CC BY
40
© А.П. Филатов, Н.П .Крамсков,
В.В. Лобанов, Ю.В.Мишенко,
Е.В. Целлер, А.Н. Велышев, 2003
YAK 622.258.42
А.П. Филатов, Н.П. Крамсков, В.В. Лобанов,
Ю.В. Мишенко, Е.В. Целлер, А.Н. Велышев
ОПЫТ ПРОХОАКИ ВОАООТВОАЯШЕЙ ШТОЛЬНИ В СЛОЖНЫХ ГИАРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГАЗОВЫХ YСЛОВИЯХ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА КОНСЕРВАЦИИ КАРЬЕРА «МИР»
По соображениям безопасности подземных горных работ, в частности, элементов системы защиты рудника от затопления (противофильтра-ционной завесы (ПФЗ), дренажной системы карьера и т.д.), и с учетом морфологических особенностей рудного тела в интервале подземной отработки, был выбран вариант консервации, сопровождающийся увеличением коэффициента запаса устойчивости бортов карьера. В соответствии с требованиями Госгортехнадзора Российской Федерации (ГГТН РФ) консервация карьера должна быть «сухой». Принципиальная схема консервации карьера приводится на рис. 1.
Проект консервации карьера разработан НТЦ «НОВОТЭК» [1] по рекомендациям специалистов института «Якутнипроалмаз». Для реализации принята схема заглубленного водоотлива. Ее элементами являются: водоотводящая штольня и водоподъемные скважины, забуренные в водоприемную камеру, сооруженную в конце штольни. Откачку дренажных вод будут осуществлять погружными насосами из водоподъемных скважин и отводить по существовавшей ранее схеме в накопитель минерализованных вод, откуда дренажные воды подают на узел обратной закачки. Трасса водоотводящей штольни, согласно проекта, проходит по дайке долеритов. Трещины в долеритах заполнены гипсом, хлоритом и пиритом. Средняя мощность долеритов около 26 м. Ко эффициент крепости пород по Протодьяконову -12ч16, коэффициент разрыхления - 1,6ч1,7.
Водоотводящую штольню проходят с абсолютной отметки -152 м в интервале метегеро-ичерского водоносного комплекса ниже подошвы основного коллектора в породах с пониженными проницаемостью и обводненностью. Для оценки степени обводненности горного массива и уточнения контуров дайки осуществляли опережающее бурение. Плановое местоположение водоподъемных скважин, равно как и водоприемной камеры штольни, определялось с учетом положения профиля ПФЗ (берма +235 м) (рис. 2). При последней корректировке проекта консервации карьера принято линейное расположение водоприемных скважин.
Расположение скважин в линию имеет свои сложности, связанные с проходкой интервала водоносного горизонта вне крепких малопроницаемых пород дайки, что усложняет как саму проходку, так и последующее вскрытие забоев этих водоподъемных скважин водоприемной камерой.
Основные опасения при проектировании проходки штольни связывали с наличием в подземных водах метегеро-ичерского водоносного комплекса растворенного токсичного газа сероводорода. Опыта ведения подземных горных работ в условиях возможных выделений сероводорода в атмосферу у АК «АЛРОСА» нет, если не считать таковым опытом проходку стволов рудника «Интернациональный» по предварительно промороженному массиву водоносного комплекса. Перед началом проходки штольни с отметки ее заложения в карбонатных плотных породах, были пробурены горизонтальные опережающие скважины, которыми на различных глубинах (от 41 до 94 м) были вскрыты линейные контакты дайки с нарушенными вмещающими породами (рис. 3). Из этих пород были получены водо-притоки с расходом до 5 м3/час.
Опробование рассолов показало, что по химическому составу и минерализации они являются практически неизмененными водами метегеро-ичерского водоносного комплекса. Однако, содержание сероводорода (34,2 мг/л) в них оказалось примерно в 4 раза меньше, чем в природных водах при повышенном рН. Анализ горно-геологической ситуации в карьере показал, что вскрытые опережающими скважинами воды являются в определяющей мере инфильтратом из водоотводной канавы, расположенной на транспортной берме над порталом водоотводящей штольни. Уже в канаве содержание сероводорода падает примерно в 2 раза (до 56 мг/л) по сравнению с природным за счет взаимодействия с кислородом воздуха и реакции с металлосодержащими горными породами.
Высота высачивания подземных рассолов в карьере преимущественно находится на отметке -100+- -110 м, что визуально отмечается в зимнее время по верхней кромке прибортовых наледей. Подошва основного коллектора метегеро-ичерского водоносного комплекса располагается на отметках -120 -130 м. Канавой в
значительной мере дренируются высачивающиеся рассолы, при этом поток воды по ней над местом расположения штольни достаточно большой с расходом ориентировочно до 400-500 м3/час.
Первые 5-6 м проходки штольни сопровождались капельно-жидкими проявлениями рассолов. По составу, в частности, по сероводороду рассолы не отличались от тех, что были вскрыты ранее пробуренными опережающими скважинами. Такой характер рассоло-проявлений, присущий трещиноватым массивам, в существенной мере снижает значимость факторов десорбции сероводорода со смоченных поверхностей. В зафиксированной ситуации смачивание поверхности определяется не постоянным поступлением рассолов к стенкам выработки по поровой составляющей свободной емкости массива, когда происходит обновление концентрации сероводорода на поверхности выработки, а лишь поступлением рассолов по трещинам, где постоянная концентрация сероводорода имеется лишь
Рис. 2. Противофильтрационная завеса и профиль штольни в плане
на выходе трещины в выработку. Анализ проб воды позволил констатировать, что рассолы этой зоны, как и ранее апробированные в значительной своей части являются инфильтратом из водоотводной канавы транспортной бермы карьера, подвергшись дегазации в выработанном пространстве карьера. Об этом свидетельствует повышенная величина рН рассола (8 - в природных водах 7,2-7,4) и низкое содержание сероводорода (40,1 мг/л). Многие исследователи отмечают, что тампонажная завеса на карьере «Мир» при всех недостатках ее строительства существенно повлияла на гидродинамическую обстановку в карьерном поле. Основная трещиноватость, особенно вблизи контура завесы, заполнена глиноцементным раствором, значительная часть которого протампонировала во внутрикарьерный массив, так как выработанное пространство карьера служило областью разгрузки высоких давлений, задаваемых на тампонажных скважинах для инъекти-рования глиноцементных растворов.
В связи с этим предполагалось, что проходка водоотводящей штольни будет проходить по массиву с предварительно и существенно сниженной проницаемостью, что обусловит достаточно низкие водопритоки в выработку и, как следствие, пониженное поступление сероводорода в атмосферу штольни.
По состоянию на 1.01.2003 г. пройдено 300 м штольни (рис. 4), что составляет более половины ее проектной длины. До водоприемной камеры осталось около 90 м. На расстоянии 225 м от портала штольню стали проходить под углом 90 с тем, чтобы выйти на отметку заложения водоприемной камеры -183,5 м.
Характер обводнения водоотводящей штольни не изменился, основные видимые источники обводнения являются локальными, и приуроченными к зонам по-
вышенной трещиноватости дайки. Установившийся приток воды к штольне по последним фактическим наблюдениям не превышает 3,6 м3/час.
Первоначальное проектное решение по креплению штольни металлическими арками с железобетонными затяжками откорректировано в процессе проходки в связи с тем, что начали фиксироваться разрушения отдельных железобетонных затяжек и интенсивная коррозия металлических арок в результате воздействия агрессивной сероводородной среды. В связи с высокой устойчивостью пород дайки и, учитывая вышеизложенные причины, было предложено перейти на крепление деревом смолосодержащих пород, что ускорило и удешевило процесс крепления.
Были изменены проектное сечение штольни и вид крепления, что позволило ускорить проходку. При этом пропускная способность штольни оказалась достаточна для приема прогнозируемого водопритока и последующей его откачки погружными насосами через водоподьемные скважины (рис. 5).
Принято решение о проходке дополнительного транспортного уклона (угол 110) из штольни с выходом на берму карьера с отметкой -133,51 м, с тем, чтобы не мешать работам по созданию противофильтрацион-ного экрана. Дополнительной функцией уклона будет обслуживание и контроль состояния штольни в начальный период ее эксплуатации (рис. 4).
Фиксируемые водопритоки из опережающих скважин, с учетом того, что горизонтальные дренажные скважины гидродинамически являются более совершенными, чем наклонные или вертикальные, свидетельствуют о достаточно низких фильтрационных характеристиках массива, локализованности зон водо-проявлений. Обводнение штольни закономерно уменьшается по мере удаления от зоны техногенной трещиноватости, сформированной открытыми работами в карьере и приближению к контуру противофильтраци-онной завесы, что подтверждает существенную роль завесы в снижении проницаемости карьерного поля в интервале водоносного комплекса.
Фактором, не учтенным в проектных решениях, является инфильтрация дренажных вод из водоотводной канавы в массив по приконтактной трещиноватости. Однако, как показано выше, этот фактор не привел к существенному ухудшению условий проходки штольни, так как с ним связано пониженное поступление сероводорода в выработку.
Инфильтрующиеся из выработанного пространства карьера рассолы не только сами по себе содержат низкие концентрации сероводорода, но и привносят с собой захваченный из атмосферы карьера кислород, который окисляет этот газ в подземных водах.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. АК «АЛРОСА». Подземный рудник «Мир». Сухая консервация карьера. Рабочая документация. НТЦ «НОВОТЭК», Гензель Г.Н., Якушенко М.В., г. Белгород, 2001 г.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------------------------
Филатов А.П. - АК "АЛРОСА".
Крамсков Н.П, Лобанов В.В., Мищенко Ю.В, Целлер Е.В. - институт "Якутнипроалмаз".
Ведышев А.Н. -МСШСТ УКС АК "АЛРОСА".
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Ш
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания:
Число сохранений:
Дата сохранения:
Сохранил:
Полное время правки: 33 мин.
Дата печати: 09.11.2008 18:15:00
При последней печати страниц: 3
слов: 1 478 (прибл.)
знаков: 8 431 (прибл.)
ФИЛАТОВ
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB11~03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do Опыт начального этапа проходки водоотливной штольни v403a 1
19.08.2003 15:51:00 17
19.08.2003 16:34:00 Гитис Л.Х.
