ПРОБЛЕМА ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ПРИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ ТЕХНОЛОГИИ СЛОЕВОЙ ВЫЕМКИ ТРЕТЬЕГО КАЛИЙНОГО ПЛАСТА В УСЛОВИЯХ СТАРОБИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ

  • С.С. АНДРЕЙКО Горный институт УрО РАН

Аннотация

«Если существует два способа сделать что-либо, один из которых ведет к катастрофе, то кто-нибудь изберет именно этот способ» Закон Мерфи Газодинамические явления в рудниках ОАО «Беларуськалий», сопровож- дающиеся гибелью шахтеров, не происходили с сентября 1983 года, т.е. практически 35 лет. Как показывает практика ведения горных работ на пластах, опасных по газо- динамическим явлениям, в настоящее время на Старобинском месторождении ка- лийных солей решена значительная часть вопросов, связанных с предотвращением внезапных газодинамических явлений (ГДЯ). Разработаны и внедрены эффективные методы контроля предупредительных признаков и предвестников ГДЯ, а также эф- фективные способы предотвращения известных видов газодинамических явлений [1-10]. Исследования природы, механизма, разработку теории газодинамических яв- лений и методов борьбы с новыми их видами продолжаются и в настоящее время [12-18]. Однако, практика ведения горных работ на Третьем калийном пласте в ус- ловиях рудников ОАО «Беларускалий» в 2018 году показала, что проблема ГДЯ да- лека еще от своего окончательного решения и самое пристальное внимание следует уделить влиянию человеческого фактора на опасность проявления газодинамиче- ских явлений различного вида. На руднике 3 РУ ОАО Беларуськалий» 9 марта 2018 года на подземном горном участке № 10 при выполнении комплексом ПКС-8 № 4 зарубки на технологическую сбойку № 22-б западного столба горизонта -620 м произошел внезапный выброс соли и газа. Интенсивность внезапного выброса соли и газа составила порядка 600 м³ горной массы. Проходческий комбайн и самоходный вагон оказались полностью засыпаны вы- брошенной породой. Машинист горных выемочных машин М. Иванов 1973 года рож- дения и горнорабочий очистного забоя Д. Вальков 1985 года рождения погибли. На данном участке шахтного поля проводились испытания новой для рудников ОАО «Беларуськалий» технологической схемы выемки 4 сильвинитового слоя III ка- лийного горизонта через длительный (не менее 25 лет) промежуток времени после его подработки лавой по слоям 2, 2-3 и 3 (рисунок 1). На шахтных полях калийных рудни- ков ОАО «Беларуськалий» имеются участки Третьего калийного пласта на III калийном горизонте, которые из-за сложных геологических условий или ограничений на выни- маемую мощность по фактору водозащитной толщи были отработаны только по слоям 2, 2-3 и 3, а 4 сильвинитовый слой был временно законсервирован. В настоящее время на основании результатов специальных исследований, проведенных УП «Институт горного дела» г. Солигорск (д.т.н. В.А. Губанов, д.т.н. Б.И. Петровский, к.т.н. А.Л. По- ляков и др.), доказана возможность проведения и поддержания в безопасном состоянии подготовительных выработок для выемки подработанного 25-30 лет назад 4 сильвини- тового слоя и списанных запасов в охранных междустолбовых целиках [11]. Техноло- 300 ----------------------- Page 301----------------------- гия такой выемки подработанных запасов определяется правильным выбором мест за- ложения и привязки к пласту подготовительных выработок выемочного столба, кото- рый обеспечивает их устойчивость в течение всего периода эксплуатации в конкретных горнотехнических условиях ведения горных работ. На рисунке 2 приведен пример тех- нологической выемки 4 сильвинитового слоя лавой № 11-3 на 22-а западной панели III калийного горизонта (-620 м) рудника 3 РУ после его подработки более 30 лет назад лавой № 7 по слоям 2, 2-3 и 3 Третьего калийного пласта. Как видно из рисунка 1 под- готовка 22-а панели для отработки лавой № 11-3 осуществлена проведением пяти вы- работок: панельного вентиляционного штрека 12 и штреков лавы - конвейерного 6, вентиляционного 7, транспортного 8, вспомогательного вентиляционного 9. В первую очередь одним ходом комбайна ПКС-8 проходятся конвейерный 6 и транспортный штрек 8 под выработанным пространством смежной лавы № 35 (в зоне разгрузки) с ос- тавлением в кровле до 0,3 м 3 сильвинитового слоя. Такое расположение конвейерного и транспортного штреков позволяет очистным забоем лавы № 11-3 кроме 4 сильвини- тового слоя производить выемку запасов слоев 2, 2-3 и 3 в межпанельном целике. По- сле расширения конвейерного штрека до 3,8 м осуществляется проходка вентиляцион- ного штрека 7 и вспомогательного вентиляционного штрека 9 с использованием техно- логических сбоек 18. Вентиляционный штрек шириной 3,0 м располагается в разру- шенном и спрессованном целике между конвейерным штреком 10 на 22-й западной па- нели и конвейерным штреком 1 лавы № 7 и используется в качестве запасного выхода, а вспомогательный вентиляционный штрек располагается в межпанельном целике на расстоянии 5,0 м от разгружающего штрека 4 лавы № 7. Панельный вентиляционный штрек 12 пройден в целике между выемочными столбами лав № 6 и № 7. Примерно по такой же схеме велась подготовка выемочного столба лавы № 11-4, где произошел вне- запный выброс соли и газа. Рис. 1. Пример технологической схемы выемки 4 сильвинитового слоя III калийного горизонта через длительный (не менее 25 лет) промежуток времени после его подработки лавой по слоям 2, 2-3 и 3 [11] 301 ----------------------- Page 302----------------------- В настоящее время горные работы в рудниках ОАО «Беларуськалий» на пластах, опасных по газодинамическим явлениям, ведутся в соответствие с требованиями «Ин- струкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по газодинамиче- ским явлениям. - Солигорск-Пермь: 2017.-93 с.», далее по тексту «Инструкции…». Об- следование места внезапного выброса соли и газа на сопряжении конвейерного штрека лавы № 11-4 с технологической сбойкой № 5 показало, что в выработке отсутствуют предупредительные признаки выброса соли и газа, такие как: погружение слоев под уг- лом от 15° до 30°; полное замещение продуктивных слоев или их частичное замещение каменной солью более чем на 50 %; постепенное утончение верхних сильвинитовых прослойков по 3 слою; появление в кровле выработки трещин разрыва (трещин, «опе- ряющих» «мульду погружения»), ориентированных по касательной относительно кон- тура выбросоопасной зоны. В тоже время сегодня нельзя дать однозначного ответа на вопрос о присутствии в выработке предвестников выброса соли и газа. Достоверно можно сказать, что в вы- работке отсутствовала только часть предвестников выброса соли и газа, таких как: по- гружение слоев под углом 30° и более; полное или частичное замещение продуктивных слоев глинисто-карналлитовыми породами; появление 4 сильвинитового слоя на стен- ках или в забое горной выработки. Была ли в выработке другая часть предвестников в виде потрескивания массива и отскакивание кусочков породы, резкого увеличения га- зовыделения в выработку и развивающегося прогиба пород кровли, с образованием зи- яющих (открытых) трещин, сейчас установить невозможно, т.к. люди, которые могли зафиксировать эти предвестники, находясь в момент выброса в выработке, погибли. Отдельно следует остановиться применяемых в данной выработке параметрах профилактических мероприятий по предотвращению газодинамических явлений из кровли выработки. В соответствие с требованиями п. 5.1.1.1 «Инструкции…» при про- ходке подготовительных (капитальных, разведочных) и очистных выработок (за ис- ключением лав) на III калийном горизонте, должно применяться бурение шпуров в кровлю этих выработок: мелкошпуровое профилактическое бурение дегазационных шпуров и профилактическое бурение глубоких дегазационных шпуров (глубокое про- филактическое бурение). Бурение дегазационных шпуров проводится с целью сниже- ния давления свободных газов в породах кровли выработок. В связи с тем, что кровля выработки располагалась ниже 4 сильвинитового слоя, то при проходке конвейерного штрека лавы № 11-4 в соотвествие с требованиями п. 5.1.1.3 «Инструкции…» должны были применяться следующие параметры мелкошпурового профилактического буре- ния: в кровлю бурятся шпуры глубиной не менее 1,2 м, с шагом не более чем через 2,5 м вдоль выработки по мере проходки. Бурение осуществляется по оси выработки или с любой стороны от нее. Здесь особо следует отметить тот момент, что шпуры профилак- тического бурения должны буриться сразу по мере проходки, а не потом, когда выра- ботка пройдена. Обследование конвейерного штрека лавы № 11-4 показало, что все шпуры мелкошпурового профилактического бурения в выработке пробурены по центру выработки вертикально и в замковой части. На рисунке 2 показано расположение буро- вой установки на комбайне ПКС-8. Как видно из рисунка 2 расположение буровой установки на комбайне ПКС-8 по мере проходки выработки позволяет бурить шпуры мелкошпурового профилактическо- го бурения только с левой стороны по направлению проходки выработки под углом. Расположение вертикальных шпуров мелкошпурового профилактического бурения по центру выработки однозначно свидетельствует о бурении шпуров после проходки вы- работки, возможно поинтервального бурения. 302 ----------------------- Page 303----------------------- Рис. 2. Расположение буровой установки на комбайне ПКС-8 Таким образом, уже на стадии проходки конвейерного штрека лавы № 11-4 име- ло место нарушение требований п. 5.1.1.3 «Инструкции…» в части мелкошпурового профилактического бурения сразу по мере проходки выработки.В соответствие с тре- бованиями п. 5.1.1.4 «Инструкции…» бурение глубоких дегазационных шпуров осуще- ствляется во всех выработках, ширина которых 4,5 м и более. При этом в данной си- туации должны были применяться следующие параметры глубокого профилактическо- го бурения: глубина шпуров 6,0 м; шаг бурения - не более 6,0 м. Схема места внезапно- го выброса соли и газа представлена на рисунке 3, где красными точками показаны предполагаемые шпуры глубокого профилактического бурения. Рис. 3. Выкопировка из плана горных работ места внезапного выброса соли и газа с предполагаемым расположением глубоких дегазационных шпуров на сопряжении конвейерного штрека лавы № 11-4 с технологической сбойкой № 5 (рудник 3 РУ, выемочный столб лавы № 11-4, III калийный горизонт) 303 ----------------------- Page 304----------------------- На рисунке 4 представлено предполагаемое расположение глубоких дегазацион- ных шпуров на сопряжении конвейерного штрека лавы № 11-4 с технологической сбойкой № 5 относительно полости внезапного выброса соли и газа. Рис. 4. Предполагаемое расположение глубоких дегазационных шпуров на сопряжении конвейерного штрека лавы № 11-4 с технологической сбойкой № 5 относительно полости внезапного выброса соли и газа Как видно из рисунка 4 в месте сопряжения конвейерного штрека лавы № 11-4 с технологической сбойкой № 5 в соответствие с требованиями п. 5.1.1.4 «Инструк- ции…» должно быть пробурено два глубоких дегазационных шпура. При обследовании места внезапного выброса соли и газа первый глубокий дегазационный шпур по на- правлению проходки не обнаружен. Можно предположить, что этот шпур намерева- лись пробурить после предварительного расширения выработки до 0,7 м. Однако и в этом случае часть шпура была бы видна на обнажении пород в полости внезапного вы- броса соли и газа. Следовательно, с большой долей вероятности, можно предполагать отсутствие первого глубокого дегазационного шпура по направлению проходки сопря- жения конвейерного штрека лавы № 11-4 с технологической сбойкой № 5. Из рисунка 4 также видно, что второй глубокий дегазационный шпур по направлению проходки со- пряжения пространственно располагается в полости внезапного выброса соли и газа. Как показывает практика ведения горных работ на пластах, опасных по газодинамиче- ским явлениям на рудниках ОАО «Беларуськалий», при наличии этого шпура в процес- се его бурения должны были вскрываться и пересекаться в мульде погружения наибо- лее газоносные породы глинисто-карналлитовой пачки. В таком случае процесс буре- ния второго глубокого дегазационного шпура должен был бы сопровождаться как ми- нимум интенсивным газовыделением, а также выбросом бурового штыба, зажатием бу- ровых штанг и т.д. В соответствии с п. 3.8 «Инструкции…» резкое увеличение газовы- деления в выработку уже является предвестником выброса соли и газа. Далее в соот- ветствие с п. 4.2 «Инструкции…» рабочие должны были немедленно прекратить рабо- ту, удалиться в безопасное место. Доказать наличие или отсутствие бурения второго глубокого дегазационного шпура на сопряжении конвейерного штрека лавы № 11-4 с технологической сбойкой № 5 в настоящее время практически невозможно, т.к. его 304 ----------------------- Page 305----------------------- предполагаемое местоложение находится в полости внезапного выброса породы и газа в области разрушенных соляных пород. Соляные породы в полости внезапного выброса соли и газ мелко раздроблены, поэтому при разборке завала следы этого шпура в кус- ках породы навряд ли будут обнаружены. В тоже время косвенные признаки (наруше- ние параметров мелкошпурового профилактического бурения, отсутствие первого глу- бокого дегазационного шпура, пересечение при его наличии вторым глубоким дегаза- ционным шпуром газоносных пород глинисто-карбонатной пачки в мульде погружения с последующим интенсивным газовыделением) позволяют предполагать отсутствие первого и второго глубоких дегазационных шпуров на сопряжении конвейерного штрека лавы № 11-4 с технологической сбойкой № 5, что является нарушением требо- ваний п. 5.1.1.4 «Инструкции…». Человеческий фактор часто становится официальным объяснением причин того или иного происшествия, аварии или катастрофы. Известно, что значительная доля опасностей в техногенной сфере возникает по вине человека. С ним связано свыше 60% аварий на объектах с повышенным риском, к которым относятся и рудники. В данной ситуации под «человеческим фактором» будем понимать воз- можность того, что при проходке сопряжения конвейерного штрека лавы № 11-4 с технологической сбойкой № 5 машинистом горновыемочной машины - комбайна ПКС-8 было принято неверное решение о бурении глубоких дегазационных шпу- ров после разделки сопряжения, что является нарушением требований п. 5.1.1.4 «Инструкции…» и которое, с большой долей вероятности, повлекло за собой воз- действие поражающих факторов внезапного выброса соли и газа на шахтеров со смертельным исходом. Человеческая личность - это до сих пор достаточно загадочное и многогран- ное явление, поэтому предсказать поведение конкретного человека в той или иной ситуации со стопроцентной уверенностью практически невозможно. Существующий уровень развития технологии подземной разработки не позволяет полностью ис- ключить человека из процесса принятия решений, следовательно, при ведении гор- ных работ на пластах, опасных по ГДЯ, остается только надеяться на уровень подго- товки шахтеров и следованию требованиям «Инструкции…». Для повышения уров- ня подготовки лиц горного надзора участков и шахтеров можно рекомендовать сле- дующие мероприятия: 1. Провести дополнительное обучение горных мастеров и горнорабочих забой- ной группы предупредительным признакам и предвестникам ГДЯ, а также особенно- стям ведения подготовительных горных работ при реализации технологической схемы выемки 4 сильвинитового слоя III калийного горизонта через длительный (более 25 лет) промежуток времени после подработки лавой по слоям 2, 2-3 и 3 Третьего пласта. 2. Подготовить для горных участков (мастеров, рабочих забойной группы) сбор- ник схем (иллюстраций) с примерами геологического строения слоев 2, 2-3 и 3 Третье- го калийного пласта при наличии предупредительных признаков внезапного выброса соли и газа и периодически два раза в год осуществлять тестирование по схемам; 3. При ведении подготовительных горных работ в межпанельных целиках при реализации технологической схемы выемки 4 сильвинитового слоя Третьего калийного горизонта через длительный (более 25 лет) промежуток времени после подработки ла- вой по слоям 2, 2-3 и 3 разделку сопряжений проводить в присутствии лица техниче- ского надзора горного участка. Выполнить корректировку п. 5.1.1.4 «Инструкции…» и изложить в следующей редакции: 305 ----------------------- Page 306----------------------- - бурение глубоких дегазационных шпуров осуществляется во всех выработках, ширина которых 4,5 м и более. При этом применяются следующие параметры (таблица 5.1): - бурение глубоких дегазационных шпуров в выработках производить до начала расширения выработки буровой установкой, расположенной на комбайне. Первый шпур бурится до начала расширения. В выработках, проходимых комбайнами типа ПКС, (ПК), КРП-3 при бурении дегазационных шпуров во время проходки буровыми станками, расположенными на комбайне, допускается перед бурением первого глубо- кого дегазационного шпура предварительное расширение выработки до 0,7 м. При оформлении сопряжения расстояние от второго глубокого дегазационного шпура до «утюга» должно быть не более 3,0 м. Допускается заблаговременное бурение глубоких дегазационных шпуров в местах предполагаемого расположения сопряжений буровыми станками, расположенными на комбайне, самоходными буровыми станками и буровы- ми колонками.

Литература

  1. Андрейко С.С. Анализ геологических условий возникновения газодинамических явлений на Старобинском месторождении калийных солей / Андрейко С.С., Прушак В.Я., Щерба В.Я. // Горная механика. - 2002. - № 1. - С. 89-94.
  2. Андрейко С.С. Проблемы безопасной разработки калийных пластов: цели, тенденции и результаты // Моделирование стратегии и процессов освоения георесурсов: материалы междунар. конф. и науч. сес. ГИ УрО РАН. - Пермь, 2003. - С. 115-118.
  3. Андрейко С.С. Результаты исследований по прогнозированию и предотвращению газодинамических явлений на Верхнекамском и Старобинском месторождениях калийных солей // Стратегия и процессы освоения георесурсов: материалы ежегод. науч. сес. ГИ УрО РАН по результатам НИР в 2006 г. - Пермь, 2007. - С. 137-139.
  4. Андрейко С.С. Борьба с газодинамическими явлениями при разработке Верхнекамского и Старобинского месторождений калийных солей / С.С. Андрейко, О.В. Иванов, Е.А. Нестеров // Науч. исслед. и инновации. - 2009. - Т. 3, № 4. - С. 34-37.
  5. Андрейко С.С. Современные проблемы науки и производства в области горного дела: учеб пособие. - Пермь: Изд-во ПГТУ, 2010. - 338 с.
  6. Андрейко С.С. Теория и практика отработки калийных пластов, опасных по газодинамическим явлениям // Стратегия и процессы освоения георесурсов: материалы науч. сес. ГИ УрО РАН по результатам НИР в 2003 г. - Пермь, 2004. - С. 255-258.
  7. Андрейко С.С. Состояние и перспективы развития способов управления газодинамическими процессами при отработке калийных пластов // Стратегия и процессы освоения георесурсов: материалы ежегод. науч. сес. ГИ УрО РАН по результатам НИР в 2005 г. - Пермь, 2006. - С. 157-159.
  8. Определение критической величины газового давления, способного вызвать газодинамические явления при разработке сильвинитового пласта / С.С. Андрейко, Т.А. Лялина, О.В. Иванов, Е.А. Нестеров // Изв. вузов. Горн. журн. - 2013. - № 5. - С. 22-28.
  9. Исследование газоносности соляных пород третьего калийного пласта на шахтном поле Краснослободского рудника / С.С. Андрейко, О.В. Иванов, Е.А. Нестеров, И.И. Головатый, С.П. Береснев // Горн. журн. - 2013. - № 6. - С. 69-73.
  10. Исследование газоносности пород пласта третьего калийного горизонта Старобинского месторождения / В.А. Тараканов, И.И. Головатый, С.П. Береснев, С.С. Андрейко, О.В. Иванов // Горн. журн. - 2010. - № 8. - С.25-27.
  11. Инструкция по применению систем разработки на Старобинском месторождении / УП «ИГД», ОАО «Беларуськалий». - Солигорск, 2018. - 146 с.
  12. Подлесный, И.А. Геомеханическое моделирование внезапных разрушений пород почвы горных выработок / И.А. Подлесный, С.П. Береснев, С.С. Андрейко, С.В. Некрасов, Н.А. Литвиновская // Горный журнал. - 2010.-№ 8.- С. 28-30.
  13. Геомеханическое моделирование внезапных разрушений пород почвы горных выработок / И.А. Подлесный, С.П. Береснев, С.С. Андрейко, С.В. Некрасов, Н.А. Литвиновская // Горн. журн. - 2010. - № 8. - С.28-30.
  14. Нестеров Е.А. Исследование газодинамической опасности пород III калийного горизонта шахтного поля вводимого в эксплуатацию Краснослободского рудника 2РУ ОАО «Беларуськалий» // Стратегия и процессы освоения георесурсов: сб. науч. тр. Вып. 10 / ГИ УрО РАН. - Пермь, 2012. - С. 232-234.
  15. Андрейко С.С. Прогнозирование и предотвращение газодинамических явлений из почвы при проходке подготовительных выработок в подработанном массиве соляных пород / С.С. Андрейко, О.В. Иванов, Н.А. Литвиновская. - Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2015. - 159 с.
  16. Литвиновская Н.А. Газоносность и газодинамические характеристики пород почвы горных выработок в надработанном соляном массиве // Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. «Горная и нефтяная электромеханика - 2015». / ПНИПУ. - Пермь, 2015. - Т. 1. - С. 136-142.
  17. Литвиновская Н.А. Газоносность и газодинамические характеристики пород почвы при слоевой выемке третьего калийного пласта в условиях рудников ОАО «Беларуськалий» // Стратегия и процессы освоения георесурсов: сб. науч. тр. Вып. 14 / ГИ УрО РАН. - Пермь, 2016. - С. 315-317.
  18. Андрейко С.С. Предотвращение газодинамических явлений из почвы горных выработок в условиях применения различных вариантов столбовой системы разработки Третьего калийного пласта на рудниках ОАО «Беларуськалий» // Стратегия и процессы освоения георесурсов: сб. науч. тр. Вып. 15 / ГИ УрО РАН. - Пермь, 2017. - С. 341-345.
Опубликован
2018-10-01
Выпуск
Раздел
Статьи