Аварийные ситуации в районе расположения устьев вертикальных стволов
На підставі фактичних даних проведено детальний аналіз руйнування усть вертикальних шахтних стволів і визначено основні чинники, що провокують виникнення аварійних ситуацій. Based on the actual data a detailed analysis of vertical shaft collar failure is made and main factors that trigger emergency...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2010
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99600 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Аварийные ситуации в районе расположения устьев вертикальных стволов / С.В. Голдин // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2010. — № 6. — С. 313-322. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99600 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Голдин, С.В. 2016-04-30T18:28:13Z 2016-04-30T18:28:13Z 2010 Аварийные ситуации в районе расположения устьев вертикальных стволов / С.В. Голдин // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2010. — № 6. — С. 313-322. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99600 622:65.016.8 На підставі фактичних даних проведено детальний аналіз руйнування усть вертикальних шахтних стволів і визначено основні чинники, що провокують виникнення аварійних ситуацій. Based on the actual data a detailed analysis of vertical shaft collar failure is made and main factors that trigger emergency situations are determined. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Аварийные ситуации в районе расположения устьев вертикальных стволов Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Аварийные ситуации в районе расположения устьев вертикальных стволов |
| spellingShingle |
Аварийные ситуации в районе расположения устьев вертикальных стволов Голдин, С.В. |
| title_short |
Аварийные ситуации в районе расположения устьев вертикальных стволов |
| title_full |
Аварийные ситуации в районе расположения устьев вертикальных стволов |
| title_fullStr |
Аварийные ситуации в районе расположения устьев вертикальных стволов |
| title_full_unstemmed |
Аварийные ситуации в районе расположения устьев вертикальных стволов |
| title_sort |
аварийные ситуации в районе расположения устьев вертикальных стволов |
| author |
Голдин, С.В. |
| author_facet |
Голдин, С.В. |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| format |
Article |
| description |
На підставі фактичних даних проведено детальний аналіз руйнування усть вертикальних шахтних стволів і визначено основні чинники, що провокують виникнення аварійних ситуацій.
Based on the actual data a detailed analysis of vertical shaft collar failure is made and main factors that trigger emergency situations are determined.
|
| issn |
1996-885X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99600 |
| citation_txt |
Аварийные ситуации в районе расположения устьев вертикальных стволов / С.В. Голдин // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2010. — № 6. — С. 313-322. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT goldinsv avariinyesituaciivraioneraspoloženiâustʹevvertikalʹnyhstvolov |
| first_indexed |
2025-11-26T06:16:40Z |
| last_indexed |
2025-11-26T06:16:40Z |
| _version_ |
1850615029073707008 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010
313
УДК 622:65.016.8
АВАРИЙНЫЕ СИТУАЦИИ В РАЙОНЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ
УСТЬЕВ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ
Голдин С. В.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
На підставі фактичних даних проведено детальний аналіз
руйнування усть вертикальних шахтних стволів і визначено ос-
новні чинники, що провокують виникнення аварійних ситуацій.
Based on the actual data a detailed analysis of vertical shaft col-
lar failure is made and main factors that trigger emergency situations
are determined.
Одной из проблем при закрытии угольных предприятий яв-
ляется ликвидация горных выработок, имеющих выход на днев-
ную поверхность. Ликвидация вертикальных стволов – это спе-
цифическая и технологически сложная работа, направленная на
обеспечение долговременной устойчивости самого ствола и при-
легающей к ним территории земной поверхности.
Важнейшим элементом, влияющим на устойчивость верти-
кальных стволов в целом, являются их устья. В последнее время
отмечены несколько случаев разрушения устьев как ещё дейст-
вующих, так и ликвидированных стволов, что привело к созда-
нию аварийных ситуаций и необходимости срочной ликвидации
или переликвидации данных стволов.
Причины частичного или полного разрушения устьев ство-
лов могут быть различны, но общим признаком во всех случаях
является естественное или искусственное ослабление толщи по-
род, вмещающих устье ствола, главным образов наносов. Засыпка
данных стволов либо не производилась (как в случае ствола № 5
шахты имени Н. Изотова ПО "Артемуголь", восточный воздухо-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010
314
подающий ствол шахты "Октябрьский рудник", вентиляционная
скважина № 4 шахты "Родинская"), либо была вымыта в горные
выработки шахты подземными водами (ствол шахты № 6-14 ПО
"Макеевуголь").
Опыт, накопленный за прошедшее время, анализ проектных
решений, горно-геологической и горнотехнической документа-
ции, а также проведенные исследования в области напряженно-
деформированного состояния околоствольного массива и крепи
стволов, позволили выявить и обосновать несколько основных
причин разрушения устьев стволов.
1. Ослабление несущей способности участков крепи устья
ствола вследствие его постоянного замораживания в зимний пе-
риод. Многократное обмерзание и оттаивание верхней части
ствола при значительных колебаниях температуры в зимний пе-
риод, приводит к тому, что в крепи устьев стволов в начале обра-
зуются микротрещины и нарушается сама структура материала
крепи. В дальнейшем происходит возрастание количества и раз-
меров трещин (с увеличением их раскрытия) как по площади, так
и в глубину самой крепи. Данная ситуация со временем приводит
к шелушению материала крепи, её сколам, образованию вывалов,
и как следствие к уменьшению толщины крепления устьев ство-
лов. В результате возникает ситуация, когда несущая способность
уже ослабленной крепи, не обеспечивает равновесного состояния
системы «крепь–массив» в условиях деформирующегося около-
ствольного массива горных пород, и как следствие – разрушение
устьев стволов.
2. Вымывание глинистой породы и песка водой из закрепно-
го пространства, снижение несущей способности крепи с после-
дующим её разрушением. Возникновение данной ситуации обу-
славливается тем, что довольно большое количество стволов
пройдено в массивах, верхняя часть которых представлена гли-
нами, песками, глинистыми сланцами с включением песка и плы-
вунами. В результате водонасыщения данные породы теряют
свои прочностные свойства, и ослабляется их контакт с крепью.
При дальнейшем водонасыщении происходит ослабление физи-
ко-механических свойств нижележащей толщи пород, что приво-
дит к разрушению крепи стволов ниже устья и как следствие –
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010
315
разрушение и оседание непосредственно устья с образованием
характерной воронки.
3. В процессе неравномерной усадки закладочного материа-
ла происходят внезапные оседания больших масс породы, что
приводит к мощным динамическим явлениям (образование волн
разрежения). При ликвидации вертикальных стволов методом
полного заполнения их закладочным материалом, велика вероят-
ность образования пустот в закладке различных объемов. С тече-
нием времени при размокании засыпки и при определенном её
водонасыщении, могут происходить внезапные оседания боль-
ших масс породы, что может привести к образованию волн раз-
режения с перепадом давлений до 30 кПа. Такой перепад давле-
ний приводит к ударной нагрузке на устье ствола, которая намно-
го превышает их несущие способности и приводит к их частич-
ному либо полному разрушению.
Проиллюстрируем сказанное на конкретных примерах.
Пример 1. 15 августа 2001 года произошло обрушение пород
устья ствола № 5 шахты имени Н. Изотова ПО "Артемуголь" со
стороны висячего бока (с северной стороны). Грузолюдской
(скипо-клетевой) ствол № 5 был пройден в 1938-41 гг. на глубину
150 м. В 1965-67 гг. углублен до 795 м, в 1978-84 гг. до глубины
1073 м, в 1987-90 гг. - до глубины 1251,7 м. Диаметр ствола в
проходке - 6,9 м, в свету - 6,0 м. Ствол закреплен: 30 м - бетоном,
до глубины 150 м - кирпичом, в интервале глубин 390 м – 750 м –
железобетонными тюбингами, остальная часть - монолитным бе-
тоном. Толщина крепи – 0,4 м – 0,5 м. Общие размеры образо-
вавшейся воронки обрушения первоначально составляли ориен-
тировочно 10,8 м × 17 м в плане и не менее 20 м по глубине с об-
щим объемом обрушенной породы в 1,36 тыс. м3, представленной
главным образом почвенным слоем, глиной и выветрелым глини-
стым сланцем. Стенки воронки - ровные, практически отвесные.
Причина возникновения аварийной ситуации - ослабление несу-
щей способности части крепи устья ствола вследствие его посто-
янного замораживания в зимний период времени (ствол исполь-
зовался в качестве своеобразного "калорифера" для свежей струи
для двух других стволов, через которые осуществляется водоот-
лив), возможно некачественная закладка вентиляционного кана-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010
316
ла. Побудительным толчком для развития нарушения стал обрыв
каната в ствол.
Со времени воронка обрушения значительно расширилась.
Общие размеры воронки достигли к середине сентября 2001 г.
размеров 18,8 м × 27,4 м в плане и до 30 м в глубину (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид провала на стволе № 5 шахты
им. Н. Изотова
Оцениваемый объем обрушившейся в ствол породы оцени-
вается более чем в 7 тыс. м3. Расширившаяся воронка вызвала об-
рушение стен ближайших зданий надшахтного здания и здания
сортировки ЦОФ, которые упали в воронку. Проем в крепи ство-
ла расширился и достиг по визуальной оценке высоты 8 м (глу-
бина 22 м – 30 м). Весь участок ствола в данном диапазоне глу-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010
317
бин, по данным маркшейдерской службы, "повело", при этом об-
разовались нарушения и на остальных стенках ствола.
Пример 2. Восточный воздухоподающий ствол шахты "Ок-
тябрьский рудник" пройден в 1965 – 68 гг. методом БВР на глу-
бину 1000,2 м диаметром 5 м. На большем протяжении ствол за-
креплен монолитным бетоном толщиной не менее 300 мм. Ис-
ключение составляет зона выветрелых, трещиноватых пород чет-
вертичных и неогеновых отложений в интервале 0 м – 24 м, кото-
рая закреплена железобетонными тюбингами в бетоне. Несмотря
на проведенные предварительную и последующую цементации
окружающих пород, при проведении проходческих работ наблю-
дались вывалы породы большого объема. При строительстве
ствола вывалы были ликвидированы.
7 октября 2006 года было обнаружено появление глины в
воде сточной канавки с восточного крыла шахты в сторону руд-
двора. В связи с этим было произведено обследование выработок
и сопряжения ствола с восточным полевым откаточным штреком,
в результате которого было выявлено засыпание глинистой поро-
дой с включением бетонных обломков сопряжения ствола. На
подходе до 100 м к стволу восточный полевой откаточный штрек
был заилен глиной до 40 см по почве. Вода и воздух по стволу
проходили. При обследовании промплощадки восточного возду-
хоподающего ствола провалов и проседаний поверхности не об-
наружено.
9 октября утром поступило сообщение о шумах в стволе и о
вибрации проводниковых канатов. При осмотре ствола с калори-
ферного канала, который находится под сопряжением нулевой
площадки, при подсветке мощным прожектором было обнаруже-
но отсутствие 1-й или 2-х заходок бетона в стволе на глубине
20 м – 30 м от устья ствола и высыпание глинистых пород в
ствол. В 15 часов произошел провал поверхности вокруг ствола,
“нулевая” рама вместе с шейкой ствола и стаканом крепления
опустилась на глубину 6 м – 8 м с образованием воронки до 16 м
в диаметре (рис. 2). Рудстанок оторвало от копра, и он завис на
4–х проводниковых канатах, копер устоял, но под ним конусом
ушла порода в ствол. Расширение провала продолжается и в на-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010
318
стоящее время его размеры в плане составляют 27 м на 26 м
(рис. 3).
Рис. 2. Провал “нулевой” рамы вместе с шейкой ствола и
стаканом крепления восточного воздухоподающего
ствола
Рис. 3. Общий вид провала восточного воздухоподающего
ствола шахты "Октябрьский рудник"
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010
319
Анализ геологической данных показал, что восточный воз-
духоподающий ствол в интервале глубин 0 м – 38 м проходился в
очень слабых породах, представленных глинами, песками и гли-
нистыми сланцами с включением песка, которые склонны к вы-
мыванию. Причиной аварии послужило вымывание глинистой
породы и песка водой из закрепного пространства, снижение не-
сущей способности крепи с последующим её разрушением в ин-
тервале глубин 20 м – 30 м, что привело к проседанию бетонной
и тюбинговой крепи шейки ствола на место вываленной породы.
Пример 3.
21 апреля 2001 года на стволе № 6-14, расположенном в
Красногвардейском районе г. Макеевки Донецкой области, кото-
рый был ликвидирован в 1971 году, произошла авария в виде
внезапного обвала пород в районе шейки ствола с уходом обва-
лившихся пород, конструкций полков перекрытия ствола, устья
ствола, газоотводящей трубы и бетонной крепи в ствол, с образо-
ванием воронки чашеобразной формы. Развитие провала в даль-
нейшем происходило за счет расширения его диаметра до 28 м –
29 м при глубине 13 м (рис. 4).
Образовавшаяся воронка имела объем примерно в 6 тыс. м3.
Произошедшая авария привела к уходу из ствола в горные выра-
ботки более 3 тыс. м3 закладочного материала и к обрушению в
ствол около 6 тыс. м3 грунта из образовавшейся воронки, конст-
рукций полков перекрытия, бетонной шейки ствола и закупори-
ванию сечения ствола ниже дна воронки.
Основные причины, вызвавшие обрушение пород в устье
ствола:
1) в процессе ликвидации ствола из-за неэффективного за-
кладочного материала (бутовый камень в сочетании с сухой бе-
тонной смесью), недостаточного по объему количества закладки
не удалось создать на сопряжении ствола с горизонтальной выра-
боткой упорный слой, препятствующий растеканию закладочного
материала;
2) деревянная крепь и армировка, простоявшие более 100
лет, на отдельных участках пришла в нерабочее состояние, в за-
крепном пространстве образовались пустоты, и под динамиче-
ским воздействием крупных кусков закладки крепь разрушалась
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010
320
и привела к нарушению равновесного состояния приствольного
массива, активизации сдвижения пород, формированию в устье
ствола запредельного состояния пород.
Рис. 4. Общий вид провала стволе № 6-14
При этом не исключалось образование на отдельных участ-
ках узлов-заторов, состоящих из переплетения выбитых расстре-
лов, проводников, труб, кабелей, канатов и брусьев крепи и спо-
собствующих зависанию закладочного материала при уходе за-
кладки ниже образовавшихся заторов.
3) наличие в стволе дренирующих водопритоков способст-
вовали выносу, на первом этапе, мелких фракций закладочного
материала, а в последующем и более крупной фракции, с образо-
ванием разуплотненных, микро- и макрополостей, размоканию
закладки и при определенном водонасыщении образованию
пульпы со скачкообразным перемещением и резким уходом за-
кладочного материала в сопрягающиеся выработки.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010
321
Кроме того, на развитие обрушения пород приствольного
массива повлияло постоянное замачивание грунта у устья ствола,
пригрузка и вибрация от проходящих вблизи большегрузных ав-
томобилей.
Выводы.
В результате детального анализа фактических данных опре-
делены причины разрушения крепи устьев вертикальных стволов
и установлены основные факторы, влияющие на естественное
или искусственное ослабление толщи пород, вмещающих устье
ствола, такие как:
– ослабление несущей способности участков крепи устья
ствола вследствие его постоянного замораживания в зимний пе-
риод;
– вымывание глинистой породы и песка водой из закрепного
пространства, и как следствие, снижение несущей способности
крепи;
– внезапные оседания больших масс породы в процессе не-
равномерной усадки закладочного материала, что приводит к
мощным динамическим явлениям (образование волн разреже-
ния).
СПИСОК ССЫЛОК
1. Правила ликвидации стволов угольных шахт [Текст]: КД
12.12.005-2001: Утв. Министерством топлива и энергетики
Украины 15.02.2001.– Донецк: ОАО "Донгипрошахт" и Укр-
НИМИ, 2001. – 122 с.
2. ДНАОП 1.1.30 – 1.01.96. Правила безпеки у вугільних шахтах
[Текст].– Донецьк: «Видавництво Донеччина», 2001.– 495 с.
3. Расположение, охрана и поддержание горных выработок при
отработке угольных пластов на шахтах. Методические указа-
ния [Текст]: КД 12.01.01.201–98: Утв. Минуглепромом Ук-
раины 25.06.98. – Донецк: УкрНИМИ, 1998. – 154 с.
4. Дрибан, В.А. О напряженно-деформированном состоянии
массива горных пород [Текст] / В.А. Дрибан //Проблемы гор-
ного давления. – 1999. – № 2. – С. 89 – 104.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010
322
5. Гавриленко, Ю.Н. Техногенные последствия закрытия уголь-
ных шахт Украины [Текст]/ Ю.Н. Гавриленко, В.Н. Ермаков,
Ю.Ф. Кренида, О.А. Улицкий, В.А. Дрибан//.– Донецк: «Из-
дательство НОРД-ПРЕСС», 2004.– 632 с.
|