CC BY
29
------------------------------------- © Ю.М. Левкин, 2004
УДК 621.337.2: 622.831.1 Ю.М. Левкин
МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МОНИТОРИНГА ПРЕДПРИЯТИЯ МНОГОЦЕЛЕВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
сновой разработки мониторинга предприятия многоцелевого использования является маркшейдерское обследование подземного пространства угольной шахты, горные выработки которой планируется использовать для длительной эксплуатации (размещения мехмастерских, пункта питания и других целей), а также размещения нетоксичных отходов. Анализ маркшейдерских наблюдений проводимых в период работы предприятия, а также материалов обследования горных выработок служит основой при разработке технико-экономического обоснования мониторинга. Данный анализ также послужит для определения направления использования горных выработок, не участвующих в процессе добычи полезного ископаемого, долговременного или размещения (захоронения) отходов.
Маркшейдерское обследование (рис. 1)
включает в себя сбор информации землеотвода, шахтного поля, подземных горных выработок в период работы горнодобывающего предприятия на момент обследования. На основании полученного материала осуществляется оценка и прогноз недропользования в период работы предприятия многоцелевого использования.
Анализируя материалы по землеотводу отведенному предприятию, рассматриваются маркшейдерские наблюдения за измениниями рельефа местности, подверженной нарушениям в результате подземной добычи полезного ископаемого. Также подлежит анализу состояние зданий, сооружений, тру-бопроводов, железнодорожных путей и других объектов попавших в мульду сдвижения на земной поверхности. В оценку состояния шахтного поля включается; анализ документации геологической характеристики шахтного поля, мощности потолочины, литологического состава пород кровли и
почвы, физико-механических свойств вмещающих пород, характеристики разрабатываемых пластов, гидрогеологических условий по временам года. На планах шахтного поля указываются тектонические и другие геологичеси-ке нарушения, которые оказывают существенное влияние на геомеханическое состояние массива горных пород, а также параметры систем разработки шахтного поля, категорию шахты по газу и пыли.
Основным объектом многоцелевой эксплуатации является подземная горная выработка. При сборе информации о выработках учитываются характеристики вскрывающих, капитальных, подготовительных выработок, перечень и характеристика поддерживаемых выработок, их размеры, форма, объем, протяженность, площадь, паспорт крепления и характеристика крепи, изменения ее несущей способности во времени.
Необходимо также иметь план погашения выработок, размеры целиков полезных ископаемых и степень их устойчивости. Маркшейдерские съемки и зарисовки мест нарушения почвы и кровли выработки с обязательным указанием их объема и площади. Температурно-влажностные условия в которых находится выработка указываются по временам года. В перечень должна входить документация, в которой в полном объеме отражается характеристика систем энергоснабжения, транспорта, вентиляции и водоотлива.
Наличие вышеуказанной информации позволит достоверно провести оценку и прогноз недропользования в период работы предприятия многоцелевого использования. Оценке и прогнозу подлежат землеотвод, шахтное поле и подземные горные выработки. Прогнозируя состояние землеотвода необходимо учитывать экологические последствия
Рис. 1. Структурная схема маркшейдерского обследования угольной шахты для перевода ее в предприятие многоцелевого использования
на окружающую среду, возможные проявления процесса сдвижения на земной поверхности и его влияние на объекты попавшие в мульду сдвижения.
Имеющаяся информация о шахтном поле позволяет спрогнозировать изменение гидрогеологических условий физико-механи-ческих и структурных свойств вмещающих пород, категорию предприятий по газу и пыли, геомеха-нического состояния пород массива или горных выработок в новых условиях эксплуатации. При прогнозировании гедрогеологических условий определяется возможное увеличение водопритока, для чего производится установка водопонижающего оборудования, расширение и очистку шахтных водосборников. В результате увеличения водопритока разрабатываются мероприятия по приему и очистке шахтных вод на земной поверхности. Для этого необходимо предусмотреть расширение очистных сооружений, увеличение мощности оборудования входящего в комплекс очистки шахтных вод. Учитываются также и химические изменения воды, которые могут негативно повлиять на физико-механические и структурные свойства пород, на состояние крепи, крепежного материала горных выработок, что приведет к обрушению горных пород в подземное пространство. В данной ситуации на негативные изменения в химическом составе подземных вод могут оказать размещенные в выработках отходы. Обрушение горных пород окажет соответствующее влияние на геомеханическое состояние массива. Существенные обрушения могут проявиться и на земной поверхности. Изменения несущей способности крепи во времени также окажут отрицательное влияние на геомеханическое состояние породного массива.
Многоцелевое использование подземного пространства обязывает вести систематические инструментальные маркшейдерские наблюдения за изменением паспорта крепления горных выработок и прочностными характеристиками крепи, нарушениями пород почвы выработок. Маркшейдерские наблюдения позволят своевременно устранять возникающие нарушения пород кровли и почвы выработок, а также восстанавливать способность металлической крепи и крепежного материала. Горные выработки, восстановление которых экономически нецелесообразно подлежат погашению. Погашение этих выработок производится за счет размещения в этих выработках нетоксичных отхо-
дов, горных пород получаемых в результате добычи полезного ископаемого породной массы из хвостохранилищ. Прогнозная оценка многоцелевого недропользования учитывает сохранение целиков для обеспечения увеличения сроков эксплуатации горных выработок.
Прогноз температурно-влажностных условий в выработках необходим при определении цели использования выработки как при долговременной эксплуатации так и при размещении отходов. На весь период многоцелевого использования подземного пространства системы энергоснабжения, транспорта, вентиляции и водоотлива должны обеспечивать бесперебойную эксплуатацию предприятия.
В случае погашения выработок и добычи целиков, выработанное пространство необходимо закладывать для уменьшения величины обрушения пород. Системы энергоснабжения и транспорта демонтируются. Воды, поступающие из погашенных выработок, в которых размещены отходы, должны собираться в отдельный водосборник. Они должны быть под постоянным экологическим контролем, для обеспечения безопасной эксплуатации предприятия и недопущения загрязнения окружающей среды.
Полученный анализ материалов маркшейдерского обследования угольной шахты дает возможность определить направление многоцелевого использования подземного пространства. Для этих целей была разработана структура модели определения направления многоцелевого использования подземного пространства (рис. 2).
В структуре учитывались все возможные факторы, влияющие на определение направления использования горных выработок. К этим факторам относятся: категория горных пород, в которых пройдена подземная выработка, ее назначение в период эксплуатации по прямому назначению, материал, которым она закреплена на момент обследования, несущая способность и конструктивная податливость крепи выработки, параметры горных выработок (ширина, высота, площадь), геомеханическая и функциональная устойчивость выработки и другие.
При определении направления использования подземных горных выработок целесообразно опираться на СНиП-11 94-80 [26], в котором отражены средние характеристики горногеологических условий,
КАТЕГОРИЯ НАИМЕНОВАНИЕ КРЕПЬ НЕСУЩАЯ ПАРАМЕТРЫ УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКОНОМИ- НАЗНАЧЕНИЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОРОД ПО ВЫРАБОТКИ ВЫРАБОТОК СПОСОБНОСТЬ И ГОРНЫХ ЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ СНиП-И 94-80 КОНСТРУКТИВНАЯ ВЫРАБОТОК ЦЕЛЕСООБ- ВЫРАБОТОК
Рис. 2. Структура модели определения направления многоцелевого использования подземного пространства
учитывающие глубину залегания выработок, геологическое строение массива с тектоническими нарушениями, а также гидрогеологические и геокриологические условия. Так, долговременную эксплуатацию выработок в целях размещения мехмастерских, складов, производств в породах III категории (неустойчивых), II категории (средней устойчивости), обеспечит крепь, имеющая несущую способность от 0,3 до 0,5 МПа и конструктивную податливость от 60 до 150 мм. К данной крепи относится любая бетонная крепь с податливой забутовкой и последующим тампонажем за-крепного пространства или анкерным упрочнением вмещающего массива. Для долговременной эксплуатации экономически целесообразно использовать горные выработки, обладающие геомеханической и функциональной устойчивостью, шириной более 4 м, высотой более 2,5 м, площадью не менее 500 м2.
Горные выработки, пройденные в устойчивых породах 1 категории, закрепленные анкерной крепью с сеткой и набрызгбетонным покрытием, обладающие достаточной геомеханической и функциональной устойчивостью, а также соответствующие вышеперечисленным параметрам (ширина, высота, площадь), могут быть использованы для долговременной эксплуатации.
Нарушение несущей способности крепи, изменение параметров выработок, геомеханической или функциональной устойчивости, а также отсутствие экономической целесообразности в их восстановлении, будет являться основанием для изменения назначения ее эксплуатации. То есть выработка, предназначенная для долговременной эксплуатации, может перейти в данной ситуации в категорию назначения выработки для размещения нетоксичных отходов с последующим ее погашением.
Выработки, предназначенные для погашения, целесообразно запол-
нять нетоксичными отходами, что позволит снизить проявление сдвижения горных пород в массиве на земную поверхность. Функции управления выработками осуществляются в период их использования вплоть до их погашения.
Составной частью функций управления являются маркшейдерское обеспечение, геоэкологический контроль, управление технологическим пространством. Маркшейдерское обеспечение подземного пространства многоцелевого использования заключается в установлении контролирующих массив, подземные горные выработки и земную поверхность датчиков и приборов. Инструментальные маркшейдерские наблюдения подземные и наземные, а также обработка информации поступающей от датчиков и приборов дает возможность контролировать состояние наблюдаемых объектов и участков технологического пространства.
Геоэкологический контроль позволит иметь информацию о состоянии окружающей среды
(воздух, почва, вода, растения, животный мир). Наличие этих данных определяет направления развития систем очистных сооружений, обеспечивающих ПДК вредных веществ в окружающей среде. Данные маркшейдерского обеспечения и геоэкологического контроля являются основой управления технологическим пространством. Составляющей частью управления технологическим пространством является обеспечение подземных горных выработок необходимым технологическим оборудованием и грузами, электроснабжение, водоотлив, вентиляция, ремонт горных выработок. Размещение в выработках длительной эксплуатации технологического оборудования, а также отходов, в выработках, предназначенных для этих целей. При невозможности эксплуатации, выработки погашаются. Перед погашением в них обеспечивается размещение отходов и выемка металлической крепи.
--------------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. СНиП-11-94-80. Нормы проектирования. информационно-аналитический бюллетень. - М.: Из-
Подземные горные выработки. - Стройиздат, 1982. дательство МГГУ. - № 6. 2000.
2. Левкин Ю.М. Мониторинг подземных горных выработок повторной эксплуатации. Горный
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------------
Левкин Юрий Михайлович - доцент кандидат технических наук, Московского государственного горного университета
