Обеспечение геодинамической безопасности при отработке Воркутского угольного месторождения

К 70-летию КАФЕДРЫ «АЭРОЛОГИЯ И ОХРАНА ТРУДА»

В

оркутское месторождение представляет собой асимметричную брахисинкли-нальную складку — мульду северовосточного простирания. Длина складки по субмеридиональной оси составляет 30 км, ширина 12-13 км на севере и 4-5 км на юге. В целом простое геологическое строение мульды осложнено плика-тивными и дизъюнктивными нарушениями, которые по отношению к простиранию толщи располагаются преимущественно диагонально в виде отдельных зон.

На месторождении выделены шесть обособленных тектонических блоков или зон, ограниченных крупными разрывными нарушениями с амплитудой более 50 м. Между блоками часто располагаются одиночные (реже групповые) более мелкие нарушения с амплитудами 10-20 м. Дополнительная складчатость располагается в направлении основного простирания толщи — субме-ридионального.

Отработка Воркутского месторождения производится в направлении на сокращающийся массив с увеличением глубины ведения горных работ от 1000 м до 1200 м. В настоящее время отработанные запасы сократили размеры мульды с 13,0 до 3,5 км на севере и с 9,0 до 3,0 км на юге.

Оставшаяся мульдовая часть Вор-кутского месторождения имеет очень сложную конфигурацию в плане, а ее размеры составляют: длина - примерно 13,5 км вдоль складки по субмеридио-нальной оси (до поля шахты № 33 "Вор-кутинская"), ширина - от 3,0 до 4,5 км, т.е. площадь угольного массива по основным рабочим пластам сократилась почти в 3 раза (см. рис.).

За последние десять лет только на шахтах "Комсомольская", "Северная" и "Центральная" произошло семь горных ударов и один внезапный выброс угля, которые привели к многочисленным разрушениям горных выработок и человеческим жертвам.

Шахта "Комсомольская" (19881998 гг.):

• два горно-тектонических удара в подготовительных забоях при вскрытии пласта Мощного в зоне влияния тектонического нарушения "Е2" и при переходе линии расслоения (бифуркации) пласта Мощного;

• три динамических разрушения почвы выработок, при ведении очистных работ в выемочных полях 1421-с, 222-с, 322-с пласта Мощного;

• горный удар в выемочном поле 422с пласта Мощного.

Шахта "Северная" (1991 г.):

• внезапный выброс угля в подготовительном забое пласта Тройного при переходе зоны повышенного горного давления от краевой части нижележащего защитного пласта Четвертого.

Шахта "Центральная" (1998 г.):

• динамическое разрушение почвы при проведении спаренных выработок по пласту Мощному.

В связи со значительным количеством произошедших динамических явлений на действующих шахтах Воркутского угольного месторождения объединением «Полярноуралгеология» на основе литоструктурного анализа выполнены исследования их горно-геодинамической природы. Литоструктуры (палеогео-динамические зоны) являются границами литоблоков и характеризуют участки неустойчивого осадконакопления, в которых распространены изменчивость промышленной угленосности, тектоническая нарушенность (в том числе мало-

амплитудная и трещинная), мощные песчаниковые тела, современноактивные геодинамические полей напряжений. Установлена определенная приуроченность литоструктур к участкам, где имели место динамические и газодинамические явления.

Установлено, что области с относительно высокими показателями изменения литотипов (литоструктурные зоны), отчетливо обособлены и встречаются на границе шахт «Комсо-мольская», «Центральная» и «Северная», на поле шахты «Воркутинская» — в его центральной и нижней частях.

Поскольку доработка оставшихся запасов Воркутского угольного месторождения, на достигнутых глубинах 1000 м и более, будет производится перспективными шахтами «Комсомольская», «Северная», «Ворку-тинская» и «Заполярная», вопросы обеспечения геодинамической безопасности при ведении горных работ в направлении на сокращающий угольный массив приобретают весьма актуальное значение.

Проведенный ниже анализ аварий, связанных с динамическими и газодинамическими явлениями, подтверждает весьма сложное влияние горногеологических условий на формирование этих явлений, которое в некоторых случаях выходит за пределы действующих нормативных документов:

• конвейерный штрек лавы 1421-с пласта Мощного шахты «Комсомольская», где в 1990 г. произошло динамическое

разрушение почвы, находился в "сквозной" зоне относительно высокой литологической изменчивости. Эта зона непрерывно переходит с шахты «Комсомольская» в поле шахты «Цен-тральная» и захватывает участок технической границы, где вдоль барьерного целика проходились спаренные выработки и в которых так же произошло динамическое разрушение почвы;

• фактические границы влияния тектонического нарушения "Е2" на шахте "Комсомольская" превышают нормативные в 4 раза;

• зоны опорного давления и линии расслоения (бифуркации) угольных пластов необходимо в нормативных документах относить к особо сложным условиям.

Рис. Схемы расположения и формирования зон геодинамиче-ских проявлений на Воркутинском месторождении:

а - расположение зон ГДЯ: I - главные стволы шахт, II - зоны ГДЯ; III - тектонические нарушения; IV - границы отработки;

б - схема перераспределения напряжений при отработке угольных пластов -диаграммы напряжений: 1 - в зоне техногенной разгрузки; 2 - в зоне пригруз-ки; 3 - в зоне опорного давления от обрушенных и зависших пород кровли; 4 -график флуктуации коэффициента концентрации напряжений; 5, у’, у” - углы соответственно сдвижения пород, разгрузки, пригрузки

Поскольку действующие нормативные документы не всегда учитывают весьма сложные горно-геологические условия, возникает необходимость в оперативном внесении изменений в соответствующие нормативные документы. Этот механизм является достаточно длительным, в связи с необходимостью проведения комплекса научных исследований и горно-эксперимен-тальных работ в сложных горно-геологических условиях.

Как показывает опыт проведения научно-исследовательс-ких и горноэкспериментальных работ на шахте "Комсомольская" ОАО "Воркута-уголь", понадобилось почти 5 лет для того, чтобы разработанные ВНИМИ "Рекомендации по безопасному ведению горных работ в зонах, опасных по динамическим разрушениям почвы выработок" вошли в состав теперь уже новой редакции "Инструкции по горным ударам".

Для решения сложных вопросов геодинамической безопасности при доработке Воркутского угольного месторождения, комиссиями по расследованию аварий произошедших на шахтах "Комсомольская" и "Центральная" ОАО "Воркута-уголь" разработан комплекс основных мероприятий, предусматривающих:

• разработку программных средств математического моделирования геоме-

ханических процессов применительно к отработке удароопасных угольных пластов, в целях совершенствования методов их прогноза и способов борьбы с динамическими явлениями и укомплектование этими программами технических служб шахт;

• разработку генеральной схемы доработки приосевой части мульды Вор-кутского угольного месторождения, предусматривающей рациональное развитие горных работ и обеспечивающей геодинамическую безопасность при ведении горных работ;

• создание на Воркутском месторождении сейсмологического и геодинами-ческого полигонов для прогноза зон опасных по динамическим явлениям.

Для этого необходимо провести комплекс научных исследований включающий в себя:

• геодинамическое районирование с выявлением тектонически напряженных зон;

• уточнение границ опасных зон у геологических нарушений и линий бифуркации угольных пластов;

• уточнение параметров прогнозных и профилактических мероприятий в незащищенных зонах и зонах повышенного горного давления;

Реализация всего комплекса основных мероприятий позволит перейти на новый, более качественный уровень автоматизированной системы управления промышленной безопасностью при доработке Воркутского угольного месторождения, поскольку позволит осуществлять непрерывный мониторинг за напряженно-деформированным состоянием углепородного массива, оценивать степень ударо- и выбросоопасности, выявлять и картировать аномально-напряженные зоны и получать в режиме реального масштаба времени информацию о его состоянии, необходимую для оперативного решения вопросов геодина-мической безопасности.

в (Ь Вернигор В.М. - кандидат технических наук, Управление Печорского округа Госгортехнадзора России. Осиповв Анатолий Николаевич трный инженер, Управление Печорскою окруш уг Гос1 орюхнадзора России.