6. УСЛОВИЯ ВЫЕМКИ УГЛЯ ПОД ВОДНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

6.1. В данном разделе регламентируются условия выемки угля сплошными системами, длинными столбами с обрушением кровли или с закладкой выработанного пространства под водными объектами (водотоками, водоемами, водоносными горизонтами и обводненными зонами тектонических нарушений), представляющими опасность прорыва воды и затопления горных выработок, а также под водными объектами, имеющими народнохозяйственное значение.

Во всех случаях не допускается ведение горных работ под водными объектами, если они попадают в зону провалов и больших трещин от влияния горных выработок, определяемую по разд. 2.

6.2. Выемка угля под водными объектами может приводить к последствиям:

- прорыву воды в горные выработки из водотоков, водоносных горизонтов, обводненных зон, в результате образования провалов и зон водопроводящих трещин над очистными и подготовительными выработками;

- прорыву водонасыщенных рыхлых пород в горные выработки в тех случаях, когда напор воды над или под глинистым водоупором вызывает разрушение водоупора при его подработке;

- затоплению земной поверхности грунтовыми водами или водами поверхностных водоемов (водотоков) под влиянием оседаний, вызванных горными разработками.

6.3. По условиям безопасного ведения горных работ водные объекты разделяются на три основные группы.

К I и II группам относятся водные объекты, расположенные в (на) массивах горных пород, в которых отсутствуют геологические нарушения (сместители или осевые поверхности синклинальных складок), пересекающие водный объект или проходящие от контура объекта на расстоянии большем, чем безопасная глубина разработки (п. 6.6).

К I группе относятся водные объекты (водоемы, водотоки и обводненные породы), подстилаемые глинами (суглинками), а мощность глин (суглинков) не менее глубины водотока, водоема или напора воды над почвой водоносного горизонта и удовлетворяет следующим условиям:

- при разработке одиночных пластов, (6.1)

, но не менее 2m - при разработке свит пластов, (6.2)

где , , - вынимаемые мощности первого, второго и третьего наиболее влияющих пластов (пластов, у которых отношения вынимаемых мощностей к средней глубине разработки имеют максимальные значения).

Ведение горных работ под водными объектами I группы вне зон опасного влияния водного объекта не может привести к прорывам водоупоров с выносом прорывоопасных пород (рис. 6.1, а).

Рис. 6.1. Построение границ опасного влияния водного

объекта в угольном пласте: а, б, в, г - разрезы вкрест

и по простиранию пласта; 1 - 2 и 3 - 4 - соответственно

границы водного объекта с учетом максимального разлива

воды на разрезах вкрест и по простиранию; ВБ - зона

опасного влияния водного объекта в пласте на разрезе вкрест

простирания, ББ' и ВВ' - то же, по простиранию;

и - соответственно мощность глины в покрывающих

и подстилающих породах; I-I - тектоническое нарушение

Ко II группе относятся водные объекты, не удовлетворяющие изложенным выше условиям.

К III группе относятся водные объекты, которые пересекаются на подрабатываемых участках геологическими нарушениями, или нарушения проходят от водного объекта на расстояниях, меньших безопасной глубины разработки (рис. 6.1, в, г).

Ведение горных работ под водными объектами III группы допускается при технико-экономическом обосновании по заключению специализированной организации.

Определение условий безопасного ведения горных работ под водным объектом выполняется следующим образом:

- для водных объектов I группы в соответствии с рекомендациями настоящего раздела определяется зона опасного влияния водного объекта с точки зрения прорыва воды по системам водопроводящих трещин; оценивается возможность ведения горных работ вне зоны опасного влияния, намечается комплекс мер по обеспечению безопасного ведения горных работ, оценивается возможность затопления отдельных участков поверхности вследствие ее оседания над горными выработками;

- для водных объектов II группы оценивается возможность прорыва глинистых водоупоров с выносом прорывоопасных пород и намечаются мероприятия по предотвращению этих явлений; определяется зона опасного влияния водного объекта с точки зрения прорывов воды по системам водопроводящих трещин, как и для водных объектов I группы, оценивается возможность ведения горных работ вне зоны опасного влияния, определяется увеличение водопритоков в шахту, намечается комплекс мер по обеспечению безопасного ведения горных работ; оценивается возможность затопления отдельных участков поверхности.

6.4. Под зоной опасного влияния водного объекта в угольном пласте понимается участок угольного пласта, в пределах которого выемка угля может повлечь за собой недопустимое увеличение притока воды в горные выработки, а в отдельных случаях - прорывы воды и затопление выработок.

Подработка водного объекта I группы за пределами зоны опасного влияния не приводит к существенному увеличению водопритоков в горные выработки при мощности глин , при разработке одиночных пластов и мощности глин , но не менее - при разработке свит пластов (, , - мощность каждого до 3,5 м).

Подработка водного объекта II группы за пределами зоны опасного влияния является безопасной с точки зрения предотвращения прорывов воды, однако не исключает увеличение водопритока. Прогноз водопритоков может быть выполнен по методике, изложенной в Прил. 4.

6.5. За границы наземных водных объектов, не имеющих в основании обводненных отложений, в плане принимается граница максимального разлива воды по данным гидрологической службы с обеспеченностью 3% (т.е. имевшая место не более трех раз за 100 лет). Нижней границей водотока (водоема) является его дно (ложе).

При наличии под водотоком (водоемом) высокопроницаемых обводненных отложений (песков, галечников, горельников, сильно трещиноватых пород) за границы водного объекта в плане и на вертикальных разрезах принимаются соответствующие границы указанных отложений. Границы водных объектов, представленных водоносными горизонтами и обводненными зонами, соответствуют границам этих зон и горизонтов.

При определении границ водного объекта необходимо учитывать возможность их изменения вследствие оседания горных пород и земной поверхности под влиянием очистных работ за пределами зоны опасного влияния водного объекта. Расчет оседаний поверхности выполняется в соответствии с Прил. 1.

6.6. Границы зоны опасного влияния водного объекта в угольном пласте выше безопасной глубины разработки определяются на разрезах по простиранию углами разрыва , а на разрезах вкрест простирания - углами разрывов и при отсутствии сдвижения пород лежачего бока или углами разрывов и при сдвижении пород лежачего бока (см. рис. 6.1).

Построение по углам разрывов границ зон опасного влияния водных объектов выполняется аналогично построению предохранительных целиков.

Значения углов разрыва определяются согласно разд. 7.

Безопасной глубиной разработки под водным объектом называется минимальная глубина, при которой зона водопроводящих трещин, образующаяся над выработанным пространством, не достигает нижней границы водного объекта. Ведение горных работ ниже горизонта безопасной глубины не вызывает прорывов воды в горные выработки из подрабатываемых водных объектов.

Если безопасная глубина разработки располагается выше точки пересечения пласта с плоскостью, проведенной под углом , то за нижнюю границу зоны опасного влияния принимается безопасная глубина разработки. Возможность выемки угля ниже горизонта безопасной глубины под водными объектами с лимитированным объемом воды, имеющими народнохозяйственное значение, должна определяться с учетом возможных потерь воды из объекта. Прогноз потерь воды из объекта выполняется по рекомендациям Прил. 4, а в случаях, не предусмотренных этим приложением, - специализированной организацией.

6.7. Безопасная глубина разработки под всеми водными объектами, кроме обводненных пород, залегающих согласно с разрабатываемыми пластами, отсчитывается от нижней границы водного объекта по вертикали. Безопасная глубина разработки под обводненными породами, залегающими согласно с разрабатываемыми пластами, отсчитывается от почвы соответственных водоносных горизонтов по нормали к напластованию.

6.8. Безопасная глубина разработки одиночного пласта под водным объектом при отсутствии в подработанном массиве тектонических нарушений и осевых поверхностей синклинальных складок определяется следующим образом:

а) для водных объектов I группы при мощности глин (суглинков) и мощности пластов m <= 2 м

, (6.3)

где:

m - вынимаемая мощность пласта, при работе с закладкой - эффективная мощность пласта;

- показатель деформаций горных пород в основании водного объекта I группы при безопасной глубине разработки одиночного пласта;

, (6.4)

где - мощность глин (суглинков), м; при безопасная глубина определяется как при , однако она может быть уменьшена по заключению специализированной организации или на основании натурного определения высоты зоны водопроводящих трещин.

При вынимаемой мощности пластов m > 2 м и мощности глин (суглинков) , но не менее 2m безопасная глубина горных работ под водным объектом первой группы принимается

. (6.5)

При вынимаемой мощности пластов m > 2 м и мощности глин (суглинков) , а также в тех случаях, когда месторождение сложено пластичными глинистыми породами, склонными к набуханию, безопасная глубина разработки пластов под водным объектом определяется на основании натурных определений высоты зоны водопроводящих трещин или по заключению специализированной организации;

б) для водных объектов II группы при мощности глин (суглинков) и при m < 2 м безопасная глубина принимается

, (6.6)

где - показатель деформаций горных пород в основании водного объекта II группы при безопасной глубине разработки одиночного пласта;

, (6.7)

где - отношение суммарной мощности залегающих под водным объектом аргиллитов, алевролитов, глинистых сланцев к мощности M подрабатываемой толщи пород, расположенной на участке от нижнего контура водного объекта до верхней границы зоны обрушения и больших трещин в кровле разрабатываемого пласта; высота зоны обрушения и больших трещин принимается ;

в) для водных объектов II группы при и 2 м < m <= 4 м безопасная глубина принимается

(6.8)

При m > 4 м определение безопасной глубины может быть выполнено специализированными организациями или получено по данным натурных наблюдений за высотой зоны водопроводящих трещин.

6.9. В условиях водных объектов II группы проведение вскрывающих и подготовительных выработок под глинистыми водоупорами допускается при ширине выработки до 5 - 7 м, если выполняется условие (рис. 6.2):

, (6.9)

где:

- максимальные допустимые смещения пород кровли выработки;

- показатель деформаций, определяемый по формуле (6.4) с учетом мощности глин (суглинков) между кровлей выработки и почвой обводненных пород;

- мощность пород между кровлей выработки и почвой глин (суглинков).

Рис. 6.2. Схемы для оценки возможности проходки

подготовительных выработок в зонах влияния прорывоопасных

пород: а - при залегании прорывоопасных пород в кровле

выработки; б - то же, в почве; 1 - прорывоопасные породы;

2 - глины (суглинки); 3 - породы между выработкой

и глинами (суглинками)

В других случаях проходка выработок должна выполняться по специальному проекту.

Прохождение подготовительных выработок, в почве которых глинистые породы (водоупор) залегают на прорывоопасных водонасыщенных породах, допускается, если выполняется одно из условий (см. рис. 6.2):

; (6.10)

, (6.11)

где:

- напор воды в почве глин или суглинков (напор воды в прорывоопасном слое пород почвы);

- мощность глин (суглинков) в почве;

- мощность пород между почвой выработок и кровлей глин (см. рис. 6.2);

и - соответственно объемные веса глин (суглинков) и пород мощностью ;

- объемный вес воды.

Реализация условий (6.10) и (6.11) может быть достигнута путем снижения напоров воды в прорывоопасных породах до определенных оптимальных величин и соответственного выбора жесткости и несущей способности крепи выработок, причем несущая способность крепи подготовительных и вскрывающих выработок, попадающих в зону опорного давления в тех случаях, когда не предусмотрено снижение напоров воды в прорывоопасных породах, должна выбираться с учетом возможного напора воды.

6.10. Повторная подработка водных объектов нижележащими (вышележащими) пластами свиты допускается после периода опасных деформаций от очистных работ по ранее разрабатываемым пластам. Продолжительность периода опасных деформаций определяется в соответствии с разд. 2.

6.11. При разработке свиты пластов под водным объектом свита пластов разделяется на группы совместно разрабатываемых пластов (под совместно разрабатываемыми понимаются пласты, выработки в которых вызывают сложение однозначных деформаций в зоне влияния).

Если в группе планируется совместная разработка более трех пластов, то безопасная глубина рассчитывается от трех наиболее влияющих пластов, разработка последующих пластов данной группы может вестись по специальному проекту, а в необходимых случаях - по заключению специализированной организации.

При совместной разработке свит пластов в нисходящем <*> порядке безопасная глубина определяется из условия (рис. 6.3, а):

, (6.12)

где:

, , - вынимаемые мощности соответственно первого, второго и третьего наиболее влияющих пластов (пластов с максимальным отношением вынимаемой мощности к средней глубине залегания под водным объектом);

, - мощности междупластья (расстояние по нормали к напластованию) соответственно между почвой первого (верхнего) и кровлей второго и третьего разрабатываемых пластов;

- безопасная глубина разработки одиночного верхнего пласта, определяется по формулам (6.3), (6.5), (6.6), (6.8) для соответственных условий;

- безопасная глубина при совместной разработке трех наиболее влияющих пластов.

--------------------------------

<*> Безопасная глубина свиты пластов при восходящем и комбинированном порядке разработки определяется по специальному проекту.

Рис. 6.3. Схемы определения безопасной глубины разработки

свиты пластов: а - при совместной разработке свиты пластов;

б - при последовательной

Решение уравнения (6.12) для определения безопасной глубины разработки трех пластов может выполняться известными методами (методом итераций, графическим и другими).

Безопасная глубина при совместной разработке двух пластов определяется из выражений:

; (6.13)

. (6.14)

Если в зоне опасного влияния водного объекта свита пластов разрабатывается последовательно без оставления целиков в выработанном пространстве, очистные выработки проходятся с интервалом времени большим, чем период общей продолжительности процесса сдвижения, таким образом, что зона сдвижения от каждого последовательно разрабатываемого нижележащего пласта попадает в пределах контура целика под водный объект в область полных сдвижений от вышележащих разработанных пластов (рис. 6.3, б), то в этом случае безопасная глубина разработки при последовательной разработке двух пластов определяется в такой последовательности:

а) по формулам (6.3), (6.5), (6.6), (6.8) определяется безопасная глубина разработки отдельно каждого пласта;

б) определяется безопасная глубина разработки двух пластов

, (6.15)

где - коэффициент в выражении (6.15), характеризующий остаточные деформации массива в плоском дне мульды от влияния разработок верхнего пласта, определяемый по табл. 6.1.

Таблица 6.1

ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ;

Если безопасная глубина, вычисленная из выражения (6.15), получается меньше, чем безопасная глубина разработки отдельно каждого пласта, то используется максимальное значение безопасной глубины разработки отдельных пластов.

При последовательной раздельной разработке трех пластов, когда выполняется указанное условие, безопасная глубина разработки определяется в такой последовательности:

а) по формулам (6.3), (6.5), (6.6), (6.8) определяется безопасная глубина разработки отдельно каждого пласта;

б) по формуле (6.15) определяется безопасная глубина разработки двух верхних пластов;

в) безопасная глубина разработки трех пластов определяется по формуле:

, (6.16)

где - коэффициент, характеризующий влияние остаточных деформаций от второго разрабатываемого пласта, определяется по табл. 6.1.

В качестве безопасной глубины разработки принимается наибольшее значение безопасной глубины из полученных указанным образом безопасных глубин.

Определение безопасной глубины разработки из выражения (6.16) может выполняться методом итераций, графическим или каким-либо другим методом.

6.12. Подработке водного объекта свитой пластов, как правило, должно предшествовать уточнение безопасной глубины разработки свиты пластов путем натурного определения высоты зоны водопроводящих трещин в соответствии с "Методическими указаниями по натурному определению высоты зоны водопроводящих трещин в конкретных горно-геологических условиях" (Л.: ВНИМИ, 1973).

6.13. На участках земной поверхности, под которыми угольные пласты отработаны на глубине менее безопасной для разработки под водным объектом, должны осуществляться мероприятия по предотвращению образования водотоков и водоемов за счет атмосферных осадков либо другие мероприятия, предусмотренные Правилами технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт (засыпка образовавшихся трещин и провалов породой, перепуск воды по желобам и т.п.).

Определение зоны опасного влияния водного объекта при проектировании горных работ по нижележащим пластам на этих участках должно вестись по проекту на основании заключения специализированных организаций.

6.14. При подработке поверхностных водотоков, водоемов и обводненных аллювиальных отложений может происходить затопление земной поверхности, обусловленное ее оседанием. Основными факторами, способствующими затоплению поверхности, являются:

1. Расстояние от уровня грунтовых вод до земной поверхности или до основания фундаментов подрабатываемых объектов меньше величины оседания поверхности.

2. Ведение горных работ на глубинах, равных безопасной глубине или превышающих безопасную глубину разработки.

3. Наличие в основании водного объекта пластичных водоупорных глин (суглинков).

4. Образование на земной поверхности замкнутых мульд сдвижения, препятствующих стоку поверхностных (грунтовых) вод.

Границы возможного затопления поверхности определяются на основе сравнения оседаний поверхности, построенных в виде изолиний по методике, изложенной в Прил. 1, и расстояний до уровня грунтовых вод. Условия возможного затопления рассматриваются в разд. 5.

При наличии на подрабатываемой затапливаемой территории устьев шурфов и скважин следует принимать меры, исключающие попадание воды через них в действующие горные выработки, а также меры по защите расположенных на затапливаемой территории зданий, сооружений, сельскохозяйственных угодий.

Затопленные мульды сдвижения, образовавшиеся на поверхности, следует рассматривать как водные объекты соответствующей группы при определении безопасной глубины разработки нижележащих пластов.

Для предотвращения затопления поверхности на основе технико-экономического анализа может быть предусмотрено возведение водооградительных дамб или строительство системы осушения с помощью специальных скважин, шурфов, дренажных канав.

Проектирование горных работ должно вестись таким образом, чтобы избегать образования замкнутых мульд сдвижения и обеспечить сток поверхностных и грунтовых вод.

6.15. Оценка возможности выемки угля под водными объектами с лимитированным объемом запасов воды, а также при необходимости сохранения отметок или уклона русла водного объекта решается на основании расчетов сдвижений и деформаций земной поверхности (Прил. 1) и прогноза потерь воды из водного объекта с привлечением специализированных организаций.

В случае невозможности обеспечения нормальных условий эксплуатации водного объекта с помощью рационального порядка ведения горных работ и конструктивными мерами, под ним оставляется предохранительный целик в соответствии с требованиями разд. 8. Если приток воды в горные выработки по расчету в соответствии с Прил. 4 будет превышать допустимые потери воды из указанного объекта, то целик под водный объект строится по углам сдвижения.

6.16. Строительство на подработанных территориях искусственных водоемов (водных объектов) производится согласно "Инструкции по проектированию, строительству и эксплуатации гидротехнических сооружений на подрабатываемых горными работами территориях (СН 522-79)".

6.17. Перед подработкой водных объектов должны выполняться следующие мероприятия:

а) ревизия водоотливных установок и путей движения воды к водосборнику и обеспечение их соответствия ожидаемому притоку воды в горные выработки;

б) систематические наблюдения за водопроявлениями в выработках в соответствии с "Методическими указаниями по гидрогеологическому обслуживанию угледобывающих предприятий" (Л.: ВНИМИ, 1975), включая не реже одного раза в неделю (после каждой посадки основной кровли) осмотры забоя очистной выработки (геологом, гидрогеологом); в периоды между наблюдениями геолога (гидрогеолога) сведения о наблюдаемых изменениях водопроявлений в очистных и подготовительных выработках должны сообщаться геологической службе шахты сменными мастерами, по изменениям мест и характера водопроявления в очистную или подготовительную выработки, а также по механическому и петрографическому составу взвеси, сопоставлению химического состава и температуры воды в местах водопроявлений с водой потенциальных источников геологической службой оцениваются возможные пути поступления воды; в соответствии с результатами наблюдений принимаются оперативные меры по установке дополнительных средств водоотлива, отводу воды, изменению технологии горных работ или их временной остановке и др.;

в) меры по обеспечению надежных средств связи и сигнализации, улучшенному освещению горных выработок, своевременной расчистке водоотборных канав, инструктажу лиц, работающих в зоне опасного влияния водного объекта, обязанных применять меры в случае увеличения притока воды в выработки;

г) составляется акт о готовности горного предприятия к подработке водного объекта, а необходимые мероприятия включаются в план ликвидации аварий на шахте.

6.18. Условия выемки угля у затопленных выработок определяются в соответствии с "Инструкцией по безопасному ведению горных работ у затопленных выработок" (1995 г.).

Положение границ барьерных целиков в свите пластов должно быть откорректировано по углам разрывов таким образом, чтобы выработки у барьерных целиков в нижележащих пластах не подрабатывали барьерные целики в вышележащих пластах.