d= 5 m+ 0.05 H+0,001 l.
У верхней границы затопленных выработок ( HB = 280 м) ширина опасной зоны по простиранию при m= 2,3 м и l= 500 м составит
dB = 5*2,3 + 0,05*280 + 0,001*500=26 м.
Соответственно у нижней границы затопленных выработок ( HH =400 м) ширина опасной зоны по простиранию и по падению составит
dB = 5*2,3 + 0,05*400+ 0,001 *500=32 м.
Отложив на плане ширину опасной зоны у верхней и нижней границ затопленных выработок, получим контур опасной зоны абвг в пласте 1.
В Правилах охраны сооружений углы разрывов для Кузнецкого бассейна не приводятся. Принимая в этом случае углы разрывов на 10° больше углов сдвижения, получим §"=90°, β" = 71°, γ" = =90°. Строим разрез вкрест простирания и проектируем на него с плана контур опасной зоны в пласте 1. Получаем точки а 1(г 1) и б 1(в 1). Из точки б 1(в 1) проводим линию под углом β" = 71° до пересечения с пластом 2 и получаем точку л 1(м 1). Далее из точки а 1(г 1) проводим линию под углом γ" = 90° до пересечения с пластом 2 и получаем точку д 1(e 1). Поскольку точка dl (е 1) расположена выше уровня воды в затопленных выработках, то согласно п. 1.11 границей опасной зоны в пласте 2 будет точка к, (л,) на отметке уровня воды 280 м. Через точку к 1( n 1) проводим линию, параллельную линии dlal , до пересечения с затопленными выработками и получаем точку о 1(р 1). Проектируя ее на план, получаем точки о и р.
Строим разрез по простиранию и проектируем на него с разреза вкрест простирания точки о 1(р 1) и 6 1(в 1). Отложив на горизонтальных линиях, проходящих через эти точки, расстояния от затопленных выработок до точек о и р, взятые с плана, получим точки p 2и о 2. Аналогичным способом находим точки в 2и б 2.
Из точек р 2и о 2проводим линии под углом δ=90° до пересечения с горизонтальной линией, проходящей через точку к 1( n 1), и получаем точки n 2и k 2. Аналогичным образом получаем точки м 2и л 2. Переносим эти точки на план и получаем угловые точки клмр контура опасной зоны (предохранительного целика) в пласте 2.
5.4. Построение границы опасной зоны
у затопленных выработок с недостоверным контуром
и расположение опережающих скважин при проведении
подготовительной выработки в опасной зоне
На выходах пласта і 2в Донецком бассейне горные работы велись с 1910 по 1918 г. и с 1938 по 1941 г. На планы горных выработок шахты, разрабатывающей в настоящее время нижележащие горизонты этого пласта, старые затопленные выработки нанесены по данным треста Артемгеология (рис. 8). Граница опасной зоны у затопленных выработок не установлена.
Геологическая и гидрогеологическая характеристики участка затопленных выработок
Каменноугольные отложения на рассматриваемом участке покрыты четвертичными и третичными отложениями общей мощно стьюот 6 до 25 м.
Толща каменноугольных пород относится к отложениям среднего карбона. В границах шахтного поля рабочими являются угольные пласты і1, і2, і3 мощностью соответственно 1,1; 1,3; 0,8 м. Междупластья сложены чередующимися в различных сочетаниях аргиллитами, алевролитами и песчаниками (рис. 9).
Залегание каменноугольных пород слабоволнистое по простиранию. Падение пластов на юго-восток под углом от 8° на выходах под наносы, до 15° — у нижней границы шахтного поля.
В районе затопленных выработок не отмечено геологических нарушений с разрывом сплошности пластов.
Пласт і 2состоит из двух угольных пачек: верхней — мощностью 0,2 м и нижней 1,05 м, разделенных прослоем аргиллита от 5 до 8 см Уголь пласта средней крепости марки Г 6. В почве пласта зале гаеткрепкий алевролит мощностью до 6 м, а в непосредственной кровле — аргиллит средней устойчивости, мощностью от 5 до 8 м. Основной кровлей пласта является песчаник мощностью 16 м .
Расстояние по нормали от пласта і 2до вышележащего пласта і 3составляет 40—45 м, а до пласта і1 30—35 м.
По пластам і1 и і 3в районе затопленных выработок по пласту і 2горные работы в ближайшие годы не предусматриваются.
Характеристика затопленных горных выработок
Из архивных фондов треста Артемгеология были получены копии планов-схем старых шахт на рассматриваемом участке в масштабе 1:5000, составленные маркшейдером Сидоровым в 1936 г., и копия сводной таблицы шахт периода 1910—1918 гг., в которой указаны номера отводов, фамилии арендаторов, глубины шахт. В таблице приведено описание применявшихся систем разработки, транспорта, водоотлива. Были получены также копии план ов масштаба 1:1000
Рис. 8. Выкопировка из плана горных выработок по пласту i 2
Рис. 9. Геологический разрез по линии I— I
по шахте «М естпром», копии актов опроса старожилов и результаты съемок устьев старых шахт, выполненных в 1954 г.
Силами маркшейдерской службы шахты были выполнены съемки отвалов и устьев старых шахт; произведен дополнительный опрос людей, работавших на этих шахтах.
На основании полученных данных установлено следующее:
Шахта «Наклонная» действовала в 1910—1911 гг. Точную глубину ее установить не удалось. Известно, что шахта была затоплена из-за отсутствия водоотлива. Положение устья ствола на поверхности и контура отвала по данным последней съемки отличается от данных треста Артемгеология на 5 м. Контур выработок нанесен на планы по данным маркшейдера Сидорова.
Шахта, принадлежавшая Броку, действовала в 1912—1914 гг. Схемы горных выработок и данные о ее глубине не сохранились. Шахта, па словам старожилов, была также затоплена. Контур отвала не совпал с ранее нанесенным на план на 7 м. Устье шахтного ствола не обнаружено. Судя по конфигурации и объему отвала, шахта Брока по площади примерно равна шахте «Наклонная».
На шахте «Артельная» горные работы велись в 1914—1918 гг. Сохранилась план-схема основных выработок по состоянию на июль 1917 г. На ней указаны глубины ствола и шурфа. За основу принят контур выработок, нанесенный по схеме маркшейдера Сидорова, который больше показанного на план-схеме. Устье шурфа и ствола, а также контур отвала в настоящее время видны нечетко. Их положение по данным съемки отличается на 5—10 м от ранее нанесенного на план.
На шахте «Местпром» горные работы велись в 1938— 1941 гг. Имеется план горных выработок на двух листах в масштабе 1:1000, но вычислительной документации нет. План составлен и пополнен маркшейдером Сидоровым на август 1941 г. Судя по акту опроса (от 18 апреля 1968 г.) пенсионера Иванова, который работал лебедчиком на шахте до момента ее закрытия в ноябре 1941 г., работы по добыче угля и прохождению выработок велись на основном штреке. Продолжена проходка восточного и начата проходка западного штреков. Ориентировочно каждый из забоев мог продвинуться всего на 20—30 м в месяц.
После нанесения на план поверхности предполагаемой границы затопленных выработок по пласту і 2была еще раз осмотрена в натуре площадь вблизи этой границы. Восточнее шурфа № 10 был обнаружен и заснят заросший небольшой отдельный отвал. Устье горной выработки обнаружить не удалось; не дал результатов и дополнительный опрос старожилов.
Из архивов Донецкой геологоразведочной партии были получены данные по бурению скважин № 112, 124, 107. При перебуривании пласта і2 выход керна угля по этим скважинам был в пределах нормы и поглощения промывочной жидкости не отмечалось, т е. не было признаков попадания скважин в старые горные выработки
Обоснование проектируемой границы опасной зоны
Судя по результатам съемок устьев шахт и отвалов, погрешность их определения находится в пределах 10 м Нижняя граница горных выработок шахты Брока располагается примерно на такой же глубине, как на шахте «Наклонная».
Расстояние от земной поверхности до нижней границы затопленных выработок шахты «Местпром», судя по показанным на плане изогипсам пласта, составляет Н=60 м. Протяженность теодолитных ходов от начальных маркшейдерских пунктов до затопленных выработок менее 1 км, а проектируемых в направлении к затопленным примерно 4 км. Мощность пласта і 2составляет 1,3 м. Если контур затопленных выработок был бы достоверным, то ширина опасной зоны в соответствии с п. 1.4 составила бы 20 м.
На шахте «Местпром» откаточный штрек заложен в уклоне на горизонте, отстоящем от основного штрека на 65 м .Углубка уклона продолжалась. При недостоверном положении его забоя принимаем, что уклон пройден до следующего горизонта, т. е. на 40 м больше чем показано на плане. С учетом ширины опасней зоны, принимаемой при достоверном контуре затопленных выработок, границу безопасного ведения горных работ устанавливаем на расстоянии 60 м от показанного на плане контура затопленных выработок.
По простиранию пласта расхождение между фактическим контуром затопленных выработок и показанным на рис. 8 больше чем по падению. Так, шурфы на пласт і 2закладывались примерно через 100 м один от другого, и крайние из них возможно не отображены на плане. На это указывает обнаруженный отвал восточнее шурфа № 10. Подвигание выработок шахты «Местпром» с августа по ноябрь 1941 г., не отраженное на рис. 8, могло составить примерно 100 м. Исходя из этого границу безопасного ведения горных работ по простиранию устанавливаем с некоторым запасом на 160 м от показанного контура затопленных выработок, т. е. на 100 м больше чем по направлению падения пласта.
Граница безопасного ведения горных работ показана на рис. 8 линией АБВГДЕЖЗИК. Запасы угля в опасной зоне составляют 248 тыс. т.
Пройденные горные выработки после утверждения границы безопасного ведения горных работ показаны на рис. 10. На очередной календарный год намечается отработка 4-й восточной лавы с применением угледобывающего комплекса КМ-87. По опыту работы оптимальная длина лавы для этого комплекса составляет 150— 180 м.
До границы безопасного ведения горных работ длина лавы составит 120 м. Для увеличения ее длины намечается проходить 4-й восточный вентиляционный штрек на расстоянии 20 м от показанного положения затопленных выработок. Это дает возможность увеличить длину лавы до 160 м и при том же объеме проходческих работ дополнительно отработать 65 тыс. т угля. В этом случае 4-й восточный вентиляционный штрек на протяжении 410 м пройдет впределах опасной зоны. Запасы воды в затопленных выработках шахты «Местпром» составят примерно 5000 м 3, а наибольшее ее давление 0,5 МПа. При спуске воды из затопленных выработок представится возможность полностью отработать вышележащий горизонт пласта і 2 .
Расположение опережающих скважин
В основу выбора расположения скважин принята схема, ре -комендованная в разделе 4 для прохождения одиночной выработки в опасной зоне при недостоверном контуре затопленных выработок (п. 4.2). Угольный пласт ниже штрека подлежит проверке только на участке, где расстояние от штрека до границы опасной зоны более расчетной ее ширины при достоверном контуре затопленных выработок (в данном примере 20 м). Участок опасной зоны, подлежащий проверке при прохождении штрека, показан на рис. 11 штриховой линией.
В условиях данной шахты, исходя из опыта работ, возможно бурение наклонных скважин длиной до 70 м, а горизонтальных до 60 м без получения существенных искривлений скважин.
Расположение опережающих скважин показано на рис. 11 .В первом и втором циклах предусмотрено бурить по три скважины длиною от 40 до 70 м. В третьем цикле — 4 скважины. В четвертом цикле также 4 скважины, из которых одна, длиною 60 м, в сторону паде- ния пласта. В остальных промежуточных циклах по 3 скважины, ав последнем — 2.
При выбранном расположении и принятых длинах скважин обеспечивается подвигание выработки за один цикл, буровых работ на 40 м.
Рис .10 .Выкопировка с плана горных выработок по пласгу і 2
Рис .1 1.Про ведение штрека в опасной зоне с бурением опережающих скважин
Для прохождения 410 м штрека в опасной зоне потребуется 10 циклов буровых работ. Всего в 10 циклах проектируется пробурить 31 скважину с общим объемом бурения 1880 пог. метров
5.5. Построение границы опасной зоны для проведения
подготовительной выработки по слою пород с целью
спуска воды из затопленных выработок по нижележащему пласту (рис. 12)
Контур старых затопленных выработок по пласту і 2недостоверный. В связи с этим в пласте построена граница безопасного ведения горных работ.
Для безопасной отработки запасов угля выше гор. +50 м предусматривается спуск воды за затопленных выработок. Подготовительную выработку для спуска воды и последующего вскрытия осушенных выработок признано целесообразным пройти по слою пород, залегающему на 2 м выше кровли пласта. Место заложения полевой выработки и ее направление показано на рис. 12
В соответствии с пп. 1.10 и 1.11 полевая выработка между точками Д и Е будет проводиться в опасной зоне. В этом случае (п. 2.16) выработка должна проводиться с бурением системы опережающих скважин, позволяющих контролировать отсутствие затопленных выработок в пласте на расстоянии от проекции проводимой выработки не менее ширины барьерного целика.
Для построения границы опасной зоны в пласте і 2, которую необходимо контролировать опережающими скважинами, пробуренными из полевой выработки, наносим на план горных выработок по пласту і 2проекцию (по нормали к напластованию) полевой выработки От этой проекции перпендикулярно к ней откладываем ширину барьерного целика, рассчитанную для пласта і 2, иполучаем границу опасной зоны АБВГ, подлежащей контролю опережающими скважинами.
Вынимаемая мощность пласта 1,3 м, угол падения 15°, глубина проектируемой его отработки выше границы безопасного ведения горных работ 140—175 м. В соответствии с п. 1 4 ширин абарьерного целика принята равной 20 м.
Опережающие скважины располагаются с учетом рекомендаций раздела 4. Бурение скважин начинается из точки Д. Угол их наклона определяется исходя из того, что скважина должна войти в угольный пласт на расстоянии от точки Д не более d +7 м (в данном примере 27 м). Направление скважин задается с таким расчетом, чтобы в угольном пласте расстояние между их забоями не превышало 12м, а расстояние от крайней скважины до ближайшей границы опасной зоны не превышало 7 м. В рассматриваемом примере следует бурить четыре опережающие скважины (см. рис. 12)
При сохранении заданного скважинам угла наклона скважины коснутся почвы пласта на расстоянии 40 м от точки Д. Линия I— I, проходящая через точки пересечения этих скважин с почвой пласта,
Рис. 12. Проведение в опасной зоне подготовительной выработки по породе с бурением опережающих скважин:
а — вертикальный разрез, б — план, 11— затопленные выработки, 2'— граница безопасного ведения горных работ
будет являться границей проверенной части опасной зоны после
проведения первого цикла буровых работ.
Для определения места бурения скважин второго цикла на плане отточки пересечения оси проектируемой выработки ЕД с линией I— Iоткладываем в сторону точки Д расстояние, равное d(в данном примере 20 м) и получаем точку Ж. До этой точки безопасно проводить подготовительную выработку и из ее забоя бурить следующий цикл скважин. Шаг подвигания выработки в данном примере составит 40— 20 = 20 м. Таким же образом определяется шаг подвигания подготовительной выработки и в последующих циклах, пока не будут обнаружены затопленные выработки.
Аналогичным образом определяются границы опасной зоны для проведения подготовительных выработок по породе под затопленными выработками с недостоверным контуром.
5.6. Построение границы опасной зоны
(предохранительного целика) в пласте
над затопленным полевым штреком (рис. 13)
Затопленный полевой штрек пройден на глубине 320 м от земной поверхности. Контур затопленного штрека является достоверным. Маркшейдерская съемка штрека выполнена в 1958 г. Высота штрека вчерне hl = 2,8 м, угол падения слоев пород 50°. Высотная отметка уровня воды в затопленных выработках, сообщающихся с полевым штреком, на 30 м больше отметки штрека.
Над затопленным штреком на расстоянии oт него по нормали 18 м залегает угольный пласт, по которому календарным планом развития горных работ предусматривается прохождение выработок. Поскольку расстояние от затопленного штрека до пласта менее 10 h , то в нем устанавливаем опасную зону (п. 1.10).
В соответствии с п. 1.11 границу опасной зоны (предохранительного целика) строим от границ охраняемой площади по углам разрывов. В охраняемую площадь включаются затопленная выработка и опасная зона,построенная в породах, вскрытых затопленным штреком.
Ширину опасной зоны, вытянутой по простиранию, в соответствии с.п. 1.12 определяем по формуле
d п=0,05 H+0,001 l+ ∆.
При H=320 м, l=3 км и ∆ = 10 м (п. 1.12) получим d п=0,05*320+ 0,001*3000 + 10 = 29 м.
Отложив от затопленного штрека по восстанию и падению слоя ширину опасной зоны,
получим точки А и Б, являющиеся на разрезе вкрест простирания границами охраняемой площади
В условиях Кузнецкого бассейна при угле падения пластов 50° величины углов разрывов β" и γ" согласно п. 1 .11 составят
β" = β+10° = 42°, γ"= γ+10°-=90°
На разрезе вкрест простирания из точки Б проводим линию под углом β" до пересечения с пластом и получаем точку В, являющуюся нижней границей опасной зоны в пласте над затопленной выработкой. Также из точки А проводим линию под углом γ" и получаем точку Д. Поскольку точка Д расположена выше уровня воды в затопленных выработках, сообщающихся с полевым штреком, то границей опасной зоны со стороны восстания пласта будет являться точка Г с высотной отметкой, равной отметке уровня воды в затопленных выработках
Таким образом, граничными точками опасной зоны (предохранительного целика) на резрезе вкрест простирания будут являться точки В и Г.
Ширину опасной зоны впереди забоя затопленного штрека рассчитаем по формуле
d п=0,05 H+ 0,001 l=0,05*320 + 0,001*3000=19 м
В соответствии с п. 1. 12 принимаем d п=20 м. Угол разрывов по простиранию δ" составит в условиях данного примера 90°. Построение границы опасной зоны (предохранительного целика) по простиранию производим так же, как в примере 5.3.
Рис 14 Построение опасной зоны у затопленного шахтного ствола
5.7. Построение границы опасной зоны
у затопленного шахтного ствола
(рис. 14)
Клетевой ствол пройден до горизонта 430 м от земной поверхности. Диаметр ствола 6 м. Ниже горизонта 270 м ствол временно затоплен
Толща пород, вскрытая затопленной частью ствола, представлена аргиллитами, алевролитами, песчаниками, а также двумя пластами угля. Угол падения пластов 55°.
В 30 м от клетевого ствола пройден скиповой ствол до горизонта 270 м Программой развития горных работ на следующий год предусматривается углуб-ка скипового ствола. В связи с этим
возникла необходимость в построении границы опасной зоны у затопленной части клетевого ствола.
В соответствии с .п. 1.13 ширину опасной зоны у затопленного ствола рассчитаем по формуле
dc =0,05 H+ 0,001 l+5.
Поскольку клетевой и скиповой стволы находятся в непосредственной близости один от другого, то принимаем l = 0. Тогда у верхней границы затопленной выработки на горизонте 270 м ширина опасной зоны dCB в плане составит
dCB =0,05*270+ 5 =-18,5 м.
В соответствии с п. 1.13 принимаем dCB =20 м. Такое же значение dCB =20 м принимаем на всем участке между горизонтами 270 и 300 м. Ниже горизонта 300 м расчетное значение dc превышает 20 м.
На горизонте 430 м ширина опасной зоны в плане составит
dCH =0,05*430 + 5 = 26,5 м.
Строим вертикальный разрез по клетевому стволу. На горизонтах 270 и 300 м откладываем от ствола ширину опасной зоны 20 м и получаем на горизонте 270 м точки al и б 1и на горизонте 300 м точки в 1и г 1.
На нижней границе затопленного ствола откладываем ширину опасной зоны dCH =26,5 м и получаем точки dl и el .
Соединив последовательно точки а1,в1, д1, затем также точки б 1г 1е 1получим на вертикальном разрезе границу опасной зоны у затопленного клетевого ствола.
На плане границы опасной зоны изображены концентрическими окружностями, проведенными из центра ствола радиусами, равными ширине опасной зоны, увеличенной на радиус окружности ствола.
5.8. Построение границ опасных зон (барьерных целиков)
у незатампонированной скважины при наличии данных
о ее искривлении (рис. 15)
Скважиной № 17 перебурены пласты 3 и 2 на глубине соответственно 200 и 222 м от поверхности. Мощности пластов 1,1 и 0,9 м, угол падения 20°. Положение ствола скважины в пластах 3 и 2 (точки о1 и о 2) определено по данным замеров искривления скважины.
Нижележащий пласт 1 мощностью 1,2 м скважиной не перебурен. Расстояние от забоя скважины до пласта по нормали к нему 26 м. Расстояние между пластами 2 и 1 составляет 31 м.
Протяженность подземных теодолитных ходов от начальных маркшейдерских пунктов до скважины по пластам 1, 2 и 3 составляет l 1= 6 км, l 2=5 км, l 3= 4 км. Теодолитные ходы проложены в 1976 г.
В соответствии с п. 1.14 ширину опасных зон (барьерных целиков) определим по формуле
d = 5m + 0,05H + 0,001l.
Рис. 15. Построение опа сных зон (барьерных целиков) у незатампонироранной скважины при наличии данных о ее искривлении В пласте 3 ширина опасной зоны составит
d 3= 5* l,1 +0,05*200 + 0,001*4000=19,5 м.
Согласно п. 1.4 принимаем d 3=20 м. Соответственно в пластах 2 и 1 получим
d 2= 5*0,9 + 0,05*222 +
+ 0,001-500=20,6;
d 1= 5*1,2 + 0,05*256 +
+ 0,001*6000=24,8.
На вертикальном разрезе вкрест простирания от точки o 1откладываем в сторону восстания и падения пласта отрезок d 3=20 м и получаем точки а 1и в 1. Проектируем их на план и получаем точки а и в. Далее на плане от точки о 1откладываем по направлению простирания пласта (перпендикулярно линии ав) и в обратном направлении отрезки d 3=20 м и получаем точки б и г. Соединив последовательно плавной кривой точки а, б, в, г получим контур опасной зоны в пласте 3.
Аналогичным образом строим опасную зону и в пласте 2. На плане контуром опасной зоны в пласте 2 является кривая дежз.
В пласте 1 также строим опасную зону, так как пласт залегает ниже забоя скважины на расстоянии менее N 6(п. 1.14), равном 48 м.
Для построения опасной зоны в пласте 1 проводим на разрезе вкрест простирания нормаль к пласту через забой скважины и получаем точку о 3. От нее откладываем в сторону восстания и падения пласта отрезки d 1=24,8 м и получаем точки к 1и м 1. Проектируем эти точки на план. Далее на плане от точки о 3откладываем по направлению простирания пласта и в обратном направлении отрезки d 1и получаем точки л и н. Соединив на плане точки к, л, м ч н плавной кривой, получим контур опасной зоны в пласте 1.