CC BY
23
- © А.С. Щипачев, 2014
УДК 622.831
А.С. Щипачев
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОГО ПОДДЕРЖАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ШАХТЫ «ТАЛДИНСКАЯ-ЗАПАДНАЯ-2» ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ ОГР РАЗРЕЗА «ЗАРЕЧНЫЙ»
Обоснована необходимость проведения научно-исследовательских работ, изучающих воздействие открытых горных работ разреза «Заречный» на подземные горные выработки шахты «Талдинская-Западная-2», предложены оборудование для исследований и способы снижения воздействия.
Ключевые слова: совмещенная (совместная, комбинированная) разработка, единовременно взрываемый заряд, сейсмическое воздействие, система автоматизированного мониторинга, обоснование безопасности опасных производственных объектов.
Производственные единицы ОАО «СУЭК-Кузбасс» разрез «Заречный» и шахта «Талдинская-За-падная-2» расположены в центральной части Ерунаковского геолого-промышленного района Кузбасса и является частью Талдинского каменноугольного месторождения, по административному делению относятся к Прокопьев-скому району Кемеровской области.
Разрез «Заречный» сдан в эксплуатацию в 2002 г. Горные работы ведутся на участках по пластам 73, 78, 81-82. На балансе предприятия на 01.01.2014 г. состоит 89,478 млн т угля пром. запасов. При проектной мощности 4,0 млн т угля в год обеспеченность запасами в контуре существующего горного отвода составляет 23 г. Добыча угля, разработка вскрыши осуществляется экскавато-рами-мехлопатами «прямая лопата» Р&Н2300 (V = 25 м3), гидравлическими экскаваторами типа «обратная лопата» Komatsu РС3000 № 1 (Ук = 15 м3), Komatsu РС 2000 и Hitachi ЕХ1900 (V = 12 м3), Komatsu PC 1250 по транспортной системе разработки с погрузкой угля, вскрыши в автосамосвалы БелАЗ-7555, 75131, 75306 грузоподъемностью 55 т, 130 т и 220 т соответственно.
Для ведения взрывных работ на открытых горных работах разреза «Заречный» применяются ВВ, изготавливаемые на ОАО «Знамя» или непосредственно на местах производства взрывных работ смесительно-заряд-ными машинами. Для инициирования ВВ применяются ДШЭ-12, неэлектрические системы инициирования (типа ИСКРА, Эдилин, Коршун, системы электронного инициирования «I-kon», «UNI TRONIC», промежуточные детонаторы (шашки, патроны ВВ). Допускается применение и других неэлектрических систем, и систем электронного взрывания, разрешенных к постоянному применению Ростехнад-зором в установленном порядке.
Шахта «Талдинская-Западная-2» сдана в эксплуатацию в 2001 г. При проектной мощности обеспеченность запасами в контуре существующего горного отвода составляет около 30 лет. В соответствие с годовой программой развития предприятия на 2014 г., план добычи принят в объеме 4000 тыс. т. угля. Добыча угля в лаве 70-09 будет осуществляется механизированным комплексом «JOY», очистным комбайном 7LS6C, забойно-транспортным комплексом PF6/1142; далее уголь из лавы транспортируется ленточными
конвейерами 4ЛЛТ-1600 - 2 шт. № 1 и № 2, установленными на конвейерном штреке 70-09, далее уголь поступает на конвейерный ствол пласта 70, откуда по магистральным ленточным конвейерам 3ЛЛ-1600 № 1, 3ЛЛ-1600 № 2 поступает на поверхность. Порядок отработки выемочного поля -прямой, от фланговых стволов к центральным стволам пл. 70. Система разработки - длинные столбы по простиранию с полным обрушением кровли. Очистные работы ведутся при помощи механизированного комплекса. Проходка горных выработок осуществляется проходческими комбайнами КП-21, П-110, проходческими комплексами «JOY» и МВ-670.
Одной из основных проблем организации безопасной работы шахты «Талдинская-Западная-2» и эффективной, высокопроизводительной работы разреза «Заречный» является совмещение горных отводов, горных работ в одной вертикальной плоскости.
В 2013 г. совмещение достигло минимального расстояния смежного ведения горных работ, минимальной высоты предохранительного целика между открытыми горными работами и подземными горными выработками 60 м (рис. 1).
Развести горные работы в пространстве и времени, без остановки одного из производств, не представляется возможным из-за необходимости подготовки емкости под внутренний отвал в зоне расположения центральных стволов шахты, и отсутствием площадей для размещения внешних отвалов разреза.
В зоне влияния сейсмического воздействия от массовых взрывов на разрезе находятся путевой, конвейерный и вентиляционный, наклонные стволы шахты, действующие выработки лавы 70-08 - конвейерный, вентиляционный штреки, очистной забой, часть подготовительных выработок, оконту-
ривающих столб лавы 70-09, находящихся в проходке. В 2014-2015 гг. в зону влияния попадут проектируемые подготовительные выработки выемочных столбов лав 70-10, 70-11.
При производстве массовых взрывов их сейсмическое воздействие оказывает вредное влияние на устойчивость анкерной крепи: усиливается скорость смещения приконтурного массива угля и пород, увеличивается его трещиноватость и понижается устойчивость пород кровли.
В условиях Талдинского месторождения, в районе участков Талдинский 1-3, углепородный массив представлен свитой пластов, залегающих на разной глубине. Разработка угольных пластов возможна как открытым, так и подземным способом, при этом совместная разработка ведет к большим технологическим рискам, организационным трудностям и приводит к деформациям подготовительных выработок шахты от воздействия массовых взрывов на разрезе. Опыта работы специализированных организаций по обеспечению безопасности технологических режимов работ при совместной отработке пластов на шахтах Кузбасса нет. Вредное влияние сейсмических волн, образовывающихся при массовых взрывах на разрезах, на устойчивость и надежность крепи горных выработок (в нашем случае анкерной крепи) не изучено. Известно одно, что сейсмическая волна изменяет уровень напряженного состояния массива и увеличивает скорость смещения пород кровли. Величины эти неизвестны, их надо определять проведением исследовательских работ длительное время, тем более что состав пород неоднородный и в каждом конкретном случае скорости смещений будут разными.
Существующие требования промышленной безопасности при комбинированной (совмещенной) разра-
Рис. 1. Разрез по профильной линии участка подземных и открытых горных работ
ботке угольных месторождений, установлены следующими федеральными нормами и правилами:
• ПБ 07-601-03 «Правила охраны недр» п. 85 - «При разработке месторождения совмещенным открытым и подземным способами в целях предотвращения необоснованных потерь полезных ископаемых и обеспечения безопасности ведения горных работ осуществляются специальные меры, предусматриваемые в проектной документации и годовых планах. При этом проводятся инструментальные и визуальные наблюдения за состоянием откосов, уступов и бортов карьера, а также систематический контроль за своевременным погашением подземных пустот и выработок под рабочими площадками, дорогами и коммуникациями».
• ПБ 05-619-03 «ПБ при РУМОС» п. 125-127 - «При ведении открытых горных работ в зоне влияния действующих и законсервированных подземных горных выработок необходимо выполнить следующие мероприятия: произвести технический расчет массового взрыва в соответствии с инструкцией по безопасному проведению массовых взрывов на земной поверхности, нанести на план горных работ зону действия воздушной ударной волны и сейсмически безопасные расстояния; получить от технической службы шахты план и профиль с нанесением границ мульд сдвижения, значений граничных углов и углов сдвижения, зоны опасного влияния подземных разработок, а также информацию о состоянии подземных горных выработок. На основании вышеназванных материалов составить мероприятия по совместной работе предприятий и согласовать с руководителями обоих предприятий. Мероприятия согласовываются с территориальным органом Госгортехнадзора России».
• ПБ 05-619-0303 ПБ при РУМОС п. 65 - «При одновременной разработке месторождения открытым и подземным способами, а также при проведении и эксплуатации подземных дренажных выработок должны осуществляться согласованные с территориальными органами Госгортех-надзора России совместные мероприятия по обеспечению безопасности работающих на подземных и открытых горных работах, включая: согласование планов и графиков ведения горных и взрывных работ; применение нагнетательной схемы проветривания; проверку представителями профессиональных аварийно-спасательных формирований состояния атмосферы в подземных выработках после массовых взрывов на разрезе; предотвращение опасности прорыва воды в подземные горные выработки из разреза; обеспечение сменного надзора, бригадиров (звеньевых) средствами контроля за содержанием в атмосфере ядовитых продуктов взрыва. За выполнением указанных мероприятий должен осуществляться систематический контроль со стороны технических руководителей и специалистов разреза и шахты. Работы должны вестись в соответствии с нормативной документацией по безопасному ведению горных работ при комбинированной (совмещенной) разработке угольных месторождений». (Такой документации нет.)
В 2008-2009 гг. инновационная фирма Кузбасс-НИОГР проводила работу по оценке сейсмического воздействия массовых взрывов разреза«Заречный» на подземные выработки шахты. Результатом работы стало заключение экспертизы промышленной безопасности № 42-2009 в части анализа риска горных производств и объектов, выданы рекомендации по массе единовременно взрываемого заряда. Основным ре-
зультатом данной работы стали рекомендации по допустимой массе заряда в группе (серии) в зависимости от расстояния до защищаемого объекта (в соответствии с методикой Магнитогорского государственного технического университета для каждого из обследованных объектов определен класс ответственности и рассчитан суммарный ранг объекта. Расчет выполнен для минимального интервала замедления между взрывами каждого заряда - 25 мс и для эталонного ВВ). Но в заключение не была дана качественная оценка состояния и надежности крепи для дальнейшей эксплуатации.
В январе 2013 г. руководство ОАО «СУЭК-Кузбасс», обратилось в Институт промышленной и экологической безопасности КузГТУ с аналогичным техническим заданием. При этом дополнительно были поставлены задачи провести визуальное и инструментальное наблюдение за состоянием горных выработок и приконтурного массива, окружающего горные выработки шахты, выдать рекомендации по усилению и расчету крепи, по параметрам БВР на разрезе «Заречный» с указанием максимально допустимого единовременно взрываемого заряда и максимального количества взрываемого ВВ, с привязкой к расстоянию до подземных горных выработок шахты «Талдинская-Западная-2». Результатом данной работы является оценка текущего состояния крепи капитальных, подготовительных выработок и приконтурного массива, попадающих под влияние ВР разреза «Заречный», рекомендаций по ремонту и расчету параметров крепления горных выработок. При наблюдении установлены скорости распространения сейсмических волн от взрывов, скорость колебаний породных и угольных массивов, но из-за небольшого количества исследуемых взрывов не удалось ин-
струментально определить снижение воздействия «сейсмоволн» при различных параметрах ВР.
На сегодняшний день руководство шахты «Талдинская-Западная-2» ограничивает общую массу ВВ на блоке до 2,5 т. Данная позиция необоснованна.
Для снижения негативного воздействия руководством компании ОАО «СУЭК-Кузбасс» в несколько раз ограничена масса единовременно взрываемого ВВ относительно допустимых значений, представленных в вышеперечисленных работах. Обязательным является электронный способ инициирования, обеспечивающий корот-козамедленное взрывание с нужным временным интервалом. Применяются усложненные конструкции зарядов, основой которых является рассредаточка зарядов в скважине с выполнением забойки и временного промежутка между инициированием (цель - создание эффекта контурного взрывания).
Не смотря на то, что работа Института промышленной и экологической безопасности КузГТУ считается выполненной, руководством ОАО «СУ-ЭК-Кузбасс» принято решение о продолжении научно-исследовательской работы по данному вопросу. Целью работы будет обеспечение безопасного поддержания и эксплуатации горных выработок шахты «Талдинская-Западная-2», с возможностью увеличения общей массы ВВ на блоке при массовых взрывах разреза «Заречный». В состав работы войдет оценка геомеханического состояния породных и угольных массивов, прогноз изменения этого состояния, оценка текущего состояния капитальных, подготовительных горных выработок, прикон-турного массива, проект мониторинга.
Данная работа будет основана на создании системы автоматизированного мониторинга безопасности ведения горных работ. Основным назначением данной системы будет являться
Рис. 2. Общий вид элементов системы:
а - внешний вид; б - схема соединения зондов и модулей
автоматизация информационно-аналитической деятельности в процессах прогнозирования опасностей и их своевременного предотвращения.
Цель создания заключается в обеспечении сбора и первичной обработки исходной информации, необходимой для прогноза опасных зон и повышения качества (полноты, точности, достоверности, своевременности) информации для принятия решений по профилактическим мероприятиям. Использование данной системы позволит вести непрерывное наблюдение за исследуемыми объектами в режиме реального времени. Дистанционные замеры по заложенным в
горных выработках датчикам (зондам, геофонам) могут производиться без нахождения в опасной зоне. Данные замеров могут быть сразу обработаны и получены прогнозные данные по опасным напряженным или деформационным состоянием участков массива горных пород. Реагирование датчиков (зондов, геофонов) на превышение установленных допустимых значений и своевременное информирование об этом позволит принять меры для устранения причин превышения и предупреждения аварийной ситуации. Экономия времени и средств на этапах сбора и обработки важных для прогноза геодинамических опасностей. Определение в непрерывном режиме параметров позволит более оперативно выполнять диагностику состояния угольных целиков, крепи горных выработок и предотвращать возникновение и развитие опасных явлений.
В качестве технической составляющей автоматизированной системы, включающей в себя набор датчиков (зондов, геофонов), рабочих модулей, схему сети измерений сигналов и структурированной кабельной системы планируется к применению переносная искробезопасная сейсмическая аппаратура Раэа1 М производства фирмы ЕМДв (рис. 2).
Переносная сейсмическая аппаратура Раэа1 М позволяет проводить локальные сейсмические исследования в любых подземных горных выработках в пределах шахтного поля. Достоинствами системы Раэа1 М являются возможность оценки напряженного состояния в горном массиве и его изменения во времени и пространстве, прогнозирование геологических не-однородностей до начала ведения горных работ, определение параметров, описывающих физико-химические свойства массива горных пород. Система мониторинга с применением
сейсмической аппаратуры Раэа1 М будет использована для оценки активизации геомеханических и геодинамических процессов в подземных горных выработках от массовых взрывов, производимых на разрезе. В дальнейшем данная система может быть использована для непрерывного контроля устойчивости горных выработок. За методическую основу будут приняты подходы по непрерывному прогнозу и контролю геомеханического и геодинамического состояния участков массива горных пород и угля, используемых для решения проблемы борьбы с горными ударами.
Обязательным разделом работы будет анализ наблюдений за воздействием на горные выработки взрывных работ разреза при различных параметрах, таких как общая масса и масса единовременно взрываемого ВВ, диаметр, глубина и сетка скважин, рассредаточка заряда в скважине с применением временного интервала и забойки, применение низкоплотных материалов на дно скважины и т.д., что в свою очередь позволит максимально возможно, безопасно увеличить общую массу ВВ на блоке, уменьшить простои оборудования, увеличить производительность разреза.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ_
Федеральный Закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» № 116-ФЗ от 21 июля 1997 г., статья 3, п. 4 трактует - «в случае, если при эксплуатации, капитальном ремонте, консервации или ликвидации опасного производственного объекта требуется отступление от требований промышленной безопасности, установленных федеральными нормами и правилами в области промышленной безопасности, таких требований недостаточно и (или) они не установлены, лицом, осуществляющим подготовку проектной документации на строительство, реконструкцию опасного производственного объекта, могут быть установлены требования промышленной безопасности к его эксплуатации, капитальному ремонту, консервации и ликвидации в обосновании безопасности опасного производственного объекта». Исходя из вышеизложенного, предложенная работа планируется как научная основа для разработки обоснования безопасности опасных производственных объектов «Шахта угольная № 2» («Талдинская-Запад-ная-2») и Разрез угольный «Заречный», в части влияния открытых горных работ на подземные горные выработки.
Щипачев Алексей Сергеевич - горный инженер, заместитель технического директора, e-mail: Shchipachev@suek.ru, ОАО «СУЭК-Кузбасс».
UDC 622.831
SAFE SUPPORT AND OPERATION OF MINE ROADWAYS IN THE TALDINSKAYA-ZAPANDAYA-2 MINE UNDER BLASTING AT THE ZARECHNY OPEN-PIT MINE
Shchipachev A.S., Mining Engineer, Deputy Technical Director, e-mail: Shchipachev@suek.ru, SUEK-Kuzbass JSC.
The author ¡ays foundations for scientific research of the impact exerted by the Zarechny Open-Pit Mine on the Taldinskaya-Zapadnaya-2 Mine roadways and suggests the research equipment and the impact mitigation methods.
Key words: coincident (joint, combination) mining, single charge blasting, seismic effect, automated monitoring system, justification of safety of hazardous production objects.
