Обрушения в горных выработках

Общие сведения

Обрушения в подземных горных выработках проявляются в виде вывалов глыб, слоев и кусков породы, отделения части пород кровли или сдвижения всей подработанной породной толщи. Завалы горных выработок обычно происходят из-за несвоевременного ремонта крепи, неправильного ведения работ по ремонту, внезапного увеличения горного давления при посадке лав, горных ударов, внезапных выбросов угля, породы и газа, взрывов метановоздушной смеси и угольной пыли, схода подвижного состава с рельсового пути и других причин.

Произвольное обрушение на большой площади (осадка кровли) вызывает динамические нагрузки на выработки и воздушные удары в них. Предотвращение или снижение вредных последствий обрушений производят путём установки крепи в выработках и управления поведением боковых пород. Обрушения горных выработок являются довольно распространенными причинами травматизма людей. Завалы, в т.ч. после горных ударов характеризуются быстрым обрушением больших объемов горной массы, в результате чего горная выработка выходит из строя, а под обрушением или за ним могут оказаться люди. При этом для людей, оказавшихся застигнутыми обрушением, а также ведущих спасательные работы, появляются дополнительные опасности: повторные завалы и обрушения, загазирование выработок в результате нарушения или полного прекращения проветривания, пожары от короткого замыкания в электрокабелях при их нарушении, внезапные выбросы угля и газа на выбросоопасных пластах.

Аварии от обрушений обычно носят локальный характер. Однако, несмотря на это, они очень часто связаны с весьма сложными горноспасательными работами. Наиболее опасны обрушения, происходящие в очистных забоях.

Обрушения, происшедшие в стволе шахты, в околоствольном дворе или в других выработках главного направления, могут на длительное время вывести из строя шахту и нанести большой материальный ущерб.

Основными причинами обрушений в большинстве случаев являются нарушения паспортов крепления выработок и их несоответствие горно-геологическим условиям.

Обвалы в вертикальных шахтных стволах

Характер обвалов. Под обвалом в вертикальном шахтном стволе понимается обрушение крепи ствола и прилегающих пород.

Обвал может быть единичным, ограниченным одним вывалом крепи или крепи и пород, и массовым при развитии вывалов крепи на большой площади и обрушении значительных масс пород.

Последствиями разрушения крепи ствола могут быть ее обрушение, обвалы закрепных пород, прорывы воды и плывуны.

Обвалы крепи и пород любой степени и прорывы воды и плывуна представляют большой опасность для людей, работающих в забое, передвигающихся в клетях или производящих осмотр ствола и ремонтные работы, могут привести к выходу из строя армировки и подъемного оборудования, нарушению работы блока или шахты в целом. Прорывы воды создают угрозу затопления выработок шахты.

Обвалы породы и прорывы плывуна в устьевой части ствола могут повлечь за собой также осадку поверхности и повреждения поверхностных сооружений.

Причины обвалов. Основной причиной обвалов в вертикальных стволах шахт является несоответствие вида, параметров и качества крепи существующим в данный момент горногеологическим, гидрогеологическим и горно-техническим условиям. В период проходки также неправильное ведение работ («упущенная проходка» - допущение подвижек масс породы).

Это несоответствие может быть обусловлено:

- отсутствием учета или неправильной оценки устойчивости пород, их обводнения и наличия напорных подземных вод и, как следствие, недооценкой давления на крепь и несо­ответствием ему несущей способности крепи;

- отсутствием учета или недоучетом влияния геологических нарушений пород;

- отсутствием учета или недоучетом влияния на ствол очистных и других выработок, вызывающего увеличения давления на крепь и проявляющегося в развитии в крепи дополнительных вертикальных и косонаправленных деформаций;

- некачественностью возводимой крепи или снижением ее плотности и прочности, разрушением структуры ее материала под агрессивным воздействием подземных вод и атмосферы и, как следствие, снижение несущей способности крепи и ее целостности;

- объективной невозможностью обеспечить безопасное поддержание ствола в данных горно-геологических, гидрогеологических и горно-технических условиях.

Меры по предотвращению обвалов в вертикальных стволах.

Соблюдение при проектировании и строительстве стволов требований и норм нормативно-технических документов и обращение в сложных случаях к заключениям НИИ, а также проведение в период проходки дополнительных изысканий и наблюдений.

Применение на участках пересечения сильно трещиноватых малопрочных пород уп­рочняющего тампонажа.

Организация осушения водообильных и напорных водоносных горизонтов и применение водозащитного тампонажа.

Применение в зонах повышенных напряжений в массиве, в том числе от влияния очистных выработок, мер по разгрузке окружающих ствол пород и других горных мер охраны.

Применение конструктивной защиты крепи от разрушительного воздействия задаваемых ей деформаций в зонах сжатия и осадок пород.

Постоянный контроль деформаций ствола и состояния его крепи и армировки; выполнение повторных оценок внешних воздействий на крепь и ее несущей способности при изменении ситуации.

Проведение своевременных ремонтов стволов с усилением крепи и устройством элементов ее защиты в необходимых случаях, а также с необходимыми мерами по тампонаж) пород, разгрузке массива и т.п.

Обвалы в наклонных шахтных стволах

Характер обвалов. Под обвалом в наклонном шахтном стволе понимается разрушениe его крепи и обрушение пород кровли с возможным обрушением пород в боках выработки и оползанием почвы.

Разрушение крепи с обрушением породы в наклонном стволе может быть единичным с вывалом пород на ограниченном участке и массовым с нарушением крепи и вывалами пород на протяженных участках ствола, сопряжениях с околоствольными выработками или в районе устья ствола.

При обвалах в наклонном стволе создается опасность для людей, работающих в забое при проходке ствола. В период эксплуатации ствола при обвалах прекращается работа крыла или всей шахты из-за невозможности спуска-подъема людей, выдачи угля и породы, спуска в шахту материалов. Нарушается вентиляция, осложняется водоотлив, если обрушение пород сопровождается увеличением водопритока в шахту. Обвалы пород в районе устья могут вы­звать деформации земной поверхности и повреждения поверхностных сооружений.

Причины обвалов. Главной причиной нарушения крепи и обва­лов пород в наклонных стволах является несоответствие вида и параметров принятой крепи горно-геологическим, гидрогеологическим и горнотехническим условиям сооружения и под­держания стволов.

Обвалы в наклонных стволах могут быть вызваны отсутствием учета:

- воздействия повышенного горного давления в зонах влияния угольных целиков, оставленных в смежных угольных пластах;

- надработкой или подработкой ствола сближенными угольными пластами;

- наличия на участке обвала ствола тектонического нарушения и зоны сильно трещиноватых пород со значительно сниженной устойчивостью;

- достоверных сведений о прочности, трещиноватости, обводненности и устойчивости вмещающих пород.

Меры по предотвращению обвалов в наклонных стволах.

Выбор способов охраны и крепления стволов должен производиться в соответствии с требованиями нормативно-методических документов с полным учетом горно-геологических и горнотехнических условий сооружения и поддержания стволов.

В зонах повышенных напряжений массива и в зонах влияния очистных работ должны применяться мероприятия по разгрузке окружающих ствол пород, горные и конструктивные меры по защите крепи.

В необходимых случаях должны использоваться способы повышения устойчивости крепи и пород с применением упрочняющего тампонажа и анкерной крепи.

Завалы очистных выработок.

Характер завала. Под завалом очистной выработки понимается обрушение кровли и угля в поддерживаемое пространство, при котором происходит почти полное перекрытие сечения выработки, особенно в призабойной части на протяжении более 5-10 м с остановкой конвейера очистной выработки.

Завалы очистных выработок могут быть полными и частичными. При полном завале очистная выработка перекрывается обрушенными породами на всем протяжении между выемочными выработками. При меньшей длине завал очистной вы­работки является частичным.

Частичный завал лавы может быть не сплошным, а состоять из отдельных локальных обрушений пород кровли и угля, длиной менее 5-10 м, которые условно можно называть вывалами.

Характерным для завалов очистных выработок является большая опасность для людей и длительный выход из строя, который может составлять от нескольких суток до нескольких месяцев, а в отдельных случаях сопровождается полной потерей оборудования и нарезкой новой монтажной камеры. Кроме этого, в результате обрушений пород на механизмы могут быть инициированы взрывы метана и пыли. Все завалы выработок являются авариями.

Полные завалы очистных выработок случаются достаточно редко. Основная потеря добычи угля в КМЗ происходит в результате частичных завалов длиной 10-40 м, сплошных или состоящих из отдельных вывалов.

Причины завалов. Завалы очистных выработок происходят из-за несоответствия паспорта выемочного участка существующим на момент ведения горных работ горногеологическим условиям.

Несоответствие паспорта выемочного участка и паспорта крепления и управления кровлей в очистном забое может быть обусловлено:

- объективной невозможностью крепления и управление кровлей и поддержания выработок в зоне влияния очистных работ в данных горно-геологических условиях;

- неправильным составлением паспорта из-за отсутствия учета или недостаточного учета факторов, осложняющих условия ведения очистных работ и поддержания выработок;

- нарушением паспорта выемочного участка или крепления выработки;

- несоответствием выбранной механизированной крепи горно-геологическим условиям.

Основой паспорта выемочного участка является:

- правильное определение типов непосредственной кровли и почвы по устойчивости и основной кровли по обрушаемости по всей длине выемочного столба;

- учет колебаний вынимаемой мощности;

- выбор типа и типоразмера механизированной крепи и крепи выработок;

- учет зон влияния геологических нарушений;

- учет направлений основных систем трещиноватости кровли

При соблюдении перечисленных выше факторов не исключена возможность встречи мелкоамплитудных дизъюнктивных нарушений кровли ограниченных по площади зон неус­тойчивой кровли и пликативных нарушений угольного пласта, не встреченных при проведении подготовительных выработок.

Причинами, вызывающими завалы очистных выработок на одиночных пластах, являются:

- первичные и вторичные осадки основной кровли на пластах с труднообрушающимися кровлями;

- разрушение блочных арочных систем в непосредственной кровле прочностью более 30 МПа;

- осложняющими факторами является сочетание неустойчивой непосредственной кровли с труднообрушаемой основной и неустойчивой почвой;

- неправильное расположение линии очистного забоя относительно направление трещин основной системы трещиноватости кровли;

- переход очистной выработкой подготовительной выработки;

- неудовлетворительное технической состояние гидростоек механизированной крепи.

При разработке свиты пластов основными причинами завалов лав, кроме перечисленных, являются:

- неправильно принятый порядок отработки пластов, приводящий к разрушению непосредственной кровли, а при надработке при определенной мощности междупластья – к увеличению шага осадки основной кровли;

- неправильное размещение во времени и пространстве очистных выработок на смежных пластах;

- оставление на смежных пластах целиков и краевых частей, приводящих к образованию зон повышенных проявлений горного давления и переход очистными выработкамимежных пластов этих зон;

- на пластах с углом падения около 35° при наличии в почве ослабленных контактов типа "зеркало скольжения" возможно сползание почвы, приводящее к падению крепи.

Мероприятия по предотвращению завалов очистных выработок

На одиночных пластах. На одиночных пластах с неустойчивыми непосредственными кровлями, а также на пластах с устойчивыми непосредственными кровлями в зонах влияния геологических нарушений, в локальных областях неустойчивой кровли - применение способов упрочнения кровли и угольного пласта, а также других способов в зависимости от крупности кусков разрушенных пород в обрушении.

На пластах с труднообрушаемыми основными кровлями, особенно при наличии неус­тойчивых непосредственных кровель применение способов разупрочнения основной кровли.

Раскройка шахтного поля таким образом, чтобы обеспечивалось правильное расположение линии очистных забоев относительно направления основных систем трещиноватости.

Обеспечить контроль герметичности гидростоек механизированных крепей и полноту задания начального распора.

При наличии в почве контактов типа «зеркало скольжения» обеспечить невозмож­ность сползания почвы.

При разработке свиты пластов. При планировании развития горных работ обеспечить:

- оптимальный порядок отработки пластов с учетом горно-геологических условий разработки каждого пласта свиты, а также факторы, приведенные выше;

- обеспечить правильное расположение очистных выработок на смежных полостях во времени и пространстве;

- преимущественно бесцеликовую технологию с одинаковой системой разработки.

При необходимости перехода выработками зон проявления повышенного горного давления (зон ППГД) от целиков и краевых частей, оставленных на смежных пластах, надо осуществлять следующие мероприятия [13, 14]:

- определить степень опасности зон ППГД по методике и в случае если они являются ЗПО или ОЗ осуществлять мероприятия по снижению интенсивности проявлений горного давления в этих зонах:

- на стадии планирование развития горных работ предусмотреть вход под краевую часть, а не выход;

- предусмотреть неизбежность повышения нагрузок на крепь выработок в зависимости от степени опасности зон ППГД и обрушаемости (нагрузочных свойств) основной кров­ли;

- осуществить разворот линии очистной выработки смежного пласта относительно проекции кромки краевой части или целика, чтобы избежать параллельности этих линии при входе или выходе;

- осуществлять предварительное разрушение кромок целиков и краевых частей;

- повысить начальный распор гидростоек механизированной крепи в зависимости от обрушаемости основной кровли;

- при каждой передвижке секции механизированной крепи, отклонившиеся от норма­ли, должен быть выправлены.

Завалы главных откаточных и вентиляционных выработок

При полном или частичном завале главной откаточной выработки прекращается деятельность крыла шахты из-за невозможности экспортирования угля.

При полном завале главный вентиляционной выработки прекращается нормальная работа участка пласта из-за нарушения вентиляционного режима, изменение климатических условий, создания опасности концентрации метана или углекислого газа, невозможности доставки материалов, при частичном завале на период ремонта затрудняется доставка материалов в лаву.

Причины возникновения завалов в главных откаточных или главных вентиляционных выработках. Воздействие повышенного горного давления (вредное воздействие оставленного в смежном пласта целика угля; при непрерывном расчете размеров предохранительного целика в случае отработки собственного; при попадании участка выработки в зону воздействия первичной или вторичной посадки труднообрушающейся кровли и др.).

Воздействие повышенного горного давления на участке откаточной или вентиляционной выработки, пересекающей тектоническое нарушение или расположенной так, что продольная ось выработки составляет с плоскостью тектонического нарушения угол менее 15°.

Надработка или подработка одиночных выработок при неблагоприятном сочетании расположения оси надрабатываемых или подрабатываемых выработок с линией осадки основной труднообрушающейся кровли в надрабатывающей (подрабатывающей) лаве.

Мероприятия по предотвращению аварий. Выбор рациональных планированных решений по раскройке шахтных полей, учет рекомендаций по проведению главных откаточных и вентиляционных выработок во времени и пространстве.

Крепление выработок на сопряжениях и протяженных участках производить в соответствии с действующими нормативно-методическими документами с учетом конкретных горно-геологических условий по длине выработок.

Завалы подготовительных выработок

При завале транспортной подготовительной выработки нарушается непрерывный процесс добычи угля в лаве из-за перекрытия транспортного потока.

При завале вентиляционной подготовительной выработки нарушается непрерывной процесс добычи угля в лаве из-за невозможности доставки лесо- и других материалов, ухудшения условий проветривания, создания опасности концентрации метана, перекрытия запасного аварийного выхода.

При завале подготовительной выработки на сопряжении с лавой на транспортном или вентиляционном горизонтах прекращается работа лавы из-за отсутствия запасного аварийно­го входа (выхода), деформирования крепи и находящуюся на сопряжении оборудования, потенциальной опасности для жизни шахтеров, работающих в районах сопряжения.

При поломе крепи с частичным вывалом пород кровли или пучением пород кровли в выработке, сохраняемой для повторного использования, происходит задержка ввода в работу новой лавы. Такая авария может быть устранена только капитальным ремонтом в течении длительном времени.

Причины завалов в подготовительных выработках. Завалы подготовительных выработок происходят из-за несоответствия паспорта выемочного участка, применяемого паспорта крепления или способа охраны выработок горно-геологическим или горнотехническим условиям поддержания.

Несоответствие паспорта выемочного участка, проведения и паспорта крепления подготовительных выработок может быть обусловлено:

- объективной невозможностью крепления и поддержания выработок в зоне влияния очистных работ в данных горно-геологических условиях;

- неправильным составлением паспорта из-за отсутствия учета или недостаточного учета факторов, осложняющих условия ведения очистных работ и поддержания подготовительных выработок;

- нарушением паспорта выемочного участка или крепления выработки;

- несоответствием выбранной крепи горно-геологическим условиям.

В выработках, сохраняемых на границе с выработанным пространством:

- неполная посадка кровли в лаве;

- несоответствие несущей способности и параметров податливости штрековой крепи, средств усиления штрековой крепи и посадочно-защитных крепей возникающим нагрузкам, особенно при осадке основной кровли в лаве;

- проведение выработок без запаса сечения на величину смещения пород;

- наличие в подошве выработок слоев пород, склонных к пучению.

В выработках, проводимых вприсечку к выработанному пространству:

- недостаточный разрыв во времени между погашением выемочного столба и началом проведения вприсечку к нему штрека;

- неполное погашение штрека в ранее отработанном столбе, вследствие чего увеличи­вается давление консоли пород кровли на краевую часть массива;

- расположение выработки под целиком угля, оставленном в вышележащем слое мощного пласта.

В выработках оформляемых или проводимых в выработанном пространстве:

- неправильный выбор места расположения или времени оформления выработки по­зади очистного забоя;

- преждевременное проведение выработок по обрушенным породам выработанного пространства;

- расположение выработок в зоне влияния целиков угля, оставленных в вышележащем или нижележащем пластах.

Мероприятия по предотвращению аварий. Выбор рациональных планированных решений по раскройке шахтных полей, учет рекомендаций по проведению подготовительных выработок во времени и пространстве для по­следующей отработки свиты пластов.

Крепление выработок на сопряжениях и протяженных участках производить в соот­ветствии с действующими нормативно-методическими документами с учетом конкретных горно-геологических условий по длине выработок.

Выводы по главе:

Завалы горных выработок обычно происходят из-за несвоевременного ремонта крепи, неправильного ведения работ по ремонту, внезапного увеличения горного давления при посадке лав, горных ударов, внезапных выбросов угля, породы и газа, взрывов метановоздушной смеси и угольной пыли, схода подвижного состава с рельсового пути и других причин.

Произвольное обрушение на большой площади (осадка кровли) вызывает динамические нагрузки на выработки и воздушные удары в них.

Завалы, в т.ч. после горных ударов характеризуются быстрым обрушением больших объемов горной массы, в результате чего горная выработка выходит из строя, а под обрушением или за ним могут оказаться люди.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие последствия могут быть вызваны обрушением пород в вертикальных стволах?

2. Какие причины могут спровоцировать обрушения горных пород в выработках?

3. Влияет ли планирование ведения горных работ на опасность обрушения в выработках?

Тесты для самоконтроля:

1. Произвольное обрушение на большой площади (осадка кровли) вызывает: динамические нагрузки на выработки, статические нагрузки на крепь выработки, изменение парциального давления газов в выработке, изменение парциального давления газов в породах, ничего не вызывает?

2. В зонах повышенных напряжений массива и в зонах влияния очистных работ должны применяться: мероприятия по разгрузке окружающих пород, особо крепкие элементы крепления выработок, специальные средства крепления, дополнительные средства крепления, схемы обхода зон повышенных напряжений?

3. При завале вентиляционной подготовительной выработки нарушается: непрерывной процесс добычи угля в лаве, процесс доставки лесо- и других материалов, замедляется проведение выработки, ничего не происходит, повышается скорость воздушной струи?

Дата добавления: 2014-01-04