Обновлено: 05.07.2024

Существует несколько вариантов защиты горных выработок от затопления водой из подработанных водных объектов или соседнего затопленного рудника:

1. Оставление рудного (породного) барьерного целика между действующими выработками и водным объектом. Толщина целика определяется расчетным путем с учетом гидростатических напоров, воздействующих на целик, прочностных и деформационных свойств пород (руд), их трещиноватости и фильтрационных характеристик. Недостаток этого варианта в том, что в рудном барьерном целике оставляют значительное количество полезного ископаемого в виде потерь.

2. Изоляция действующих выработок от возможных прорывов воды путем сооружения водонепроницаемых перемычек.

Второй вариант более предпочтителен, так как он более экономичен и позволяет более оперативно управлять технологическими и водозащитными процессами.

Водонепроницаемые перемычки бывают сплошные (глухие) и с герметическими дверями. И те и другие конструктивно выполняются клинчатыми и безврубовыми.

Особенность клинчатых перемычек в том, что они своими боковыми (коническими) гранями опираются на массив горных пород, что позволяет им работать на сжатие и на срез. Клинчатые водонепроницаемые перемычки бывают одно- и многоступенчатые (рис. 9.11). Последние применяют при больших гидростатических давлениях подземных вод или в случае, когда длина одноступенчатой клинчатой перемычки больше 3 м.

Рис. 9.11. Одноступенчатая (а) и многоступенчатая (б) клинчатая водонепроницаемая перемычка: 1 — дренажная труба; 2 — задвижка

К достоинствам всех вариантов клинчатых перемычек относятся их большая надежность и устойчивость при действии гидростатических давлений воды и меньшая толщина по сравнению с безврубовыми. Недостаток их — высокая трудоемкость сооружения, особенно в условиях больших притоков воды, и сложность сооружения в эксплуатирующейся (например, транспортной) выработке. Кроме того, клинчатые перемычки целесообразно сооружать в породах крепких и средней крепости.

Если породы, где предстоит соорудить водонепроницаемую перемычку, не допускают необходимых обнажений, при больших водопротоках и ограничении по времени сооружения, то выбирают безврубовую конструкцию перемычки (рис.9.12).

Рис. 9.12. Безврубовая прямоугольная водонепроницаемая перемычка.

Безврубовые перемычки по внешнему контуру соприкасаются с поверхностью горной выработки, поэтому они оказывают сопротивление действию давления воды за счет сил сцепления боковой поверхности с поверхностью горных пород.

Эта конструкция перемычек менее надежна в работе, имеет меньшую устойчивость и сопротивляемость давлению подземных вод. Однако она более экономична и дает возможность в короткие сроки изолировать горные выработки от затопления, особенно при неустойчивых породах.

В зависимости от ожидаемого гидростатического давления и, конструкции перемычек их толщина может быть от 2—3 до 25 м.

Конкретные размеры водонепроницаемых перемычек требуемой прочности определяются расчетом. Среди предложенного ряда методов расчета перемычек простотой и логичностью отличается метод Е.П. Калмыкова [Калмыков Е.П. Борьба с внезапными прорывами воды в горные выработки. – М.: Недра, 1973]. По этой методике расчет клинчатых перемычек производят на статическую прочность на сжатие и срез, а также на допустимую водопроницаемость.

В основу расчётной схемы положены предположения, что под воздействием гидростатического давления Рперемычка стремится сдвинуться вдоль оси выработки. Этому сдвигу препятствуют силы реакции горных пород Q при распоре перемычки на них. Если пренебречь собственной массой перемычки, то тогда толщина клинчатой перемычки может быть определена зависимостью:

2 (π/2 + 1) tgα│m σ_сж [(π/2 + 1) a + 2b₁] 2 ⌡

где а — ширина выработки, м; b₁ — высота выработки от почвы до пяты свода, м; Р_г — интенсивность гидростатической нагрузки, т/м 2 ; α — угол наклона боковых граней перемычки, градусы; σ_сж — предел прочности бетона на сжатие, т/м 2 ; λ = 1,2 ÷ 1,3 — коэффициент перегрузки; m= 0,5 + 0,6 — коэффициент условий работы.

Расчет безврубовых перемычек производят на устойчивость и водопроницаемость. Безврубовая прямоугольная водонепроницаемая перемычка находится под воздействием гидростатического давления воды Р, которая стремится сдвинуть перемычку вдоль оси горной выработки. Этому сдвигу препятствуют силы сцепления Fперемычки с окружающими породами. Предельное равновесие перемычки описывается зависимостью.

Σ Х = Р – F = 0.(9.22)

Гидростатическое давление воды Р может быть выражено:

где S_п — площадь поперечного сечения выработки вчерне, м 2 .

На основании зависимостей (9.22) и (9.23) получена формула для расчета толщины Вбезврубовой перемычки:

где τ_с — сцепление бетона с породами, т/м 2 (в СИ измеряется в кН/м 2 ); можно принимать τ_с = (0,7 + 0,8) τ_б; τ_б – сцепление в бетоне, т/м 2 , П — периметр горной выработки.

Считая, что просачивание воды через бетон происходит по закону Дарси, а также принимая, что практически перемычку можно считать водонепроницаемой, если через нее просачивается воды не более 0,5 м 3 /сут., зависимость для расчета водонепроницаемости любой бетонной перемычки представляется в виде:

где k— коэффициент водопроницаемости бетона (коэффициент фильтрации), который можно принять равным k = 0,000015 + 0,000035 м/ч); Н_о— давление воды, м/м 3 ; S — площадь сечения выработки, м 2 .

Окончательная толщина перемычки принимается наибольшей из полученных по (9.21) и (9.25) или (9.24) и (9.25).

Источникам поступления воды и затопления действующих выработок могут быть поверхностные водоемы; затопленные выработки соседних шахтопластов и близлежащих пластов в свите, залегающие над или под действующими выработками и связанные с ними естественными и искусственными нарушениями; обводненные зоны и затопленные выработки разрабатываемого пласта, в общем случае удаленные от действующих выработок не более чем на 200 м; незатампонированные геологоразведочные и технические скважины. Существенные предпосылки к затоплению выработок проявляются при разработке водоносных и обводненных участков месторождениях, характеризующихся наличием плывуном, карстовых вод и др. Одним из источником затопления выработок является прорывы глины и пульпы, используемые в шахтах в качестве заиловочных материалов.

Поражающими факторами при прорывах воды является затопление действующих горных выработок и возможное попутное поступление вредных газов, таких как метан, сероводород, диоксид углерода и др.

Вследствие нарушения проветривания при затоплении в газообильных шахтах возможно загазирование выработок до взрывоопасных концентраций метана.

Общим и определяющим требованием к предотвращению затопления действующих выработок являются требования к водоотливу шахты. Системы водоотлива шахты или горизонта должны удовлетворять требованию невозможности затопления действующих выработок от притока подземных вод: объем водосборников должен быть не менее 4-часового максимального притока воды для главного водоотлива и 2-часового для участкового без учета заиливания, которое не должно превышать 30% их объема; подача каждого рабочего и резервного насосного агрегата должна обеспечивать откачку максимального суточного притока воды не более чем за 20 ч.

Определение границ зон, опасных по прорывам воды из затопленных выработок, проектирование и ведение любых горных и буровых работ в этих зонах осуществляется в соответствии с бассейновой Инструкцией по безопасному ведению горных работ у затопленных выработок и Указаниями о порядке и контроле безопасного ведения горных работ в опасных зонах.

Границы таких опасных зон устанавливаются в зависимости от надежности определения размеров затопленных выработок: по границам барьерного целика на пластах с достоверно известным контуром затопленной выработки или по зоне между недостоверно известным контуром затопленных выработок и границей безопасного ведения горных работ.

При проектировании работ на пластах, залегающих под или над пластом с затопленными выработками, опасными по прорывам воды, принимаются зоны предохранительных целиков. Определение ширины барьерных целиков, границ безопасного ведения горных работ и размеров предохранительных целиков должно производиться в специальных проектах в соответствии с требованиями действующих инструктивных материалов.

Возможность безопасной выемки угля под водотоками, водоемами, водоносными горизонтами и обводненными зонами определяется в соответствии с Правилами охраны сооружений и природных объектах от вредного влияния подземных горных выработок на угольных месторождениях.

Провалы на земной поверхности, образовавшиеся вследствие горных разработок, должны быть засыпаны и оборудованы отводами по руслу возможного водотока.

Устья действующих и погашенных стволов, шурфов, штолен и технических скважин должны быть защищены, в том числе в случае оседания земной поверхности, от проникновения поверхностных вод в действующие выработки.

Заиленные участки, в которых обнаружена вода или пульпа, приравниваются к затопленным выработкам.

Действия ВГЧС при затоплении горных выработок водой

Затопление горных выработок водой с тактической точки зрения характеризуется следующим образом.

1. Затопление может быть постепенным — при выходе из строя водоотливных средств или быстрым и бурным — при прорыве воды из подземных или поверхностных водоемов (старые затопленные выработки, водосборники, пруды, речки, скопления воды при дождевых ливнях).
2. Местами прорывов могут быть забои при встрече их с водоносными породами, шурфы, скважины и др.
3. Количество прорвавшейся воды может быть небольшим (несколько сот кубических метров) и достигать сотен тысяч кубических метров.
   Затопления бывают локальными (охватывают отдельный участок, насосные водоотливные сооружения) и глобальными, когда затапливаются все выработки шахты.
4. Одновременно с водой в выработки проникают ядовитые и удушающие газы (сероводород, углекислый газ, метан), которые делают атмосферу непригодной для дыхания.
5. Затопления, происходящие быстро, с проникновением в горные выработки огромных масс воды, обычно являются причиной выноса крепи и завалов выработок, заиливанием их и несчастных случаев с людьми.

Задачами ВГСЧ при затоплении выработок являются действия , направленные на оказание помощи людям, застигнутым аварией; предохранение шахты от дальнейшего затопления (сооружение оградительных комплексов в подступах к центральным водоотливам, электроподстанциям) и проветривание выработок в случае загазирования.

Если сооружение преграждающих комплексов в выработках, подводящих в насосные камеры, невозможно, вода должна быть спущена по уклонам и другим выработкам на нижележащие горизонты (если с них выведены люди).

ДЕЙСТВИЯ ВГСЧ ПРИ СПАСЕНИИ ЛЮДЕЙ

При прорыве воды в очистных или подготовительных выработках действия ВГСЧ по спасению людей должны быть направлены на быстрое проникновение к пострадавшим прежде всего на нижних горизонтах. Горноспасатели при этом должны двигаться как против течения воды, так и проникать к ним сверху по вентиляционному горизонту.

Поэтому при наличии двух отделений ВГСЧ одно посылают против течения воды по нижнему горизонту, а другое— по вентиляционным выработкам аварийного участка.

Последующие отделения ВГСЧ но мере их прибытия направляются в помощь первым (в зависимости от обстановки) или используются для выполнения других аварийных работ.

При ведении спасательных работ в затопленных выработках следует иметь в виду:

• при стремительном движении воды по лаве люди могут быть сбиты потоком и попасть в выработанное пространство и там отсиживаться. Быстрее всего к ним можно проникнуть с вентиляционного (верхнего) штрека;
• в ряде случаев движение снизу невозможно из-зз сильного потока или обрушений в выработках;
• в случае опасности затопления выработок основного горизонта людей из угрожаемых участков следует выводить на вышележащий горизонт к выходу на поверхность.

Учитывая возможность загазирования выработок, необходимо доставлять людям изолирующие самоспасатели или респираторы.

При работе отделений в затопленных выработках, не имеющих запасных выходов на верхний горизонт, необходимо контролировать (с базы) уровень воды в выработках рудничного двора и сигнализировать работающему отделению о времени возвращения на базу. На базе в таких случаях необходимо иметь резервное отделение.

К выполнению аварийно-спасательных работ при затоплениях выработок водой могут привлекаться не только водолазные подразделения ВГСЧ, но и специализированные формирования водолазов (работа водолазных подразделений регламентируется специальной инструкцией).

РАЗВЕДКА ПРИ ЗАТОПЛЕНИИ ВЫРАБОТОК

Действия разведки при затоплениях должны направляться на установление места прорыва воды, количества и пути движения ее, степени затопления выработок и прежде всего насосных установок, места и степени обрушений и размывов выработок, наличия газов и распространения их по выработкам, интенсивности проветривания и состояния вентиляционных устройств.

Обычно перечисленные выше элементы разведки в первый период устанавливаются при спасении людей. В последующей организации горноспасательных работ разведка осуществляется специальными подразделениями ВГСЧ или через постоянную связь с работающими подразделениями.

ЛИКВИДАЦИЯ ПОСЛЕДСТВИИ ЗАТОПЛЕНИЯ СОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Действия ВГСЧ по ликвидации последствий затопления организуются так, чтобы производить одновременно горноспасательные работы по предохранению от затопления основных узлов шахты и восстановлению проветривания аварийного участка, с тем чтобы к работам по восстановлению и креплению выработок могли быть допущены рабочие и специалисты шахты.

К гидродинамическим явлениям при ведении подземных горных работ относятся внезапные прорывы воды в горные выработки, которые характеризуются катастрофически быстрым (в течение нескольких секунд) проникновением воды с поверхности водоема или из зоны в глубине массива в выработанное пространство очистного забоя или забой подготовительной выработки.

При подработке водоемов возможны следующие виды прорывов воды в горные выработки:

- по эксплуатационным трещинам в подрабатываемом массиве;

- по трещинам тектонического происхождения;

- через водопроводящие слои пород и зону развития трещин.

В зависимости от геологического строения толщи пород и глубины разработки при подработке водоемов принимаются следующие способы управления состоянием массива:

- без обрушения пород кровли (камерные системы разработки с оставлением целиков или с применением твердеющей закладки);

- с частичным обрушением пород кровли (сплошные и столбовые системы разработки с оставлением целиков или закладкой выработанного пространства);

- с полным обрушением пород кровли (столбовые, сплошные и камерно-столбовые системы разработки).

Значительную опасность при ведении подземных горных работ представляют прорывы воды из затопленных выработок в действующие горные выработки. Возможны следующие опасные ситуации:

- прорывы через зону сквозной трещиноватости в подработанной толще, отделяющей разрабатываемый пласт от вышерасположенных выработок затопленного горизонта;

- прорывы в подготовительные выработки через целики угольного пласта при подходе забоя выработки по пласту угля к затопленному пространству;

- прорывы из плывунов по трещинам тектонического или эксплуатационного происхождения.

Для исключения вероятности прорывов воды из затопленных выработок на планах горных работ определяются зоны, опасные по прорывам воды, вблизи которых ведение горных работ необходимо вести с применением мер предотвращения прорывов воды.

9.2. Отнесение участков пластов к зонам, опасным по прорывам воды

При ведении подземных горных работ к опасным по прорывам воды относятся следующие зоны:

- у затопленных выработок, пройденных по угольным пластам или вмещающим породам;

- у шахтных стволов, шурфов и скважин;

- у разрывных тектонических нарушений, пересекающих затопленные выработки;

- в толщах, залегающих под и над затопленными выработками.

У выработок, пройденных с подъемом, при установленном стоке воды из них опасную зону не устанавливают.

Погашенные, а также необследуемые непогашенные выработки рассматриваются как затопленные до установления отсутствия в них воды.

Для предотвращения прорывов воды из затопленных выработок разрабатываемого пласта или соседних выше или нижележащих пластов оставляются барьерные и предохранительные целики угля.

Барьерными целиками называются целики угольных пластов на разрабатываемом пласте, оставленные в границах опасных зон у затопленных выработок, у скважин и разрывных нарушений, пересекающих затопленные выработки.

Предохранительными целиками называются целики угля в границах опасных зон на пластах, расположенных под и над затопленными выработками разрабатываемого пласта.

Ширину опасных по прорывам воды зон (барьерных целиков) у затопленных выработок, пройденных в одиночных пластах мощностью до 3,5 м при углах падения до 30 о , следует определять по формуле

, (9.1)

где S - ширина опасной зоны (барьерного целика), м;

H - расстояние по вертикали от земной поверхности до пласта в опасной зоне, м;

m - вынимаемая мощность пласта, м;

Dl - погрешность положения затопленной выработки (определяется маркшейдером шахты), м. В расчетах можно принимать 5 м.

Ширина опасной зоны принимается равной 20 м, если по формуле (9.1) она получилась менее 20 м. При давлении воды в затопленной выработке менее 0,1 МПа ширина барьерного целика принимается равной 20 м.

Схема построения барьерного целика на разрабатываемом пласте приведена на рис.9.1.

Рис.9.1. Схема построения барьерного целика

У затопленных вертикальных стволов, шурфов, необсаженных технических скважин радиус круговой опасной зоны рассчитывается по формуле (9.1) с увеличением полученного значения на 5 м. Радиус должен быть не менее 20 м.

При проведении подготовительных выработок под затопленными выработками устанавливают опасную зону, если расстояние по нормали между подготовительной и затопленной выработками не превышает 10h, где h - высота подготовительной выработки вчерне. Минимально допустимое расстояние должно быть не менее 25 м.

При ведении очистных работ по пласту, залегающему под затопленными выработками, устанавливают опасную зону, если расстояние по нормали от кровли вынимаемого пласта до затопленной выработки менее безопасного расстояния N_б, определяемого по формулам:

N_б=40m при m 2 м и С/20m £ 0,4; (9.3)

N_б=25m (но не менее 80 м) при m > 2 м и С/20m > 0,4; (9.4)

где m - мощность вынимаемого пласта, м;

С - суммарная мощность алевролитов, аргиллитов и глинистых сланцев в толще пород мощностью 20m (считая от нижней границы затопленной выработки).

При ведении горных работ над затопленными подготовительными выработками опасная зона устанавливается ниже пьезометрического уровня воды в затопленных выработках, если расстояние по нормали от затопленных до проектируемых выработок менее 10h, где h - высота затопленной выработки вчерне.

При ведении горных работ над затопленными очистными выработками опасные зоны устанавливаются ниже пьезометрического уровня воды в затопленных выработках, если расстояние между проектируемыми и затопленными выработками менее величины безопасной глубины N_б, которая определяется согласно формул 9.2-9.4 при величине m, соответствующей мощности пласта в затопленных выработках.

Подработка барьерных целиков очистными выработками допускается в нижележащих пластах, если расстояние по нормали между кровлей разрабатываемого пласта и почвой барьерного целика превышает 60m (m -

мощность разрабатываемого пласта).

9.3. Мероприятия при ведении горных работ в зонах, опасных по прорывам воды

Ведение очистных работ в барьерных целиках, а также в предохранительных целиках под и над затопленными выработками осуществляется только после спуска воды из них.

В проектах спуска воды из затопленных выработок предусматриваются следующие мероприятия:

- проведение выработок до границ опасных зон;

- устройство камер для бурения водоспускных и контрольных скважин;

- выбор параметров (длина и диаметр) скважин;

- оценка ожидаемого притока воды по скважинам;

- расчет времени спуска воды;

- разработка мер по предотвращению дополнительного поступления воды в осушаемые выработки.

Проведение подготовительных выработок, предназначенных для спуска воды, по пласту или породе в пределах опасной зоны возможно только при соблюдении следующих условий:

- выработки должны проводиться узкими забоями с бурением опережающих скважин;

- на пластах с углом падения более 25 о должны проводиться парные выработки;

- диаметр опережающих скважин не должен превышать 76 мм.

Если в забое, приближающемся к зоне, опасной по прорывам воды, появляются признаки возможного прорыва воды (потение забоя, усиление капежа и др.), люди должны быть немедленно выведены из этой и всех других выработок, находящихся под угрозой затопления.

Уровень воды в затопленных выработках определяется по специально пробуренным скважинам с поверхности или из горных выработок, или по замерам уровней в горных выработках, гидравлически связанных с затопленными.

Объем воды в затопленных выработках оценивают по объему трещин и пор в породах, заполняющих выработанное пространство, и в зоне водопроводящих трещин над ним. Коэффициент заполнения (отношение объема трещин и пор к объему вынутого угля и вмещающих пород) при управлении кровлей полным обрушением в зависимости от устойчивости пород принимается равным 0,1-0,4. Для подготовительных и капитальных выработок коэффициент заполнения изменяется от 0,3 до 1,0.

Расчет ожидаемого притока по скважине при спуске по ней воды из

затопленных выработок выполняется по формуле

, (9.5)

где Q - приток (расход воды) по скважине, м 3 /мин;

d - диаметр скважины, м;

H_o - напор над устьем скважины (высота водяного столба), м;

g - ускорение силы тяжести, g = 9,8 м/с 2 ;

l - длина скважины от герметизатора до затопленной выработки, м.

Конечный диаметр опережающих и водоспускных скважин при ожидаемом давлении воды в затопленных выработках менее 0,5 МПа принимается не более 76 мм, а при давлении воды более 0,5 МПа должен быть не более 46 мм.

Количество скважин, предназначенных для спуска воды, должно быть не менее двух (водоспускные и контрольная).

Длина герметизации принимается от 4 до 15 м в зависимости от ожидаемого давления воды, крепости и устойчивости горных пород.

Расчет времени, необходимого для спуска воды из затопленной выработки, проводится с учетом постепенного снижения дебита скважин при

уменьшении напора на их устья, а также притока подземных вод к осушае-

мым выработкам. Среднее значение притока Q_ср определяется как половина от максимального значения, рассчитанного по формуле (9.5).

Время на спуск воды из затопленной выработки определяется по формуле

, (9.6)

где V - объем воды в затопленной выработке, м 3 ;

q - естественный приток воды в затопленную выработку, м 3 /ч.

Спуск воды из затопленных выработок считается законченным при выполнении следующих условий:

- давление на устье скважины равно нулю или равно давлению столба воды высотой, соответствующей вертикальной проекции скважины;

- стабилизация расхода скважины (минимальный расход не изменяется в течение нескольких суток и соответствует нормальному водопритоку в выработки до их затопления);

- объем спущенной по скважинам воды соответствует принятому коэффициенту заполнения выработок и притоку в осушаемые выработки.

До начала бурения водоспускных скважин должны быть подготовлены пути движения воды по горным выработкам, водосборники и водоотливные средства для откачки ожидаемых объемов воды.

Для откачки максимальных притоков воды в горные выработки на шахтах устанавливаются водоотливные установки. Вместимость водосборников главного водоотлива рассчитывается не менее чем на 4-х часовой максимальный приток, а участковых - на 2-х часовой приток.

Главные и участковые водоотливные установки состоят из рабочего и резервного агрегатов. Подача каждого агрегата должна обеспечивать откачку максимального суточного притока воды не более чем за 20 ч.

Читайте также:

  
• Экологические проблемы мегаполисов реферат
  
• Уголовный закон рб реферат
  
• Как проверить слово реферат
  
• Реферат на тему анализ статистических показателей оценки деятельности поликлиники и стационара
  
• Реферат на тему линейный алгоритм