Обоснование параметров технологии интенсивной отработки пологих угольных пластов на шахтах Кузбасса в условиях повышенных водопритоков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат наук Черкашин, Александр Александрович

• Черкашин, Александр Александрович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Черкашин, Александр Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ горно - геологических и горнотехнических условий отработки по-логик пластов „а шахтах Кузбасса

1.2 Анализ применяемых технологий и достигнутых технико -

15

экономических показателей на шахтах с повышенными водопритоками

1.3 Анализ мирового опыта отработки пологих пластов в условиях

19

повышенных водопритоков

1.4 Анализ способов прогноза водопритоков в горные выработки

1.5 Анализ способов снижения водопритоков в действующие горные

36

выработки угольных шахт

1.6 Выводы по первой главе

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ВОДОПРИТОКОВ ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ОТРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

2.1 Особенности формирования водопритоков в горные выработки шахт ОАО

«СУЭК - Кузбасс»

2.1.1 Схемы природно-техногенных гидрогеологической структур, при

53

выемке пологих и наклонных угольных пластов

2.2 Оценка природно - техногенных структур при отработке пласта

шахты «Котинская»

2.3 Исследование влияния параметров системы разработки на технико-экономические показатели отработки пласта 52 в условиях шахты «Котин- ^ екая»

2.4 Исследование способов снижения водопритоков в условиях шахты «Котинская»

2.5 Выводы по второй главе

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДО-

ПРИТОКОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТАХ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ

3.1 Общие положения

3.2 Формирование геофильтрационной модели шахты «Котинская»

3.3 Влияние порядка отработки выемочных столбов на объем водопритоков

3.4 Влияние технологических параметров на объемы водопритоков при ведении работ на малых глубинах

3.4.1 Расчетное влияние скорости подвигания

3.4.2 Расчетное влияние длин очистного забоя и выемочного столба

3.5 Влияние технологических параметров на объемы водопритоков при

ведении работ на больших глубинах

3.5.1 Расчетное влияние размеров выемочного столба

3.6 Влияние шага посадки основной кровли на объемы водопритоков

3.6.1 Факторы, определяющие величину шага обрушения

3.7 Выводы по третьей главе

4 ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ

4.1 Предельные водопритоки при очистной выемке

4.2 Применение системы разработки длинными столбами при наличии

103

дренажного штрека

4.3 Определение места заложения и размеров сбоек между откаточным и дре-

108

нажным штреками

4.4. Разработка комплекса рекомендаций по эффективной и безопасной

П5

отработке выемочных участков в условиях повышенных водопритоков

4.5 Экономическая оценка разработанных рекомендаций

4.6 Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров технологии интенсивной отработки пологих угольных пластов на шахтах Кузбасса в условиях повышенных водопритоков»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Переход современных шахт Кузбасса к структуре «шахта-лава», внедрение современных средств механизации очистных и подготовительных работ, позволили достичь самых высоких в России нагрузок на очистные забои (более 1000 тыс. т/мес). Вместе с тем, поддержание на высоком уровне технико-экономических показателей, а также дальнейший рост производительности в условиях возрастания глубины ведения горных работ ограничены такими факторами, как горное давление, приток воды в горные выработки, повышенное метановыделение. Так, увеличение с глубиной водопритоков на выемочные участки шахты «Котинская» ОАО «СУЭК-Кузбасс» привело к многочисленным простоям оборудования, более чем трехкратному снижению нагрузок на забои на локальных участках. Убытки от простоев очистных забоев, оборудованных современными механизированными комплексами, могут достигать 300000 долларов в сутки. Современные методики прогноза водопритоков не в полной мере учитывают возросшую интенсивность воздействия горных работ на массив, а существующие технологические схемы не обладают достаточной гибкостью для адаптации к усложнению горно-геологических условий без снижения технико-экономических показателей.

Поскольку негативное влияние подземных вод является проблемой. для большинства шахт Кузбасса, вопросы обоснования параметров технологических схем, обеспечивающих безопасность и эффективность отработки угольных пластов в условиях повышенных водопритоков является актуальными.

Степень разработанности темы исследования.

Ведение подземных горных работ в условиях повышенных водопритоков рассмотрено в работах А.П. Килячкова, Б .Я. Гвирцмана, М.В. Сыроватко, О.В. Гришунина, A.C. Ведяшина, С.Я. Петренко и других авторов. Решению задач прогноза водопритоков в горные выработки посвящены работы Б.И. Бокия, В.А. Ми-роненко, Ю.А. Норватова, Л.И. Сердюкова, Ф.П. Стрельского, О.Ю. Крячко и др. В то же время, авторы не рассматривали влияние водопритоков на ведение гор-

ных работ при высоких скоростях подвигания (более 10 м/сут) высокопроизводительного очистного забоя (более 10 тыс. т/сут). Действующие отраслевые нормативные документы рассматривают лишь допустимую глубину ведения работ при отработке пластов под водными объектами, в то время как методика определения предельно допустимого водопритока на выемочный участок отсутствует.

Цель работы. Обеспечение эффективности и безопасности отработки угольных пластов в условиях повышенных водопритоков на основе комплекса технологических решений по раскройке шахтного поля, управления состоянием массива, а также применения рациональных технологических схем подготовки и отработки выемочных участков.

Основные задачи исследований.

1. Анализ горно-геологических и горнотехнических условий отработки угольных пластов на шахтах с повышенными водопритоками

2. Анализ мирового опыта подземной отработки пластов в аналогичных условиях

3. Исследование особенностей формирования водопритоков при интенсивной отработке пластов

4. Исследование зависимости водопритоков от параметров технологических схем отработки пластов

5. Разработка комплекса рекомендаций по эффективной и безопасной подготовке и отработке выемочных участков в условиях повышенных водопритоков

Идея работы. Эффективность и безопасность отработки угольных пластов в условиях повышенных водопритоков достигаются при использовании пространственно-планировочных решений, обеспечивающих отвод воды от очистных и подготовительных забоев, комплекса мероприятий по управлению состоянием массива на основе достоверного прогноза водопритоков, а также применения рациональных технологических схем подготовки и отработки выемочных участков.

Научная новизна. Установлены зависимости водопритоков на выемочные участки от порядка отработки и геометрических параметров выемочных столбов, позволяющие прогнозировать водопритоки и обосновывать параметры управления состоянием массива.

Установлены зависимости технико-экономических показателей работы очистных забоев от водопритоков, позволяющие обосновывать параметры технологических схем.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Предложена методика определения предельно допустимого водопритока при отработке пологих угольных пластов длинными столбами по простиранию.

Разработаны рекомендации по выбору параметров технологических схем отработки пластов в условиях повышенных водопритоков.

Предложена технологическая схема интенсивной отработки пологих пластов с неспокойной гипсометрией в условиях повышенных водопритоков.

Методология и методы исследований. Для решения поставленных задач использован комплексный метод, включающий обобщение и анализ теории и практики отработки пластов в условиях повышенных водопритоков; натурные исследования процессов управления водопритоками при интенсивной отработке пологих пластов; экспериментально-аналитические исследования влияния параметров технологических схем на объемы водопритоков; компьютерная обработка данных.

Положения, выносимые на защиту:

1. При отработке угольных пластов длинными столбами по простиранию предельно допустимые водопритоки на выемочный участок, приводящие к остановке очистного забоя, определяются геометрическими параметрами и профилем конвейерного штрека, техническими параметрами оборудования в штреке, скоростью подвигания очистного забоя и для условий шахты Котинская составляют З00м3/ч.

2. При выборе параметров технологических схем интенсивной отработки пластов длинными столбами по простиранию необходимо учитывать цикличе-

ский характер изменения водопритоков на выемочный участок с пиковыми значениями, приуроченными к обрушению пород основной кровли.

3. Целесообразность перехода на подготовку выемочных участков тремя штреками с использованием среднего штрека в качестве дренажного определяется по результатам сравнения затрат на проведение дополнительной выработки с ущербом от потерь добычи, вызванных простоями оборудования в условиях повышенных водопритоков. Для условий шахты «Котинская» переход на подготовку тремя выработками является оправданным при простоях, вызванных водопри-током, более 0,006 сут/м подвигания забоя.

Степень достоверности результатов и обоснованность научных положений и рекомендаций. Достоверность защищаемых положений, основных выводов и рекомендаций обеспечивается представительным объемом данных натурных наблюдений, использованием современных апробированных методов исследований; удовлетворительной сходимостью результатов натурных и численных исследований.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: ежегодной Международной конференции на базе Краковской горно-металлургической академии (Краков, Польша, 2012 г.); научных семинарах кафедры разработки месторождений полезных ископаемых Национального минерально-сырьевого университета «Горный» (2012-2014 гг.).

Личный вклад автора. Сформулированы цель и задачи исследований, выбраны методики и проведены экспериментально-аналитические и натурные исследования, обобщены результаты исследований, сформулированы основные научные положения и выводы.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 7 печатных работах, из них 2 - в изданиях перечня, рекомендуемого ВАК Минобрнауки России. Подана заявка на патент.

Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 135 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 81 источника, включает 45 рисунков и 27 таблиц.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ горно - геологических и горнотехнических условий отработки пологих пластов на шахтах Кузбасса

Кузбасс - один из самых крупных угольных бассейнов России и мира. Большая часть бассейна находится в пределах Кемеровской области, незначительная часть — в Новосибирской области и Алтайском крае.

Угленосная толща испытала несколько периодов тектонической деформаций. В конце герцинской складчатости она была смята в складки северо-западного простирания. После пфальцской фазы началась денудация осадков, а затем накопление отложений мальцевской серии (триас). Вслед за её формированием произошла раннекиммерийская фаза складчатости и новая, более значительная денудация угленосных и всех более древних отложений. После накопления осадков конгломератовой свиты тарбаганской серии (юра) произошла последняя, поздне-киммерийская фаза, более интенсивная, чем пфальцская. [5].

Общие геологические запасы до глубины 1800л< составляют 725 млрд. т. Добыча угля производится как открытым, так и шахтным способами. К основным центрам угледобычи относятся Прокопьевск, Анжеро-Судженск, Ленинск-Кузнецкий; наиболее перспективным является Ерунаковский угленосный район, где сосредоточены огромные запасы коксующихся и энергетических углей с благоприятными горно-геологическими условиями, пригодными для обработки как подземным, так и открытым способами с высокими технико-экономическими показателями. [4].

распространение

основных марок углей

2

[Ц

Угли бурые и переходные и ялинно-пламемнын

Угли газовые спекавшиеся юрского возраста

Длнннопламенные угли Газовые угли

Жирные и газовые жирные угли

Жирные и газовые жирные угли поя юрскими отложениями

Слабоспекзсщиеся угли

I Коксовые, коксово-жирные и ото-I---' шенные спекающиеся угли

—_

Тощие угли Попуантрациты

| ¡У/' | Барзасские сапромикситы

Площади неугленосные и с нерабочей угленосностью

1инск-Кузиецкий1

рокопьем

знеш

Рисунок 1.1- Основные марки углей в Кузбассе

Участок «Нижние горизонты шахты «Котинская» располагается в южной части северо-восточного крыла Соколовской брахисинклинали, занимая незначительную часть площади Соколовского месторождения, и входит в состав геологических участков «Южная часть Соколовского месторождения», «Поле шахты «Котинская», «Поле шахты №7» и частично (ниже горизонта -100м (абс.) располагается вне границ выделенных геологических участков. Участок оперативного подсчёта запасов пласта 52 является частью участка «Нижние горизонты шахты «Котинская», расположен на площади геологического участка «Южная часть Соколовского месторождения» и примыкает к геологическому участку «Поле шахты «Котинская» с юго-запада [67].

В геологическом строении продуктивных отложений участка оперативного подсчёта принимают участие отложения средней части разреза ленинской свиты (Р2 1п) ерунаковской подсерии кольчугинской серии Кузбасса. Верхняя её граница проводится по кровле пласта 60, нижняя - по кровле пласта 38. Мощность отложений свиты в пределах месторождения составляет 600 - 780 м. В границы участка оперативного подсчёта, считая от почвы пласта 52, входит часть свиты мощностью 235 - 340 м. Разрез этих отложений представлен переслаиванием невыдержанных по простиранию и падению пород песчано-глинистого состава с пластами и пропластками каменного угля. Песчаники, представленные тонко-, мелко- и среднезернистыми литотипами, в отложениях разреза составляют 27,4 %, причём наибольшим распространением пользуются в междупластье угольных пластов 58-59, 61-62ан.п., залегая в виде мощных и наиболее выдержанных слоёв. Наи-большим и преимущественным распространением в разрезе пользуются алевролиты (алевролиты крупнозернистые -15,3 %, алевролиты мелкозернистые -48,0 %). Аргиллиты встречаются крайне редко. Присутствие их в разрезе составляет всего 1.0-2.0 %. Углистые алевролиты встречаются в виде тонких прослойков в угольных пластах или в их кровле и почве в виде ложной кровли и почвы.

Действующий фонд угледобывающих предприятий Кузбасса представлен 58 шахтами и 36 разрезами. В число крупнейших угледобывающих предприятий

входят такие как ОАО «Белой», ОАО «СУЭК - Кузбасс», ХК «СДС», ОАО «Южный Кузбасс», ЗАО «Шахта Распадская», ООО «НПО Прокопьевскуголь».

Стоит отметить что, несмотря на рост показателей, в угледобывающей отрасли остаются нерешенными рад проблем которые касаются разработки запасов подземным способом, доля которого постоянно уменьшается и в настоящее время составляет не более 40% от общего объема добычи. [2].

Достижение за последнее десятилетие рекордно высоких показателей подземной угледобычи, соответствующих мировому уровню, на ряде передовых предприятий не изменило состояние отрасли в целом. Основными ограничивающими факторами для угледобывающих предприятий Кузбасса, в частности и России в целом, являются: высокая газоносность угольных пластов, повышенные во-допритоки в горные выработки (более 10 м3/ч), наличие в пределах шахтного поля геологических нарушений.

Согласно литературе [1], в Российской Федерации среди балансовых запасов действующих предприятий примерно 1/3 составляют неблагоприятные запасы, а 1/10 - весьма неблагоприятные запасы, не позволяющие применять комплексную механизацию на очистных работах. Кроме того, благоприятные запасы весьма неравномерно распределены по районам добычи. Основными районами их сосредоточения являются Кузнецкий и Канско-Ачинский бассейны, включающие около 70 % всех благоприятных запасов России. Проведенный анализ [1] позволил установить также, что большинство шахт отрасли имеет на своем балансе запасы неблагоприятные для разработки.

Как свидетельствует статистика угледобычи (Рисунок 1.2), добыча угля в России характеризуется ростом объемов добычи.

400

350

н 300

I

^ 250

ос 5 >- 200

га

7 Ъ 150

ю

о

100

50

0

2002

2004

2006

2008

2010

2012

2014

Рисунок 1.2 - Добыча угля в России за период с 2002 по 2013

Исследования колебаний уровня добычи очистного забоя при отработке выемочного столба 5208 шахты «Котинская» ОАО «СУЭК-Кузбасс» проводились в 2011-2012 годах. Согласно статистическим данным, объемы добычи угля в месяц колеблются в широких пределах (максимальныя добыча превышает минимальную в 40 раз), при колебании уровня водопритоков около 14% (Рисунок 1.3).

Таким образом, водопритоки оказывают влияние на производительность очистного забоя, однако, объем воды не является единственными фактором, определяющим возможность возникновения простоев. Об этом свидетельствует снижение добычи очистного забоя с 15 по 20 месяцы отработки выемочного столба в условиях стабильных и даже снижающихся водопритоков.

600000

500000

к- 400000 га

3 300000 ю

ё 200000

100000

900

о

10

15

20

25

30

Месяц отработки лавы

♦—Добыча очистного забоя —Водоприток (средний)

Рисунок 1.3 - Колебания среднего водопритока и добычи очистного забоя при отработке лавы 5208

Анализ хронометражных наблюдений за работой очистного забоя показал, что наиболее частыми причинами простоев являются энергомеханические (более 70%), среди которых основной является остановка конвейерного транспорта, что связано с затоплением мульд на конвейерном штреке.

В общем виде все простои, возникавшие при отработке выемочного столба 5208 могут быть разделены на группы, представленные в таблице 1.1 Таблица 1.1 - Простои очистного забоя при отработке выемочного столба 5208

Характеристика участка угольного пласта Время простоев вызванных отказом оборудования, % Время простоев по организационным причинам, % Преобладающие причины простоев

1 Участки с постоянной гипсометрией 55 45 Остановка магистрального конвейера, зачистка почвы выработок, обслуживание оборудования, доставка материалов

Продолжение таблиг^ы 1.1

2 Участки с незначительными изменениями гипсометрии 65 35 Остановка магистрального конвейера, зачистка почвы выработок, обслуживание оборудования, доставка материалов

3 Участки со значительными изменениями гипсометрии 90 10 Остановка участкового конвейерного транспорта, остановка участкового перегружателя

Исследования показали, что наиболее уязвимым с точки зрения негативного влияния повышенных водопритоков является конвейерный штрек, поскольку именно в нем сосредоточено транспортное оборудование, находится место перегрузки угля с лавного конвейера на перегружатель и далее на ленточный конвейер. В то же время весь объем воды, поступающий на выемочный столб, аккумулируется в этом же штреке. Кроме того, следует отметить, что поступающий водо-приток распределяется неравномерно по всей длине выработки, что обусловлено гипсометрией пласта. При проведении штрека строго по пласту неизбежно образование участков, расположенных ниже или выше средней высотной отметки по выработке. При этом участки, расположенные ниже средней высотной отметки являются потенциально опасными с точки зрения образования мульд и последующего их заполнения водой.

На рисунке 1.4 приведен профиль конвейерного штрека 5208 с нанесением месячного подвигания очистного забоя за период отработки выемочного участка. Как видно из рисунка 1.4 наибольшей величиной подвигания характеризуются участки на которых выработанное пространство расположено ниже очистного забоя, а наименьшими при обратной ситуации. Наибольшим временем простоев характеризуются участки перегибов, что объясняется образованием мульд и нарушением технологических процессов.

Профиль конвейерного итрека 5208

• 1 • - ! : А

. 1-, - - - - ^чЧ.

. - — ' -. - -

г - * —

с1 -

\\

Ь- ( 1С тн Ой зс ] б С )И 5с >08 \

Л

лПодвигание заьоя за месяц

Рисунок 1.4 - Подвигание очистного забоя при отработке выемочного

столба 5208

1.2 Анализ применяемых технологий и достигнутых технико — экономических показателей на шахтах с повышенными

водопритоками

На шахтах Кузбасса, производящих отработку пологих угольных пластов, наибольшее распространение получила столбовая система разработки при которой подготовительные и очистные работы разделены в пространстве и времени: в одном выемочном поле, ярусе или этаже ведутся подготовительные работы, в другом — очистные. Участковые подготовительные выработки поддерживаются в массиве полезных ископаемых; по мере отработки выемочного столба длина поддерживаемой части этих выработок, как правило, сокращается. В вариантах столбовой системы разработки с прямоточным проветриванием при бесцеликовой технологии выемки угля часть вентиляционной выработки позади очистного забоя поддерживается в выработанном пространстве. Заблаговременное проведение подготовительных выработок обеспечивает доразведку пласта в пределах выемочного столба и создаёт условия для проведения его дегазации осушения. Указанные особенности делают столбовые системы разработки особенно эффективными при интенсивном производстве, когда очистные и подготовительные работы насыщены большим числом высокопроизводительных машин и механизмов.

Наибольшее распространение получила система разработки длинными столбами по простиранию при которой для подготовки выемочного столба от наклонной выработки в одну или обе стороны проводят этажные (ярусные) транспортные и вентиляционные штреки до границ этажа (панели). На границе размещают разрезную печь, в которой монтируют средства механизации [6].

Поддержание на высоком уровне технико-экономических показателей, а также дальнейший рост производительности в условиях возрастания глубины ведения горных работ ограничены такими факторами, как горное давление, приток воды в горные выработки, повышенное метановыделение.

Все вышеперечисленные факторы оказывают существенное влияние на работу очистных забоев в частности и на всю шахту в целом. Следствием их негативных проявлений являются простои добычных и подготовительных участков, что приводит к значительным финансовым убыткам.

Согласно хронометражным наблюдениям за работой очистного забоя в 2012 году на шахте «Котинская» ОАО «СУЭК - Кузбасс», можно выделить основные причины простоев, классификация которых представлена на рисунке 1.5

Рисунок 1.5- Классификация причин простоев очистного забоя

Согласно хронометражным наблюдениям за 2012 суммарное время простоев составило 1667 часов (70 суток), из них 657 часов по энергомеханическим и 1009 часов по производственно - техническим причинам.

Для приблизительной оценки финансовых потерь был произведен расчет по формуле 1.1

В = №Асут(Ц-С)5 (1Л)

где В - убытки шахты, руб.;

N - суммарное время простоев, сут;

Аут -суточная добыча очистного забоя, тыс. т;

Ц- цена 1 тонны угля, руб. [1]; С - себестоимость добычи 1 тонны угля, руб. [2].

В = 70 х 18500 х (1500 -1176) = 419580000 руб./год

5

Таким образом, рассматриваемая проблема является значительной, а ее решение принесет значительный экономический эффект.

Как было отмечено выше, одним из наиболее значительных ограничивающих факторов при подземной угледобыче является приток воды в горные выработки. Как видно на рисунке 1.6, можно отчетливо выделить зависимость между повышением объемов притока воды в очистной забой и повышение времени простоев. На данном графике можно выделить 8 характерных зон:

1. Снижение времени простоев при неизменных водопритоках

2. Рост времени простоев и водопритоков

3. Стабильное время простоев при неизменном водопритоке

4. Увеличение времени производственно - технических простоев при увеличении водопритоков

5. Снижение времени простоев при уменьшении водопритоков Фактический простой очистного забоя при резком увеличении водо-

6.

притоков

7.

8.

Незначительный рост времени простоев и водопритоков Стабильное время простоев при снижении водопритоков

Простои и водоприток 2012

600:00:00

У

8 480:00.00 о

о а.

* 240:00:00

2. 120:00:00 ш

Т 600

— Производствежо-твхнкмескиегростои —Отказы ГШО,всего ВодогритокОЗ

Рисунок 1.6 - Простои и водоприток очистного забоя шахты «Котинская» за

2012 год.

На основании вышеперечисленного можно сделать вывод о влиянии водопритоков на время как производственно - технических, так и энергомеханических

простоев, в частности на такие причины как нарушение технологии, организационные, нарушение техники безопасности [24, 68].

1.3 Анализ мирового опыта отработки пологих пластов в условиях повышенных водопритоков

В мировой практике шахтный водоотлив чаще всего рассматривается с точки зрения качества откачиваемых вод, в основном из-за изменения равновесных условий в подземных водах и, особенно, из-за образования так называемой кислотной шахтной воды.

На многих разрезах и шахтах, необходимо осуществлять дренаж в объемах, определяющихся на основе гидрогеологических характеристик вовлеченных горных пород. Объемы водопритоков зависят от поверхностных источников или от быстрой инфильтрации дождевой воды в подземные выработки зависит от проницаемости пластов, размера трещин, гидравлического напора, мощности защитных слоев и т.д.

Хотя современная классификация разделяет горные предприятия на добычу открытым способом и шахтный, с точки зрения зарубежной гидрогеологии точнее было бы разделять горные предприятия на находящиеся выше и ниже пьезометрического уровня. Второй случай без сомнения несет больше гидрогеологических последствий, но водопритоки первого так же не являются пренебрежимыми [80].

Во многих из исследуемых шахт, водоносный слой сам является продуктивным горизонтом, в то время как в других он изолирован защитными слоями, которые могут быть сверху или снизу водоносного пласта и могут аккумулировать значительные объемы воды, получать питание за счет инфильтрации или непосредственно контактируя с поверхностными водами

Как показывает практика, самые большие притоки воды связаны с зонами повышенных осадков. Так, в исследовании, проведенном в Китае на более чем на 1500 предприятий, было сделано заключение о значительном влиянии осадков на объемы водопритоков в горные выработки [23]. Стоит отметить, что во многих

шахтах объем откачиваемой воды превышает выход добываемых минералов. К примеру в руднике по добыче железняка в Курске, уровень водопритока достигал значительных объемов: 50 ООО м3/час, 62 500 м3/час в карьере по добыче бурого угля в Бульчатове (Польша).

В большинстве случаев, повышенные водопритоки приводят к снижению уровня прибыльности горного производства и необходимостью мириться с временными остановками или даже окончательным закрытием горного предприятия. Именно это случилось с участком №2 в шахте Конкола (Замбия), которая была закрыта после того как в течение первых семи месяцев работы было выкачано 1,4 х 10б м3 воды, что так и не привело к значительному снижению пьеозометрического уровня. Сама шахта была закрыта спустя 6 лет из-за внезапного прорыва воды, затопившего ее. Эту шахту обычно считают самой обводненной шахтой на земле, из нее выкачивали более 15 500 м3/час с пиком в 17 700 м3/час в июне 1978 [79].

В шахте Нейвели (Индия) по добыче бурого угля, 40 погружных насосов обеспечивали производительность 9 600 м3/час, чтобы снизить уровень подземных вод до 1,5 метров ниже рабочего уровня. Для этого 24 тонны воды были выкачаны на каждую тонну извлеченного угля, а во время муссонов к этому прибавлялись дополнительные 16 тонн воды [77].

В испанских шахтах по добыче угля в среднем 2,5 м3/тонн воды выкачивается на одну тонну добытого угля, этот показатель варьируется от 1,2 до 4

3 3

м /тонну. В медном руднике Муфулира в Замбии извлекается 5 м воды на тонну, в то время как Конкола, Замбия соотношение увеличилось с течением времени от 30 до 90 м3 на тонну [77].

Из вышеприведенного описания, можно сделать вывод, что стоимость энергии, необходимой для откачки воды, связана с финансовым успехом горного предприятия. На шахте Реосин (Испания) было подсчитано, что стоимость дренажа составляет 25% всех технических затрат.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Черкашин, Александр Александрович, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. с. 1137203 СССР, МКИЗ Е 21 С 41/18, 1991. Способ уменьшения притока воды в горные выработки / С.Я. Петренко. - Бюл. №4 от 30.01.85

2. А. с. 1583545 СССР, МКИЗ Е 02 D 19/10, 1990. Способ отвода вод из осушаемого массива / В. С. Ваулин, В. Г. Кемайкин. - Бюл. №29 от 07.08.90.

3. А. с. 1617145 СССР, МКИЗ Е 21 С 41/18, 1991. Способ уменьшения притока воды в горные выработки / А.С. Ведяшкин. - Бюл. №48 от 30.12.90

4. А. с. 1643719 СССР, МКИЗ Е 02 D 19/10, 1991. Способ управления геофильтрационным состоянием горного массива / О.В. Гришунин. - Бюл. №15 от 23.04.91.

5. Абрамов А.П. Стационарные машины. Расчет водоотливных установок горнодобывающих предприятий / А.П. Абрамов, В.Н. Бизенков -Кемерово: ГУ КузГТУ, 2003 - 143 с.

6. Александров М.Н. Безопасность человека на море. JL: Судостроение, 1983.- 125 с.

7. Алексеев М.И. Городские инженерные сети и коллекторы / М.И. Алексеев, В.Д. Дмитриев, Е.М. Быховский JL: Стройиздат, 1990. - 128 с.

8. Андрюков И. А. Проходка шахт методом глинизации / И. А. Андрюков - М.: Недра, 1971 - 290 с.

9. Булбви В. Р. Расчет водопонижения при помощи электрических моделей / В. Р.Булбви, В. К. Шаманский - Киев: Госстройиздат, 1961. - 120 с.

10. Васильев В. А. Методические указания по применению метода конечных элементов для решения плановых задач фильтрации подземных вод на ЭЦВМ / В. А. Васильев, Н.Ф. Карачевцев, Г.Е. Топчий - Белгород: ВИОГЕМ, 1979.-40 с.

11. Временное руководство по расчету первичного и последующего шагов обрушений пород кровли при разработке угольных пластов длинными столбами по простиранию в условиях Кузбасса. - Кемерово, 1973- 150 с.

12. Гавич И.К. Основы гидрогеологии / И.К. Гавич, И.С. Зекцер -Новосибирск.: Наука Сиб. отд-е, 2003. - 246 с.

13. Гавич И.К. Теория и практика применения моделирования в гидрогеологии / И.К Гавич - М.: Недра, 1980. - 360 с

14. Гвирцман Б.Я. Некоторые исследования условий безопасной выемки угля под водными объектами / Б.Я. Гвирцман, Ф.П. Стрельский, Е.В. Бошенятов -Белгород: Материалы III конференции по обмену опытом в науч. исслед. и проектир. осуш. месторождений полезных ископаемых, 1969. - С. 180-185.

15. Гвирцман Б.Я. Функция изменения проницаемости подработанной толщи и ее эмпирические параметры в Кузнецком бассейне / Б.Я. Гвирцман, Е.В. Бошенятов-Л.: ВНИМИ, 1971. - С. 28-33.

16. ГОСТ 12.1.005-76 Система стандартов безопасности труда. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.

17. ГОСТ 14254-96 Степени защиты, обеспечиваемые оболочками.

18. Гохберг JI. К. Новый метод решения задач нестационарной фильтрации на сетках / JI. К. Гохберг - М.: Изд. вузов. Геология и разведка № 7, 1970.- 120 с.

19. Гришанин К.В. Гидравлическое сопротивление естественных русел / К.В. Гришанин - СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. - 225 с.

20. Жернов И.Е. Моделирование фильтрация подземных вод / И.Е. Жернов В.М Шестаков - М.: Недра, 1971. - 350 с.

21. Инструкция по безопасному ведению горных работ у затопленных выработок. JL, ВНИМИ, 1984. - 66 с.

22. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. Министерство угольной промышленности СССР 02.04.90 г. N2-35-16/250

23. Казаковский Д.А. Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок / Д.А. Казаковский М.- Харьков: Углетехиздат, 1953. - 228 с.

24. Казанин О.И. Анализ опыта интенсивной отработки выемочных участков на шахте «Котинская» ОАО «СУЭК-Кузбасс»/ О.И. Казанин, Ю.А.

Норватов, A.A. Черкашин, Д.И. Савельев// Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2014. - №5. - С. 21-25.

25. Казанин О.И. Обоснование параметров технологических схем отработки пластов в условиях повышенных водопритоков/ О.И. Казанин, A.A. Черкашин// Официальный каталог VII международной выставки-ярмарки угольных технологий «ЭКСПО - УГОЛЬ». XVI Международная научно -практическая конференция «Энергетическая безопасность России: новые подходы к развитию угольной промышленности». Кемерово - 2014. - С. 117-120.

26. Каменский Г.Н. Основы динамики подземных вод / Каменский Г.Н., М.: Госгеолиздат, 1979. - 279 с.

27. Каменский Г.Н. Поиски и разведка подземных вод / Каменский Г.Н., М.: Госгеолиздат, 1979. - 313 с.

28. Кацнельсон H.H. Предотвращение прорывов воды из обводненных юрских отложений на Осиновском месторождении Кузбасса / H.H. Кацнельсон, Б .Я. Гвирцман-Л.: ВНИМИ, 1968. - С. 361-368.

29. Квон С.С. Технико-технологические решения повышения эффективности разработки угольных пластов Карагандинского бассейна / С.С. Квон, С.Б. Алиев // Уголь. 2003. - №9. - С. 10-11.

30. Килячков А.П. Технология горного производства. Учебник для ВУЗов. - 4-е изд. / А.П. Килячков - М.:Недра, 1992. - 415 с.

31. Климентов П.П. Гидрогеология твердых полезных ископаемых, ч.1 / П.П. Климентов, A.M. Овчинников - М.: Недра, 1966. - 214 с.

32. Козлов C.B. Повышение эффективности очистных комбайнов при эксплуатации в типовых условиях / C.B. Козлов, В.Ю. Линник// Горн, машины и автомат. 2004. - № 6. - С. 5-10.

33. Колобков М.Н. Кузнецкий бассейн (Очерки природы и хозяйства). / M. Н. Колобков. — Кемерово. 1956. - 327 с.

34. Кузеванов К.И. Динамика подземных вод / К.И. Кузеванов - Томск: Изд-во ТПУ, 2006. - 12 с.

35. Кузеванов К.И. Моделирование работы системы взаимодействующих скважин в среде PMWIN (Processing Modfow) / К.И. Кузеванов - Томск.: Изд-во ТПУ, 2011.-64 с.

36. Куклин Б.К. Анализ систем разработки пологих пластов Донбасса / Б.К. Куклин - М., Госгортехиздат, 1961. - 225 с.

37. Ломидзе Г.М. Фильтрация в трещиноватых породах / Г.М. Ломидзе -Л.: Гос-энергоиздат, 1951. - 127 с.

38. Лукнер Л. Моделирование геофильтрации / Л. Лукнер, В.М. Шестаков - М.; Нелра, 1976.-225 с.

39. Малышев Ю.Н. Современные подходы к рентабельному освоению угольных месторождений / Ю.Н. Малышев // Уголь. 2000. - №3. - С. 37-42.

40. Миндубаева E.H. Особенности формирования технологических схем угольной шахты в условиях высокой концентрации горных работ / E.H. Миндубаева // Горн, инф.-анал. бюл. Моск. гос. гори, ун-та. 2003. - № 6. - С. 137139.

41. Мироненко В. А. Динамика подземных вод / В. А. Мироненко - М.: МГГУ, 1996.-519 с.

42. Мироненко В. А. Определение водопритока к открытым горным выработкам при неустановившемся режиме фильтрации / В. А Мироненко, Ю. А. Норватов // Известия высших учебных заведений. Геологи и разведка №4 - Л.:, 1965.-325 с.

43. Мироненко В. А. Теория и методы интерполяции опытно -фильтрационных работ / В.А. Мироненко, В.М. Шестаков - М. Недра, 1978. - 325 с.

44. Мироненко В.А., Гидрогеологические исследования в горном деле / В.А. Мироненко, Ю.А. Норватов М.; Недра, 1976. - 352 с.

45. Норватов Ю. А. Применение численных геофильтрационных моделей для обоснования дренажных мероприятий на полях затапливаемых шахт / И.Б. Петрова, A.C. Степанова, В.В. Назима // Перспективы использования геоинформационных технологий для безопасной отработки месторождений

полезных ископаемых. Международная научно - практическая конференция 3, 4 июля 2000 г. - СПб.ВНИМИ, 2001. - С. 120-135.

46. Норватов Ю.А. Изучение и прогноз техногенного режима подземных вод (при освоении месторождений полезных ископаемых) / Ю.А. Норватов - JL: Недра 1988-261 с.

47. Овчинников A.M. Общая гидрогеология / A.M. Овчинников - М.: Госгеолиздат, 1979. - 250 с.

48. Правила безопасности в угольных шахтах. Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору, 2013. - 225 с.

49. Прохоров С.Н. Гидрогеологические исследования при разведке месторождений / С.Н. Прохоров, Е.Г. Качургин- М. Госгеолтехиздат, 1995.- 255 с.

50. Прохоров С.П. Методические указания по гидрогеологическим работам при разработке угольных и сланцевых месторождений. / С.П Прохоров -М.: Госгеолиздат, 1945. - 215с.

51. Рац М.В. Неоднородность горных пород и их физические свойства / М.В. Рац - М.; Наука, 1968. - 110 с.

52. Ржаницын Б. А. Силикатизация песчаных грунтов / Б. А. Ржаницын -М.: Недра, 1951 -220 с.

53. Ржаницын Б. А. Технические условия и нормы проектирования гидротехнических сооружений. Цементационные противофильтрационные завесы в основании гидросооружений / Б. А. Ржаницын - М.: Недра, 1969 - 200 с.

54. Самарский А. А. Теории разностных схем / A.A. Самарский - М.: Наука, 1977.-218 с.

55. Сидоренко A.A. Проблемы угледобывающей промышленности России / А. А. Сидоренко, С. А. Сидоренко, О. В. Трушко // Проблемы системной модернизации экономики России: социально-политический, финансово-экономический и экологический аспекты : сб. науч. ст. Междунар. науч.-практ. конф. (2 дек. 2010 г.). - СПб., 2010. - Вып. 9. - С. 208-211.

56. Скворцов А.Г. Влияние направления отработки выемочного столба на величину водопритока и условия работы механизированного комплекса / А.Г.

Скворцов - M.: Добыча угля подземным способом. Научн.-техн.реф.сб. ЦНИЭИуголь № 10, 1977. - С. 12-14.

57. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. -М.¡Госстрой СССР- 130 с.

58. Строк И.И. Технологические аспекты оценки балансовых запасов угля Российской Федерации / И.И. Строк, Д.К. Горбачев - М.: Научные сообщения ИГД им. A.A. Скочинского, Выпуск №303. 1995. - С. 49-60.

59. Сыроватко М.В. Гидрогеология и инженерная геология при освоении угольных месторождений / М.В. Сыроватко - М. Госгеортехиздат, 1960. - 250 с.

60. Торро В.О. Опыт отработки мощных пластов пологого залегания / В.О. Торро, В.П. Белов, A.B. Ремезов // Журнал Уголь - 2008. - № 1. С. 23-27.

61. Троянский C.B. Методика проектирования осушения на шахтах Подмосковного угольного бассейна / C.B. Троянский - М.: Недра, 1989. - 79 с.

62. Трупак. Н. Г. Замораживание горных пород при проходке стволов / Н. Г. Трупак - М.: Недра, 1974 - 280 с.

63. Фрянов В.Н. Создание адаптивных к рыночным условиям России технологий угледобычи / В.Н. Фрянов // Уголь. 2002. - №4. - С. 14-15.

64. Ходжаев Р.Ш. Совершенствование схем подготовки шахтных полей в сложных горно-геологических условиях и методы и их оценки / Р.Ш. Ходжаев. -М.: ЦНИЭИуголь, 1980. Вып 6.- 41 с.85. "Шахта "Распадская"- 30 лет/Г.И. Козо-вой // Уголь. 2004. -№11.-С. 9-10.

65. Черкашин A.A. Анализ способов прогноза водопритоков в горные выработки угольных шахт// Наука и образование XXI века: сборник статей Международной научно-практической конференции в 5ч. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2013.-С. 79-81.

66. Черкашин A.A. Влияние водопритоков на работу шахты «Котинская» ОАО «СУЭК - Кузбасс» // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения: труды 11-ой международной научно - практической конференции 11-12 апреля 2013г./ Воркутинский горный институт (филиал) ФГБ ОУ ВПО

«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». - Воркута, 2013. С. 248-249.

67. Черкашин A.A. Обзор геологических и горнотехнических условий отработки пологих пластов на шахтах Кузбасса// Наука и образование XXI века: сборник статей Международной научно-практической конференции в 5ч. - Уфа: РИЦБашГУ, 2013.-С. 81-83.

68. Черкашин A.A. Оценка влияния технологических и природных факторов на объемы водопритоков в горные выработки угольных шахт.// Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2014. - №8. - С. 403-407.

69. Черкашин A.A. Физические основы мониторинга процесса трещинообразования в массиве при разработке полезных ископаемых подземным способом.// Уральский горнопромышленный форум, V. Официальный каталог. Тезисы докладов. - Екатеринбург: Изд-во АМБ. 2013. С. 270 -271.

70. Шевяков JI. Д. Шахтный водоотлив: учебное пособие для горных вузов / JL Д. Шевяков, А. Н. Бредихин. - 5-е изд. перераб. - М.: Госгортехиздат, 1960.-354 с.

71. Шрейбер Б. П. Горячая битумизация в гидротехническом строительстве / Б. П. Шрейбер - М.: Недра, 1971 - 268 с.

72. Яворский В.И. Кузнецкий угольный бассейн. Геологическое строение. / В.И. Яворский // Большая советская энциклопедия - 1953. - 217с.

73. Baneijee S.P. Mine drainage problems in Indian Coalfields, with special reference to the problems in Jhaaria Coalfield / Banerjee S.P, Shylienger S.P // SIAMOS-98, 1998. P. 27-44.

74. Femanaez D. Mine water drainage / Femanaez D // Mine Water and The Enviroment, vol.12, Annual Issue, 2003 - P. 107-130.

75. Fernandez R. Hydrogcologkal study in Mine / Fernandez R. - Annual Issue, 2000. - 350 P.

76. Fernandez R Mining actively effects over ground water / Fernandez R. // SIAMOS-98, 1998.-450 P.

77. Mulenga S.C. Groundwater flow through KonKola (Bancroft) Copper Mine / Mulenga S.C. //. PhD Thesis. University of London, 1991. P. 250-259.

78. Pei. Y. The main hydrogeological characteristics of mineral deposits in China/ Pei. Y. // Third international Mine Water Congress. AIMM., 1988. - P 93-101.

79. Schmieder A. Water control strategy of mines under strong karstic water hazard / Schmieder A. // SIAMOS-98. 1998. - P 90-95.

80. Syd S. Peng. Coal Mine Ground Control / Syd S. Peng // West Virginia University, 2008. - 750 P.

81. Water in Mining and Underground Works / Fernandez R. // SIAMOS-95 Preamble. VX. Granada. 1995. - P. 97-100.