ИЗОЛЯЦИЯ ЛИКВИДИРУЕМОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО СТВОЛАОТ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПУТЕМ СООРУЖЕНИЯЗАКЛИНИВАЮЩЕГО АРМОБУТОБЕТОННОГО УСТРОЙСТВА


С интенсивным закрытием угольных шахт в Украине возрастает количество подлежащих ликвидации выработок, в том числе и вертикальных стволов, имеющих выход на земную поверхность. Основной причиной такого положения является техническая сложность и многозатратность работ, обеспечивающих неограниченную во времени высокую надежность изоляции ликвидируемого ствола от земной поверхности при ограниченном их финансировании. Актуальность рассматриваемой проблемы связана с потенциальной опасностью образований провалов на земной поверхности и источников ряда негативных экологических проявлений, требующих привлечение дополнительных финансовых, материальных и трудовых ресурсов.

С обозначенной проблемой сталкиваются также другие сокращающие объем подземной угледобычи страны [1].
Ликвидация вертикальных стволов должна предусматривать комплексное решение горнотехнических задач: предотвращение опасных деформаций земной поверхности, в том числе провалов; устранение возможных негативных проявлений активизации горного давления при развитии подземных горных работ; обеспечение безопасного выпуска в атмосферу скапливающихся в выработанном пространстве газов; управление движением подземных вод и недопущение их выхода на земную поверхность; создание условий возможного безопасного ведения хозяйственной деятельности на земной поверхности в районе устья ликвидируемого ствола.
При этом необходимо учитывать: основные исходные условия (строение и прочностные свойства вмещающего ствол породного массива, геометрические параметры ствола и примыкающих к нему выработок, разновидность крепи и степень ее деформации, состояние армировки, продолжительность эксплуатации ствола и ожидаемый уровень его затопления водой, количество выделяемого из отработанного массива газа метана); влияние продолжительного воздействия шахтных вод на прочностные свойства материалов, используемых для изоляции ствола; возможные аварийные последствия, вызываемые отказами отдельных составляющих сооружений или устройств, которые приводят к переликвидации ствола.
При проектировании ликвидации стволов угольных шахт Украины руководствуются отраслевым нормативным документом [2]. Согласно требованиям правил безопасности [3], предусматривается ликвидация горных выработок, имеющих выход на земную поверхность, полная их засыпка негорючими, нетоксичными (кроме глины) материалами. При этом согласно [2] для предотвращения расползания материала засыпки необходимо в сопряженных со стволом выработках возводить глухие изолирующие перемычки, сооружать полки перекрытий ствола в верхней его части с трубой для перепуска воды и устья с окном для дозасыпки, перфорированным газоотводящим трубопроводом, дефлектором, пламягасителем и ограждением на поверхности.
В мировой практике категорические требования засыпки ликвидируемых вертикальных стволов отсутствуют, применяются технологические схемы не только с полной их засыпкой закладочным материалом, но и неполной или вообще без засыпки. Однако область применения указанных схем пока достаточно четко не определены. В Украине, несмотря на требования ПБ [3], в определенных условиях на основании заключения УкрНИМИ дается разрешение на неполную засыпку ликвидируемых стволов угольных шахт. Это, прежде всего, связано с неоправданно высокими затратами при кажущихся на первый взгляд очевидных технических преимуществ полной засыпки стволов,
88
особенно глубоких, а также сопровождающими ее отягчающими последствиями.
Усадка засыпного материала со временем приводит к образованию пустот в верхней части ствола как потенциальной, наиболее вероятной зоны, провоцирующей формирование провала земной поверхности по причине потери дополнительного бокового отпора со стороны этого материала. Усадка засыпки может также сопровождаться вымыванием через трещины дренирующими в стволе водопритоками мелкодисперсных частиц, образуемых при длительном размокании некоторых неводостойких ее составляющих (чаще это породы из отвалов, терриконов), не исключая их превращение в пульпу.
Частичный или полный уход (расползание) закладочного материала в примыкающие к стволу выработки нарушает предусмотренную проектом равновесную систему, что приводит к разрушению верхней части ствола, сопряженной с земной поверхностью. Причиной этого может послужить прежде всего разрушение глухих изолирующих перемычек под воздействием повторяющихся гидравлических микроударов, возникающих при падении доз закладочного материала на зеркало воды в быстрозатопляемый ствол, а также некачественное возведение этих перемычек, невыдерживающих напор воды.
Процесс перемещения закладочного материала ниже полка перекрытия ствола не контролируем. При усадке этого материала в промежутке между последним и полком перекрытия устья ствола требуется дозасыпка [2].
Образования при засыпке ствола узлов-заторов (пробок), вызванных зависанием закладочного материала над ними беспорядочного награможденных выбитой армировки, сорванных проводников и труб, брошенных канатов, не исключая крупногабаритных кусков разрушенной крепи, и пустот могут привести к проявлению негативного воздействия волны резкого разряжения при внезапном опускании под воздействием наращиваемых гравитационных сил от скапливающегося материала на потерю устойчивости приствольной части массива у устья путем "втягивания" полков перекрытия в разряженную зону. Подобного рода динамические воздействия на крепь, особенно в местах пустотной части закрепного пространства, может ее разрушить и привести к нарушению равновесного состояния приствольного массива вцелом.
Возможная активизация сдвижений вмещающего ствол водонасыщенного массива при перераспределении его напряженно-деформируемого состояния во времени или развитии подземных выработок будет также способствовать потери устойчивости изолирующих сооружений и возникновению провалов на земной поверхности. Следует не исключать негативное воздействие на состоянии комплекса изолирующих ствол устройств и сооружений возможные колебания земной коры при землетрясениях.
После ликвидации стволов при их полной засыпке с высокой вероятностью следует ожидать образование в их верхней части пустот, которые провоцируют обрушения их устья. С учетом этих обстоятельств возникает необходимость поиска решения главной задачи - предотвращения провалов на земной поверхности в районе устья ликвидированного вертикального ствола в направлении дополнительной научно-практической доработки и обоснования комплексных мер обеспечения устойчивого совместного функционирования во
89

времени приствольного породного массива и изолирующих ствол приспособлений.
Рекомендуемые [2] и применяемые [4] на шахтах Украины способы ликвидации вертикальных стволов предусматривают полную их засыпку с дозасыпкой, поэтому не могут гарантировать устойчивость их изолирующих сооружений и устройств.
Известно применение при полной и неполной засыпках рядом расположенных глубоких стволов различными по прочности твердеющими материалами при заполнении их верхних частей [5]. Хотя при этом дозасыпка не требуется, недостаток указанного способа заключается в удержании образованного столба твердеющей закладки за счет бокового сцепления с крепью, на которую полностью передается ее вес, что может привести к резкому опусканию этого изолирующего сооружения.

Заслуживает внимания предлагаемые конструкции [6] железобетонного полка-перекрытия в виде усеченного конуса, диаметры и высота которых превышает диаметр ствола, с его опорой на коренные породы и крепь. По сути этот полок выполняет функцию монолитной жесткой заклинивающей "пробки", удерживающей сыпучий закладочный материал. К основному недостатку этого устройства, не исключая дозасыпку, следует отнести сложность возведения такого железобетонного перекрытия при полном удалении крепи с углублением в породный массив по всему периметру ствола.
Исходя из проведенного анализа проблемы изоляции глубоких вертикальных стволов от земной поверхности, разработку эффективных во всех отношениях способов и средств их ликвидации для исходных условий необходимо проводить с учетом исключения полной засыпки ствола; возведения в его верхней части жесткого расклинивающего сооружения при недопущении его затопления и ограничении проникновения грунтовых вод; обеспечение свободного доступа для контроля за состоянием этого сооружения и возможности при необходимости его ремонта в перспективе. Этим требованиям в наибольшей степени может удовлетворить предлагаемый способ ликвидации вертикального ствола [7].
На рисунках 1 и 2 в общем виде с параметрическими характеристиками представлена технология сооружения расклинивающего изолирующего от земной поверхности ликвидируемый ствол устройства. В ликвидируемом стволе 1 диаметром Дс на глубину Нр gt; 4Дс от его устья 2 удаляют его расстрелы, устанавливают временный рабочий полок 3, опирающийся на оставленные расстрелы 4 ствола 5 и коренные породы 6, сооружают из наклонно 8 и горизонтально 9 располагаемых металлических балок, соединяющихся между собой, шалашеобразной формы каркас 7, на который после возведения опалубки 10 и дополнительной арматуры 11 с опорой на центральные горизонтальные балки устанавливают по центру ствола и фиксируют с помощью съемных канатных растяжек 12, распорок 13 в вертикальном положении перфорированную 14 и расположенную в ней меньшего диаметра газоотводяшую 15 металлические трубы, а также навешивают вокруг них отрезки канатов 16, укладывают бетон на максимальную высоту hn gt; 0,8 • Дс • tg^ (ц - угол наклона поперечных балок).

Рис. 2. Схема возведения расклинивающего изолирующего ликвидируемый
ствол сооружения


По истечении времени затвердевания бетона, образуют железобетонное самораспорное перекрытие 18, на которое возводят из сыпучего материала демпфирующий слой 19 высотой hn gt; 0,5 • Дс. От его уровня в пределах верхней части ствола на глубине Нр устанавливают величины мощностей коренных пород hK, мезозойских отложений hM и наносов hH, соответственно граничные углы их устойчивых естественных откосов в, 8 и у.



Рис. 2. Схема возведения расклинивающего изолирующего ликвидируемый
ствол сооружения
Вокруг ствола с земной поверхности (рис. 2) на различном удалении от него и друг друга бурят серии радиально расположенных скважин 20, глубина которых с удалением от ствола уменьшается, начиная от максимального значения Нр в зависимости от мощности слагающих пород и углов их устойчивого естественного откоса. Затем производят заряжание скважин и их последующее серийное взрывание с замедлением, тем самым образуют разрыхленную массу в полости 21, ограниченной поверхностями в виде

усеченного конуса с диаметрами минимальным Дс внизу, максимальным До вверху и конусообразного откоса 22 разрыхленных пород, выступающего над уровнем земли на высоту

Тогда угол наклона этой конусообразной поверхности



где ц и Кр - средневзвешенные величины соответственно угла устойчивого откоса пород и коэффициента их разрыхления взрывом.
Через штуцер 17 перфорированной трубы нагнетают состав скрепляющего вещества до полного заполнения пустот разрыхленных пород. Для дополнительного укрепления разрыхленных пород наносов бурят вокруг вертикальной оси ствола наклонные в ее сторону под углом р скважины 23 до пересечения ими мезозойских отложений, через которые также нагнетают скрепляющее вещество и по окончании этого вставляют в них армировочные металлические штанги.
Сооруженное таким способом изолирующее от земной поверхности ликвидируемый ствол массивное монолитное аромобутобетонное сооружение часть своего веса Q в виде составляющей N = Q • ctgц передает на
шероховатую конусообразную поверхность нетронутого породного массива, по которой возникает совместно с реакцией самораспорного шалашеобразного перекрытия в стволе противодействующая его осадке сила F = P = N • Kn (Кп -
коэффициент сопротивления бутобетонного сооружения по поверхности породного массива).
При изготовлении изолирующего ликвидируемый ствол от земной поверхности перекрытия имеет место использование эффекта расклинивания опорной конструкции, выполненного в виде массивного монолитного конусообразной формы армобутобетонной "пробки" с укрепляющими наносы наклонно расположенными вокруг вертикальной оси ствола металлическими штангами. Такая технология позволяет применение механизированного способа изготовления перекрытия, устраняет затраты на полную засыпку ствола закладочным материалом, а также повысить надежность продолжительного функционирования изолирующего средства, снизить влияния активизации сдвижения массива земной поверхности и воздействия воды на потерю прочности материала сооружения, обеспечить его ремонтнопригодность.
Литература Гавриленко Ю.Н. Технологические последствия закрытия угольных шахт Украины / Ю.Н. Гавриленко, В.Н. Ермаков. - Донецк: Норд-Пресс, 2004. - 631 с.
Правила ликвидации стволов угольных шахт. КД 12.12.005-2001, КД 12.12.006-2001. - Донецк: Министерство топлива и энергетики Украины, 2001. - 122 с. Правила безпеки у вугшьних шахтах. НПАОП 10.0-1.01.05. - К.: Вщлуння, 2005. - 398 с. Борзых А.Ф. Содержание, ремонт и ликвидация выработок угольных шахт / А.Ф. Борзых, Ю.Е. Зюков, С.Н. Княжев. - Алчевск: ДонГТУ, 2004. - 614 с. Циганек И. Проблемы ликвидации вертикальных стволов угольных шахт / И. Циганек, И.Ф. Ярембаш, В.И. Пилюгин // Уголь Украины. - 1998. - № - С. 54-56. Циганек И. Проектирование опор в ликвидируемых стволах угольных шахт и расчет их параметров / И. Циганек, И.Ф. Ярембаш, Н.Г. Ворхлик и др. // Известия горн. ин-та Донецкого ГТУ. - 1999. - № 9. - С. 36-40. Патент Укра!ни на винахщ: № 82396, Е 21 D1/00, Е 21 F 15/00, 21 В 33/16 (2006.01). Пристрш для iзоляцн лжвщованого вертикального стовбура шахти вщ земно! поверхш та спошб його спорудження / А.П. Борзих, В.О. Фомш. № а 200603042; Заявл. 21.03.2006; Опубл. 10.04.2008. Бюл. № 7.
УДК 622.273

<< | >>
Источник: Неизвестный. Проблемы горного дела и экологии горного производства: Матер. IV междунар. науч.-практ. конф. (14-15 мая 2009 г., г. Антрацит) - Донецк. 2009

Еще по теме ИЗОЛЯЦИЯ ЛИКВИДИРУЕМОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО СТВОЛАОТ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПУТЕМ СООРУЖЕНИЯЗАКЛИНИВАЮЩЕГО АРМОБУТОБЕТОННОГО УСТРОЙСТВА:

  1. Вертикальные судовые трапы
  2. ВЕРТИКАЛЬНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ
  3. Особенности «вертикального контракта»
  4. 1. [О БРЕННОСТИ ЗЕМНОЙ ЖИЗНИ]
  5. Толщина земной коры и состояние внутренности Земли
  6. Понятие о вертикальной и горизонтальной профессиональной карьере
  7. ИЗОЛЯЦИЯ И ДВОЙНАЯ МАРГИНАЛЬНОСТЬ
  8. Структура популяции: изоляция и территориальность
  9. Учение о Таинствах и отвержение живой связи между Церковью земной и небесной
  10. Методика «Определение эмоционального состояния путем наблюдения за экспрессией»