CC BY
45
- © А.А. Черкашин, 2014
УДК 622.272:622.063
А.А. Черкашин
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ НА ОБЪЕМЫ ВОДОПРИТОКОВ В ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
Приток воды в горные выработки является одним из основных ограничивающих факторов при подземной угледобыче. Высокие водопритоки приводили к увеличению времени простоев очистных забоев и, как следствие, к снижению производительности и экономическому ущербу В данной статье рассмотрено влияние таких параметров как климат, скорость подвигания очистного забоя, длины очистного забоя и выемочного столба на объем стационарных водопритоков в подземные горные выработки на примере ш. Котинская ОАО СУЭК-Кузбасс, для различных глубин ведения горных работ. Анализ притоков воды в горные выработки шахты, показал наличие существенных колебаний объема водопритоков в зависимости от времени года, а также задержку с увеличением глубины ведения горных работ сезонного увеличения объемов воды, поступающей в горные выработки. Сезонное увеличение притоков по сравнению со среднегодовым составило от 28% до 137% при среднем значении за весь период наблюдений - 79%. Обозначены природно - техногенные структуры при ведении горных работ по пласту 52, произведен расчет водопритока в горные выработки по методике Мироненко. Получены зависимости влияния технологических факторов на водопритоки для длины лавы в диапазоне от 50 до 500 м, длины столба - от 500 до 5000 м, скорости подвигания очистного забоя - от 0 до 50 м/сут.
Ключевые слова: угольный пласт, выемочный участок, интенсивная разработка, влияющие факторы, водоприток.
Степень влияния климатических на ведение горных работ различна для каждого конкретного месторождения и определяется условиями их совокупного проявления.
На рис. 1 показаны отклонения водопритока в текущем месяце от среднего водопритока за год.
Основной проблемой при расчете ожидаемых водопритоков в шахту является неоднородность породных массивов, что в большинстве случаев делает невозможным получение достоверной информации о свойствах массива в масштабах выемочного столба.
В качестве основной для расчетов была принята методика деления шахтных полей на три типа, основы-
ваясь на взаимном расположении техногенного и природного комплексов трещин, предложенная Ю.А. Норва-товым [1]. При оценке условий формирования притоков подземных вод в шахты целесообразно различать три типа природно-техногенных структур.
Поле шахты Котинская относится к III типу (связь между комплексами трещин прослеживается до определенной глубины). Причем, при ведении работ на глубинах 160-200 м существует непосредственная связь между природным и техногенным комплексами трещин (зона 1), а начиная с больших глубин наблюдается появление водо-упора в виде алевролита и песчаника, мощность которого увеличивается с глубиной ведения работ (зона 2).
В зону 1 на плане горных работ попадают 5 выемочных участков, в зону 2 -три выемочных участка (рис. 2).
Для зоны 1 наилучшие результаты дает методика, предложенная В.А. Мироненко [2], согласно которой во-доприток в очистной забой рассматривается как совокупность водопри-токов со стороны выемочных штреков, забоя, кровли и выработанного пространства.
Исходные данные и результаты расчетов для выемочных участков 5202,
5201, 5206, 5205, расположенных в зоне 1, приведены в табл. 1 и 2.
Полученный результат можно считать достоверным, поскольку фактический средний водоприток на рассматриваемом участке колебался от 550 до 662 м3/час (отклонения не более 17%).
Для определения влияния параметров систем разработки на объем водо-притоков на выемочные участки в зоне 1 были выполнены расчеты, результаты которых представлены на рис. 3-5.
Рис. 2. Природно-техногенные структуры при отработке пласта 52 в поле шахты Котинская. Схема природно-техногенной гидрогеологической структуры, сформированной при выемке пологих и наклонных угольных пластов
Таблица 1
Исходные данные для расчета
Коэффициент водопроводимости 13,2 м2/сут;
Напор на контуре питания 300 м;
Мощность осушаемого слоя 176 м
Длина очистного забоя 300 м
Длина выемочного столба 4160 м
Скорость подвигания забоя 9 м/сут
Водоотдача пород 0,008
Коэффициент пъезопроводности 4900 м2/сут
Радиус влияния на неподвижном контур 2667 м
Таблица 2
Результаты расчета притока по Мироненко
Со стороны движущегося забоя 180,4 м3/час
Со стороны монтажной камеры 59,4 м3/час
Со стороны штреков 2x210,2 м3/час
Общий приток 660 м3/час
При этом, длина лавы изменялась в диапазоне от 50 до 500 м, длина столба - от 500 до 5000 м, скорость подвигания очистного забоя - от 0 до 50 м/сут. Максимально заданные размеры длины лавы и длины столба соответствуют достигнутым в мировой практике, максимальные значения скорости подвигания превышают реально достигнутые.
На основании вышеизложенного были сделаны следующие выводы о влиянии различных факторов на объемы стационарных водопритоков:
1. Для рассматриваемой шахты характерно сезонное изменение водо-притока в горные выработки, которое проявляется только при наличии связи между природным и техногенными комплексами трещин (зона 1).
Рис. 3. Зависимость объема водопритоков в очистной забой от длины выемочного столба при ведении работ в 1 зоне
200Q
°0 ГО 30 30 40
Скорость подпиганин очистного забоя- m/cvt
Рис. 4. Зависимость объема водопритоков в очистной забой от скорости подвига-ния при ведении работ в зоне 1
2. Размеры выемочного столба оказывают незначительное влияние на объемы стационарных водоприто-ков (не более 10-20%) при ведении работ на любой глубине.
3. Скорость подвигания очистного забоя оказывает наибольшее влияние на объем водопритоков в очистной забой, что можно объяснить увеличением подрабатываемой площади в единицу времени. Влияние скорости подвигания при ведении горных работ
во второй зоне требует дополнительного изучения.
4. Полученные зависимости можно применять для оценки водопритоков
Рис. 5. Зависимость объема водопритоков в очистной забой от его длины при ведении работ в 1 зоне
при проектировании отработки верхних участков рабочих пластов Соколовского угольного месторождения Кузбасса.
1. Норватов Ю.А., Петрова И.Б., Степанова А.С., Назима В.В. Применение численных геофильтрационных моделей для обоснования дренажных мероприятий на полях затапливаемых шахт / Перспективы использования геоинформационных технологий для безопасной отработки месторождений полезных ископаемых. Международная на-
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
учно-практическая конференция. 3, 4 июля 2000 г. - СПб.: ВНИМИ, 2001.
2. Гидрогеологические исследования в горном деле / Под общ. ред. В.А. Миронен-ко. - М., 1976.
3. Климентов П.П., Овчинников А.М. Гидрогеология месторождений твердых полезных ископаемых. - М.: Недра, 1966.
4. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Теория и методы опытно-фильтрационных работ. - М.: Недра, 1978.
5. Прохоров С.П., Качугин Е.Г. Гидрогеологические исследования при развед-
ке месторождений. - М.: Госгеотехиздат, 1955.
6. Рац М.В. Неоднородность горных пород и их физические свойства. - М.: Наука, 1968. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ_
Черкашин Александр Александрович - аспирант, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», e-mail: [email protected].
UDC 622.272:622.063
ASSESSMENT OF TECHNOLOGICAL AND NATURAL FACTORS ON WATER INFLOW IN THE COAL MINES
Cherkashin A.A., Graduate Student,
National Mineral Resource University «University of Mines», e-mail: [email protected].
Water inflow into the mine workings is one of the main bounding factors of underground coal mining. It was determined that the main reason, which cause the longwall productivity decrease was the high water inflow (more than 700 m3/h) at the longwall panels. High water inflows leads to longwall productive time losses increase and its productiveness decrease and economical losses as a consequence. In the article is analyzed the influence of such factors as climate, longwall advance rate and parameters of longwall on the amount of stationary water inflows into underground mine workings on the example Kotinskaja mine. Water flow analysis water in the mine workings of the mine has shown season significant variations in the water inflows volumes depending on season, as well as the delay of seasonal increase in volume of water flowing into the mine workings inflows. Seasonal increase compared with the average ranged from 28% to 137% with an average value of 79% for the entire observation period. Natural - anthropogenic structures during mining operations in reservoir 52 are designed. Relation between technological factors impact and water inflows for the face length in the range from 50 to 500 m, the length of the extraction panel - from 500 to 5000 m, longwall advance rate - from 0 to 50 m / day is obtained.
Key words: coal seam, longwall panel, intensive mining, influencing factors, water inflow.
REFERENCES
1. Norvatov Ju.A., Petrova I.B., Stepanova A.S., Nazima V.V. Primenenie chislennyh geofil'tracionnyh modelej dlja obosnovanija drenazhnyh meroprijatij na poljah zataplivaemyh shaht. Perspektivy ispol'zovanija geoinformacionnyh tehnologij dlja bezopasnoj otrabotki mestorozhdenij poleznyh iskopaemyh. Mezhdunarod-naja nauchno-prakticheskaja konferencija. 3, 4 ijulja 2000 g (Application of numerical geofiltration models to substantiation of drainage activity in inundated mine fields. Prospects for geoinformation technology in safe mineral mining. International Science-and-Practice Conference, 3, 4 July 2000), Saint-Petersburg, VNIMI, 2001.
2. Gidrogeologicheskie issledovanija v gornom dele, pod red. V.A. Mironenko (Hydrological studies in mining, Mironenko V.A. (Ed.)), Moscow, 1976.
3. Klimentov P.P., Ovchinnikov A.M. Gidrogeologija mestorozhdenij tverdyh poleznyh iskopaemyh (Hydrology of hard mineral deposits), Moscow, Nedra, 1966.
4. Mironenko V.A., Shestakov V.M. Teorija i metody opytno-fil'tracionnyh rabot (Theory and methods of experimental filtration operations), Moscow, Nedra, 1978.
5. Prohorov S.P., Kachugin E.G. Gidrogeologicheskie issledovanija pri razvedke mestorozhdenij (Hydro-logical studies in mineral exploration), Moscow, Gosgeotehizdat, 1955.
6. Rac M.V. Neodnorodnost' gornyh porod i ih fizicheskie svojstva (Heterogeneity and physical properties of rocks), Moscow, Nauka, 1968.
