Министерство угольной промышленности СССР Ордена Трудового Красного Знамени Институт горного дела нм. А.А.Скочннского

Всесоюзное объединение 'Союэсданед'

Утверждено

зам. начальника всесоюзного объединения «Союзсланец» П. И. Балулнным 26 сентября 1974 г.

ВРЕМЕННОЕ РУКОВОДСТВО ПО ПРОВЕДЕНИЮ ДРЕНАЖНЫХ РАБОТ НА ШАХТАХ ТРЕСТА «ЭСТОНСЛАНЕЦ»

Москва 1974

водоносного подгоризонта. Максимальный эффект дренажа вод этого подгори8онта достигается при вокрытии трех вон водопроводядих плоокостей, расположенных на высоте в ореднем 1,5; 3,8 и 8,2 м от кровли пласта для условий тахт центральной части месторождения (рис. 2). С учетом некоторого колебания меот расположения плоскостей целесообразно принимать глубину скважины в пределах 10-15 м от кровли плаота при дренировании вод кукруэе-вдавере-окого подгоризонта для условий действующих тахт.

3-3-2- Пияметр 1гоенажных скважин

Общий дебит скважин зависит от водопропускной способности целей, образовавшихся при вскрытии горизонтальных водопроводящих плоскостей. Ширина отдельных вскрытых водопроводящих плоокоотей в породах кровли колеблется в пределах 1-5 мм и в редких случаях достигает 10 мм и более. В скважинах глубиной до 10 м вскрываются максимально три водопроводятие зоны с суммарной шириной (высотой) щелей не более 15-20 мм, для отвода из которых необходимы скважины диаметром 60-80 мм. Эта величина я принимается для уоловий действующих шахт на месторождении.

а«з>з. лшив даайшаюоивиюаи ладааывидшая

внемочннх блоков и расстояние мелет сквадинамтд

Величина опережения штреков зависит от степени обводненности массива йот дренажной способности выработок. Последняя, в свою очередь, зависит, кроме собственной дренажной способности (тре-щиноватооть пород), от глубины и диаметра дренажных скважин и расстояния между ними. Поскольку диаметр и глубину дренажных скважин для конкретных природных условий можно принимать постоянными, то величина опережения зависит практически от отепени обводненности дренируемого массива пород и расстояния между скважинами при заданном допустимом удельном притоке в подготавливаемые выемочные блоки. Эмпирическая зависимость опережения от перечисленных показателей имеет сложный вид. Для практического пользования этой зависимостью составлены номограммы (рис.3,4), куда входят оледующие необходимые походные данные:

(J, д_0П> равное 1-2 м⁸/ч на 100 м (п. 2.);

о ₃о£» составляющее в межпаводковое время до 5, а в паводковое - до 15 м⁸/ч на 100 м и более;

10

дояуотшэв вепгошо ухехьвого 2?ггока вода

100 ■:

ов (К- Х.0)| 6 -

Удельный прото*. 66*fc£ofTwo Q>Ms. п'Ы нй 100н Удельный пршпж Ц* bbb$afic«n«u а,„, м*/Ч на i,.. а ■« 5 ь. *_ t я »о _    а    _2_Л    s    »,МУ    >,
Расстояние    с*6«
ю да ш Омрехсемцс и1/гремуи*Х,,я мо юоо коо mm Оперсхссние штремпц. X,,"

Р*. 4. Но**эгреасо1 1« определен»! расстояям налу схаддждаа I в шношэстх от 02еседеют сахеяыоса вгредамз х, а степени обводяеядост* пород й„ »ав пра доптствло* ведгпке тдельвого претока ээдв в вяемэчныв блоке q^p 1 и*/ч ка

100 м:

К - коэффициент, учитывающий изменение общего притока води в выработки после дренажных работ; на оонове шахтных наблюдений для внешних панельных выработок он припишется равным 1,5-2,0, для внутренних - 1,0-1,5 (см, расположение панелей на рис. I).

Зависимость между опережением и расстоянием между скважинами для наиболее часто встречаемых на практике значений К, ij^,_n и (пр* ^Х1 ³³ 300*1200 м и I • 10т 100 м) является практически линейной. Графики применимн при ширине панелей 600-000 м и блоков 200-400 к, глубине окважин 10-15 м и диаметре их 60-80 ш. По графикам (ом. рио. 3, 4) можно определить I в зависимости от JC, или, наоборот, х, в зависимости от I.

Дммш яшадмаиди штата

1)    Допустим, что на внешних панелях приток в выработки й_аеа5 " ¹⁵ **/* ^{на 100} **• ^ПР^И Допустимом удельном притоке 9д_0Л =* м³/ч на 100 м и расстоянии между скважинами I ■ 22 м следует принимать величину опережения x_f я 885 м (ом.рио. 4,5).

2)    Для выемочных блоков на внутренних панелях при ожидаемом а ₀ ъа£ • 10 м*/ч на 100 м и планируемом опережении « 640 м следует принимать расстояние между скважинами I *» 41 м (ом. рио. 4,а).

При небольших значениях x_f, когда невозможно уменьшить удельный приток воды нике <^_оп при значительном увеличении объема буровых работ на панельных штреках, потребуется бурить дренажные скважины и внутри подготавливаемых выемочных блоков, на сборных к бортовых штреках со средним расстоянием между скважинами 50 м. Схемы возможного расположения панелей по отношению к основному потоку подземных вод приводятся на рис. 5.

3.3. Змаиипми шгсвильш авачэвм двшга наваиэхш

ДВ8ВИЮ& шзш

Широкие технические возможности варьирования величины опережения панельных штреков и расстояния между дренажными скважинами при различной степени обводненности горных выработок ограничиваются экономическими соображениями. При определенной величине опережения и расстояния между скважинами удельные затраты на

14

дренажные работа минимальны. Соответствующие минимальным затратам пределы параметров дренажной системы представлены на рис. 3

штреков - 800-1000 м, внутренних - 600-800 м, расстояние между дренажными скважинами - 35-65 м. Тонное ооблвденне параметров дренажной оиотемы из-за больших колебаний отепени обводненности пород затруднено, поэтому некоторый перерасход оредотв на дренажные работы экономически более опрлвдан, чем проведение этих работ в недостаточном объеме. Максимальный эффект достигается при постоянном сохранении параметров опоооба дренажа на всех участках в оптимальных пределах.

3.4. Даши мешавши дииаид таив л свата

Восстающие дренажные скважины бурят в опережающих панельных и при необходимости в сборных штреках о периферийной оторонн подготавливаемых выемочных блоков. Средние величины параметров дренажной оиотемы необходимо ооблхщать о учетом рекомендаций пп. 3.2 и 3.3. Однако у трещин, зон дробления ж в местах понижения плаота олвдует располагать большее количество скважин. Скважины проходятся у стенки штрека о небольшим наклоном - 10-15° (ом. рио. 2) в оторону целика. Воли окважпны, пробуренные под анкерную крепь, имеют дебит более 2 vP/ч, то они не крепятся ж оставляются как дренажные; для крепж рядом бурится новая охважж-на. Отвод воды же скважин, расположенных в о ре дней части штрека, осуществляется при помощи специального гибкого шланга. Б&утрн оконтуренного дренажной вавеоой участка поступление воды черев кровлю выработок будет происходить линь во время вереянжх ж осенних паводков.

Восстающие окважины проходятся о танком ПЗ-1 или аналогичным ему по мере подвжганжя забоя штрека ж располагаются от последнего на расстоянии не более 100 и. Станок размещается на двух раздвижных колоннах у отенок панельных, сборных штреков или в обойках. Скважины проходятся опловом забоем диаметром 60-80 mi. При работе ГП-1 необходимо выбирать такую высоту шпинделя и длину буровых агганг, чтобы пооледнже можно было легко наращивать о низу шпинделя без перерывов в работе.

15

УДК 022.52

Руководство по проведению дренажных работ на шахтах треста "Эстонсланец" составлено на основе результатов экспериментальных исследований, осуществленных на сланцевых шахтах. В нем излагается метод оценки степени обводненности массива горных пород, приводятся требования, предъявляемые к способу дренажа, дается характеристика системы подземного дренажа и метод определения параметров этой си-с т емы•

Работа выполнена в горной лаборатории отделения разработки сланцевых месторождений ИГД им.А.А.Скочинского под руководством канд.техн.наук Э.Г.Калыэвеэ, ответственный исполнитель - А.А.Тоомик.

© Институт горного дела им. А. А. Скочииского (ИГД им. А. А. Скочииского), 1974

ВВЕДЕНИЕ

На Эотонском месторождении горших сланцев повышению эффективности горних работ препятствуют некоторое природные факторе. К числу последних относятся сложное строение масонва горних пород, его повишенная трещиноватость, эакаротованность и обусловленная этим высокая обводненность пласта горючих олавцев ■ вмещающих пород. Необходимость улучшения условие проведения всех видов горних работ на обводненных участках, ониженкя себестоимости добычи и обеспечения условий более безопасного ведения под-эемних работ потребовала составления руководства по проведению дренажных работ на шахтах.

В руководстве кратко перечисляются факторе, которые обусловливают обводненность шахт, излагаются количественный метод оценки отепени обводненности массива пород и требования, предъявляемые к способу дренажа; характеризуется подземный опоооб дренажа ж приводится метод определения его параметров в соответствии о общим развитием горних работ на шахтном поле; дается характеристика возможных технических средств бурения скважин, приводится форма документации для учета проведения дренажных работ.

Первое методжчеокое пособие по осуществлению дренажных работ на шахтах треста "Эотонолаяец” было составлено ИГД им.А.А.Ско-чжнокого в 1967 г. (отчет по хоздоговору А 688 от 9.06.1966 г.) под руководством М.С.Газизова. В течение 1967-1973 гг* выполнялись дополнительные наследования по проведению дренажных работ на оланцевых вахтах.

На основе обобщения материалов упомянутого отчета ж последующих работ составлено настоящее руководство, в которое дополнительно введены количественная оценка отепени обводненности

3

пород, требования к способу дренажа и методика определения параметров подземного дренажа. Приведенный в руководстве метод определения параметров дренажа применим на шахтах, расположенных на глубине до 50 м. руководство разработано по указанию Минуглепро-на СССР.

I. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОБУСЛОВЛИВАШИЕ ОБВОДЯВННОСТЬ ГОНШХ ВЫРАБОТОК

Основные факторы, обусловливающие обводненность горных выработок, делятся на природные (геологические, метеорологические, гидрогеологические) и горнотехнические (порядок отработки шахтных полей, системы разработки и способы управления кровлей выработок) .

Ы. Пм?м? Займа

Из геологических факторов, определяющих обводненность выработок, основными являются состав и структура массива пород, вмещающих пласт горючих сланцев. В разрезе чередуются известняки и доломиты с прослоями горючих сланцев и глин, обладающими различными физико-механическими свойствами.

Массив горных пород разбит системой вертикальных (северо-восточного и северо-западного простирания) и горизонтальных тектонических трещин, по которым развиты карстовые нарушения. Столь сложное отроение массива пород заметно влияет на фильтрационные овойства массива и режим подземных и шахтных вод. Вертикальные тектонические трещины являются путями проникновения в выработки поверхностных и подземных вод, которые обусловливают их значительную обводненность, особенно в периоды паводков. Горизонтальные трещины, приуроченные к плоскоотям напластования, вызывают большие осложнения при управлении кровлей, способствуя формированию гидростатического давления на породы непосредственной кровли. Карстовые нарушения вызывают иногда прорывы воды в горные выработки.

Из метеорологических факторов в наибольшей степрни режим притока воды в горные выработки определяют атмосферные осадки, толщина снегового покрова и продолжительность таяния снега. Максимумы осадков приходятся на весну и осень, минимумы - на лето и 8иму.

4

Из гидрогеологических факторов иа условия ведения горных работ наибольшее влияние оказывают воды четвертичных отложений, верхнего (набала-раквереского) и среднего (кукруэе-кдавереского) подгоризонтов ордовикского горизонта.

При глубине залегания пласта до 50 м поверхностные и подземные воды беспрепятственно поступают в горные выработки. Этому способствуют система вертикальных и горизонтальных трещин и карстовые нарушения. Источниками обводнения выработок на этих глубинах являются поверхностные воды, инфильтрувдиеся в горные выработки (56-75*), меныпую часть составляют динамические ресурсы подземного потока (24-43*) и ничтожную - статические запасы (1-3*).

В южной части Эстонского месторождения, на участках о глубиной залегания пласта более 50 м от поверхности, заметно проявляются слои относительного водоупора между верхним и средним подгоризонтами. На этих участках в горные выработки поступает в основном вода из среднего подгоризонта, расположенного непосредственно над пластом. Здесь источниками обводнения выработок являются в основном динамические ресурсы. Вода поступает в выработки преимущественно черва трещины и скважины различного назначения. Ооновная часть воды поступает через породы кровли (90-94*), меньшая - из пласта (5-7*) и незначительная - через почву пласта (до 2*). Из пород непосредственной кровли через трещины и скважины под анкерную крепь поступает 60-70* общего притока воды. Рассредоточенное поступление воды по всей площади выработанного пространства является одной из причин ухудшения состояния пород кровли выработок, обводнения рабочих забоев и ухудшения условий труда в этих забоях.

1.2. Горнотехническце_Факк>га

Порядок отработки шахтных полей на месторождении принят от центра (ствола) к границам поля. При прямом порядке отработки шахтных полей фронт подготовительных и очистных работ подвигается навстречу потоку подземных вод; выработки постоянно находятся под влиянием напорных подземных вод.

На шахтах применяются столбовая и камерная системы разработки. При столбовой системе разработки спаренными лавами вся толща пород над выработанным пространством опускается на бутовые полосы (или обрушается полностью при комбайновой выемке); при этом

5

подземные воды через образовавшиеся трещины обрушения рассредоточение поступают в рабочие эабои. При системе разработки камерами надоланцевая толща пород поддерживается опорными целиками, в породах кровля дополнительных вертикальных трещин не образуется и дренажная способность выработок оотается низкой. На таких участках над непосредственной кровлей образуется столб воды, явдяпцийся дополнительной нагрузкой на кровлю камер ж штреков.

Повышенная обводненность шахт в целом, и особенно рабочих забоев, прямо или косве^о отрицательно влияет на:

управление горным давлением, ведение ввровных работ, амортизацию горных машин;

погрузку, оортировку и транспортировку (особенно зимой) добытого увлажненного оланца;

гигиеничеокие условия и безопасность труда горнорабочих; потери отбитого и качество товарного оланца.

2. ОЦЕНКА СТШШИ ОШШШНОСТИ ВЫРАБОТОК И ТРЕБОВАНИЯ К ДРЕНАЖУ

Степень обводненности выработок оценивается по удельному притоку воды в призабойную часть опережахщжх подготовительных выработок, который определяется оуммарныы дебитом из всех источников воды в выработках и измеряется при помощи мерного оосуда и секундомера два раза в год в период паводков.

Максимально благоприятные гидрогеологические условия ведения горвых работ (когда удельный приток воды равняется нулю) на вахтах треота "Эотонолаиец" не могут бить обеопечены, поэтому необходимо для каждого варианта технолога руховодотвоватьоя максимально допустимыми количественными показателями, при которых сохраняются прженлеяше параметре с ко темы разработки.

На устойчивость крова игреков ж камер влияет давление воды как дополнительная отатжчеокая нагрузка, Допуотшая величина давлена воды ва кровлю камер о учетом пршевяемой ширины их и глубины аикерована не долина превышать 2 т/м². Практически эта величию оценивается допустимой величавой удельного притока води в панельные игреки (в районе дренируемого выемочного блока), которая ие должна преввиать 2 м*/ч ва 100 м.

в

Приток воды в выработки приводит к повышению влажности горнов масон* Резкое увеличение влажности мелкой фракции существенно снижает рабочую теплотворную способность горной массы ж яатрудняет ее обогащение. Содержание влаги зависит, о одной оторонн, от величины притока воды в очистные забои, и, с другой стороны, от возможностей отвода воды из 8абоев. Эти возможности, в свою очередь, зависят от применяемой технологии. Взли при камерной системе разработки, а также в немеханизированннх лавах отвод воды ив забоев осуществим удовлетворительно, то в механизированных лавах, особенно при олоевой выемке, могут возникнуть трудности (заиливание канав и т.д*), и большая часть поступающей воды не попадет в о ист ему водоотлива, а будет выдана вмеоте о горной массой. С точки зрения сохранения устойчивости кровли выработок, соблюдения норм влажности и обеспечения комфортных условий труда максимально допустимый приток воды в выработки, оконтуривающне выемочный блок, не должен превышать при разработке камерами 2 ы³/ч на 100 м и при разработке лавами I м^э/ч на 100 м. При улучшении условий отвода воды из очиотных выработок значения этих величин могут измениться в сторону увеличения.

3. СИСТЕМА ДРЕНАЖА ПОРОД КРОВЛИ

U* .Qflro дадажйдда

С учетом всех требований, перечисленных в п. 2, наиболее эффективным в условиях шахт Эстонского месторождения является подземный дренаж, который осуществляется параллельно с горными работами и предусматривает использование дренажного эффекта самих подготовительных выработок, проходимых для вокрытжя шахтного поля и нарезки выемочных блоков. При этом проходка специальных горных выработок для дренажных работ не требуется; необходимо лишь увеличивать дренажную способность подготовительных выработок и проходить их о опережением по отношению к выемочным блокам.

Увеличение дренажной способности выработок достигается путем бурения из них восстающих скважин для вскрытия водопроводящих плоскостей. Ннэкие фильтрационные свойства пород вкрест напластования снижают темпы дренажа, поэтому подготовительные выработки со скважинами требуется проходить о некоторым опережением

7

по отношению к очистным забоям с расчетом заблаговременного предотвращения притока воды в выработки и снижения давления воды на кровлю до допустимой величины в пределах подготавливаемых выемочных блоков (рис. I). Расположение восстающих скважин определяется календарным планом *х>рных работ, гидрогеологическими условиями и размерами выемочных блоков.

Основными средствами подземного дренажа являются, таким образом, подготовительные выработки и восстающие дренажные скважины. При этом наибольший дренажный эффект и экономический эффект достигаются при оптимальных параметрах дренажных выработок, значения которых приводятся ниже.

Дшшахш дашиыай двзнадвй лщщ

Основными параметрами подземной дренажной системы являются: I) глубина восстающих дренажных скважин h_c:<g, м; г) диаметр восотающих дренажных скважин , мм;

3) среднее расстояние между восстающими дренажными окважлна-ми вдоль подготовительных выработок (панельных штреков) С , м;

8

4) величина необходимого опережения забоев панельных штреков с дренажными скважинами по отношению к выемочным блокам ("опере-жение штреками") X, _# м.

Параметры подземной дренажной системы определяются следующими показателями:

1)    удельным притоком воды у забоя опережающих подготовительных выработок без дренажных скважин    м³/ч    на    100    м    (этот

показатель количественно характеризует степень обводненноста дренируемого массива пород в интервале 100-метрового участка штрека у забоя - природное требование к параметрам);

2)    допустимым удельным притоком воды в очистные блоки , м^э/ч на 100 м - технологическое требование к параметрам (см. п. 2).

Эффективность дренажных скважин определяется расположением горизонтальных водопроводящих плоскостей в породах непосредственной и нижней части основной кровли - кукрузе-вдавереского