Мощность, состав, обводненность перекрывающих пород и условия проходки стволов шахт Карагандинского угленосного бассейна

Для строительства и эксплуатации шахт наиболее благоприятна северная часть Карагандинского района, отвечающая Промышленному участку. Здесь породы карбона перекрыты только небольшим по мощности почвенно-растительным слоем, т. е, практически угольные пласты выходят на дневную поверхность. На этих участках уже пройдено и находится в эксплуатации более 150 шахтных стволов и шурфов, и ни в одном случае не потребовалось применения специальных методов проходки. Притоки в стволы шахт здесь невелики — 3—12 м3/ч. Значительно больших притоков воды в забои стволов (до 100—250 м3/ч) можно ожидать в пределах Майкудукского и Дубовского участков, где проходка стволов потребует применения специальных методов, в том числе замораживания юрской водоносной толщи.

Западная часть Карагандинского района, отвечающая Саранскому участку, также характеризуется значительной мощностью перекрывающих пород юрского возраста (до 150 м), поэтому условия проходки стволов здесь много сложнее, чем на Промышленном участке. Притоки воды в забои стволов резко возрастают. Так, при пересечении скиповым стволом шахты 122 мезозойских отложений приток воды в забой главного ствола достигал 98 м3/ч. Дальнейшая проходка была приостановлена. Попытки «подавить» приток воды посредством цементации пород за крепью ствола не дали положительного результата. Только-путем битумизации закрепного пространства (нагнетанием за крепь ствола смеси битума с парафином в горячем состоянии) приток воды удалось снизить до минимальных значений.



Горнотехнические условия строительства и эксплуатации шахт Шерубайнуринского района являются самыми сложными в Kарагандинском бассейне. Это определяется затопляемостью территории района паводковыми водами и почти повсеместным распространением обводненных аллювиальных песков долины Шерубайнуры, а также повышенной водообильностью легкоразмокаемых пород карбона и сложной тектонической структурой большинства участков.

В связи с тем, что основная часть района располагается в долинах Шерубайнуры и Сокура, а также на площади их низкого междуречья, уровень грунтовых вод в весеннее время и в дождливые летние месяцы здесь находится почти у дневной поверхности. Это чрезвычайно осложняет шахтное строительство, особенно возведение наземных зданий и сооружений, а также прокладку инженерных коммуникаций. Площади, затопляемые паводковыми водами, значительны; в отдельные годы охватывают почти все шахтные поля Долинского и Каражаро-Шаханского участков, в частности поля шахт 2, 5, 17—47-бис, 12, 13 и 14. Аналогичные условия наблюдаются в восточной части Тентекского района, также непосредственно прилежащей к Шерубайнуре. И там и здесь систематически ведется борьба с паводковыми и ливневыми водами. Все промышленные площади шахт, вентиляционных шурфов, железные и автомобильные дороги искусственно поднимаются на 1,5—2,2 м над земной поверхностью, что гарантирует шахты от затопления, но не облегчает строительство подземных коммуникаций и жилых поселков. В связи с этим разработан и осуществлен проект регионального осушения данной территории и регулирования поверхностного стока, для чего на юге Шерубайнуринского и Тентекского районов сооружена дамба протяженностью 24 км, с помощью которой отведены к западу воды оз. Сасыкколь и р. Шерубайнуры по старому руслу последней. В итоге резко уменьшилось поступление в описываемые районы поверхностных вод.

По характеру, составу и обводненности пород, перекрывающих продуктивные отложения, Шерубайнуринский район можно разделить на две части; северо-западную и юго-восточную. В северо-западной части (Северный, Каражаро-Шаханский и Долинский участки) карбон покрыт почти сплошным чехлом водоупорных плотных и жирных неогеновых глин, мощность которых увеличивается в северном направлении от 5 до 30 м. Эти глины предохраняют породы карбона от насыщения водой, которая могла бы поступать из вышележащих обводненных аллювиальных песков четвертичного возраста, повсеместно распространенных, характеризующихся высокими коэффициентами фильтрации (до 150 м/сут). Мощность песков колеблется от 2 до 14 м. Однако под неогеновыми глинами, непосредственно на карбоне, часто залегают линзы обводненных палеогеновых песков, которые носят плывунный характер. Из-за их наличия происходит обводнение верхних горизонтов выветрелого карбона, представленного, как правило, аргиллитами и алевролитами. Последние при этом приобретают текучесть.

В юго-восточной части района аллювий не имеет повсеместного распространения, но это не уменьшает его отрицательного влияния на ход строительства и эксплуатацию шахт, так как в ряде случаев он залегает непосредственно на карбоне (например, на Южном участке), что при его большой водообильности и высоких фильтрационных свойствах приводит к интенсивному подпитыванию вод карбона.

К настоящему времени в Шерубайнуринском районе пройдено и находятся в проходке 45 вертикальных стволов и шурфов, причем при проходке 32 из них породы подвергались замораживанию. Применение этого метода особенно необходимо при пересечении разрывных нарушений, которые в районе интенсивно обводнены. В случае вскрытия стволом таких нарушений в незамороженных породах вначале обычно резко увеличивается приток воды (до 20—30 м3/ч), а затем начинается вынос размытой породы, за крепью ствола образуются пустоты, развивается большое одностороннее давление и бетонное крепление деформируется. Чтобы «спасти» ствол, забой закрывается 1,5—2-метровой бетонной подушкой и производится тампонаж закрепного пространства, после чего бетонная подушка разбирается и возобновляется проходка. В случае образования в креплении ствола трещин на данном участке перед тампонажем производится усиление крепления путем возведения бетонной или железобетонной «рубашки».

Особое значение в Шерубайнуринском районе имеет приток воды в горные выработки, который и в период эксплуатации продолжает оставаться значительным (25—60 м3/ч), достигая в нарушенных зонах 150—250 м3/ч.

Такие сложные горнотехнические и гидрогеологические условия вынуждают предпринимать эффективные меры для осушения района. Отвод Шерубайнуры и спуск вод оз. Сасыкколь по ее старому руслу не только предохраняют значительную часть территории района от затопления, но уменьшают также питание аллювия, а следовательно, и обводненность как его, так и продуктивной толщи. Кроме того, на севере обводненной площади построены открытые каналы, которые частично дренируют аллювий и служат приемниками шахтных вод. Последние по каналам будут сбрасываться в р. Нуру.



Восточная часть района располагается в пределах долины Шерубайнуры и характеризуется повсеместным распространением обводненного аллювия, высоким уровнем стояния подземных вод вблизи поверхности и систематической затопляемостью талыми водами в первую очередь полей шахт 1/2 Вертикальная и 8. Усиливал обводненность этой территории также протекающий здесь небольшой приток Шерубайнуры — р. Тентек, которая весной получала питание из оз. Сасыкколь. В целом горнотехнические и гидрогеологические условия близки к таковым западной половины Шерубайнуринского района.

В средней и западной частях Тентекского района условия иные. Отметки поверхности здесь значительно выше, что исключает подтопление шахтных полей паводковыми водами. Карбон почти повсеместно перекрыт неогеновыми глинами, мощность которых возрастает в северном направлении до 80—90 м. При мощности глин более 20—40 м в их основании, непосредственно на карбоне, залегают линзы палеогеновых песков, которые в случае их обводненности приобретают плывунный характер, а при отсутствии воды — довольно хорошо сцементированы. Выше неогеновых глин в ряде мест, в частности на юго-западе и северо-востоке, залегают обводненные аллювиальные отложения. Юг этой части Тентекского района разрабатывается двумя шахтами: 1/2 и 3. Проходка стволов как этих шахт, так и упомянутых выше в восточной части участка осуществлялась с применением замораживания обводненных пород. В целом условия строительства шахт в Тентекском районе, включая проходку стволов, вполне удовлетворительные и осложнений почти не вызывают.

Самая северная часть района, соответствующая Манжинскому участку и имеющая в стратиграфическом разрезе все пласты карагандинской свиты, почти полностью покрыта аллювиальными песками, залегающими на сплошном чехле неогеновых глин.