CC BY
15
УДК 622.016.2
ОСОБЕННОСТИ ЛИКВИДАЦИИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ШАХТ ПРОКОПЬЕВСКО-КИСЕЛЕВСКОГО УГОЛЬНОГО
РАЙОНА КУЗБАССА
В.И. Ефимов, Т.В. Корчагина
Приведены горно-геологические и гидрогеологические особенности расположения шахт Прокопьевско-Киселевского угольного района Кузбасса. На примере закрываемых комбинированным способом шахт «Зиминка», «Красногорская», «Киселевская» и им. Ворошилова показаны технические решения и технологические схемы ликвидации вертикальных стволов, а также шурфов, скважин и каналов.
Ключевые слова: угольные шахты, вертикальные стволы, ликвидация, комбинированный способ, технологические схемы.
Введение
Ликвидация горных предприятий связана с реструктуризацией угольной промышленности, научно-методические основы, которой были заложены в работе [1]. При этом наиболее сложными и трудозатратными являются работы, связанные с ликвидацией горных выработок, имеющих выход на земную поверхность.
Ликвидация вертикальных стволов на шахтах, закрываемых сухим или мокрым способом, в принципе, не представляет особых сложностей.
Наиболее сложным в технико-технологическом отношении является реализация комбинированного способа, когда шахта затапливается до определенной отметки, уровень которой контролируется с помощью погружных насосов, установленных в одном из вертикальных стволов.
Комбинированный способ наиболее характерен для ликвидируемых шахт Прокопьевско-Киселевского угольного района Кузбасса. Связано это с тем, что эти шахты имеют, как правило, общие границы горных отводов и, либо прямую гидравлическую, либо гидрогеологическую связь. ОАО «ВНИМИ» установлено [2], что шахты Прокопьевско-Киселевского угольного района образуют две гидравлически связанные группы шахт: северную и южную (рис. 1).
Разделение Прокопьевско-Киселевского техногенного гидрогеологического комплекса на северную и южную группы гидравлически связанных шахт обусловлено уровнем их затопления и точкой выхода шахтных вод на земную поверхность.
В состав северной группы входят шахты: «Тырганская», «Тайбин-ская», им. Вахрушева, «Суртаиха», «Черкасовская», «Зиминка», шахта №12, ОАО «Поляны», ОАО «Луговое».
Также к северной группе относятся гидравлически обособленные шахты «Красногорская» и «Киселевская».
В состав южной группы входят шахты: «Ноградская», «Центральная», «Северный Маганак», им. Марии Косогоровой (им. Калинина), им. Ворошилова», «Коксовая-2», им. Дзержинского и «Зенковская».
Уровень затопления северной группы гидравлически связанных шахт обусловлен наличием прямой гидравлической связи на гор. +271,8 м через выработанное пространство шахты «Тырганская» и шахты им. Марии Косогоровой (рис. 1). Общий объем шахтных вод с северной части перетекает на юг, на гор. +271,8 м без выхода на земную поверхность.
Уровень затопления южной группы гидравлически связанных шахт не может превысить отметки +258^263 м, т.к. данный уровень является точкой возможного выхода шахтных вод на земную поверхность и расположен в границах горного отвода шахты «енковская» ( рис. 1).
Особенности ликвидации вертикальных стволов на шахтах Проко-пьевско-Киселевского угольного района Кузбасса, а также шурфов, скважин и каналов рассмотрим на примере шахт «Зиминка», «Красногорская», «Киселевская» (северная группа) и им. Ворошилова (южная группа). Эти шахты имеют по 5-7 вертикальных стволов, а также несколько шурфов, скважин и вентиляционных каналов.
Технические решения и технологические схемы ликвидации вертикальных стволов, а также шурфов, скважин и вентканалов разрабатывались в соответствии с требованиями и рекомендациями [3-7].
Рис. 1. Схема расположения гидравлически связанных шахт с указанием мест прямой гидравлической связи
Технические решения и технологические схемы
Шахта «Зиминка» связана единой гидравлической системой горными работами шахты «Тайбинская» и шахты «Тырганская», а через эти
предприятия - с шахтами северной и южной групп Прокопьевско-Киселевского угольного района.
Детальный анализ горных работ показал, что при подтоплении горных выработок шахты «Зиминка» до гор. +123,4 м общий объем шахтных вод перетекает в выработанное пространство шахты «Тырганская». При достижении горизонта подтопления +271,8 м на шахте «Тырганская» общий объем шахтных вод по предприятиям северной группы шахт, в том числе с шахты «Зиминка», через горные выработки шахты «Тырганская», перетекает в выработанное пространство шахты им. Марии Косогоровой. Далее шахтная вода будет перетекать в горные выработки южной группы шахт с возможным выходом на земную поверхность на отметках +258^263 м через горные выработки шахты «Зенковская». Прямого выхода шахтной воды на земную поверхность в границах горного отвода шахты «Зиминка» наблюдаться не будет. Прогнозный горизонт затопления гидравлически связанных шахтных полей шахты «Тайбинская», шахты «Зи-минка» и шахты «Тырганская», с учетом максимального значения в интервале преобладающей величины подпора воды установится на гор. +273,5; +273,0 и +272,5 м соответственно.
Таким образом, ликвидация шахты «Зиминка» заключается в контроле накопления шахтной воды до горизонта устойчивого перепуска воды из горных выработок шахты «Зиминка», через горные выработки шахты «Тырганская», в выработанное пространство шахты им. Марии Косогоровой. Ликвидационные работы организуются в два этапа [8].
На первом этапе происходит подтопление горных выработок до гор. +235 м и контролируемое накопление шахтной воды до гор. +270 м. Контроль уровня затопления горных выработок шахты «Зиминка» выполняется через выработки породоуглубочного ствола. На данном этапе проводятся исследования изменения химического состава приповерхностных вод во времени через созданную сеть наблюдательных скважин.
На втором этапе осуществляется контроль за накоплением шахтной воды до горизонта устойчивого перепуска шахтной воды из горных выработок шахты «Зиминка», через горные выработки шахты «Тырганская», в выработанное пространство шахты им. Марии Косогоровой и далее с возможным выходом на земную поверхность на отметках +258^263 м через горные выработки шахты «Зенковская». Прямого выхода шахтной воды на земную поверхность, заболачивания и подтопления территорий в границах горного отвода шахты «Зиминка» не прогнозируется.
При формировании устойчивого перетока шахтных вод шахты «Зи-минка», через горные выработки шахты «Тырганская» в выработанное пространство шахты им. Марии Косогоровой, на гор. +273 м и ниже, принимается решение о завершении работ по ликвидации горных выработок и сооружении поверхностного комплекса. Контроль уровня затопления гор-
ных выработок шахты «Зиминка» можно выполнять через выработки по-родоуглубочного ствола.
Общее время затопления горных выработок техногенного комплекса шахта «Тайбинская» - шахта «Зиминка» - шахта «Тырганская» до гор. +273 м, с учетом существующих водопритоков, составит 24,1 мес.
Поле шахты «Красногорская» имеет общие границы с шахтами «Черкасовская» (на севере), им. Ворошилова (на юге и юго-востоке), «Тай-бинская» (на северо-западе), «Зиминка» (на западе) и юго-западнее - им. Марии Косогоровой.
На основании оценки состояния барьерных целиков установлено, что шахта «Красногорская» является изолированной и ее затопление не влияет на гидрогеологическую обстановку соседних шахт.
Тем не менее, технические решения при ликвидации горных выработок шахты «Красногорская» разрабатывались с учетом сложных и специфических условий топологии их расположения [9]. Связано это с тем, что ликвидация выработок, выходящих на земную поверхность, выполнялась комбинированным способом с поддержанием отметки затопления +270 м.
Затопление шахты до установленной отметки предполагает установку погружных насосов, как правило, два рабочих и один резервный. На рис. 2 показана схема установки погружных насосов в клетевом стволе шахты «Красногорская». Технологическая схема ликвидации центрального вентиляционного ствола (ЦВС) шахты «Красногорская» приведена на рис. 3.
В настоящее время работы по ликвидации ЦВС, клетевого ствола № 2, скипового ствола и шурфа № 65 выполнены. Объемы выполненных работ приведены в табл. 1.
Таблица 1
Объемы работ по засыпке вертикальных выработок шахты
«Красногорская»
№ п/п Наименование выработки Сечение в свету (Бсв), м2 Фактический объем засыпки, м3
1 Клетевой ствол № 2 38,5 12 565
2 ЦВС 30,2 9 065
3 Шурф № 65 6,2 1 300
4 Скиповой ствол 28,3 3 035
5 Клетевой ствол 38,5 3 017
Одной из существенных особенностей шахты «Киселевская» является то, что на юге и юго-западе она располагается в непосредственной
близости к действующему угольному разрезу «Краснобродский» («Вахру-шевское поле») ОАОУК «Кузбассразрезуголь». С разрезом шахта связана через старые горные работы по свите пластов западного крыла II Тырган-ской антиклинали гор. +220 м.
Для исключения неконтролируемого поступления воды в выработки открытых горных работ участка «Вахрушевское поле» и поддержания безопасного уровня в устье породоуглубочного ствола смонтирован водо-понижающий комплекс.
Рис. 2. Схема установки погружных насосов в клетевом стволе шахты «Красногорская»: 1 - изолирующая перемычка; 2 - трубопровод;
3 - погружные насосы
Рис. 3. Технологическая схема ликвидации ЦВС шахты
«Красногорская»: 1 - газоотводная труба 0150 мм; 2 - указатель с наименованием выработки и даты ликвидации; 3 - ограждение; 4 - полок перекрытия устья ствола; 5 - перемычка вентиляционного канала; 6 - засыпка
из негорючего материала
После установления факта полного перетока воды в открытые горные выработки участка «Вахрушевское поле», т.е. до достижения абсолютной отметки +235 м, водопонижающий комплекс подлежит демонтажу и породоуглубочный ствол ликвидируется (рис. 4).
Рис. 4. Технологическая схема ликвидации породоуглубочного ствола
шахты «Киселевская»: 1 - молниеотвод; 2 - газоотводная труба; 3 - полок перекрытия устья ствола; 4 - полок перекрытия ствола; 5 - сбойка; 6 - западная подводящая выработка; 7 - восточная подводящая выработка;
8 - изолирующая перемычка подводящей выработки; 9 - ограждение
Сведения по объемам засыпки ликвидируемых выработок приведены в табл. 2 [10].
Шахта им. Ворошилова является одной из сложных шахт Прокопь-евско-Киселевского района, т.к. к ее границам примыкают горные отводы соседних шахт, и с некоторыми из них имеются прямые гидравлические или гидрогеологические связи.
Непосредственно к границам шахтного поля шахты им. Ворошилова примыкают горные отводы соседних шахт:
- с севера - шахта «Красногорская»;
- с северо-запада - шахта «Зиминка»;
- с запада - шахта им. Калинина»;
- с юга - шахта им. Дзержинского»;
- с востока - шахта «Коксовая».
Таблица 2
Объемы засыпки при ликвидации горных выработок шахты
«Киселевская»
№ Наименование Год Объем негорючего материала 3 для засыпки, м3
п/п выработки ликвидации выработка вентиляционный канал
1 Шурф № 101 2018 640 -
2 Юго-западный ствол 2018-2019 3800 1 500
3 Скиповой ствол 2019-2020 8200 -
4 Клетевой ствол 2020 8900 -
5 Юго-восточный ствол 2020-2021 7100 250
6 Породоуглубочный ствол 2021 7100 -
7 Шурф № 889 2022 10 -
8 Контрольно-профилактические скважины № 9, № 10, № 11 и № 12 2022 500 -
9 ИТОГО 36250 1750
Схема гидравлических связей между шахтами приведена на рисунке
5 [11].
ш. им. Держинского ш. им. Ворошилова ш. им. Калинина ш. Тырганская
+265,0 273, 275, о
"Уклон N<>1 "7 +192,0 +128,0 . Прирезка .." раб, гор..+12.0,0
К +159,0
ш. им. Калинина +100,0
раб: гор. +-2р,0: +80,7 +84,1 +69,7 +69,9 отметка затопления
///////у +60,0 гор. +0,0
раб: гор..-40,О;
Рис. 5. Схема гидравлических связей шахты им. Ворошилова
Конструкции изолирующих перемычек, полков перекрытия стволов и вентиляционных каналов принимаются в соответствии с требованиями Инструкции по аэрологической безопасности угольных шахт [7].
В качестве примера на рис. 6 приведены технические решения по ликвидации северного вентиляционного ствола шахты им. Ворошилова.
Рис. 6. Технические решения по ликвидации северного вентиляционного
ствола шахты им. Ворошилова: а - до ликвидации; б - после ликвидации; 1 - молниеотвод; 2 - газоотводная труба; 3 - полок перекрытия устья вентиляционного канала; 4 - полок перекрытия устья ствола; 5 - подводящая выработка; 6 - изолирующая перемычка подводящей выработки; 7 - затопленное пространство; 8 - указатель; 9 - обваловка глиной; 10 - полок перекрытия ствола; 11 - засыпка
из негорючего материала
При ликвидации шурфов и скважин технология работ аналогична описанной для вертикальных стволов, за исключением того, что на глубине залегания коренных пород, как правило, не устраивается полок перекрытия. Газоотводящий трубопровод (его перфорированная часть) располагается на 10 м ниже полка перекрытия устья шурфа или скважины.
На рис. 7 приведена технологическая схема ликвидации шурфа зарядного депо № 27, а на рис. 8 - дегазационной скважины шахты «Зимин-ка».
1 2
(естественный переток воды)
+134,4
Рис. 7. Технологическая схема ликвидации шурфа зарядного депо № 27 шахты «Зиминка»: 1 - указатель с наименованием выработки и даты ликвидации;
2 - обваловка глиной; 3 - полок перекрытия устья шурфа;
4 - полок перекрытия шурфа; 5 - засыпка из негорючего материала;
6 - затопленная часть шурфа
Каналы вертикальных стволов ликвидируются, как правило, открытым способом с разработкой котлована и демонтажными работами.
На рис. 9 приведена схема ликвидации канала ЦВС шахты «Красногорская». После выполнения работ производится обратная засыпка котлована извлеченными породами и их уплотнение. Недостающий для засыпки негорючий материал завозится дополнительно.
Рис. 8. Технологическая схема ликвидации дегазационной скважины
шахты «Зиминка»: 1 - указатель с наименованием выработки и даты ликвидации; 2 - тумба из бетона; 3 - пробка из бетона устья скважины; 4 - котлован с утрамбованной влажной глиной; 5 - засыпка из негорючего материала; 6 - пробка из бетона; 7 - заглушка
Рис. 9. Технологическая схема ликвидации канала открытым способом
ЦВС шахты «Красногорская»: 1 - засыпанный котлован; 2 - газоотводная труба 0150 мм; 3 - указатель с наименованием выработки и даты ликвидации; 4 - обваловка глиной; 5 - ограждение
Выводы
Применение комбинированного способа ликвидации вертикальных стволов на шахтах Прокопьевско-Киселевского угольного района Кузбасса обусловлено тем, что эти шахты имеют, как правило, общие границы горных отводов и прямую гидравлическую или гидрогеологическую связи. По этим причинам шахты объединены в северную и южную группы.
Комбинированный способ предусматривает затопление ликвидируемых шахт до определенной отметки, уровень которой регулируется установкой в одном из вертикальных стволов погружных насосов. После установления факта полного перетока воды и стабилизации депрессионной воронки водопонижающий комплекс демонтируется и ствол, в котором он был смонтирован, ликвидируется.
Ликвидация вертикальных стволов, шурфов и скважин осуществляется путем засыпки негорючим материалом с предварительным возведением водоупорных изолирующих перемычек в горизонтальных выработках и устройством полков перекрытия в протяженной части и устье.
Каналы вертикальных стволов целесообразно ликвидировать путем отрывки котлована, выполнением демонтажных работ и засыпкой их негорючим материалом.
Список литературы
1. Реструктуризация угольной промышленности. (Теория. Опыт. Программы. Прогноз) / под общ. ред. Ю.Н. Малышева. Москва: Компания «Росуголь», 1996. 536 с.
2. Заключение ОАО «ВНИМИ» от 26.12.2013 по результатам НИР «Разработка научно-обоснованных предложений по стабилизации гидрогеологической ситуации в техногенных горизонтах и на поверхности горных отводов действующих и ликвидированных шахт Прокопьевско-Киселевского угольного района» / ОАО «ВНИМИ». Санкт-Петербург, 2013.
3. О недрах: федер. закон: принят Гос. думой 21.02.1992 №2395-1 : текст с изм. На 01.06.2021 // Кодекс [Электронный ресурс]. URL:https://docs.cntd.ru /document/9003403 (дата обращения:02.02.2023 ).
4. О промышленной безопасности опасных производственных объектов: Федер. закон: принят Гос. Думой 21.07.1997 № 116: текст с изм. 11.07.2021 // Кодекс [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/9046058 (дата обращения: 26.01.2023).
5. Правила безопасности в угольных шахтах: утв. Приказом Ростех-надзора от 08.12.2020 №507: дата введ. 01.01.2021. Москва: ЦЕНРМАГ, 2021. 146 с. (ФНП ПБ).
6. Эталон проекта ликвидации шахты (разреза): текст на 01.01.2021: разработан АО «ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского»; утвержден Приказом Минэнерго РФ от 01 ноября 2001 г. №308. Москва, 2001. 52 с.
7. Инструкция по аэрологической безопасности угольных шахт : утв. Приказом Ростехнадзора от 08.12.2020 №506. Гл. XI. Порядок изоляции неиспользуемых горных выработок и выработанных пространств угольных шахт // Кодекс [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/573264143 (дата обращения: 21.02.2023).
8. Технический проект ликвидации горных выработок шахты «Зи-минка» АО «Салек». Т. 1. Кн. 1. Ч. 1. Пояснительная записка / ООО «Сибирский Институт Горного Дела». Кемерово, 2017. 249 с.
9. Технический проект ликвидации горных выработок ООО «Шахта «Красногорская». Том 1. Книга 1. Часть 1. Пояснительная записка / ООО «Сибирский Институт Горного Дела». Кемерово, 2017. 266 с.
10. Технический проект ликвидации горных выработок шахты «Киселевская» Киселевского месторождения. Т. 1. К. 1. Ч. 1. Пояснительная записка / ООО «Сибирский Институт Горного Дела». Кемерово, 2017. 287 с.
11. Технический проект ликвидации горных выработок ООО «Сиб-энергоуголь» в границах участка недр «Поле шахты им. Ворошилова» / ООО «Сибирский институт горного дела». Кемерово, 2016. 207 с.
Ефимов Виктор Иванович, д-р техн. наук, проф., v.efimov@msk.sds-ugol.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Корчагина Татьяна Викторовна, канд. техн. наук, директор, t.korchagina@,sds-ugol.ru, Россия, Кемерово, ООО «Сибирский институт горного дела»
FEATURES OF THE LIQUIDATION OF VERTICAL SHAFTS OF MINES
OF THE PROKOPYEVSKO-KISELEVSKY COAL DISTRICT OF KUZBASS
V.I. Efimov, T.V. Korchagina
The mining-geological and hydrogeological features of the location of the mines of the Prokopyevsko-Kiselevsky coal region of Kuzbass are given. On the example of the mines "Ziminka", "Krasnogorskaya", "Kiselevskaya" and named after Voroshilov, which are closed in a combined way, technical solutions and technological schemes for the elimination of vertical shafts, as well as pits, wells and canals are shown.
Key words: coal mines, vertical shafts, liquidation, combined method, technological
schemes.
Efimov Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, v.efimovamsk.sds-ugol.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Korchagina Tatyana Viktorovna, candidate of technical sciences, director, t.korchagina@sds-ugol.ru, Россия, Russia, Kemerovo, LLC «Siberian Institute of Mining»
Reference
1. Restructuring of the coal industry. (Theory. Experience. Programs. Forecast) / under the general editorship of Yu.N. Malyshev. Moscow: Rosugol Company, 1996. 536 p.
2. Conclusion of JSC "VNIMI" dated December 26, 2013 based on the results of research "Development of scientifically based proposals for the stabilization of the hydrogeo-logical situation in man-made horizons and on the surface of mining branches of existing and liquidated mines of the Prokopievsko-Kiselevsky coal district" / JSC "VNIMI". St. Petersburg, 2013.
3. About the subsoil: feder. law: adopted by the State Duma on 02/21/1992 No. 2395-1 : text with amendments. On 01.06.2021 // Codex. URL:https://docs.cntd.ru /document/9003403 (accessed date:02.02.2023 ).
4. On industrial safety of hazardous production facilities: Feder. Law: adopted by the State Duma on 21.07.1997 No. 116: text from 11.07.2021 // Codex. URL: https://docs.cntd.ru/document/9046058 (date of application: 26.01.2023).
5. Safety rules in coal mines: approved. By Order of Rostechnadzor No. 507 dated 08.12.2020: date of introduction. 01.01.2021. Moscow: TSENRMAG, 2021. 146 p. (FNP PB).
6. The standard of the mine (section) liquidation project: text as of 01.01.2021: developed by JSC "NSC GP-IGD named after A.A. Skochinsky"; approved by Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation No. 308 dated November 01, 2001. Moscow, 2001. 52 p.
7. Instructions for the aerological safety of coal mines : approved. By Order of Rostechnadzor dated 08.12.2020 No. 506. Gl. XI. The order of isolation of unused mine workings and worked-out spaces of coal mines // Codex. URL: https://docs.cntd.ru/document/573264143 (accessed: 02/21/2023).
8. Technical project of liquidation of mine workings of the mine "Zi-minka" of JSC "Salek". Volume 1. Book 1. Part 1. Explanatory Note / Siberian Mining Institute LLC. Kemerovo, 2017. 249 p.
9. Technical project of mine workings liquidation LLC "Krasnogorskaya Mine". Volume 1. Book 1. Part 1. Explanatory Note / Siberian Mining Institute LLC. Kemerovo, 2017. 266 p.
10. Technical project of liquidation of mine workings of the Kiselevskaya mine of the Kiselevsky deposit. Volume 1. Book 1. Part 1. Explanatory Note / Siberian Mining Institute LLC. Kemerovo, 2017. 287 p.
11. Technical project for the liquidation of mining operations of Sibenergougol LLC within the boundaries of the subsurface area "Field of the mine named after Voroshilova" / Siberian Mining Institute LLC. Kemerovo, 2016. 207 p.
