Два в одном

К постановке геотехнических задач при проектировании комбинированной разработки угольных месторождений


Сибирским институтом геотехнических исследований уделяется большое внимание разработке научной классификации решения геотехнических задач в практике ведения горных работ комбинированным способом на угледобывающих предприятиях Кузбасса, Сибири, Дальнего Востока и других регионов.

Комбинированной разработкой следует называть отработку одного угольного месторождения открытым и подземным способами, когда независимо от пространственно-временного фактора требуется обязательный учет их взаимного влияния. Если различные предприятия (разрез, шахта) отрабатывают одно угольное месторождение, но не имеют между собой никаких геомеханических взаимовлияний и технологических связей (транспортных, вентиляционных, водоотливных и т.п.), то такую разработку справедливо считать раздельной, и выбор вариантов схем отработки для каждого из предприятий должен производиться по общепринятым классификациям открытых и подземных горных работ. Приняв за цель классификации оценку изменения геомеханического, гидрологического, газодинамического состояний техногенного горного массива и земной поверхности при различных вариантах комбинированной разработки угольных месторождений в конкретных горно-геологических условиях нами были сформулированы следующие задачи:

  •  установление наличия нормативных методик учета взаимовлияния горных работ при вариантах комбинированного способа разработки;
  •  уточнение существующих и разработка новых методических положений учета изменения геомеханического, гидрологического, газодинамического состояния техногенного горного массива и земной поверхности;
  •  разработка рекомендаций по безопасному ведению горных работ комбинированной системой разработки угольных месторождений для конкретных проектов.

В соответствии с поставленной целью и задачами ООО «СИГИ» установлена классификация вариантов комбинированного способа разработки угольных месторождений, приведенная на рисунке 1.

Следует заметить, что в настоящее время ведущими научно-исследовательскими институтами России ведутся комплексные исследования геомеханических процессов при комбинированной разработке угольных месторождений, однако до сих пор не сформирована единая и комплексная методическая база для расчета геомеханических и гидрологических параметров открыто-подземной технологии, отсутствие которой не позволяет разработать необходимые нормативные документы для обеспечения эффективности и безопасности эксплуатации угольных месторождений в широком диапазоне горно-геологических условий.

При проектировании, строительстве и эксплуатации горнодобывающих предприятий с комбинированной разработкой месторождения должны учитываться следующие основные факторы, определяющие специфические условия и представляющие опасность при ведении горных работ:

  •  изменение физико-механических свойств массива горных пород при эксплуатации месторождения, процессы сдвижения и деформации горных пород в зоне влияния подземной разработки с образованием зон сдвижения земной поверхности, трещин, воронок и провалов;
  •  склонность месторождения и массива горных пород или их части к горным ударам;
  •  нарушенность массива горных пород подземными выработками, наличие пустот отработанных камер и блоков в контуре карьера;
  •  неблагоприятное воздействие массовых взрывов в карьере и подземной горной выработке (сейсмическое воздействие на перераспределение напряжений в массиве горных пород и т.д.);
  •  наличие аэродинамических связей между открытыми и подземными горными работами; наличие и вероятность возникновения пожаров при совмещенной разработке угольных месторождений, склонных к самовозгоранию;
  •  внезапные прорывы воды в горные выработки карьеров и шахт; влияние климатических условий района.

Недостаточная изученность геомеханических процессов, происходящих в горном массиве при взаимном влиянии открытых и подземных выработок затрудняет прогноз параметров комбинированной технологии. В данном направлении институтом СИГИ на основе методических положений действующих в настоящее время нормативных документов («Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях», «Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах» и др.) разработан и применяется ряд алгоритмов прогноза величин сдвижений и деформаций горного массива и земной поверхности при взаимном влиянии открытых и подземных горных работ с учетом геодинамических процессов, ранее исследованных сотрудниками ВНИМИ и других научно-исследовательских организаций.

При отработке угольных месторождений открытым способом возникает большое количество запасов угля, которое практически невозможно отработать в рамках одной технологии, что влечет к потерям запасов угля в бортах карьерной выемки на разрезах. В этом направлении заслуживает внимания опыт доработки угольных месторождений с помощью комплексов глубокой разработки пластов (КГРП). Рассматривая только этот сегмент классификации, следует отметить, что для решения вопросов обеспечения безопасности и полноты извлечения запасов системой КГРП необходимо учитывать все выше указанные геотехнические факторы.

Кроме того, при решении геотехнических задач важным вопросом является внедрение комплексных систем мониторинга.

На сегодняшний день задачи мониторинга природных и техногенных объектов с позиций оценки деформаций требуют максимальной точности измерений, непрерывности и автоматизации процесса наблюдений, максимальной надежности датчиков и наличия чрезвычайно гибких инструментов обработки и анализа данных. При этом использование традиционных способов наблюдений не представляется возможным в силу сложности осуществления непрерывных наблюдений, невозможности работы в труднодоступных и опасных условиях, наличия фактора человеческой ошибки и т.д.

Алексей Быкадоров, генеральный директор ООО «Сибирский институт геотехнических исследований», к.т.н.,
Дмитрий Дегтярев,  зам. зав. лабораторией подземных горных работ


БИОТ-2019