CC BY
12
11. Physico-chemical Geotechnology / V. Zh. Arens [et al.] / / M.: Mountain book 2010,. 574 p.
12. the impact of mining on the environment on the territory of North Ossetia / Bur-dzieva O. G., Zaalishvili V. B., Beriev O. G., Kanukov A. S., Maisuradze, M. V. // international journal of geomate. 2016. Vol. 10. No. 1. P. 1693-1697.
13. Golik V. I., Khasheva Z. M., Shulgatyi L. P. economic efficiency of use of waste of adjacent mining enterprises // journal of social Sciences. 2015. Vol. 10. No. 6. P. 750-754.
14. In Lyashenko.I. nature protection technologies of development of complex fields of mineral resources// mine Surveying Bulletin. 2015. No. 1. P. 10-15.
15. In Golik.I., Komashchenko.I., With Stradanchenko.G., With Maslennikov.A. Increasing the efficiency of the subsoil by means of deep disposal of tailings / coal/ Mining magazine. No. 9. M.: "Publishing house "Ore and Metals". 2012. P. 91-95.
16. Geomechanical and aerogasdynamics the consequences of the undermining of the territories of mountain branches of mines Eastern Donbass/ N. M. Kachurin, G. V. Stas, T. V. Korchagina, M. V. Kites // Izvestia of the Tula state University. earth science. Issue. 1. 2017. P. 170-182.
17. Golik V. I., Stradanchenko S. G., Maslennikov S. A. experimental study of waste-free processing of ferruginous quartzite tails // international journal of applied engineering studies. 2015. Vol. 10. No. 15. P. 35410-35416.
18. In Golik.I. Extraction of metals from tailings by the combined activation obog. 2010. No. 5. Pp. 38-40.
19. J. M. Harris, B. roach, environmental and natural resources Economics. modern approach. M. E. Sharpe, Inc., Armonk, New York. 2013. P. 246.
20. Freeman, A. M., H. Rodriguez, A. A., Kling C. L., the measurement of environmental and resource values. Theory and methods. New York, USA : RFF Press. 2014. P. 325.
УДК 622.257.1+622.83
ГЕОТЕХНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОВТОРНОЙ ЛИКВИДАЦИИ ВСКРЫВАЮЩИХ НАКЛОННЫХ ВЫРАБОТОК ЗАКРЫТЫХ
УГОЛЬНЫХ ШАХТ
П.Н. Должиков, С.О. Легостаев
На основании многочисленных натурных исследований разработана новая геотехническая модель повторной ликвидации вскрывающих наклонных выработок, закрытых и закрываемых угольных шахт, определены типовые состояния старых вскрывающих наклонных горных выработок и обоснованы расчетные схемы определения объемов тампонажно-закладочныхработ.
Ключевые слова: повторная ликвидация, старые наклонные горные выработки, буровая скважина, закрытые угольные шахты, закладка, тампонаж, геотехническая модель, расчетная схема.
Ликвидация значительного числа вскрывающих горных выработок закрываемых угольных шахт Восточного Донбасса потребовала обобщения накопленного отечественного и зарубежного опыта ведения подобного рода работ, а также проблем, связанных с их ведением, и возникающих аварийных ситуаций [1 - 5].
Принятый в настоящее время в качестве основного способ ликвидации вскрывающих наклонных горных выработок путем их засыпки горелой породой [6] не обеспечивает их гарантированной ликвидации, что с течением времени приводит к возникновению критических деформаций земной поверхности, образованию провалов, а также проникновению в указанные горные выработки людей, подвергающих себя смертельной опасности. Наряду с этим при закрытии угольных шахт возникает целый ряд проблем, связанных с крайне неудовлетворительным и аварийным горнотехническим состоянием подлежащих ликвидации наклонных горных выработок, для засыпки которых в соответствии с требованиями нормативной документации необходимо проведение значительных объемов дополнительных горно-ликвидационных и вспомогательных работ: восстановления подъездных путей и электроснабжения, разборки завалов, перекрепления, организации вентиляции и доставки материала засыпки [7].
При ликвидации вскрывающих горных выработок закрываемых угольных шахт Российской Федерации фиксировались явления, не имеющие аналогов в мировой практике, при возникновении которых применяемые конструктивные и организационно-технические решения по ликвидации и консервации вскрывающих выработок не позволили обеспечить требуемый уровень геомеханической, промышленной и экологической безопасности [8].
На основании изложенного в настоящее время актуальной задачей является необходимость повторной ликвидации большого числа наклонных горных выработок, имеющих выход на земную поверхность. В этой связи целью данной работы является обоснование геотехнической модели повторно ликвидируемых вскрывающих наклонных горных выработок закрываемых угольных шахт.
На базе многочисленных проведенных натурных исследований горно-геологических условий и горнотехнического состояния ликвидированных вскрывающих наклонных выработок установлено, что доступ людей в них невозможен или затруднен, а определяющими факторами влияния на деформационные процессы в породном массиве являются: инженерно-геологическое состояние пород кровли и горнотехническое состояние наклонной горной выработки. Как показывает практика и данные монито-рингов, именно эти два комплексных фактора определяют инициацию опасных процессов в месте заложения выработки.
Следовательно, с целью предотвращения развития и стабилизации опасных гидрогеологических и геомеханических процессов, как в самой выработке, так и в прилегающем массиве, необходимо установить нижнюю (грузонесущую) перемычку и выполнить закладку пустотного пространства, тампонаж зон третичной трещиноватости и опрессовку породного массива критическим давлением нагнетания тампонажных растворов.
Данные мероприятия позволяют, в первую очередь, обеспечить гидрогеологическую безопасность самой выработки, а также повысить геомеханическую устойчивость вмещающего массива горных пород.
Разработанная геотехническая модель повторной ликвидации вскрывающих наклонных горных выработок закрываемых угольных шахт включает в себя следующие основные элементы:
- постановку нижней (грузонесущей) перемычки на расчетной глубине с заданными индивидуальными геометрическими параметрами и деформационно-силовыми характеристиками;
- ликвидацию пустотных каналов в горной выработке (включая фильтрационные), подкровельных локальных пустот путем нагнетания ресурсосберегающих закладочных смесей в безнапорном режиме;
- тампонаж зон разуплотнения или трещиноватых пород кровли в зоне активных деформаций вязкопластичными тампонажными растворами;
- опрессовка породного массива вязкопластичными тампонажными растворами при троекратном критическом давлении нагнетания.
С учетом фактического горнотехнического состояния ликвидированных или брошенных старых вскрывающих наклонных горных выработок и по результатам натурных исследований установлено, что ситуативное состояние выработок возможно разделить на три категории:
категория I - старые наклонные горные выработки, ранее не засыпанные горелой породой с деформированием земной поверхности без образования провалов;
категория II - наклонные горные выработки, ликвидированные путем засыпки горелой породой с подтоплением шахтными водами;
категория III - старые наклонные горные выработки аварийного горнотехнического состояния с образованием провалов земной поверхности над ними и с подтоплением шахтными водами.
Как отмечалось в работе [9], наиболее достоверным способом изучения ранее засыпанных, изолированных и брошенных вскрывающих наклонных горных выработок является бурение разведочно-эксплуатационных скважин с отбором керна. Результаты перебуривания исследуемых выработок позволяют получить наиболее полную и объективную информацию об их современном горнотехническом состоянии, а также определить объемы тампонажно-закладочных материалов для ликвидации крупных и локальных пустот.
Ликвидационные интервалы старых наклонных горных выработок, вскрываемых скважинами, обычно представлены тремя типами горнотехнического состояния (для условий Восточного Донбасса наиболее характерны выработки типов «В» и «Б»), приведенными в таблице (с использованием данных [10]).
Повышение информативности результатов перебуривания выработок также возможно путем применения внутрискважинного видеоисследования с применением различных систем телевизионной инспекции буровых скважин.
Типизация старых горных выработок малой глубины заложения, перебуриваемыхразведочно-эксплуатационными скважинами
№ п/п Тип горной выработки Горнотехническое состояние горной выработки Условия обнаружения выработки (пустоты)
1 Тип «А» Зияющая («пустая») выработка с частично обвалившейся кровлей. Имеет пустоты, которые могут быть заполнены водой. Затопление горной выработки или перетоки воды по ее почве Провал бурового инструмента на полную высоту выработки (пустоты)
2 Тип «Б» Выработка заполнена не полностью, имеет обрушенную кровлю Поглощение промывочной жидкости через трещины за 15 - 25 м до кровли выработки
3 Тип «В» Выработка забутована (полностью заполнена обрушенной породой и породой засыпки (при условии, что засыпка производилась)). Поглощения промывочной жидкости при бурении скважины могут отсутствовать. При наличии поглощений, выработка обнаруживается за 5 - 10 м до кровли выработки Отбор керна (если после забутовки прошло продолжительное время)
На основании проведенных исследований разработана новая геотехническая модель повторной ликвидации наклонных выработок и определены параметры расчетных схем для определения объемов тампонажно-закладочных работ для различных типов горнотехнического состояния горных выработок (рисунок).
В соответствии с первой расчетной схемой (горные выработки типа «А») необходимо определение объема закладки выработанного пространства с учетом заполнения его обрушенными с кровли выработки кускова-тыми породами; объема тампонажа локальных подкровельных пустот; объема тампонажа зоны активных деформаций в породах кровли выработки. Параметры постановки перемычки и объемы работ, объем тампонажа зоны активных деформаций в породах кровли выработки определяются отдельно.
В соответствии со второй схемой (выработки типа «Б») требуется определение объема тампонажа множественных пустотных каналов пород засыпки и объема закладки пустот в выработке; объема тампонажа куполов обрушения и зоны активных деформаций в породах кровли выработки. Объем тампонажа зоны активных деформаций в породах кровли выработки определяется отдельно.
В соответствии с третьей расчетной схемой (горные выработки типа «В») необходимо определение объема тампонажа множественных пустотных каналов пород засыпки; объема закладки локальных подкровельных
пустот в выработке и зоны активных деформаций в породах кровли выработки. Объем тампонажа зоны активных деформаций в породах кровли выработки определяется отдельно.
Расчетные схемы определения объемов закладочного материала при повторной ликвидации вскрывающих наклонных горных выработок различного горнотехнического состояния: 1 - буровая скважина; 2 - фактический контур выработки;
3 - закладочный материал; 4 - обрушенные породы; 5 - условная граница зоны активных деформаций; 6 - проектный контур горной выработки; 7 - каналы фильтрации
При этом следует строго разделять различные объемы и технологические режимы ведения тампонажно-закладочных работ в горной выработке и в зоне активных деформаций. Наиболее ответственным техническим мероприятием является постановка нижней (грузонесущей) перемычки через буровую разведочно-эксплуатационную (нагнетательную) скважину, а наибольший объем тампонажно-закладочных работ будет приходиться на ликвидацию пустотного канала выработки. Контроль заполнения пустот осуществляется по выходу тампонажно-закладочного раствора в нагнетательной скважине, а контроль тампонажа зоны активных деформаций - по остаточному давлению нагнетания на устье скважины.
Количество закладочных и тампонажных скважин, расстояние между ними определяются свойствами вязкопластичных растворов, конкретными геологическими, гидрогеологическими и горнотехническими условиями, степенью аварийности и ликвидированности вскрывающей наклонной горной выработки.
Выводы
1. В результате нагнетания тампонажных и закладочных гидросмесей в пустотный канал старых наклонных горных выработок и в зону активных деформаций кровли происходит окончательное упрочнение вмещающего массива горных пород, вследствие чего достигается высокое качество и надежность горно-ликвидационных работ. При этом модуль деформации затампонированных горных пород увеличивается в 2,5 - 3 раза, коэффициент Пуассона также изменится на 20.. .30 % [7].
2. При решении горнотехнической задачи важным моментом является попутное решение сложной горно-экологической задачи за счет стабилизации земной поверхности и обеспечения ее геомеханической безопасности, а также утилизации породных отвалов. Решающее значение имеет восстановление гидрогеологического баланса подземных вод.
Список литературы
1. Качурин Н.М. Геомеханические и аэрогазодинамические последствия подработки территорий горных отводов шахт Восточного Донбасса // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 1. С. 170-181.
2. Belodedov A.A., Dolzhikov P.N., Legostaev S.O. Research into dangerous surface deformations over inclined shafts of abandoned coal mines // Scientific Reports on Resource Issues. Freiberg, Germany: TU Bergakademie, 2016. Vol.1. Pp. 159-165.
3. Lennie Scott R. and Ronald M. Hays. Inactive and Abandoned Underground Mines - Water Pollution Prevention and Control. U.S. Environmental Protection Agency, Office of Water Planning and Standards, Washington, D.C. 20460, EPA-440/9-75-007, (June, 1975). 338 p.
4. Healy P.R., Head J.M. Construction over abandoned mine workings, Construction Industry Research and Information Association Special. Publication 32, 1984. 94 p.
5. The Treatment of Disused Mine Shafts and Adits, National Coal Board Mining Department, London, 1982. 88 p.
6. Инструкция о порядке ведения работ по ликвидации и консервации опасных производственных объектов, связанных с пользованием недрами (РД 07-291-99). Охрана недр и геолого-маркшейдерский контроль: Сборник документов. Сер. 07. Вып. 1. М.: Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности, 2009. 132 с.
7. Кипко Э.Я., Должиков П.Н., Рябичев В.Д. Комплексная технология ликвидации наклонных горных выработок закрытых шахт: монография. Донецк: Норд-пресс, 2005. 218 с.
8. Исследование геодинамических последствий закрытия угольных шахт в части ликвидации и консервации стволов: отчет о НИР (заключ.). Часть 1: 37-42 / ФГУП ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского; рук. Лиман-ский А.В., Чирков С.Е. Люберцы, 2011. 102 с.
9. Белодедов А.А., Должиков П.Н., Легостаев С.О. О повторной ликвидации наклонных выработок закрытых шахт ресурсосберегающими смесями // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 3. С. 16-25.
10. Руденко А.П. Бурение геологоразведочных скважин в сложных геологических условиях: метод. разраб. М.: УМК Ком. по геологии и ис-польз. минер. ресурсов РФ, 1992. 157 с.
Должиков Петр Николаевич, д-р техн. наук, проф. dolpn@yandex.ua, Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет,
Легостаев Станислав Олегович, горный инженер, ст. методист, stas_legostaev@mail.ru, Россия, Шахты, Шахтинский техникум дизайна и сервиса «Дон-Текс»
GEOTECHNICAL MODEL OF THE RE-LIQUIDATION OF THE REVEALING INCLINED MINE WORKINGS OF ABANDONED COAL MINES
P.N. Dolzhikov, S.O. Legostaev
Based on numerous field studies a new geotechnical model of the re-liquidation of the revealing inclined mine workings of closed and being closed coal mines has been developed, typical conditions of old revealing inclined mine workings have been determined and calculating schemes for determining the volume of plugging and backfill works have been grounded.
Key words: re-liquidation, old inclined mine workings, drilling wells, abandoned coal mines, laying, plugging, geotechnical model, calculating scheme
Dolzhikov Petr Nikolaevich, Doctor of Technical Science, Professor, dolpn@yandex.ua, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
Legostaev Stanislav Olegovich, Mining Engineer, Major Methodist stas_legostaev@ mail.ru, Russia, Shakhty, „Don-Tex" Design and Service Technical School of Shakhty
Reference
1. Kachurin N. M. Geomechanical and aerogasdynamics the consequences of the undermining of the territories of mountain branches of mines Eastern Donbass // news of Tula state University. earth science. 2017. Issue. 1. P. 170-181.
2. Belodedov A. A., Dolzhikov P. N., Legostaev S. O. Research into dangerous surface deformations over inclined shafts of abandoned coal mines // Scientific Reports on Resource Issues. Freiberg, Germany: TU Bergakademie, 2016. Vol.1. PP. 159-165.
3. And R. Lennie Scott, Ronald M. Hays., "Inactive and Abandoned Underground Mines-Water Pollution Prevention and Control", U.S. Environmental Protection Agency, Office of Water Planning and Standards, Washington, D C. 20460, EPA-440/9-75-007, (June, 1975). 338 p.
4. Healthy P. R., Head J. M. Construction over abandoned mine works, Construction Industry Research and Information Association Special. Publication 32, 1984. 94 p.
5. The Treatment of Disused Mine Shafts and Adits, National Coal Board Mining Department, London, 1982. 88 p.
6. Instruction on the order of conducting of works on liquidation and canned-tion of hazardous production facilities related to subsoil use (RD 07-291-99). Protection of subsoil and geological-surveying control: a Collection of documents. Ser. 07. Issue. 1. Call. auth. M.: Scientific and technical center for industrial safety research, 2009. 132 PP.
7. Kipke, E. J., Dolzhikov P. N., Ryabichev, V. D. Integrated technology of elimination of inclined underground workings of abandoned mines. Monograph. Donetsk: Nordpress, 2005. 218 p.
8. Study geodynamic effects of the closure of coal mines in part of the liquidation and conservation of barrels: a research report (concluded.). Part 1: 37-42 / FGUP NNTS GP -IGD im. A. A. Skochinsky; hands. Limansky A.V., Chirkov S. E. Lyubertsy, 2011. 102 PP.
9. Belodedov A. A., Dolzhikov P. N., Legostaev S. O. On the re-liquidation of inclined mine workings of abandoned mines resource-saving composites // proceedings of the Tula state University. earth science. 2017. Issue. 3. P. 16-25.
10. Rudenko A. p. Drilling of exploration wells in difficult geological conditions: method. conver. M.: UMK Kom. on Geology and use. miner. resources of the Russian Federation, 1992. 157 p.
УДК 552:622.2
РАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЛОЧНОСТИ ПОРОД В ОТКОСАХ УСТУПОВ И КУСКОВАТОСТИ ВЗОРВАННОЙ
ГОРНОЙ МАССЫ НА КАРЬЕРАХ
И.М. Игнатенко, В.А. Дунаев, А.В. Коновалов
По данным натурных исследований в карьере рудника «Железный» ОАО «Ков-дорский ГОК» и компьютерной обработки их результатов в ГИС ГЕОМИКС, разработан фотометрический метод оценки блочности пород в откосе уступа карьера, усовершенствована существующая версия этого метода, предназначенная для оценки кусковатости горной массы, предложена новая, основанная на лазерном сканировании откоса уступа и развала горной массы методика оценки блочности и кусковатости пород.
Ключевые слова: карьер, откос уступа, блочность пород, развал взорванной горной массы, кусковатость, компьютерная технология, методика, фотометрия, лазерное сканирование.
На взрываемость скальных горных пород при открытой разработке месторождений основное влияние оказывают два природных фактора -блочность (размер естественной отдельности) и прочность пород. Однако, если для оценки средних значений прочности пород достаточно провести для каждого их петрологического типа лабораторные испытания представительного числа образцов, то блочность пород, как правило, не зависит от их петротипа, а определяется особенностями разрывной тектоники и очень изменчива, особенно на месторождениях с многоэтапным проявлением тектонических процессов. Вследствие этого достоверная оценка блочности пород в массиве готовящегося к взрыву блока возможна только путем
217
