CC BY
47
УДК
В.В. Демьянов, С.М. Простое, О.В. Демьянова
Электролюминесцентные устройства В СИСТЕМАХ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
Семинар №2
УДК 622.1:528.481/.482
ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССА СДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ЗАТОПЛЕНИЯ СВИТЫ ОТРАБОТАННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В УСЛОВИЯХ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА
ремин С.А., Северо-Кавказское представительство ВНИМИ
Ефимов Д.А., Северо-Кавказское представительство ВНИМИ
Стеценко О.П., Северо-Кавказское представительство ВНИМИ
В соответствие «Инструкции о порядке ведения работ по ликвидации и консервации опасных производственных объектов, связанных с пользованием недрами» [1] проектом ликвидации шахты должны обеспечиваться наблюдения за состоянием горных выработок и их влиянием на окружающую среду (горноэкологический мониторинг).
Соответствующие теоретические исследования и практический опыт наблюдений за изменением напряженного состояния затапливаемого породного массива указывают на высокую вероятность проявления нежелательных геодинамических явлений, которые могут сопровождаться развитием опасных деформаций для зданий, сооружений и других объектов поверхности, включая быстротекущие во времени процессы - провалы, оседания, оползни.
Рабочим проектом мониторинга социальноэкологических последствий ликвидации шахт Восточного Донбасса предусмотрено выполнение комплекса работ по ведению геодинамиче-ского мониторинга, включающих закладку специальных наблюдательных станций на гор-
ных отводах закрываемых угледобывающих предприятий, производству сопутствующих маркшейдерских работ, наблюдений и расчетов. Такие работы и инструментальные наблюдения на полях ликвидируемых шахт ведутся Северо-Кавказским представительством
ВНИМИ по договорам с Центром социальноэкологического мониторинга Восточного Донбасса (г. Шахты).
Наблюдательные станции подобного типа относятся к специальным и служат для наблюдений за процессом сдвижения земной поверхности при затоплении значительных площадей и объемов горных выработок. Этот процесс на сегодняшний день изучен крайне слабо, как отечественной, так и мировой наукой. В условиях же Восточного Донбасса, когда в ходе реструктуризации нерентабельных предприятий возникли беспрецедентные масштабы ликвидации и затопления шахт проблема оценки состояния подработанного массива выходит на передний план и требует детальной научной проработки.
Требования к выбору конструкций наблюдательных станций для исследования процесса сдвижения земной поверхности, необходимая точность, состав технических средств, методика и периодичность наблюдений регламентируются разработанной ВНИМИ «Инструкцией по наблюдению за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях» [2], утвержденной и согласованной с Госгортехнадзором СССР 5.03.1987 г.
В период 2002-2004 г. в рамках геодина-мического мониторинга в Шахтинском, Ново-шахтинском, Гуковском и Шолоховском углепромышленных районах Восточного Донбасса заложено 8 специальных маркшейдерских наблюдательных станций. Первые результаты наблюдений по некоторым из них привлекли внимание специалистов и требуют детального анализа
В качестве примера рассмотрим результаты наблюдений по станции, расположенной в центральной части г. Шахты (проспект Чернокозо-ва), профильная линия которой пересекает горные отводы ликвидируемых шахт имени Л.Б. Красина, «Нежданная» и «Южная», последняя гидравлически связана с ликвидируемой и затапливаемой шахтой «Майская» ОАО «Ростов-уголь» (рис.1).
Рисунок 1 - Схема шахтных полей с профильной линией специальной
наблюдательной станции
По условиям финансирования наблюдательная станция была заложена в октябре 2002 года, когда горные выработки шахт им. Красина и «Нежданная» по пластам к2н и к21в, объединенные в единый гидрогеологический комплекс, были затоплены практически полностью (до отметки +25 м), а затопление горных выработок шахты «Южная» началось с февраля 2002 г. и уровень его на тот период достиг отметки -570 м. Станция состоит из одной профильной линии и ориентирована по падению пластов, что по замыслу авторов проекта [3] могло дать возможность в процессе затопления горных выработок шахты «Южная» наблюдать динамику вероятного процесса сдвижения и возникновения деформаций земной поверхности.
Участок расположения наблюдательной станции подработан горными выработками по двум свитам пластов - несветаевской (пласты к2н и к21в) и степановской (пласты и 13н).
Причем, в начале профильной линии глубина подработки горными выработками шахты «Южная» достигает 850 м (лава № 1530 по пласту 13н), а на конечном участке уменьшается до 580 м (лава № 1512 по пласту 13н). Минимальная глубина подработки поверхности горными выработками шахты «Нежданная» по пласту к21в составляет 135 м. Общая вынутая мощность пластов в районе заложения наблюдательной станции - около 3,5 м (рис.2). На схематическом разрезе нанесены уровни затопления шахт на декабрь 2004 г.
Рисунок 2 - Схематический разрез участка расположения наблюдательной станции
Гидрогеологическая ситуация в техногенном горизонте шахты «Южная» осложнена из-за вынужденного перепуска в него по специ-
ально пройденным скважинам больших объемов подземных вод из вышележащих выработок шахт им. Красина и «Нежданная». Перепуск будет осуществляться до ввода в действие комплекса по приему и очистке вод последних двух шахт (ориентировочно конец 1 квартала 2005 г.).
Опорные реперы станции ЯрТ-ЯрШ расположены за пределами горных работ. Среднее расстояние между рабочими реперами около 30 м, количество рабочих реперов - 74 шт. Общая длина профильной линии наблюдательной станции 2270 м. Конструкция и способ закладки реперов - стандартные по типу грунтового репера (рис.3). Инструментальные наблюдения выполняются с применением электронных тахеометров ТСЯ 705 и ТС 307 (для угловых и линейных измерений), нивелиров Н05 и ОБ73 (для определения превышений между реперами). Циклы наблюдений повторяются через 3 месяца.
Всего, от момента закладки станции в октябре 2002 года, выполнено 8 полных циклов наблюдений, что по времени составляет 2 календарных года. В таблице 1 приведены максимальные показатели основных параметров процесса сдвижения, определенные из инструментальных наблюдений.
На этом этапе затопления техногенного комплекса шахт «Южная» и «Майская» приведенные показатели выявленного процесса сдвижения не представляют опасности практически для всех объектов поверхности, за исключением некоторых видов технологического оборудования и сетей, требующих особых конструктивных мер защиты от вредного влияния подработки. Вместе с тем, до полного затопления выработок комплекса прогнозируется достаточно длительный период времени и накапливающиеся напряжения могут стать причиной различной по интенсивности реакции массива.
Детальный анализ данных наблюдений (полученных величин подъема, оседаний и деформаций) с сопоставлением подъема уровня затопления горных выработок шахты «Южная» показал, что конструкция наблюдательной станции, методика и технические средства наблюдений выбраны правильно и позволяют фиксировать проявление геодинамических процессов на земной поверхности при затоплении выработанного пространства. Грунтовый массив может, в зависимости от сезонно-
климатических условий или под антропогенным воздействием, испытывать определенные колебания различной направленности. Двухгодичный цикл проведенных измерений свел к минимуму эту составляющую. Для надежного исключения влияний грунтового массива целесообразно устройство опорных глубинных реперов на породы карбона, что, в свое время, по условиям финансирования выполнено не было.
В то же время, отмечается различная интенсивность изменения поднятия поверхности на конечных участках наблюдательной станции, что, вероятно, объясняется именно глубиной подработки. Ниже глубины 500 м располагается зона минимального раскрытия трещин. Коэффициент фильтрации пород в этой зоне не превышает 0,001 м/сут и восстановление статических и упругих запасов подземных вод, сдренированных за период эксплуатации шахты, идет достаточно медленно. Напротив, с уменьшением глубины фильтрационные свойства массива увеличиваются (выше глубины 500 м коэффициент фильтрации может превышать 0,01 м/сут) и восстановление запасов подземных вод идет быстрее. Этому процессу соответствует более выраженное увеличение по-рового пространства пород и раскрытие трещин, что и приводит к различному по интенсивности поднятию массива на граничных участках. В результате, по мере подъема уровня затопления, в подработанном массиве происходит перераспределение напряжений, возникают дополнительные макро и микроизменения геомеханических (прочностных), фильтрационных и других свойств горных пород. Как следствие, вполне вероятна их концентрация на каком-либо участке с последующей разрядкой и труднопрогнозируемыми последствиями для поверхностной и подземной инфраструктуры района.
Необходимо напомнить, что измерения на наблюдательной станции были начаты после начала затопления шахты «Южная» и практически закончившегося затопления горных вы-
работок шахт им. Красина и «Нежданная», поэтому в полной мере проследить изменение состояния земной поверхности от начала процесса затопления не удалось. Нельзя исключать возможное негативное влияние на состояние подработанного массива подвижек структурообразующих тектонических блоков, вызванных затоплением около 100 млн. куб. м горных выработок шахт, расположенных в Шахтинско-Несветаевской синклинали - одной из крупнейших тектонических структур Донбасса [4]. Кроме того, нет сведений о характере процесса сдвижения при затоплении зоны активного водообмена горного массива от глубин порядка нескольких десятков метров до поверхности.
В настоящее время продолжается перепуск воды с шахт «Красина» и «Нежданная» в горные выработки шахты «Южная». Перераспределение таких объемов воды может в какие-то периоды времени активизировать геомехани-ческие процессы с проявлением их на дневной поверхности в виде техногенных сейсмических событий. Такие явления силой до 3-4 баллов были отмечены в конце октября 2003 г. жителями города Шахты, проживающими по улицам Садовая, Ионова, Советская, Ленина, поэтому наблюдения на станции необходимо продолжать в течение всего срока затопления гидравлически связанных шахт «Южная»-«Майская». Для получения полностью объективных результатов наблюдений целесообразно, после тщательного исследования грунтовых условий, рекомендовать заложить три-пять глубинных реперов равномерно по трассе станции на полускальные или скальные породы карбона.
Решение о прекращении наблюдений на специальной наблюдательной станции может быть принято только с учетом результатов, полученных ко времени выхода шахтных вод на поверхность и после полной стабилизации состояния породного массива.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Список литературы.
1. Инструкция о порядке ведения работ по ликвидации и консервации опасных производственных объектов, связанных с пользованием недрами.- М, 1999
2. Инструкция по наблюдению за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями наугольных и сланцевых месторождениях.-М: «Недра», 1989
3. Проект специальной наблюдательной станции в Шахтинском угольном районе.-Шахты: СКП ВНИМИ, 2002
4. Шабаров А.Н. Научные основы геологического обеспечения безопасной отработки пластовых месторождений в геодинамически опасных зонах.- С-Пб: ВНИМИ, 2004
Рисунок 3 - Конструкция репера наблюдательной станции
Таблица 1_________________________________________________________________________________
Оседания "п, мм Наклоны г-10-3 Кривизна, К-10-3, 1/м Горизонтальные сдвижения 4, мм/м Горизонтальные деформации е-10'3
-106 ±2,45 0,136 ±8 ±0,8
— Коротко об авторах
Дем- прь лицея.
© В.В. Демьянов, С.М. Простое, О.В. Демьянова, 2005
УДК
В.В. Демьянов, С.М. Простое, О.В. Демьянова
Электролюминесцентные устройства В СИСТЕМАХ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
Семинар №2
