Маркшейдерское обеспечение комплексного освоения ресурсов горнодобывающих регионов Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

СЕМИНАР 1

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.

© М.А. Иофис, 2001

УДК 622.1

М.А. Иофис

МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ РЕСУРСОВ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ РЕГИОНОВ

Существующие формы освоения недр вызывают преобразования среды и расположенных в ней и на ее поверхности природных и искусственных объектов. Диапазон этих преобразований весьма широк: от едва улавливаемых высокоточными инструментальными наблюдениями деформаций горных пород до коренных изменений состояния среды, сопровождаемых горными ударами, внезапными выбросами угля и газа, провалами на земной поверхности, подтоплением, заболачиванием, обезвоживанием и загазированием значительных территорий и другими вредными последствиями.

Эти последствия имеют место не только в период строительства и эксплуатации горнодобывающих предприятий или подземных сооружений, но и в период их ликвидации и позже. Известны случаи, когда вода, заполняющая горные выработки после прекращения работы водоотлива, вытесняла по трещинам на земную поверхность и в подвалы зданий скопившиеся в выработках вредные газы, вызывающие взрывы и отравления людей. Подъем уровня шахтных вод нередко ведет к загрязнению питьевых водоносных горизонтов. Провалы на земной поверхности образуются через многие годы, иногда десятилетия, после ликвидации горных вырабо-

ток. В таком последействии горнодобывающих предприятий и подземных сооружений состоит одна из особенностей освоения недр. Другой особенностью является то, что работы по освоению недр, в отличие от работ на земной поверхности, ведутся в сложной, слабо изученной, постоянно меняющейся и потенциально опасной среде, какой является массив горных пород. В этих условиях эффективное и безопасное освоение недр и других ресурсов регионов обеспечивается лишь в том случае, если параметры горных работ строго соответствуют состоянию среды. Но поскольку это состояние постоянно меняется, адаптация параметров к происходящим изменениям не всегда технически возможна и экономически целесообразна, особенно при применении мощной современной техники, характеризующейся высокой производительностью, но недостаточной маневренностью в стесненных подземных условиях.

Более эффективным является не приспособление параметров к состоянию среды, а воздействие на это состояние среды с таким расчетом, чтобы оно соответствовало рациональным параметрам ведения горных работ и строительства подземных сооружений. Такие воздействия осуществляются технологическими методами управ-

ления геомеханическими процессами, под которыми понимают совокупность научно-

обоснованных технологических приемов или операций, позволяющих при освоении недр целенаправленно изменять состав, свойства и состояние массива горных пород и обеспечивать развитие процессов его деформирования и разрушения, а также фильтрации подземных вод и газов в заданных направлениях, объемах и в установленных пространственно временных пределах.

Исследования ИПКОН РАН и ряда других институтов (ВНИМИ, МГГУ) позволили разработать методы управления геомеханически-ми процессами при комплексном освоении недр и научно обосновать области их применения, в наибольшей степени соответствующие природным горногеологическим, гидрогеологическим и экологическим условиям. С целью облегчения выбора и упорядочения применения этих методов составлена их классификация [1]. В качестве основного классификационного признака принято назначение этих методов. С этим связаны также условия, объем, место и время применения методов.

К основным технологическим методам относятся:

• гармоническая отработка пластов, базирующаяся на таком порядке ведения горных работ в пространстве и во времени, при котором происходит взаимная компенсация деформаций разных знаков;

• частичная выемка полезного ископаемого по площади, при которой деформации горных пород не достигают земной поверхности, что обеспечивает сохранность и нормальную эксплуатацию расположенных на ней объектов;

• выемка полезного ископаемого на неполную мощность и применение новых видов закладки выработанного пространства и полостей над ним, при которых

обеспечивается уменьшение всех видов деформаций массива и земной поверхности;

• опережающая отработка защитных пластов полезного ископаемого, предотвращающая газодинамические явления при освоении недр;

• отработка пластов полезного ископаемого расходящимися забоями, широким фронтом и смежными забоями с заданным опережением, обеспечивающая плавное развитие геомеханиче-ских процессов в массиве горных пород и равномерное опускание земной поверхности и расположенных на ней объектов;

• отработка пластов полезного ископаемого методом парных штреков, позволяющая регулировать развитие геомеханических процессов во времени;

• изменение направления очистной выемки и смещение границ горных работ, обеспечивающее развитие деформационных процессов в заданных пределах;

• устройство компенсационных траншей и разгрузочных щелей, позволяющее перераспределять деформации в массиве горных пород и на земной поверхности и удалять границы зон повышенных напряжений от охраняемых объектов;

• применение щитовых

проходческих комплексов с гидро-пригрузом на забой,

обеспечивающих устойчивость

массива при проведении тоннелей в слабых обводненных породах под застроенными территориями;

• применение специальных

способов укрепления грунтового массива, проходки и крепления выработок с использованием замораживания, цементации,

химического закрепления, кессона и других технологий, позволяющих приводить обводненный массив в устойчивое состоя-ниеВ. опросы освоения недр до последнего времени мало увязывались с вопросами использования и

сохранения других ресурсов, имеющихся в горнопромышленных регионах. Эти ресурсы могут быть как природного, так и искусственного происхождения. К природным относятся земля, водные объекты на поверхности земли и водоносные горизонты в толще пород, к искусственным - здания, сооружения, подземные коммуникации, линии электропередач, железные и шоссейные дороги, мосты и тоннели.

В отраслевых нормативных документах отражаются в основном краткосрочные ведомственные интересы и мало учитываются длительные последствия регионального или даже федерального масштаба. Так, согласно действующим Правилам охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок [2] под реками, протекающими над шахтными полями, оставляются предохранительные целики. В результате реки нередко оказываются выше остальной местности, осевшей под влиянием горных работ, и естественный сток воды в реку прекращается. Для предотвращения затопления окружающей местности сооружаются оградительные дамбы, которые требуют постоянного ухода, осуществляемого горным предприятием. Но как только это предприятие закрывается, дамбы начинают разрушаться, так как у местных властей, как правило, не хватает сил и средств бесконечно долго следить за состоянием этих дамб и своевременно их ремонтировать. Разрушение дамб ведет к затоплению значительных площадей и обмелению рек.

Между тем, имеется немало способов не только предотвратить эти вредные экологические последствия, но и извлечь дополнительные запасы полезного ископаемого. Достаточно, например, запланировать горные работы с таким расчетом, чтобы русло реки попадало в зону сжатия, где не об-

разуются водопроводящие трещины. Отработку запасов под реками целесообразно приурочивать к концу эксплуатации шахты. В этом случае воды реки можно временно пропустить по искусственному руслу или по трубам.

В Институте проблем комплексного освоения недр РАН разработан способ, позволяющий существенно повысить эффективность отработки запасов под водными объектами и предотвратить негативные для окружающей среды последствия [3]. Суть этого способа состоит в том, что в предохранительном целике, непосредственно под водным объектом отрабатывается лава, параметры которой рассчитываются так, чтобы в толще пород не образовывалось сквозных водопроводящих трещин, соединяющих реку с горными выработками. Методика такого расчета в ИПКОН РАН имеется. Между отрабатываемой лавой и остальными очистными выработками оставляются барьерные целики, рассчитываемые по «Правилам технической эксплуатации...» [3]. При таком порядке отработки запасов водный объект опустится на величину, при которой сохранится наклон поверхности в его сторону (что также поддается расчету), при этом над барьерными целиками появятся возвышенности,

заменяющие водозащитные дамбы.

способа иллюстрируется рисунком, на котором пунктирной линией по-

казано положение земной поверхности и водного объекта до отработки пласта, сплошной линией их положение после отработки пласта, при этом на рисунке (поз. а) показано их положение при оставлении предохранительного целика под объектом, а на рисунке (поз. б) - при отработке этого целика. Как видно из рисунка, при оставлении предохранительного целика водный объект оказался выше уровня окружающей местности, осевшей под влиянием горных работ (поз. а), а при отработке этого целика (поз. б) естественное положение объекта относительно окружающей местности сохраняется, при этом над барьерными целиками создают-

ся некоторые возвышенности, играющие роль водозащитных дамб.

Заключение

Неуправляемое развитие деформационных процессов приводит к недопустимым оседаниям земной поверхности, образованию провалов и водопроводящих трещин, осушению или заболачиванию земель и другим проявлениям вредного воздействия горных работ на окружающую среду. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, апробированные практикой, показывают, что путем выбора научно-обоснованных параметров и порядка ведения горных работ, взаимного положения выработок относительно друг друга и охраняемого объекта можно существенно уменьшить, а в ряде случаев полностью исключить вредное влияние горных работ на экологическую обстановку в районе добычи полезных ископаемых.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. К.Н. Трубецкой, М.А. Иофис. Управление геомеха-ническими процессами при освоении недр. Труды XI Международного маркшейдерского конгресса. Краков, Польша. 2000.

2. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на

3. Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт. М., Недра, 1976, с. 39-46.

4. М.А. Иофис, Н.А. Митишова, В.А. Кулага. Методы

оценки, прогноза и снижения вредного воздействия подземных разработок на окружающую среду. Труды Международной конференции «Освоение недр и экологические проблемы - взгляд в XXI век». Москва, Россия. 2000_________£

Иофис М.А. — профессор, доктор технических наук, главный научный сотрудник Института проблем комплексного освоения недр РАН