Гидрогеологические последствия ликвидации угольных шахт российского Донбасса

© С.М. Миронюк, 2005

УДК 504.06.; 622.33 С.М. Миронюк

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЛИКВИДАЦИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ РОССИЙСКОГО ДОНБАССА

Семинар № 11

~П процессе ведения подземных горных

.О работ в толще горных массивов образуются пустоты, которые расположены под водоносными горизонтами. По естественным трещинам и трещинам, образованным вследствие сдвижения пород, вода дренирует в подземные горные выработки. Величина притока воды в шахту зависит от гидрогеологических, климатических, гидрофизических условий месторождения, а также от систем вскрытия, подготовки и технологии отработки.

Практика работы шахт показывает, что экологические последствия добычи угля в каждом регионе различны. С точки зрения гидрогеологических последствий на биосфере, Донецкий угольный регион до последнего десятилетия ничем особенным не отличался. Однако в последнее время, в связи с резким закрытием угольных шахт, негативные явления экологического характера стали активно проявляться не только воздействием на окружающую среду, но и проявились в виде техногенных катастроф. Так 1 февраля 2003 года в 15 часов 15 минут на шахте «Западная» ПТК «Западный» ООО «Компании «Ростовуголь» произошла авария связанная с прорывом воды в горные выработки, вследствие чего работу довольно перспективной шахты пришлась остановить.

Поле шахты «Западная» расположено на территории г. Новошахтинска и Октябрьского района Ростовской области в пределах Шах-тинско-Несветаевского угленосного района Донбасса. Шахта сдана в эксплуатацию в 1938 году. В период временной оккупации в годы Великой Отечественной войны шахта была затоплена. Восстановлена в 1945 году. Отрабатывала пласты К'2; Кс2; Кн2 Несветаевской свиты С62.

В 1968 году в связи с отработкой запасов пластов Несветаевской свиты произведена реконструкция шахты. На действующей пром-

площадке шахты пройдены главный и вспомогательный стволы № 2 до пластов Степанов-ской свиты 1н3 и 1в3, расположенных стратиграфически ниже Несветаевской свиты на 350-400 м. Производственная мощность шахты после реконструкции - 1300 тыс. т угля в год, производственная мощность шахты на момент аварии - 800 тыс. т угля в год.

Район расположен в пределах Шахтинско-Несветаевской синклинали, представляющий собой ассиметричную складку, шарнир которой погружается в юго-восточном направлении под углом 1-50. Южное крыло складки пологое (15-250), на северном крыле преобладают углы падения 30-450.

Несветаевская свита С52 представлена: рабочим пластом К'2 мощностью 1,6-1,8 м; пластами Кс2 и Кн2 мощностью 0,65-0,80 м (рабочую мощность эти пласты имеют на локальных участках), расположенными стратиграфически ниже пласта К12 на 80-85 м. Степановская свита С42 представлена: пластом 1в3 (работы по пласту в настоящее время не ведутся) мощностью 0,7-0,9 м, имеет рабочую мощность и кондиционные по зольности запасы на локальных участках;

пластом 1н3 мощностью 0,6-1,3 м, который залегает на 15-18 м стратиграфически ниже пласта 1в3 и является основным рабочим пластом;

пластом 11в2 мощностью 0,65-0,9 м, вскрытым на поле шахты «Западная» двумя квершлагами и блоковым вентиляционным стволом № 1 (очистные работы по пласту не велись). Основные источники обводнения горных выработок по рабочим пластам - водоносные горизонты карбона, которые ввиду незначительной мощности и низких фильтрационных свойств не оказывают влияния на обводнение горных выработок. Глинистые сланцы практически водонепроницаемы и служат водоупора-ми для водоносных горизонтов карбона. Водо-

носные горизонты частично сдренированы горными выработками пластов К12; Кс2 и Кн2. Здесь образовался техногенный водоносный горизонт. Водовмещающими являются отработанные пласты и трещиноватые породы зоны выше отработанного пространства. Мощность этой зоны изменяется от 56 до 80 м. Представлена она обрушенными породами кровли (техногенные отложения) в зоне заполнения отработанного пространства и интенсивно трещиноватыми породами выше зоны обрушения.

Подземные воды преимущественно суль-фато-гидрокарбонатные, слабоминерализованные. Бактериологическое состояние

шахтных вод крайне неудовлетворительное. Сброс шахтных вод в гидросеть без предварительного обеззараживания недопустим.

Пласты 1н3 и 1в3 вскрыты двумя вертикальными центрально-сдвоенными стволами, пройденными с действующей на период отработки вышележащих пластов Несветаевской свиты. Диаметр стволов - 6,5 м - закреплены железобетонными тюбингами. В 1985 г. в центральной части шахтного поля пройден блоковый вентиляционный ствол № 1, диаметром 6 м, крепление монолитный бетон. Ствол оборудован двухклетевым подъемом и предназначен для выдачи исходящей струи воздуха, спуска -подъема людей и оборудования. Глубина ствола 810 м.

В конце 70-х годов работы по пластам Кс2 и Кн2 были полностью прекращены в связи с отработкой запасов и началось затопление горных выработок. После полного затопления выработок этих пластов вода через гезенк, расположенный на людском ходке восточного уклона шахты «Западная», вышла на пласт К12 в начале 80-х годов.

Пласт К*2 отрабатывали шахты «Западная-капитальная», «Коминтерновская», им. Горького, им. Ленина, № 5 «Несветаевская», им. Кирова и множество мелких шахт на выходах пласта под наносы. Работы велись с 1928 по 1994 год до ликвидации шахты им. Кирова. Все шахты сбиты между собой с целью перепуска воды на построенный групповой водоотлив «Кошкинский», расположенный в нижней части Несветаевской синклинали на отметке - 162 м., в околоствольном дворе вентиляционного ствола № 1 шахты им. Ленина. Приток воды в этот водоотлив составлял: средний 1700 м3/час, в период паводка 2300 м3/час.

С 4 апреля 1999 года в результате аварии на водоотливе «Кошкинский» началось затопле-

ние пласта К*2. Затапливаемый пласт пересекают 7 вертикальных стволов действующих шахт «Западная» (4 ствола), им. Ленина (3 ствола) и большое количество геологоразведочных скважин, имеющих неудовлетворительный тампонаж.

С целью недопущения перетока воды с затапливаемого пласта К12 в действующие выработки нижележащих пластов Степановской свиты в зависимости от скорости подъема уровня воды, был разработан график очередности создания вокруг стволов тампонажных завес и тампонирования скважин.

Затопление пласта К12 завершилось 02.01.2002 года, вода вышла через специально пробуренные скважины в балке Аюта на поверхность. Был затоплен бассейн с размерами примерно 6х18 км. Объем воды в затопленном пласте составил по расчету 28-30 млн м3, уровень затопления +62^+66 м.

Приток воды в шахту «Западная» изменился за 2002 год с 340 м3/час до 535 м3/час. Увеличение водопритока произошло в основном за счет перетока воды из затопленного пласта К12 по вертикальным стволам.

Строительство блокового вентиляционного ствола № 1 велось в 1980-85 гг. При этом его проходка осуществлялась после предварительного тампонажа пород. В 1983 г. на глубине 292,7 м было вскрыто зеркало подземных вод связанное с подтоплением горных выработок пласта К*2. Для откачки воды была сооружена временная камера водоотлива которая после окончания тампонажных работ была изолирована от ствола бетонитовой перемычкой. При эксплуатации ствола средний приток составлял от 4 до 6 м3/час.

17 января 2003 года на 2 м ниже бывшей камеры водоотлива был обнаружен вывал крепи 0,25х0,25 м и приток на этом участке увеличился до 30 м3/час. Бетон крепи в месте вывала был низкой прочности, крошился в руках и способен был размываться потоком воды. С целью недопущения дальнейшего разрушения крепи, вначале в месте прорыва была установлена труба диаметром 159 мм, раскрепленная деревянными клиньями, затем вокруг нее установили металлический пластырь. Водоприток в трубе постоянно увеличивался, при этом отмечался изливом воды желтоватого цвета и выносом частиц угля и породы до 2-3 мм.

1 февраля в 15 часов выше установленного пластыря вывалился кусок бетонной крепи размером 0,6х0,6 м и появилась трещина дли-

ной 2,3 м, раскрытием до 3 см. Общий приток по стволу зафиксирован в количестве 500 м3/час.

3 февраля на 14 часов был зафиксирован максимальный водоприток достигающий 30000 м3/час. С целью спасения шахты от полного затопления, на наш взгляд, было принято единственно правильное техническое решение по засыпке ствола крупнокусковатым песчаником с размерами кусков от 0,5 до 2,0 м. Уровень шахтных вод в несветаевских пластах упал до минимальной отметки + 41 м.

К счастью обошлось без человеческих жертв. Ликвидация последствий была произведена силами и средствами объединения без притока государственного финансирования. Шахту удалось сохранить и вновь возобновить работы по добыче угля.

Однако 23 октября в 16 часов 45 минут уже в главный скиповой ствол шахты «Западная», где в тот момент находился 71 человек из второй смены, хлынул мощный водяной поток с водопритоком 50.000 м3/час. Об этой аварии уже узнала вся страна и с тревогой ждала развязки событий по вызволению из затопления 46 горняков отрезанных от поверхности водной стихией.

Работы велись по двум направлениям. Во-первых, с целью снижения притока воды в шахту интенсивно велась засыпка скипового ствола по уже отработанной технологии и во-вторых, срочно велась сбойка через барьерный целик с шахтой «им. газеты Комсомольская правда» - для создания второго запасного выхода и возможности прохода горноспасателей к пострадавшим. К счастью все закончилось благополучно, если не считать, что авария унесла жизни двух горняков, и то что о дальнейшем возобновлении работы шахты «Западная» не может быть и речи. Что же касается

шахт «им. Ленина» и «Комсомольской правды», расположенных по соседству, то учитывая сложнейшую гидрогеологическую обстановку в регионе, с аналогичными гидрогеологическими условиями, дальнейшая их судьба также весьма проблематична, во избежания повторения техногенных катастроф.

На наш взгляд непосредственной причиной этих техногенных катастроф и аварийного прорыва воды, явился размыв глинистоцементного заполнителя горных выработок шахтными водами, поступающими из затопленных выработок под давлением около 18 атмосфер по трещиноватому незатомпанированному массиву в кровле пласта К12.

Это явление было предопределено следующими факторами:

- аварийный выход из строя (04.04.99 г.) водоотливного комплекса «Кошкинский», вследствие чего произошло затопление выработанного пространства пласта К12, в том числе в границах поля шахты «Западная»;

- неблагоприятное место заложения вентиляционного ствола № 1, вследствие чего при его проходке были пересечены горные выработки, ранее пройденные по пласту К12 и впоследствии затопленные;

- горные выработки, вскрытые при проходке ствола, не были должным образом ликвидированы;

- низкое качество бетонной крепи из-за применения несульфатостойкого цемента;

- низкая эффективность тампонажных работ для ликвидации горных выработок при невозможности возведения упорных перемычек;

- отсутствие должного финансирования для ведения работ связанных с безопасностью и ликвидацией последствий массового закрытия соседних шахт.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------

Миронюк Сергей Михайлович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Разработка пластовых месторождений» Шахтинского института ЮРГТУ (НПИ).