Горнотехнические условия Прибалтийского бассейна

19.03.2020

Шахтная разработка промышленного пласта горючих сланцев Прибалтийского бассейна имеет свои специфические особенности, которые наиболее полно могут быть рассмотрены на примере Эстонского месторождения.

Горнотехнические условия этого месторождения определяются почти горизонтальным и неглубоким залеганием промышленного пласта с большой рабочей мощностью, сложным его строением, наличием системы тектонических трещин и закарстованных зон и значительной обводненностью горных выработок.

Большое влияние на обводнение и поддержание кровли горных выработок оказывают широко распространенные тектонические трещины северо-западного простирания, трещины по плоскостям напластования и закарстованные зоны. По ним осуществляется связь между смежными водоносными этажами, что способствует обводнению шахт.

В зависимости от степени трещиноватости и закарстованности устанавливается граница опасного ведения подземных работ. Применяется сплошное или усиленное крепление кровли выработок и местами боковых стенок.

Значительная закарстованность горных пород вынудила изменить ранее выбранные направления главных и панельных штреков и установить новые границы шахтных полей; главные откаточные штреки располагают сейчас параллельно зонам карста и тектонических нарушений, а панельные штреки нарезают вкрест их простирания. Закарстованные зоны оставляются в целиках. Все это ведет к потерям сланца в недрах и к производству дополнительных подготовительных и нарезных горных выработок.

При подземном способе разработки еще применяется система длинных столбов со спаренными лавами (длина столба около 500 м и длина лав 80—90 м) с частичной закладкой выработанного пространства. Образующиеся нарушения пород при посадке кровли над лавами являются вертикальными дренажными завесами на пути движения потока подземных вод. Изменения режима подземных вод на шахтном поле сопровождаются почти полным дренажем воды в летний и зимний минимумы и частичным дренажем их в весенний и осенний максимумы притока воды. В настоящее время шахтами треста «Эстонсланец» отработано около 20 км2 площади, в пределах которой участки оседания с нарушенными породами кровли являются как бы большими дренажными колодцами.

В последние годы на шахтах треста «Эстонсланец» широко внедряется более прогрессивная камерная система разработки, позволяющая значительно повысить производительность труда и снизить себестоимость добычи сланца. Разработка сланца при этом ведется без посадки пород кровли, с сохранением межкамерных целиков и поддержанием непосредственной кровли в камерах при помощи штангового крепления. Эта система разработки начала вносить заметные изменения в установившийся ранее режим подземных вод. Сохранение пород покровной толщи от оседания снизило темпы дренажа подземных вод, привело к формированию остаточного столба воды над горными выработками и повышению давления на породы непосредственной кровли и почвы выработок. Проведенные М.С. Газизовым исследования режима остаточного столба воды над кровлей показывают, что, несмотря на сохранение природной монолитности пород покровной толщи, воды все же дренируются и находятся в постоянном движении в направлении горных выработок. Движение воды происходит по горизонтальным трещинам плоскостей напластования до перепада по вертикальным трещинам в ниже расположенные плоскостные трещины. В местах перепада происходит потеря напора. Совокупность этих факторов обусловливает снижение напора воды на породы непосредственной кровли. Например, при уровне воды выше кровли выработок почти на 20 м величина гидродинамического давления по манометру в выработках составила всего лишь 0,5 атм. Режим подземных вод при камерной системе разработки и величина давления воды на кровлю горных выработок показаны на примере гидрогеологического разреза шахты № 10 с глубиной залегания пласта около 35—40 м и уровня воды от поверхности около 11 м. По данным замеров величина давления воды на кровлю выработок составила здесь около 5 т/м2 и на толщу непосредственной кровли — около 10 т/м2, т. е. значительно меньше гидростатического напора. Следует отметить, что даже небольшой столб воды в вышележащих породах оказывает существенное влияние на провисание кровли, а следовательно, и на образование трещин разлома и обрушение кровли. Местами по плоскостным трещинам образуются «гидроподушки», что благоприятствует передаче напряжения в ослабленные участки и снижает устойчивость кровли.

Внедрение на шахтах камерной системы разработки потребовало проведения опытных работ для определения эффективности дренажа подземных вод при помощи подготовительных выработок, сквозных и восстающих скважин, скважин под штанговую крепь, канав по штрекам, а также интенсификации дренажа вод путем торпедирования скважин. Результаты опытных работ, проведенных в 1962—1963 гг. на шахтах № 10 и 7, показывают, что основная часть потока подземных вод дренируется подготовительными выработками и скважинами под штанговую крепь, а остальная часть оказывает горнодинамическое давление на кровлю камер. Отсюда следует, что дренаж подземных вод целесообразно производить попутно с проходкой горных выработок, без применения специальных дренажных сооружений. Основная цель дренажных работ — снятие давления воды на непосредственную кровлю камер. Это можно осуществить созданием дренажной завесы на пути движения потока подземных вод из-за пределов горных выработок, циркулирующих в основном в горизонтальном направлении и на пути движения воды сверху через породы основной кровли, с помощью водопонижающих сквозных скважин с поверхности, форсированной проходки передовых штреков с бурением восстающих скважин и принудительного обрушения кровли в отработанных камерах.

По данным Института сланцев CHX Эстонии в непосредственной кровле лав и подготовительных выработок преобладают горизонтальные расслоения шириной обыкновенно от 1 до 30 мм. Образуются они по определенным плоскостям наслоения. Опускание кровли в горных выработках происходит по плоскостям расслоения. Надо сказать, что по проведенному до сих пор изучению горного давления кровли на сланцевых шахтах как Эстонского, так и Ленинградского месторождений еще не сделано практических выводов и не дано рекомендаций для решения вопросов безопасного ведения горных работ.

Сложный разрез промышленного пласта усложняет добычу, затрудняет внедрение комплексной механизации горных работ и обусловливает большие эксплуатационные потери сланца при действующих кондициях на качество товарного сланца. Сложное строение пласта наглядно можно представить по весовому отношению участвующих в нем известняка и сланца (примерно 1:1). При этом на полную рабочую мощность пласта в 3,0—3,2 м насчитывается до 25 прослоев и конкреций известняка и столько же прослоев чистого горючего сланца. Контакты между сланцами и известняком крепкие, из-за чего при разработке пласта в отбитой горной массе, кроме кусков чистого сланца и чистого известняка, содержится много сростков сланца с известняком различных по размеру, форме и соотношению сланца и известняка.

Чтобы выполнить требования ГОСТа на качество товарного сланца, на большинстве шахт из-за отсутствия механического способа обогащения в кровле местами оставляют наиболее сложно построенный сланцевый слой F и производят отборку породы в кусках размером +25 мм из отбитой горной массы ручным способом. Вместе с отбираемой из отбитой горной массы породой в забутовку выработанного пространства под землей и в отвал на поверхности неизбежно попадает и горючий сланец.

Эксплуатационные потери сланца на шахтах Эстонского месторождения, несмотря на устойчивые кровлю и почву, достигают 5 млн. т в год, или 40—45% от отрабатываемых балансовых запасов.

Механическое обогащение сланца в Эстонии методом мокрой отсадки внедрено пока на шахте № 10 и будет осуществляться на реконструируемой шахте № 8 и на новых строящихся шахтах и карьерах; на Ленинградском месторождении механическое обогащение сланца будет введено при сооружении наклонного ствола объединенной шахты (шахты № 1, 2 и 3).

Определенные затруднения при разработке месторождений представляют неровности в подошве промышленного пласта сланца в виде пологих мульдообразных понижений до 1—2 м, размером от нескольких десятков до сотен метров по одному сечению. В таких понижениях, особенно расположенных на наиболее южных пониженных участках шахтного поля, скапливается вода, что ухудшает условия труда в лаве, увлажняет сланец и увеличивает потери отбитого сланца.

Горнотехнические условия на Ленинградском месторождении во многом сходны с таковыми на Эстонском месторождении. Их можно считать более тяжелыми вследствие большей глубины залегания полезного ископаемого, большей обводненности шахт и меньшей мощности разрабатываемых слоев горючих сланцев.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна