Обоснование мониторинга процессов, связанных с ликвидацией стволов угольных шахт в сложных гидрогеологических условиях

Ефимов, Александр Михайлович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование мониторинга процессов, связанных с ликвидацией стволов угольных шахт в сложных гидрогеологических условиях
ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Обоснование мониторинга процессов, связанных с ликвидацией стволов угольных шахт в сложных гидрогеологических условиях"

Па правах рукописи

ОБОСНОВАНИЕ МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССОВ, СВЯЗАННЫХ С ЛИКВИДАЦИЕЙ СТВОЛОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ В СЛОЖНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Специальность 25.00.16 «Горнопромышленная и пефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и

геометрия недр»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Северо-Кавказском представительстве ВНИМИ и Московском государственном горном университете

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор ПОПОВ Владислав Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ИОФИС Михаил Абрамович,

кандидат технических наук ЛЕВКИН Юрий Михайлович. Ведущая организация - Государственное учреждение по вопросам реорганизации и ликвидации нерентабельных шахт и разрезов (ГУРШ)

Защита диссертации состоится час. на заседании диссертационного совета Д.212.128.04 в Московском государственном горном университете (МГГУ) по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГУ

Автореферат разослал

« 2 » марта _ 2005 г. в /3

Ученый секретарь диссертационного совета докт.техн.наук, проф.

Ю.В. Бубне

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. К началу 90-х годов в стране добывалось свыше 340 млн. тонн угля. Однако, подавляющее большинство угледобывающих организаций было дотационным. По официальным данным на поддержку угольной отрасли ежегодно тратилось до 2 трлн. руб (1,5 % ВВП страны). В этих условиях реформирование угольной промышленности стало объективно необходимым. Первоначально реформа ограничивалась разделением угольных шахт и разрезов на рентабельные и нерентабельные (неперспективные, особо убыточные) и закрытием последних. Начиная с 1993 г. было ликвидировано около 200 угледобывающих предприятий.

Угольная промышленность современной России претерпевает сложный период, связанный с завершением этапа коренных структурных преобразований и переходом к рыночным условиям ее функционирования. Проблемы, стоящие перед угольной промышленностью, имеют системный характер и требуют особого государственного внимания для обеспечения энергетической безопасности страны и ее социально-политической стабильности.

Одной из важнейших проблем является научное и практическое обеспечение промышленной и экологической безопасности процессов, связанных с ликвидацией угольных шахт и разрезов. Имевшая место в 2003 г. крупная авария на шахте «Западная» ООО «Компания »Ростовуголь» еще больше подчеркнула важность и актуальность своевременного и качественного решения этой проблемы.

При ликвидации угледобывающих организаций действующее законодательство предусматривает обязательное выполнение комплекса технических работ, связанных с прекращением деятельности шахт и разрезов как опасных производственных объектов. Проведение этих работ регули-Отраслевой инструкцией о порядке ликвидации и консервации предприятий по добыче угля (сланца), утвержденной Федеральным горным и промышленным надзором России (Госгортехнадзором) и Министерством топлива и энергетики РФ в 1997 г. Инструкция устанавливает единый порядок полной или частичной ликвидации и консервации на территории России предприятий по добыче угля (сланца) - шахт, разрезов, разведочных выработок, обеспечивающий безопасность жизни и здоровья населения, охрану недр и других компонентов природной среды от загрязнения.

Для выполнения этих требований на ликвидируемых угледобывающих предприятиях должен обязательно проводиться горно-экологический мониторинг.

Теория и методы обеспечение ведения мониторинга поверхности горного отвода при ликвидации угольных шахт разработаны еще не в полном объеме, поскольку процесс массовой ликвидации шахт в Российской Федерации начался относительно недавно, и исследования в этой области имеют пока еще фрагментарный характер. Вместе с тем в нашей стране накоплен большой опыт по изучению сложных гидрогеологических и геомеханических процессов, происходящих в массиве горных пород и на земной поверхности вследствие сдвижения пород и перераспределения напряжений в окрестности горных выработок, охране зданий, сооружений и природных объектов, находящихся на поверхности горного отвода, который, несомненно, должен быть использован при выработке обоснованных рекомендаций.

Среди сооружений, входящих в состав угледобывающего комплекса, шахтные стволы представляют наиболее крупные сооружения общим объемом в десятки тысяч кубометров. Поэтому их ликвидация является весьма трудоемкой, дорогостоящей и небезопасной. Даже после ликвидации стволы представляют собой объекты повышенной опасности, нуждающиеся в течение неопределенно длительного времени в постоянном контроле полков, перекрывающих устья стволов, в наблюдениях за сдвижением и деформациями земной поверхности.

В связи с этим научное обоснование мониторинга процессов, связанных с ликвидацией стволов угольных шахт, находящихся в сложных гидрогеологических условиях, является актуальной научной задачей, решение которой имеет также важное практическое значение.

Цель работы состоит в разработке комплекса научно-обоснованных решений, позволяющих обеспечить организацию и проведение эффективного мониторинга процессов, возникающих в стволах угольных шахт во время их ликвидации и в постликвидационный период.

Идея работы заключается в совокупном учёте закономерностей сдвижения горных пород при выборе технических решений к началу ликвидационных работ в стволе угольной шахты в сложных гидрогеологических условиях.

Методы исследований включают анализ накопленного опыта ликвидации стволов угольных шахт, теоретические исследования, натурные наблюдения, моделирование процесса уплотнения закладочного материала, апробацию технических решений в условиях ликвидируемых шахт

Защищаемые научные положения и их новизна:

пород, изменении гидрогеологических условий путем проведения комплексных наблюдений, объединенных в систему мониторинга.

2. Разработанная методика прогноза гидрогеологических последствий ликвидации шахт позволяет определять фильтрационные характеристики массива горных пород с учетом наличия зон повышенной трещино-ватости и нарушенности барьерных целиков и районировать шахтные поля по комплексам.

3. Система периодических наблюдений за плотностью закладочного материала при детальном изучении свойств материала и моделировании процесса его уплотнения дает возможность с помощью гравиметрической съемки оценить скорость оседания материала и его унос из ствола в прилегающие выработки.

4. Своевременная информация о возможности образования провалов у шахтных стволов определяется на основе маркшейдерских наблюдений в установленных зонах постоянного контроля для обеспечения безопасности поверхностных зданий и сооружений.

Научное значение работы состоит в выявлении факторов, влияющих на состояние стволов, установление закономерностей сдвижения горных пород, уплотнения засыпаемых пород в стволе и взаимосвязи гидрогеологических систем в техногенном массиве пород.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

• анализом мирового и отечественного опыта ликвидации стволов горнодобывающих предприятий;

• удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных и натурных наблюдений с практическими результатами.

Практическое значение работы состоит в:

• разработке методики прогнозирования гидрогеологических и гидрологических последствий ликвидации угольных шахт Восточного Донбасса.

• разработке технических решений по организации мониторинга ликвидированных стволов Восточного Донбасса.

Реализация работы. По результатам работы выполнены проекты маркшейдерского мониторинга на ликвидируемых шахтах, а также разработаны и переданы Заказчику следующие работы: «Разработка прогноза гидрогеологических и гидрологических последствий ликвидации шахт Ростовской области и мероприятий по обеспечению производственной и экологической безопасности» (2003 г.), Заключение о возможности нахождения жилых строений в опасной зоне восточного вентиляционного ствола шахты «Майская» ОАО «Ростовуголь» (2004 г.), Заключение о

возможности и способах ликвидации главного (скипового) ствола № 2 шахты «Западная-Капитальная» ОАО «Ростовуголь» (2003 г.). Рекомендации по ликвидации стволов шахты им.Ленина ОАО «Ростовуголь» (2004 г.), Заключение по ликвидации вертикальных стволов шахты «Комсомольская правда» ОАО «Ростовуголь» (2004 г.), Заключение о возможности аварийного прорыва воды в клетьевой (вспомогательный) № 2) ствол шахты «Западная» ООО «Компания «Ростовуголь» (2003 г.), Рекомендации по ликвидации вентиляционного ствола № 1 шахты «Западная» ООО «Компания «Ростовуголь» (2003 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и были одобрены на семинарах, проводимых в рамках «Недели горняка» - 2003, 2004, 2005 гг. (г. Москва, МТУ - ИПКОН РАН), а также на юбилейной конференции Южгеологии, г. Ростов на Дону, 2000 г., научно-практической конференции ВНИМИ, С-Пб, 2001 г., на Международном рабочем совещании ВНИМИ, С-Пб, 2003 г.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, содержит 12 рисунков, 17 таблиц и список использованной литературы из 61 наименования.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю проф., д.т.н. Попову В.Н. за постоянное внимание к работе и коллективу Северо-Кавказского представительства ВНИМИ, оказавшему содействие при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе работы приведены результаты анализа состояния ликвидированных шахтных стволов в различных странах и причин происшедших в них аварий. Отмечено, что шахтные стволы представляют собой наиболее крупные инженерные сооружения предприятий по добыче угля общим объемом в десятки тысяч кубических метров, поэтому их ликвидация является весьма трудоемкой, дорогостоящей и небезопасной. Даже после ликвидации стволы представляют собой объекты повышенной опасности, нуждающиеся в течение неопределенно длительного времени в постоянном контроле полков, перекрывающих устья стволов, в наблюдениях за сдвижением и деформациями земной поверхности, за выделениями взрывоопасных и токсичных газов.

Под ликвидацией ствола понимается проведение комплекса работ, включающих засыпку (закладку) свободного объема ствола или его части

закладочным материалом, сооружение полков и перемычек, затрудняющих аэродинамическую и гидравлическую связь погашенных или действующих горных выработок с поверхностью, предотвращение опасных деформаций земной поверхности, доступа людей и животных в опасную зону и в ликвидированную выработку, и обеспечение безопасного выделения в атмосферу или каптажа взрывоопасных или токсичных газов.

Выделяют следующие способы ликвидации стволов:

• полная засыпка ствола с сооружением полка перекрытия и полка устья ствола:

• полная засыпка ствола с сооружением только полка устья ствола;

• частичная засыпка ствола между полком перекрытия и полком устья ствола;

• частичная засыпка (закладка) ствола между двумя не обслуживаемыми изолирующими перемычками;

• частичная засыпка (закладка) ствола между двумя необслуживаемыми изолирующими перемычками и устья ствола до верхней перемычки.

В работе приведено описание видов и причин аварий, происшедших в ликвидированных шахтных стволах в различных странах мира за последние 50 лет. В сводном виде эти причины выглядят следующим образом (см. таблицу 1).

Таблица 1

Причины аварий в ликвидированных стволах

Причины аварий Количество аварий

Проблемы, связанные с перекрытием стволов 5

Проблемы, связанные с закладкой выработанного пространства 9

Гидрогеологические проблемы 5

Взрывы метана 7

При ликвидации стволов в Восточном Донбассе были зафиксированы ранее не известные в мировой практике случаи внезапного подъема уровня воды в стволах и внезапных смещений на десятки метров уровня закладываемой в ствол породы, которые приводили к интенсивным воздушным и гидродинамическим ударам, разрушению инженерных сооружений и

случаям смертельного травматизма. Притоки воды во многие ликвидируемые стволы на шахтах региона составляли десятки кубических метров в час и намного превышали допустимые СНиП нормы (не более 5 м3/час).

Анализ данных таблицы 1 показывает, что основными причинами аварий являются:

• не засыпанные породой и плохо закрытые устья стволов (разрушение слабой крепи стволов и нарушение полков недостаточной прочности на их устье);

• некачественно засыпанные стволы или стволы, в которых из-за растворения известняков или размыва слабых вмещающих пород подземными водами, происходит образование промоин во вмещающих породах, а затем обрушение крепи стволов;

• затопление стволов поверхностными водами или интенсивные притоки подземных вод, вызывающих размыв закладки и ее унос в сопрягающиеся со стволом выработки, не перекрытые глухими перемычками, и последующее резкое изменение уровня закладки или разрушение крепи ствола, часто с образованием кратеров и провалов;

• взрывы и возгорания метана в ликвидируемых стволах, поступление метана или "мертвого воздуха" в окружающие здания и сооружения;

• внезапные подъемы воды в ликвидируемых стволах на десятки метров, причины которых не известны;

• отсутствие мониторинга за ликвидированными стволами, при его наличии почти все крупные аварии могли бы быть предотвращены.

Во второй главе работы приведены результаты анализа нормативной базы, регулирующей ликвидацию угольных предприятий и шахтных стволов. При этом были использованы работы Б.Д. Клюкина и М.Е. Певзнера.

Было установлено, что основной недостаток нормативной правовой базы, регулирующей ликвидацию угольных (горнодобывающих) предприятий, заключается в том. что эта ликвидация проводится одновременно в двух аспектах: техническом и гражданско-правовом, которые плохо увязаны между собой. Это привело к тому, что из почти двухсот угольных шахт и разрезов, на которых произведена техническая ликвидация горных работ, из Государственного реестра юридических лиц исключено лишь несколько. Эта ситуация связана с тем, что региональные органы не подписывают акт о технической ликвидации предприятия (а без него нельзя

подписать акт о ликвидации предприятия как юридического лица), опасаясь (и вполне обоснованно), что после ликвидации предприятия как юридического лица никто не будет заниматься устранением негативных последствий, возникших в постликвидационный период.

Что касается нормативной базы, регулирующей ликвидацию шахтных стволов, то здесь отсутствуют следующие важные требования:

• к порядку и очередности ликвидации вертикальных стволов на закрываемой шахте в зависимости от газообильности шахты, типа воздушной струи, движущейся по стволу (свежая или исходящая);

• к крупности и другим характеристикам закладочного материала, требуемой скорости заполнения ликвидируемого ствола и допустимой величине усадки закладочного материала;

• к наличию, местоположению, несущей способности, долговечности, водо- и газопроницаемости полков, перекрывающих ствол на уровне коренных пород и в устье ствола;

• к обеспечению условий для безопасного возведения полков (требования к состоянию крепи ствола после его частичной засыпки, определение возможности внезапного подъема уровня воды или внезапного опускания уровня закладочного материала, требования к обеспечению безопасности персонала, возводящего полки);

• составу и периодичности работ по мониторингу состояния ликвидированного ствола и ряду других вопросов.

В работе рассмотрена необходимость согласования статей Гражданского кодекса РФ, регулирующих ликвидацию предприятий как юридических лиц, с требованиями закона РФ «О недрах», который регламентирует техническую ликвидацию горнодобывающих предприятий, а также в разработке инструктивного документа, который применительно к конкретным горно-геологическим, гидрогеологическим и горнотехническим условиям региона уточняет и детализирует требования нормативных документов к ликвидации стволов угольных шахт. Целью этого документа является повышение технического уровня проектной и иной документации по ликвидации стволов, что обеспечит снижение затрат и повышение безопасности пребывания людей и осуществления хозяйственной деятельности на прилегающих территориях.

В третьей главе рассмотрены основы мониторинга ликвидированных стволов угольных шахт. Теорией мониторинга за состоянием природной среды занимались Р. Мэнн, Ю.А. Израэль и др. На современном уровне

развития науки и техники под мониторингом согласно установившимся представлениям понимают комплексную систему наблюдений за состоянием окружающей среды (атмосферы, гидросферы, почвенно-раститель-ного покрова и т.д.) с целью ее контроля, прогноза и охраны. Различают глобальный, региональный и локальный уровни мониторинга.

Проблема создания локального уровня (подсистемы) мониторинга за процессами, связанными с ликвидацией стволов угольных шахт, в научно-технической литературе ранее не рассматривалась.

Учитывая накопленный опыт ликвидации стволов угольных шахт в Восточном Донбассе, в работе предложена (см. рис. 1) следующая принципиальная схема мониторинга ликвидации стволов угольных шахт.

Рис. 1. Принципиальная схема мониторинга процессов, связанных с ликвидацией стволов угольных шахт

В этой схеме выделяются три основных блока:

• блок гидрогеологических наблюдений (гидрогеологический мониторинг);

• блок геофизических наблюдений (геофизический мониторинг);

• блок маркшейдерских наблюдений (маркшейдерский мониторинг).

Наблюдения, входящие в первый блок, имеют целью:

• районирование региона по гидрогеологическим и гидрологическим условиям;

• выявление гидравлической связи между действующими и ликвидируемыми угольными шахтами;

• осуществление прогноза гидрогеологических и гидрологических последствий затопления стволов угольных шахт и выхода шахтных вод на земную поверхность Восточного Донбасса.

Наблюдения, входящие во второй блок, имеют целью:

• определение закономерностей процесса уплотнения материала засыпки шахтных стволов;

• прогноз возможного выноса закладочного материала из ствола.

Наблюдения, входящие в третий блок, имеют целью:

• определение параметров процесса оседания земной поверхности в зоне постоянного контроля;

• определение состояния зданий и сооружений, находящихся в зоне постоянного контроля;

• определение состояния и положения полка перекрытия устья ствола.

Четвертая глава посвящена исследованию гидрогеологического мониторинга процессов, связанных с ликвидацией угольных шахт Восточного Донбасса.

Под гидрогеологическим мониторингом понимают систему периодических наблюдений за состоянием, режимом и качеством подземных и поверхностных вод, осуществляемых гидрогеологическими методами и средствами.

Проблему определения закономерностей фильтрации жидкости в массиве горных пород в разные годы изучали Бондаренко Н.Ф., Мироненко В.А. (который обосновал понятие «гидрогеоэкологический мониторинг»), Павилонский В.М., Павловский Н.И., Шестаков В.М. и др.

Необходимо отметить, что все шахты Восточного Донбасса ликвидируются так называемым "мокрым" способом, который подразумевает полное затопление выработанного пространства. В период массового закры-

тия шахт в Восточном Донбассе происходят достаточно серьезные воздействия шахтных вод на гидрогеологическую и гидрографическую среду. Отсюда вытекает необходимость ясного представления о геологических, гидрогеологических и горнотехнических особенностях участков шахтных полей, гидрогеологических связях ликвидируемых шахт с действующими. Для принятия эффективных инженерных решений при ликвидации шахт и снижения до минимума вредных последствий воздействия техногенных водоносных горизонтов (шахтных вод) на природно-экологический комплекс и среду обитания населения, проживающего на территории ликвидируемых и эксплуатируемых шахт, важно составить единую гидрогеологическую картину размещения угольных месторождений Восточного Донбасса.

Установлено, что к моменту ликвидации соседние шахты угольных районов по разным горно-геологическим и горнотехническим причинам оказались гидравлически связанными между собой, поэтому вода отдельной шахты может перетекать на другие и выходить на поверхность за десятки километров от места образования. При этом происходят существенные изменения качественного состава воды.

Исходя из выявленных гидравлических связей отработанных пластов, территориального расположения и возможного влияния шахтных вод на бассейн определенной реки, необходимо было выделить техногенные гидрогеологические комплексы (ТПС) в которые может входить разное количество шахт, как ликвидированных, так и действующих. Границы отдельных техногенных гидрогеологических комплексов проходят по контуру горных работ, в плане контуры комплексов, находящихся на разных свитах пластов, часто накладываются. Между отдельными комплексами возможно наличие слабой гидравлической связи, которая не может оказать существенного влияния на количество и качество подземных вод, поэтому в дальнейших расчетах и при составлении гидрогеологических прогнозов пространственные границы между ТГК принимаются как водонепроницаемые.

В качестве критериев для выделения техногенных гидрогеологических комплексов в Восточном Донбассе и отнесения к ним угольных шахт Ростовской области были отнесены:

• наличие в массиве зон повышенной трещиноватости горных пород;

• нарушенность барьерных целиков между шахтами.

В результате проведенных исследований удалось выделить на территории Восточного Донбасса 13 техногенных гидрогеологических комплексов (ТГК) и определить основные шахты, входящие в тот или иной ТГК. При разработке прогноза гидрогеологических и гидрологических по-

следствий ликвидации угольных шахт, расположенных в пределах одного ТГК, необходимо иметь информацию:

• о наличии гидравлической связи между шахтами, входящими в состав комплекса, и возможности их затопления;

• о возможном изменении качественного состава вод ТГК в связи с затоплением шахт.

В диссертации приведены результаты расчета объемов перетекания шахтных вод в Западном ТГК Фильтрационный расход 0 перетекания между выработанными пространствами затапливаемой и соседней с ней шахтой оценивался по выражению

<3 = к (Н1 - Нг) Б / т

где разность напоров, соответствующая расчетному положе-

нию уровней воды в затопленной и затапливаемой шахтах, м; к - коэффициент фильтрации, м/сут; F - площадь участка надработки выработанного пространства, м .

При прогнозировании изменений качественного состава вод изучался химический состав вод комплекса, которые будут выходить на поверхность при затоплении шахт. С помощью формулы Курлова был определен химический состав шахтных вод, который был классифицирован как сульфатно-магниево-натриевые воды.

Для оценки влияния шахтных вод, которые будут выходить на поверхность (или откачиваться) на реку, которая будет принимать этот сток, необходимо определить размер увеличения или уменьшения основных показателей качества: минерализации, рН, содержания сульфатов, железа и других компонентов в речной воде после смешивания. Такой расчет был выполнен с помощью формулы

£ _ СрдсХ(2рдс + ••■ + СишиКХОьш ) .

где концентрация компонента в шахтных водах каждой

шахты до смешивания, мг/л; С^ и Сргк - концентрация компонента в речной воде до и после смешивания с шахтной водой, мг/л; С1ии> йтв~ объем сброса шахтных вод в реку каждой шахтой, м3 /час; Ордс~ расход реки до смешивания с шахтными водами, м3/час.

Установлено, что в результате затопления шахт западного техногенного гидрогеологического комплекса существенно ухудшится качественный состав подземных и поверхностных вод региона.

Пятая глава диссертации посвящена исследования различных аспектов геофизического мониторинга процессов, связанных с ликвидацией вертикальных стволов угольных шахт Восточного Донбасса.

Эти исследования включали:

• лабораторное изучение свойств материала засыпки стволов и возможности его уплотнения,

• прогноз возможного выноса и осадки материала,

• геофизический мониторинг состояния ликвидируемых стволов.

Для изучения свойств материала и возможности его уплотнения был

предложен и опробован метод воздействия на горную массу вертикальной статической нагрузкой, аналогичный по конструкции установки и используемой методике компрессионным испытаниям связных грунтов в инженерной геологии.

Для определения размера частиц материала модели были выполнены гранулометрические анализы не горевшего и перегоревшего материала терриконов, который использовался для засыпки стволов. По результатам анализов был составлен специальный график, с помощью которого определен эффективный или действующий диаметр с1ю, т.е. диаметр частиц, меньше которого в данном материале содержится (по весу) 10 % частиц и диаметр После этого был рассчитан коэффициент неод-

нородности

Коэффициент неоднородности материала, взятого из негоревшего террикона равен 12,4, горевшего - 25,8.. Полученные результаты позволили перейти к определению размера частиц материала засыпки для модели.

Линейный масштаб моделирования определялся с учетом фактических размеров поперечных сечений стволов в свету и внутреннего диаметра компрессионного цилиндра модели (135 мм). Расчеты проводились для стволов с диаметром 4,5 м, 5,0м , 5,5 м, 6,0 м.

Линейный масштаб моделирования находился в пределах от 1: 33,5 до 1:

44,4.

После заполнения компрессионного цилиндра эквивалентным материалом на него укладывалась цилиндрическая плашка диаметром 134 мм. Модель помещалась под давильной плитой пресса. Нагружение материала, заключенного в модели, проводилось ступенчато (через 1,0 кН) в интервале от 9 до 96,5 кН со скоростью 0,5 кН/ мин.

Кроме того, проводились эксперименты по изучению компрессионных характеристик водонасыщенного материала.

# 35 30 25 20 16 10 5 0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5

МПа

Рис. 2. График зависимости уплотнения закладочного материала от величины приложенного давления

На рис. 2 приведен график зависимости уплотнения закладочного материала от величины приложенного давления, выраженного в % от первоначального объема.

Анализ зависимости уплотнения закладочного материала от величины приложенного давления позволил выделить три периода уплотнения породы:

1. Участок линейной зависимости уплотнения материала от давления. Он достаточно плотно ложится на интервал давлений от 0 до 0,25 МПа, что соответствует, вероятно, процессу уплотнения материала без разрушения его отдельных частиц. Усадка сухой породы в этом интервале составляет 5 - 10 %, влажной - от 7 до 16 %. Давление, создаваемое весом столба породы, засыпаемой в ствол, высотой 17 м, соответствует 0,25 МПа, поэтому можно сделать вывод, что уплотнение материала засыпки происходит с первых метров процесса ликвидации ствола под действием силы тяжести породы, насыпаемой сверху.

2. Участок снижения темпов уплотнения при росте давления. Этот участок расположен в интервале давления для сухой породы 0,25 - 1,5 МПа, для влажной —0,25 - 1,2 МПа. Общее уплотнение породы на этом участке составляет 15-25%, что близко по значениям к разнице между объемом ликвидированного ствола и объемом засыпанной в ствол породной массы.

Расчетная высота столба породы для создания такого давления составляет с учетом уплотнения 70 - 90 м, но фактически она может быть значительно больше, так как в этом интервале за счет бокового распора возникает сила трения, препятствующая передаче давления на нижние слои породы.

3. Участок выполаживания кривой, где закладочный материал уплотняется с меньшей скоростью при значительном увеличении нагрузки. Об-

щее уплотнение материала на этом участке графика составляет 20 - 30 % при росте давления от 1,5 до 7 МПа.

Достижение такого давления в стволе при его ликвидации возможно в случае сильных водопритоков, когда давление на породу передает скопившаяся поверх нее вода. Просачиваясь сквозь породную массу, в том числе и вдоль стенок, она создает эффект смазки, резко снижая силу трения, и общее давление столба порода-вода передается на нижние слои засыпки. В связи с вышесказанным, в стволах, в которых водоприток превышает допустимые значения или частично затопленных, необходимо увеличивать расчетный коэффициент уплотнения засыпки до 30 %.

На основе анализа графика уплотнения можно сделать вывод о существовании зависимости степени уплотнения от гранулометрического состава материала, засыпаемого в ствол. Порода фракции 0-20 мм уплотняется в большей степени, чем порода фракции 0-2 мм. Максимальная разница достигается при давлении 0,25 - 1 МПа и сохраняется при дальнейшем увеличении нагрузки, примерно, на уровне 5 %.

Из проведенного исследования следует практический вывод: в процессе засыпки ствола породой с большим содержанием крупных фракций большие куски разрушаются, что приводит к дополнительной просадке насыпного материала. Материал засыпки, содержащий в своем составе большее количество мелких фракций, при засыпке ствола в меньшей степени подвержен оседанию, связанному с его уплотнением.

Эта информация позволяет более точно прогнозировать возможные коэффициенты осадки закладочного материала и определять в будущем дополнительные объемы закладки. Вместе с тем шахтные стволы, расположенные в сложных гидрогеологических условия, являются чрезвычайно опасными из-за возможного внезапного ухода закладочного материала. Поэтому здесь необходим систематический контроль за состоянием закладочного материала в стволе.

С этой целью предложено проводить геофизический мониторинг состояния ликвидируемых стволов.

Задачами такого вида мониторинга являются:

• определение закономерностей процесса уплотнения материала засыпки шахтных стволов,

• прогноз величины возможного выноса из ствола материала закладки.

В работах B.C. Миронова, В.А Сазонова, В.Л. Шкуратника и других авторов рассматриваются возможности применения различных геофизических методов для изучения деформаций массива горных пород над подземным выработанным пространством (гравиметрического, электрометрического и звукометрического).

Анализ существующих геофизических методов показал, что для изучения состояния закладочного материала в ликвидируемых шахтных стволах целесообразно применять гравиметрический метод, основанный на изучении чрезвычайно малых возмущений (аномалий) поля силы тяжести в геологических и иных структурах.

Для контроля заполнения ликвидированных стволов закладочным материалом и его состояния предложено использовать профильную гравиметрическую съемку.

В основу методики гравиметрических наблюдений за состоянием заполнения вертикальных стволов положен принцип измерений приращения силы тяжести над засыпанным объектом

Сущность принципа заключается в следующем: на гравиметрическом профиле проводятся исходные измерения на всех пикетах. Результаты всех последующих съёмок сравниваются с исходными. По величине изменения Ag, зафиксированной в результате последующих съемок, можно судить о наличии и местоположении пустоты в стволе.

Для проведения измерений в окрестности ствола организуется гравиметрический профиль длиной 60 м, который пересекает исследуемый объект. Он состоит из двух соподчиненных профилей: «локального» и «зонального». Всего на общем профиле выбираются 9 точек наблюдения. Расстояние между пунктами колеблется от 5м до 10 м. «Локальный» профиль состоит из 5 пунктов наблюдений с расстоянием 5м между ними. Центральный пункт наблюдений размещается путем установки гравиметра на полке под устьем ствола. Затем по обе стороны от «локального» профиля устанавливаются по два пункта с расстоянием 10 м друг от друга. Таким образом, достигается редуцирование региональных неоднород-ностей строения геологической среды и детализация локальной (приствольной) составляющей вариаций силы тяжести.

Для исключения приливного влияния на измерения вариаций гравитационного поля предлагается использовать гравиметр CG-5 AutoGraf, в котором предусмотрен автоматический расчет поправки за приливы к каждому измерению в реальном масштабе времени. Кроме этого данные гравиметры снабжены технологией автоматического выравнивания прибора и коррекции за рельеф местности в реальном времени. Наличие эффективной системы термостатирования позволяет достигать высокой точности (порядка 1 мкГал) в широком диапазоне температур.

Все это дает возможность проводить полевые наблюдения, не создавая специальные стационарные пункты (постаменты), а используя, входящий в комплект «треножник». Примечательно, что данные гравиметры

неоднократно использовались при гравиметрическом мониторинге объектов нефтегазового комплекса в различных регионах (Северный Кавказ, Западная Сибирь, Камчатка и т.д.) и зарекомендовали себя, как надежные, высокоточные и эффективные мониторинговые инструменты.

Другие аспекты регламента наблюдений (интервал между повторными измерениями и точность наблюдения) определяются исходной задачей мониторинга.

С учетом вышеизложенного рекомендуется следующая методика наблюдений.

Измерения на наблюдательном профиле проводят рейсами с одного исходного пункта по схеме: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,0. Время между наблюдениями на исходном пункте должно быть минимальным, чтобы можно было принять изменения нуль-пункта линейно пропорциональными времени. Минимизация времени между наблюдениями на исходном пункте - это второй шаг на пути уменьшения ошибок наблюдений. Практика показывает, что при обычной гравиметрической съемке (с введением всех поправок) точность в 0,01-0,03 мГал может быть достигнута при рейсах продолжительностью не более 0,2-0,3 часа.

Гравиметрические наблюдения начинаются с исходного пункта, который должен находиться вне зоны влияния подземных пустот (воздухоподводящих каналов). По окончании рейса снова проводятся наблюдения на исходном пункте.

Таким образом, применение геофизического мониторинга для изучения состояния закладочного материала в шахтных стволах предполагается весьма перспективным.

В шестой главе диссертации рассмотрены вопросы организации маркшейдерского мониторинга для изучения процессов, связанных с ликвидацией шахтных стволов Восточного Донбасса.

Под маркшейдерским мониторингом следует понимать систему повторных и контрольных наблюдений и измерений, выполняемых маркшейдерскими методами и средствами в соответствии с задачами и функциями маркшейдерской службы, определенными в установленном порядке.

Различные аспекты применения маркшейдерского мониторинга рассматривались в работах М.А. Иофиса, В.И. Стрельцова, Ю.М. Левкина и других авторов.

В работе содержатся рекомендации относительно организации маркшейдерского мониторинга процессов, возникающих при ликвидации шахтных стволов, который должен предусматривать осуществление следующих видов работ:

- контроль возведения изолирующих и упорных перемычек в шахте;

- измерения уровня закладочного материала в вертикальных и наклонных стволах при их засыпке и в случаях, когда предусматривается до-засыпка;

- контроль возведения полков перекрытия;

- наблюдения за состоянием и положением полка перекрытия устья ствола;

- наблюдения за оседанием земной поверхности в зоне постоянного контроля;

- наблюдения за состоянием зданий и сооружений, находящихся в зоне постоянного контроля.

В ходе ликвидации шахты начальные (базисные) измерения выполняются маркшейдерской службой организации, осуществляющей ликвидацию шахты (ствола), дальнейший маркшейдерский мониторинг осуществляет служба по наблюдению за ликвидированными стволами.

Участок поверхности в районе ликвидированного вертикального ствола, на котором с течением времени могут возникать опасные деформации земной поверхности является зоной постоянного контроля (ЗПК).

Зоны постоянного контроля устанавливаются для ликвидированных вертикальных, крутых и круто-наклонных стволов, т. е. при углах наклона выработок, когда возможен перепуск породы, и ограничиваются следующим образом:

1) у вертикальных стволов: окружностью радиусом К.0 = 20 м от центра ствола при мощности наносов Ьк ^ 20 м; если же 11н > 20 м, то радиусом = Ьн, но не более 40 м;

2) у крутых стволов со стороны восстания пластов полуокружностью радиусом со стороны падения - полуокружностью радиусом проведённой из проекции на земную поверхность точки кровли ствола на глубине вдоль продольной оси ствола - параллельными линиями, отстоящими от оси ствола на

3) у круто-наклонных стволов (35° < а < 60°): у устья ствола со стороны восстания - линией, перпендикулярной оси ствола и отстоящей от устья на 10 м; со стороны падения - линией, перпендикулярной оси ствола и проходящей через проекцию на земную поверхность точки, находящейся на глубине, равной ЮИ,; вдоль продольной оси ствола - прямыми линиями, отстоящими от ствола на со стороны падения и на 10 м у устья.

Границы зоны постоянного контроля у наклонных и пологих стволов и штолен при засыпке их до предельной глубины Нп, ниже которой опасные деформации не возникают, не строятся.

Для выполнения мониторинга в пределах зоны постоянного контроля рекомендуется оборудовать наблюдательную станцию, включающую:

• репер полка перекрытия устья ствола,

• рабочие реперы профильных линий,

• деформационные марки в зданиях и сооружениях, находящихся в ЗПК.

В диссертации приведено описание конструкций рабочих и опорных реперов и реперов полка перекрытия вертикального ствола

Положение полка перекрытия контролируется периодической передачей высотных отметок с опорных реперов на рабочие реперы и репер полка перекрытия устья ствола посредством геометрического нивелирования.

Результаты наблюдений оформляются в соответствии с требованиями «Инструкции по производству маркшейдерских работ».

В диссертации приведены планы наблюдательных станций на Восточном вентиляционном стволе шахты «Майская» ОАО «Ростовуголь» и на клетьевом стволе № 2 шахты «Западная-Капитальная» ОАО «Ростовуголь».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи - обоснования мониторинга процессов, связанных с ликвидацией вертикальных стволов угольных шахт, находящихся в сложных гидрогеологических условиях, что вносит существенный вклад в теорию и практику этих работ.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации, полученные при выполнении исследований лично автором, заключаются в следующем:

1. Выполнен анализ состояния ликвидированных шахтных стволов, расположенных в различных странах, и причин происшедших в них аварий. Определено, что одной из основных причин аварий является отсутствие мониторинга за состоянием ликвидированных стволов, который мог бы позволить своевременно предотвратить аварии; кроме того, причинами явились: некачественная засыпка стволов шахт; затопление стволов поверхностными или подземными водами, разрушение крепи стволов и др.

2. Установлено, что существующая нормативная база в недостаточной степени регулирует требования к методам ликвидации стволов шахт, в частности, к крупности и механическим свойствам материала для закладки стволов, допустимой величине его усадки. Не сформулированы требования к обязательному проведению мониторинга процессов, происходящих в процессе ликвидации ствола и после ее завершения, составу и периодичности этих работ.

3. В результате проведенного комплекса работ установлено, что между шахтами ОАО «Ростовуголь» имеется гидрогеологическая связь, что значительно осложняет условия ликвидации шахтных стволов и ухудшает химический состав подземных и поверхностных вод.

4. Разработана методика изучения процесса уплотнения закладочного материала, основанная на использовании компрессионных испытаний. Определены зависимости уплотнения закладочного материала от величины приложенного давления. Обоснована прогнозная оценка величины уноса закладочного материала из ствола, и определены величины возможного оседания закладочного материала в стволе. Показана возможность и целесообразность применения методов геофизического мониторинга за состоянием ликвидированных стволов и, в частности, за заполнением стволов закладочным материалом.

5. Обосновано содержание маркшейдерского мониторинга применительно к наблюдениям за ликвидированными шахтными стволами. Предложены типовые схемы размещения наблюдательных станций в самом стволе и в зоне постоянного контроля на поверхности и определен порядок проведения наблюдений за сдвижением земной поверхности.

6. Разработанные технические решения на базе выявленных закономерностей процессов при ликвидации стволов реализованы в проектных решениях, что обеспечивает безопасность эксплуатации поверхностных зданий и сооружений.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ефимов A.M. Проблемы ликвидации вертикальных стволов угольных шахт. Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: Изд-во МГТУ, 2004.

2. Ефимов A.M., Молев М.Д., Солмин В.А. Комплексное решение проблемы геоэкологического мониторинга угольных месторождений Ростовской области// Материалы юбилейной конференции/ Южгеоло-гия, г. Ростов на Лону, 2000.

3. Ефимов A.M., Молев М.Д., Солмин В А Мониторинг гидрогеологических процессов в углепородном массиве ликвидируемых шахт/ Маркшейдерия и недропользование, № 1, 2001.

4. Ефимов A.M., Молев М.Д. Основные аспекты разработки и эксплуатации бассейновой мониторинговой системы. // Перспективы использования геоинформационных технологий для безопасной отработки месторождений полезных ископаемых. В сб. трудов Международной научно-практической конференции. С-Пб, ВНИМИ, 2001.

5. Ефимов A.M., Беликов В.В. Определение усадки закладочного материала в ликвидируемых вертикальных стволах/ Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд-во МГГУ, 2004.

6. Ефимов A.M. Прогноз гидрогеомеханического состояния массива горных пород// В сб.трудов ЮРГТУ, Новочеркасск, 2004.

7. Молев М.Д., Ефимов А.М., Еремин С.А. Комплексный мониторинг углепородного массива при оценке возможности строительства неф-те- и газопроводов. В сб. трудов Международного рабочего совещания. С=Пб, ВНИМИ, 2003.

8. Ефимов A.M., Стеценко О.П. Исследование гидрогеологических последствий закрытия угольных меторождений. В сб.трудов ЮРГТУ, Новочеркасск, 2001.

9. Ефимов A.M. Правовое регулирование ликвидации шахтных стволов.// Маркшейдерия и недропользование, № 1, 2005.

10. Ефимов A.M., Мелыпенина Е.А., Стеценко О.П. Защита продуктивных водоносных горизонтов от влияния шахтных вод закрываемых шахт на примере Быстрянского месторождения пресных вод. Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: Изд-во МГГУ, 2004.

Подписано в печать 26.01.2005. Формат 60x90/16. Бумага офсетная 1,0 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 1327

==>мискив(„ни1 и 11Л.УДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 062809 от 30. Об. 98 г. Код издательства 5X7(03)

Отпечатано в типографии Издательства Московского государственного горного университета

Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД№ 53-305 от 05.12.97 г.

119991Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 6; Издательство МГГУ; тел. (095)236-97-80;факс(095) 956-90-40

1 б орп m

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ефимов, Александр Михайлович

Введение

Глава 1. Анализ состояния ликвидированных шахтных стволов и постановка задач исследований.

1.1. Анализ состояния ликвидированных шахтных стволов

1.2. Постановка задач исследований

Глава 2. Анализ нормативной базы, регулирующей ликвидацию угольных предприятий и шахтных стволов

2.1. Нормативная база, регулирующая ликвидацию угольных предприятий

2.2. Нормативно-правовая база ликвидации шахтных стволов 27 Выводы по главе

Глава 3. Основы мониторинга ликвидированных стволов угольных

3.1. Общие сведения о мониторинге

3.2. Мониторинг процессов, связанных с ликвидацией стволов угольных шахт в сложных гидрогеологических условиях 39 Выводы по главе

Глава 4. Гидрогеологический мониторинг процессов, связанных с ликвидацией угольных шахт Восточного Донбасса

4.1. Вводные замечания

4.2. Прогнозирование гидравлической связи между шахтами Западного техногенного гидрогеологического комплекса

4.3. Прогнозирование изменений качественного состава вод Западного техногенного гидрогеологического комплекса ко времени затопления стволов угольных шахт и выхода шахтных вод на земную поверхность

Выводы по главе

Глава 5. Геофизический мониторинг процессов, связанных с ликвидацией стволов угольных шахт Восточного Донбасса

5.1. Вводные замечания

5.2. Лабораторные исследования свойств материала засыпки и возможности его уплотнения 70 5.2.1. Методика проведения компрессионных испытаний материала засыпки 70 5.2,2:Определение масштабов моделирования

5.2.3. Краткое описание проведенных компрессионных испытаний

5.2.4. Результаты экспериментальных работ по исследованию процесса уплотнения материала засыпки

5.3. Прогноз величин возможного выноса и осадки закладочного материала

5.4. Геофизический мониторинг состояния ликвидируемых стволов 94 Выводы по главе

6. Маркшейдерский мониторинг процессов, связанных с ликвидацией шахтных стволов Восточного Донбасса

6.1. Задачи, права и обязанности маркшейдерской службы предприятия

6.2. Маркшейдерский мониторинг процессов, связанных с ликвидацией стволов угольных шахт 106 6.2.1. Устройство наблюдательной станции

6.2.2. Инструментальные и визуальные наблюдения

6.2.3. Отчетная документация

6.2.4. Периодичность проведения инструментальных наблюдений 123 Выводы по главе

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование мониторинга процессов, связанных с ликвидацией стволов угольных шахт в сложных гидрогеологических условиях"

Актуальность работы. К началу 90-х годов в стране добывалось свыше 340 млн. тонн угля. Однако подавляющее большинство угледобывающих организаций было дотационным. По официальным данным, на поддержку угольной отрасли ежегодно тратилось до 2 трлн. руб. (1,5% ВВП страны). В этих условиях реформирование угольной промышленности стало объективно необходимым. Первоначально реформа ограничивалась разделением угольных шахт и разрезов на рентабельные и нерентабельные (неперспективные, особо убыточные) и закрытием последних. Начиная с 1993 г., было ликвидировано около 200 угледобывающих предприятий.

Одной из важнейших проблем является научное и практическое обеспечение промышленной и экологической безопасности процессов, связанных с ликвидацией угольных шахт и разрезов. Имевшая место в 2003 г. крупная авария на шахте «Западная» ООО «Компания «Ростовуголь» еще больше подчеркнула важность и актуальность своевременного и качественного решения этой проблемы.

При ликвидации угледобывающих организаций действующее законодательство предусматривает обязательное выполнение комплекса технических работ, связанных с прекращением деятельности шахт и разрезов как опасных производственных объектов. Проведение этих работ регулируется Отраслевой инструкцией о порядке ликвидации и консервации предприятий по добыче угля (сланца), утвержденной Федеральным горным и промышленным надзором России (Госгортехнадзором) и Министерством топлива и энергетики РФ в 1997 г., и Инструкцией о порядке ведения работ по ликвидации и консервации опасных производственных объектов, связанных с пользованием недрами, Москва, 1999 г. Инструкция устанавливает единый порядок полной или частичной ликвидации и консервации на территории России предприятий по добыче угля (сланца) - шахт, разрезов, разведочных выработок, обеспечивающий безопасность жизни и здоровья населения, охрану недр и других компонентов природной среды от загрязнения.

Теория и методы обеспечения ведения мониторинга поверхности горного отвода при ликвидации угольных шахт разработаны еще не в полном объеме, поскольку процесс массовой ликвидации шахт в Российской Федерации начался относительно недавно, и исследования в этой области имеют пока еще фрагментарный характер. Вместе с тем, в нашей стране накоплен большой опыт по изучению сложных гидрогеологических и геомеханических процессов, происходящих в массиве горных пород и на земной поверхности вследствие сдвижения пород и перераспределения напряжений в окрестности горных выработок, охране зданий, сооружений и природных объектов, находящихся на поверхности горного отвода, который, несомненно, должен быть использован при выработке обоснованных рекомендаций.

Защищаемые научные положения и их новизна:

1. Надежность и безопасность ликвидации стволов угольных шахт обеспечивается техническими и организационными решениями на основе получаемой информации о характеристиках процессов сдвижения горных пород, изменении гидрогеологических условий путем проведения комплексных наблюдений, объединенных в систему мониторинга;

2. Разработанная методика прогноза гидрогеологических последствий ликвидации шахт позволяет определять фильтрационные характеристики массива горных пород с учетом наличия зон повышенной трещиноватости и нарушенности барьерных целиков и районировать шахтные поля по комплексам;

Научное значение работы состоит в выявлении факторов, влияющих на состояние стволов, установлении закономерностей сдвижения горных пород, уплотнения засыпаемых пород в стволе и взаимосвязи гидрогеологических систем в техногенном массиве пород.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

• анализом мирового и отечественного опыта ликвидации стволов горнодобывающих предприятий;

Практическое значение работы состоит в:

• разработке методики прогнозирования гидрогеологических и гидрологических последствий ликвидации угольных шахт Восточного Донбасса;

• разработке технических решений по организации мониторинга ликвидированных стволов Восточного Донбасса.

Ростовской области и мероприятий по обеспечению производственной и экологической безопасности» (2003 г.), «Заключение о возможности нахождения жилых строений в опасной зоне восточного вентиляционного ствола шахты «Майская» ОАО «Ростовуголь» (2004 г.), «Заключение о возможности и способах ликвидации главного (скипового) ствола № 2 шахты «Западная-Капитальная» ОАО «Ростовуголь» (2003 г.), «Рекомендации по ликвидации стволов шахты им. Ленина ОАО «Ростовуголь» (2004 г.), «Заключение по ликвидации вертикальных стволов шахты им. газеты «Комсомольская правда» ОАО «Ростовуголь» (2004 г.), «Заключение о возможности аварийного прорыва воды в клетьевой (вспомогательный № 2) ствол шахты «Западная» ООО «Компания «Ростовуголь» (2003 г.), «Рекомендации по ликвидации вентиляционного ствола № 1 шахты «Западная» ООО «Компания «Ростовуголь» (2003 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и были одобрены на семинарах, проводимых в рамках «Недели горняка» - 2003, 2004, 2005 г.г. (г. Москва, МГГУ - ИПКОН РАН), а также на юбилейной конференции Южгеологии, г. Ростов-на-Дону, 2000 г., научно-практической конференции ВНИМИ, С-Пб, 2001 г., на Международном рабочем совещании ВНИМИ, С-Пб, 2003 г.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Ефимов, Александр Михайлович

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 6

1. Предложено использовать понятие «маркшейдерский мониторинг» и раскрыто его содержание.

2. Определена область применения маркшейдерского мониторинга при ликвидации стволов.

3. Определены схемы расположения наблюдательных станций в стволе и в зоне постоянного контроля и порядок проведения наблюдений за сдвижением земной поверхности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи - обоснование мониторинга процессов, связанных с ликвидацией вертикальных стволов угольных шахт, находящихся в сложных гидрогеологических условиях, что вносит существенный вклад в теорию и практику этих работ.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации, полученные при выполнении исследований и внедрении разработок, заключаются в следующем:

1. Выполнен анализ состояния ликвидированных шахтных стволов, расположенных в различных странах, и причин происшедших в них аварий. Определено, что одной из основных причин аварий является отсутствие мониторинга за состоянием ликвидированных стволов, который мог бы позволить своевременно предотвратить аварии. Кроме того, причинами аварий явились: некачественная засыпка стволов шахт; затопление стволов поверхностными или подземными водами, разрушение крепи стволов и др.

2. Установлено, что существующая нормативная база в недостаточной степени регулирует требования к методам ликвидации стволов шахт, в частности, к крупности и механическим свойствам материала закладки стволов, допустимой величине его усадки. Не сформулированы требования к обязательному проведению мониторинга процессов, происходящих в процессе ликвидации ствола и после ее завершения, составу и периодичности этих работ.

3. В результате проведенного комплекса работ установлено, что между шахтами ОАО «Ростовуголь» имеется гидравлическая связь, что значительно осложняет условия ликвидации шахтных стволов и ухудшает химический состав подземных и поверхностных вод.

5. Обосновано новое понятие «маркшейдерский мониторинг» и определено его содержание применительно к наблюдениям за ликвидированными шахтными стволами. Предложены типовые схемы размещения наблюдательных станций в зоне постоянного контроля на поверхности и определен порядок проведения наблюдений за сдвижением земной поверхности.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ефимов, Александр Михайлович, Москва

1. Автоматизация геолого-маркшейдерских графических работ / В.В.Ершов, А.С.Дремуха, В.М.Трость и др. - М.: Недра, 1991.

2. Бондаренко Н.Ф. Физика движения подземных вод. Л.: Гидрометеоиздат, 1973.

3. Булычев Н.С. Анализ работ, посвященных исследованию проявлений горного давления в вертикальных выработках // Сборник трудов по вопросам проявлений горного давления, расчету и охране крепи вертикальных выработок, № 46. Л.: Изд-во ВНИМИ, 1962.

4. Гальперин A.M., Ермолов В.А. Некоторые проблемы горнопромышленной геологии. // Изв. ВУЗов. Геология и разведка, 1993, № 3.

5. Грушинский Н.П., Сажина Н.Б. Гравитационная разведка. М.: Недра,1980.

6. Ершов В.В. Основы горнопромышленной геологии: Учебник для вузов. -М.: Недра, 1988.

7. Ефимов A.M., Молев М.Д., Солмин В.А. Комплексное решение проблемы геоэкологического мониторинга угольных месторождений Ростовской области // Материалы юбилейной конференции / Южгеология, г. Ростов-на-Дону, 2000.

8. Ефимов A.M., Молев М.Д., Солмин В.А. Мониторинг гидрогеологических процессов в углепородном массиве ликвидируемых шахт // Маркшейдерия и недропользование, 2001. № 1.

9. Ефимов A.M., Беликов В.В. Определение усадки закладочного материала в ликвидируемых вертикальных стволах // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд-во МГГУ, 2004.

10. Ефимов A.M. Прогноз гидрогеомеханического состояния массива горных пород // Сб. трудов ЮРГТУ. Новочеркасск, 2004.

11. Ефимов A.M., Стеценко О.П. Исследование гидрогеологических последствий закрытия угольных месторождений // Сб. трудов ЮРГТУ. -Новочеркасск, 2001.

12. Ефимов A.M. Правовое регулирование ликвидации шахтных стволов // Маркшейдерия и недропользование, № 1, 2005.

13. Ефимов A.M. Мониторинг процессов, связанных с ликвидацией стволов угольных шахт // Маркшейдерия и недропользование, 2005. № 1.

14. Жернов И.Е., Шестаков В.М. Моделирование фильтрации подземных вод. -М.: Недра, 1971.

15. Зборщик М.П., Назимко В.В. Охрана выработок глубоких шахт в зонах разгрузки. Киев: Техника, 1991.

16. Земисев В.Н. Расчеты деформаций горного массива. М.: Недра, 1973.

17. Израэль Ю.А. Проблемы охраны природной среды и пути их решения. JL: Гидрометеоиздат, 1984.

18. Инструкция о порядке ведения работ по ликвидации и консервации опасных производственных объектов, связанных с пользованием недрами. М.: 1999.

19. Инструкция по безопасному ведению горных работ у затопленных выработок. М.: Госгортехнадзор РФ, Минтопэнерго РФ, ВНИМИ, 1996.

20. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях. М.: Недра, 1989.

21. Инструкция по производству маркшейдерских работ. М.: Недра,1997.

22. Иофис М.А. Геомеханический мониторинг при освоении недр // Горный вестник, 1997. № 4.

23. Калинченко В.М., Павелко A.M., Ефимов A.M., Бодуэн де Куртенэ Е.А. Маркшейдерское обеспечение системы управления качеством товарного угля на шахтах Восточного Донбасса // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд-во МГГУ, 2004. - № 6

24. Клюкин Б.Д. Горные отношения в странах Западной Европы и Америки. М.: Городец-издат. 2000.

25. Левкин Ю.М. Разработка методологии систем маркшейдерского мониторинга подземного пространства многоцелевого освоения в угледобывающих регионах: Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МГТУ, 2004.

26. Маркшейдерия. Учебник для вузов / Под ред. М.Е.Певзнера, В.Н.Попова. М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 2003.

27. Методические указания по исследованию горного давления на угольных и сланцевых шахтах. Л.: Изд-во ВНИМИ, 1973.

28. Мироненко В.А., Румынии В.Т. Проблемы гидрогеоэкологии. Монография в 3-т. М.: Изд-во МГТУ, 1999.

29. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Основы гидрогеомеханики. М.: Недра, 1974.

30. Миронов B.C. Курс гравиразведки. Л.: Недра, 1972.

31. Г.Н.Кузнецов, М.Н.Будько и др. Моделирование проявлений горного давления. М.: Недра, 1968.

32. Молев М.Д., Ефимов A.M., Еремин С.А. Комплексный мониторинг углепородного массива при оценке возможности строительства нефте- и газопроводов // Сб. трудов Международного рабочего совещания. СПб.: ВНИМИ, 2003.

33. Мохов А.В. Определение условий безопасной подработки затопленных выработок // Уголь, 1983/ № 11.

34. Муллер Р.А. Влияние горных выработок на деформацию земной поверхности. М: Углетехиздат, 1958.

35. Орлов Г.В., Иофис М.А. Сдвижение горных пород и земной поверхности под влиянием подземной разработки: Учеб. пособие. М.: МГИ, 1990.

36. Бочевер Ф.М., Гармонов И.В., Лебедев А.В., Шестаков В.М. Основы гидрогеологических расчетов.- 2-ое изд. М.: Недра, 1969.

37. Павилонский В.М. К вопросу о начальном градиенте напора в глинистых грунтах // Труды института ВОДГЕО, 1968. Вып. 19.

38. Павловский Н.И. Основы гидравлики. М.: Изд-во АН СССР, 1955.1. Т. 1.

39. Певзнер М.Е. Горная экология: Учеб. пособие для ВУЗов М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 2003.

40. Певзнер М.Е. Горное право: Учебник для ВУЗов. 2-ое изд. М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 2002.

41. Петухов И.А. Некоторые вопросы влияния угла падения пласта на процесс сдвижения горных пород // Труды ВНИМИ, 1958. № 2.

42. Положение о геологическом и маркшейдерском обеспечении промышленной безопасности и охраны недр. Утверждено Постановлением Госгортехнадзора от 22 мая 2001 г., № 18.

43. Правила безопасности на угольных шахтах (РД-05-94-95). М., 1995.

44. Правила ликвидации стволов угольных шахт. КД 12.12.005. Донецк,2001.

45. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных работ на угольных месторождениях. С.-Пб., 1998.

46. Российский энциклопедический словарь: В 2 т. М.: Научное изд-во «Большая Российская энциклопедия», 2001.

47. Руководство по расчету зданий и сооружений, проектируемых на подрабатываемых территориях / С.В. Колбенков, А.Г. Акимов, М.А. Иофис и др. JL: Стройиздат, 1968.

48. Сборник нормативных материалов по маркшейдерскому и геологическому обеспечению горных работ в угольной отрасли России. М.: ИПКОН РАН, 1998.

49. Саец Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды.- М.: Недра, 1990.

50. Сазонов В.А., Сосик Д.И. Геофизика в маркшейдерском деле. М.: Недра, 1989.

51. Словарь терминов разведочной геофизики / В.Н.Боганик и др.; под ред. А.И.Богданова-М.: Недра, 1989.

52. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. JL: Недра, 1977.

53. Турчанинов И.А., Петухов И.А. Опыт применения глубинных реперов для наблюдений за деформациями толщи горных пород. М.: Углетехиздат, 1958.

54. Указания по прогнозированию проявлений горного давления и выбору расчетных параметров крепи капитальных выработок на глубоких горизонтах шахт Донбасса. Л.: Изд-во ВНИМИ, 1970.

55. Фисенко Г.Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок.- М.: Недра, 1976.

56. Циганек И., Ярембаш И.Ф., Пилюгин В.И. Проблемы ликвидации вертикальных стволов угольных шахт // Уголь Украины, 1998. № 2.

57. Черняев В.И., Зборщик М.П., Иофис М.А., Грищенков Н.Н., Нестеренко Б.И. Маркшейдерское обеспечение безопасного ведения горных работ на угольных шахтах. М.: ИПКОН РАН, 2001.

58. Шкуратник В Л. Горная геофизика. Ультразвуковой метод. М.: Изд-во МГИ, 1990.

59. Шкуратник В.JI. Измерение в физическом эксперименте. М.: Изд-во АГН, 2001.

60. Ciganek J. Luks J., Stavebri likvidace doly ve svelte evropskych predpisu: Сборник статей 5-й международной конференции «Актуальные проблемы в горном деле», 1999.

Информация о работе

Ефимов, Александр Михайлович
кандидата технических наук
Москва, 2005
ВАК 25.00.16

Диссертация

Обоснование мониторинга процессов, связанных с ликвидацией стволов угольных шахт в сложных гидрогеологических условиях - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы