обсадной трубой, выступающей над поверхностью земли не менее чем на 10—15 см, и затрубное пространство цементируют. Обсадная труба (кондуктор), служащая для придания буровому инструменту начального направления, должна быть установлен» особенно тщательно в вертикальном положении. Далее бурение сква­ жин с глинистой промывкой при отсутствии поглощающих пород ведут без обсадки их трубами.

При наличии поглощающих пород, над которыми залегают слабые неустойчивые породы, производят обсадку буровых скважин колон­ нами обсадных труб. Число колонн обсадных труб зависит от числа поглощающих горизонтов с залегающими над ними слабыми не­ устойчивыми горными породами. Начальный диаметр буровых

При ликвидации внезапных прорывов воды и плывунов в горные выработки с помощью искусственного замораживания горных пород бурение скважин должно производиться весьма тщательно, с заме­ рами на вертикальность через каждые 30 м. Предельное отклонение скважины от вертикали независимо от их глубины должно быть не более половины расстояния между скважинами.

Для замеров скважин на вертикальность применяют гирокомпасы и инклинометры. Наиболее совершенным прибором для измерения вертикальности буровых скважин является дистанционный инклино­ метр конструкции ВНИМИ, И-447-Д, с помощью которого съемка производится с автоматической регистрацией результатов измерения кривизны скважин и передачей их на поверхность в виде плана отклонения оси скважины в масштабе 1 : 10. Диаметр инклинометра 85 мм, предельная глубина измерения 700 м, скорость измерения 0,3 м/с. С помощью измерения устанавливают искривление скважин, на основе которого корректируется режим их бурения, а в необходи­ мых случаях исправление допущенных искривлений.

При бурении замораживающих скважин в местах прорыва плыву­ нов имеют место провалы инструмента при пересечении пустот, образовавшихся в результате выноса при прорыве размытых пород.

при ликвидации внезапных прорывов воды устанавливают в зависи­ мости от объема буровых работ и обычно принимают равным 1—2. Скорости бурения зависят от геологического разреза горных пород, диаметра и глубины скважин, типа буровых станков и других фак­ торов. Для предварительных расчетов в зависимости от типов станков скорость бурения замораживающих скважин может быть принята следующая, м/мес:

Меньшие из приведенных скорости бурения следует принимать в более прочных горных породах и большие в слабых и мягких породах.

Бурение скважин для образования ледопородных перемычек производят рядами, при этом в первую очередь бурят центральные ряды и во вторую очередь боковые.

Замораживание горных пород для образования ледопородной перемычки при ликвидации внезапных прорывов плывунов в горные выработки шахт применяют зональное. Его ведут на сравнительно небольших участках, находящихся на значительной глубине от по-

в горные выработки шахт наиболее целесообразна, так как она позволяет ускорить процесс образования ледопородной перемычки

с помощью замораживания и наряду с этим уменьшает возможность образования в ней незамороженных «мешков». При рассматриваемой схеме образования ледопородной перемычки в первую очередь сле­ дует бурить и замораживать центральные ряды скважин и во вторую очередь периферийные.

Контроль процесса замораживания при ликвидации внезапных прорывов воды производится по замерам объема циркулирующего рассола, перепаду температур прямого и обратного рассола в замора­ живающих колонках и замеру температуры горных пород в терми­ ческих скважинах.

После истечения проектного срока активного замораживания горных пород и подтверждения замерами в термических скважинах достижения породами проектной температуры переводят заморажи­ вающую установку на пассивное замораживание и приступают к пробной откачке воды из затопленных выработок или ее выпуску из-за водонепроницаемых перемычек, и если приток воды при этом не превышает нормального из этих выработок, то приступают под прикрытием ледопородной перемычки к расчистке, восстановлению и перекреплению заплывуненных горных выработок.

Восстановление затопленных выработок начинается сразу после откачки из них воды и организации проветривания. Оно заключается в расчистке горных выработок от вынесенного при прорыве ила, плывуна или размытых горных пород, ремонте и замене поврежден­ ной при прорыве крепи горных выработок, расчистке и ремонте водоотливных канав и рельсовых путей и восстановлении подземных коммуникаций (водопровода, силовой кабельной и осветительной сети, сигнализации).

При откачке воды, а также при последующем восстановлении горных выработок производят систематические замеры газа и пробы рудничного воздуха, и в зависимости от них организуется интенсив­ ное проветривание выработок за счет общешахтной вентиляционной струи, подаваемой вентиляторами главного проветривания, а также за счет обособленного проветривания отдельных выработок вентиля­ торами частичного проветривания.

После откачки статического запаса воды, скопившейся в горных выработках в результате внезапного прорыва, приступают к рас­ чистке горных выработок и восстановлению их участками по 5—10 м в зависимости от последствий аварии.

После восстановления выработки на длину 50—100 м на вос­ становленном участке производят работы по ремонту и восста­

ющей или задерживающей перемычки разбирают ее стенки в напра­ влении сверху вниз, сохраняя крепь. В случае, если породы за пере­ мычкой приходят в движение, разборку перемычки приостанавли­ вают до окончания сдвижения размытых пород за перемычкой. С другой стороны перемычки убирают породу в вагонетки, и их откатывают к околоствольному двору.

Размытые горные породы в вагонетках откатываются к около­ ствольному двору и оттуда клетевыми подъемами выдаются на поверхность.

При подходе к ледопородной перемычке работы по расчистке и перекреплению выработок должны вестись особенно тщательно, небольшими участками, не превышающими по длине расстояния между двумя рамами. При подходе к перемычке в замороженной зоне также необходимо вести передовое бурение, с помощью которого определяются контуры ледопородной перемычки и устанавливается их соответствие проектным размерам. При входе в замороженную зону с помощью передового бурения и замеров температуры в про­ буренных скважинах устанавливают размеры ледопородной пере­ мычки и фактическую температуру замороженных горных пород и производят их сопоставление с расчетными данными. В случае, если фактические данные меньше расчетных, восстановление заплывуненных выработок в пределах замороженной зоны приостанавли­ вается, замораживающая установка переводится с пассивного на активное замораживание, которое длится до получения ледопородной перемычкой проектных размеров и проектной температуры, после

мораживании горных пород в сечении выработки забой при установке постоянной крепи закрывают досками, которые поочередно сверху вниз при следующей заходке снимают, породу за ними выбирают лопатами на одну заходку и забой после выемки породы в той же последовательности закрывают досками.

По окончании проведения и перекрепления участка в пределах замороженной зоны и отхода от нее на 5—10 м по целику породы работы по проведению приостанавливают. Из замораживающих труб, попадающих в сечение горной выработки, удаляется замора­ живающий рассол, после чего эти трубы в сечении выработки сре­ заются и в них из выработки устанавливают заглушки. Далее эти трубы или тампонируют с поверхности, или обрезают с помощью бурового станка на 5—6 м выше кровли выработки и извлекают из скважин с одновременным их тампонированием. После этого замораживающую установку переводят на работу по оттаиванию, которое ведут подогретым рассолом хлористого кальция, через периферийные замораживающие скважины, не попавшие в сечение горной выработки.

По окончании оттаивания замораживающие колонки извлекают из скважин при одновременном тампонировании последних. В случае невозможности извлечения замораживающих колонок они оста­ вляются навсегда и тампонируются.

6. Примеры из практики

На шахте «Чайкино-Южная» в Донбассе наклонный ствол с диаметром 2,5 м, закрепленный бетонитовой крепью, был пройден обычным способом на длину 115 м по наклону и закреплен от поверх-

ности земли на длину 70 м бетонитовой крепью и от 70 до 115 м временной крепью. Сооружение наклонного ствола по неустойчивым наносам сопровождалось их выпуском и выносами плывуна, в связи с чем на поверхности образовались три воронки обрушения: диа­

на постоянную бетонитовую) снизу вверх с глубины 103 м удалось

ботки. При попытке перекрепить бока и кровлю этого участка в усло­ виях усиленного горного давления произошел прорыв плывуна общим объемом около 260 м3 , которым наклонный ствол был запол­ нен от 63 до 115 м по наклону. Ликвидация аварии осуществлялась с применением искусственного замораживания с поверхности земли. Для этой цели на поверхности предварительно были засыпаны гор­ ными породами и утрамбованы все три провальные воронки. Далее с поверхности земли в зону незакрепленного постоянной крепью участка ствола, на котором произошел прорыв плывуна, станками колонкового бурения было пробурено 30 вертикальных заморажива­ ющих скважин глубиной от 36 до 45 м. Схема ликвидации аварии и расположение замораживающих скважин показаны на рис. 82.

Бурение скважин вели с промывкой глинистым раствором. При бурении через насыпанную в воронку породу имелись осложнения, связанные с ее осадкой и уходом глинистого раствора, в результате чего пришлось пробурить дополнительно пять новых скважин. Диа­ метр замораживающих скважин был принят 148 мм при диаметре замораживающих труб 114 мм. Одновременно с бурением замора­ живающих скважин на поверхности была смонтирована аммиачная замораживающая установка с двумя аммиачными компрессорами типа 4АУ-15 холодопроизводительностыо по 150 000 ккал/ч. По окончании бурения всех замораживающих скважин и оборудования их замораживающими колонками приступили к активному замора­ живанию горных пород, которое вели в течение 70 суток. Общий объем замороженных пород составил 4000 м3 . После активного замораживания замораживающую установку перевели на пассив­ ное и приступили к расчистке наклонного ствола от замерзшего плывуна. После расчистки ствола его участок на глубине 79—70 м от поверхности земли, на котором произошел прорыв плывуна, был освобожден от деформированной временной крепи и закреплен постоянной кольцевой замкнутой монолитной железобетонной крепью толщиной 56 см.

На шахте № 3 «Бегичевская» в Подмосковном бассейне обычным способом на глубине 17 м от поверхности земли по пласту угля был пройден главный откаточный штрек сечением в свету 6,1 м 2 и вчерне 11,6 м 2 с креплением неполными деревянными рамами. При после­ дующем профилировании штрека и частичном его перекреплении

под электровозную откатку была нарушена оставленная в кровле штрека пачка угля, в результате чего в перекрепляемый штрек произошло несколько небольших прорывов мелкозернистого песка (плывуна), которые ликвидировали с помощью забивки косой забив­ ной крепи. Однако при ликвидации прорывов плывуна в одном месте

А-А

Рис. 82. Схема ликвидации прорыва плывуна в наклонный ствол шахты «Чай- кино-Южная» с помощью искусственного замораживания:

замороженные породы

они возникали в других местах, пока в штреке не произошел крупный прорыв с выносом около 1800 м 3 плывуна, которым штрек был за­ полнен на протяжении 50 м. При прорыве на поверхности земли образовалась над штреком провальная воронка эллипсовидной формы с размерами 20 X 30 м и глубиной 12 м. Положение штрека после прорыва показано на рис. 83. Для предотвращения дальней­ шего распространения плывуна по главному откаточному штреку примерно в 50 м друг от друга в нем по обе стороны от места прорыва были установлены деревянные перемычки, которые приостановили

распространение плывуна. Дальнейшую ликвидацию прорыва плы­ вуна в главный откаточный штрек и его восстановление было решено осуществить с помощью замораживания. Провальная воронка над

Рис. 83. Положение главного откаточного штрека шах­ ты № 3 «Бегпчевская» после прорыва плывуна:

1 — откаточный штрек; 2 — перемычка; 3 — затопленная часть штрека; 4 — провальная воронка

штреком была засыпана горными породами и тщательно утрамбо­ вана, после чего приступили к бурению замораживающих скважин. Замораживающие скважины в количестве 80 штук расположили над заплывуненным штреком, вдоль его оси, тремя рядами (рис. 84).

Рис. 84. Расположение замораживающих скважин при ликвидации прорыва плывуна в главный откаточный штрек шахты № 3 «Бегичевская»

Скважины бурили глубиной 17 м в центральном ряду до кровли штрека и глубиной 23,2 м в боковых рядах с учетом их заглубления на 1,7 м в почву штрека. На бурение замораживающих скважин было затрачено 30 сут. Одновременно с бурением скважин произ­ водили монтаж и подготовку холодильной установки к заморажива­ нию горных пород.

Замораживающая установка состояла из трех аммиачных агре­ гатов с компрессорами АУ-150 общей холодопроизводительностью