Задачи при разработке месторождений угля

Добыча угля занимает особенное место в промышленном мире, во-1-х, в связи с большими масштабами и большой экономической значимостью угольной индустрии, а во-2-х, так как угледобытчики подвергают свою жизнь завышенной угрозы. Большая часть шахтеров всего мира занято в угледобывающей индустрии, потому вдвойне обидно, что конкретно этот процесс еще опаснее извлечения хоть какого другого полезного ископаемого. Это разъясняется никак не низким уровнем способов разработки и техники безопасности, а определенными чертами геологических обстановок, в каких встречается уголь, а именно его связью со взрывными и ядовитыми газами, также залеганием в толщах структурно слабеньких осадочных пород. Уголь появляется вследствие бактериального разложения отмершей растительности, и одним из бессчетных побочных товаров являются разные газы, в том числе очень просто воспламеняющийся метан. В почти всех случаях углеобразо-вания газы выделяются и улетучиваются, но часто любые пористые породы — сам уголь либо песчаник — могут улавливать метан, даже если он находится под высочайшим давлением. Выделяющийся в угольных шахтах газ может быть ядовитым, а, смешиваясь с воздухом, становится взрывоопасным. Некие угольные пласты содержат очень огромные количества газа, тогда как в других он фактически отсутствует. Просто измерить объем газа, выделяющегося из хоть какого угольного пласта, но обычно бывает нереально установить, почему конкретно данный слой содержит газ. На основании геологических данных нельзя, к огорчению, заблаговременно сказать, существует ли опасность возникновения газа в данной угольной шахте либо таковой угрозы нет.

Добыча угля — это единственный вид подземных работ, при которых следует бояться появления взрывных газов. Обычно при проходке туннелей в угленосных районах можно повстречать газ, но стремительная облицовка штрека бетоном практически на сто процентов избавляет всякую опасность. Не считая угля газ сопутствует нефти, которая также появляется вследствие разложения органических, но уже в большей степени животных, остатков. Гидротехнический канал в Сан-Фернандо близ Лос-Анджелеса (Калифорния) был построен в 1971г. в очень пористых песчаниках, содержащих нефть и природный газ. Поначалу вышло несколько слабеньких взрывов газа, а потом последовал более сильный, унесший 16 человечьих жизней. Некие люди погибли при самом взрыве, другие — при пожаре, последовавшем за ним, третьи задохнулись в смертоносной консистенции газов.

Взрываться в шахтах может и угольная пыль, находящаяся в воздухе: смешиваясь с подходящим количеством воздуха, она становится настолько же небезопасной, как динамит. Взрыв угольной пыли, происшедший в апреле 1942 г. на угольном руднике Хон-кейко в Китае, по праву считается самой ужасной подземной катастрофой — при всем этом взрыве погибло 1572 шахтера. В некий мере опасность угольной пыли можно свести к минимуму, соединяя ее с инертной известняковой пылью; но газ, если он есть в угольном пласте, стопроцентно удалить из выработок нереально. Единственный путь борьбы с ним — это тщательное планирование вентиляционных систем и создание запасных выходов как для газов, так и для шахтеров. Значимые успехи, достигнутые в этом направлении, дозволили приметно понизить число жертв злосчастных случаев; в прошедшем веке взрывы часто уносили огромное количество человечьих жизней, в современных же шахтах они появляются еще слабее и происходят пореже.

Налаженная вентиляция позволяет просто управляться с неизменными и прогнозируемыми просачиваниями газа. Но значительную опасность таят отдельные «выбросы» включений газа, находящегося под давлением, когда газ практически взрывается, вырываясь из угольных пластов. В 1971 г. при прорыве газа в угольном руднике Синхейдр в Уэльсе погибло 6 шахтеров. Даже при ретроспективном рассмотрении оказалось, что эту катастрофу нереально было предугадать. Свести к минимуму воздействие газов можно было только с помощью большого числа буровых скважин и вентиляционных установок, но даже в данном случае очень непонятно, что человечьих жертв удалось бы избежать.

Выработка больших участков в горизонтальных либо слабо наклоненных пластах безизбежно делает определенную опасность обрушения пород. Уголь обычно приурочен к толщам осадочных пород, представляющих из себя переслаивание относительно рыхловатых сланцев и довольно крепких — при условии отсутствия трещинок — песчаников. Такое сочетание пород очень некрепко, и потому опасность существует при разработке всех угольных месторождений. Хотя большие обрушения, как можно возлагать, стали достоянием прошедшего благодаря улучшению техники безопасности, маленькие камнепады, возможно, не закончятся никогда, в одной только Англии они раз в год уносят в среднем 13 человечьих жизней.

В 1837 г. на угольном руднике Уоркингтон на северо-западе Великобритании вели выемку угля в пластах, залегающих под морским дном. Кровлю выработок поддерживали целики угля, для этого около 35 % угля оставляли в шахте. В целях экономии управляющий шахты отдал приказ свести мощность целиков к минимуму. Это вообщем бывает очень небезопасно, а в Уоркингтоне делать таковой шаг просто было нельзя, и 28 июля вышло неминуемое. Некие целики угля обрушились; кровля обвалилась; из-за разрушения пород в ней образовались трещинкы, дошедшие до самого морского дна, и в их устремилась морская вода. . С берега был виден водоворот, появившийся в море над этим участком. В сей день в шахте утонуло 27 парней и мальчишек. Этой катастрофы могло бы не быть, так как надежные размеры целиков определяются как функция прочности угля и мощности покрова пород. Теоретические заслуги в области горной механики и применение современных способов добычи по существу убрали опасность огромных обрушений.

Но малозначительные обрушения кровли заблаговременно предсказать практически нереально, даже если этот «малый масштаб» достаточен, чтоб раздавить человека. Опыт работ в Северной Америке и Европе показал, что для предвидения вероятного обрушения внимание должно быть обращено как на густоту трещинок отдельности, так и на свойства пород, залегающих в кровле. К примеру, если под мощным песчаником залегает маломощный пласт сланца, образующий кровлю угольного пласта, этот сланец обычно обрушается. В этом случае, если в песчанике имеются зоны разломов, кровля становится слабенькой и из рыхловатых сланцев нередко выпадают конкреции железняка. Что ни гласи, только бдительный глаз шахтера, прораба либо рудничного геолога может дать более точную оценку ситуации в каждом определенном случае, но при всем этом правильное осознание всего огромного количества наблюдаемых геологических причин будет играть очень положительную роль.

Основную опасность при добыче угля таят газ и горные породы, на 3-ем месте после их стоит вода. Высочайшая водопроницаемость многих сопряженных с угольными пластами пород, в особенности песчаников, делает присутствие воды в угольной шахте фактически неминуемым. Приток воды даже из более пористых песчаников навряд ли может грозить жизни, но он может нанести урон с экономической точки зрения, так как нужно прерывать работы и повсевременно откачивать воду. После того как шахта заброшена и откачка прекращена, водопроницаемость песчаников ведет к резвому затоплению старенькых горных выработок до уровня местного аква зеркала. Так как с целью выемки наибольшего количества угля группы шахт располагают очень близко, существует опасность при проходке нового шт, река попасть в старенькые выработки-.

В 1973 г. вода прорвалась в угольный рудник Лофтхауз в Йоркшире и погибло семь шахтеров. Трагедия произошла так как главные выработки уперлись в затопленные галереи заброшенных шахт. Это было допущено из-за отвратительного познания плана старенькых рудников; никто и не подразумевал, какая угроза нависла над Лофтхаузом. Необходимо подчеркнуть, что в этом случае не было соблюдено одно из главных правил хоть какого геологического исследования — за ранее учить имеющиеся материалы. Ознакомление с планом заброшенной шахты во время расследования катастрофы показало, что при более детализированном исследовании старенькых документов жертв можно было бы избежать.

Еще более страшная катастрофа разыгралась в конце 1975 г. в угольном руднике Часнала в штате Бихар (Индия), когда при затоплении погибло 372 шахтера. Угольный пласт тут круто наклонен, и вода из большой затопленной открытой выработки прорвалась через штрек на глубине 150 м в подземные галереи. При таких масштабах затопления у шахтеров, трудившихся в основных выработках на глубине 300 м, никаких шансов на спасение не было. В этом случае о старенькой открытой выработке знали и была оставлена зона угля, игравшая роль барьера меж водой и действующей шахтой. Но или барьер был недостаточно толстым для угля с таковой степенью прочности, или уголь оказался более выветрелым и разрушенным, чем ожидалось, или глубина старенькой открытой выработки была больше, чем предполагалось, — во всяком случае затопление было допущено сначала из-за недостающего познания геологической обстановки в районе шахты. Когда дело касается затапливаемых горных выработок, схожая неграмотность может обернуться катастрофой.

Может быть, спорным является вопрос, кто конкретно повинет в катастрофах, происшедших в шахтах Часнала и Лофтхауз. В схожих случаях тяжело указать на кого-либо определенного. Видимо, в этих катастрофах виноваты и геологи, и горные инженеры, и управляющие шахт, и маркшейдеры.

В 1970 г. в угольный рудник Зелёнка в Польше прорвалась вода из размещенного на поверхности водоема и утонуло 5 шахтеров. Было проведено расследование, в итоге которого рудничный геолог, прораб, главный инженер и управляющий шахты были осуждены. В этом случае трибунал, разумеется, исходил из того, что катастрофы в Зелёнке могло бы не быть, если б эти лица подабающим образом делали свои обязанности. Непременно, катастрофы такового рода можно было избежать.

В 1938 г. разведочная буровая скважина показала, что в неразрабатываемой части угленосного бассейна Нью-Камнок на северной оконечности Южных нагорий в Шотландии залегает мощнейший угольный пласт. Для его разработки в 1942 г. был открыт угольный рудник Нокшиннох-Касл. Два ствола шахты находились близко один к другому, от их отходили штреки, пройденные в пустой породе и игравшие роль подземных переходов. По ним можно было просочиться в разные выработки, где велась выемка угля. Все угольные пласты падали на север, и в предстоящем можно было бы вести выемку угля в этом направлении на еще большей глубине. К западу от этого участка находилась древняя, заброшенная шахта, а на востоке новые выработки были ограничены зоной разломов.

До 1950 г. выемка угля в главном велась ввысь по падению пород в южном и юго-восточном направлении. Месторождение разрабатывалось камерно-столбовым методом, при всем этом галереи шириной 5 м были пройдены в виде решетки, центры ячеек которой отстояли друг от друга на 30 м. Таким макаром, извлекалась только одна третья часть угля, а две третьих оставлялись для укрепления кровли. Высота штреков была около 2 м; в кровле тоже оставляли некое количество угля, которым поддерживался залегавший конкретно на угле достаточно рыхловатый сланец. При обычном использовании рудничных стоек никакой опасности обрушения кровли не было.

В 1950 г. выемка угля велась в главном вокруг головного подходного пути штрека 5, следовавшего наклонно ввысь по падению в направлении головного разлома на юге. Выкарабкаться из этих выработок можно было, только возвратившись вниз на уровень транспортных галерей западной шахты, а оттуда — к основанию ствола. Так же как и в других угольных бассейнах этой части Шотландии, геология шахты была сложный. На геологических картах в конкретной близости от шахты были отмечены обнажения валунной глины, аллювия, торфа, гравия. Но о мощности приповерхностных отложений ничего не было понятно.

Угольный пласт рассекали несколько маленьких разломов; пласт падал на север, при этом по направлению к югу падение его становилось все более крутым. Было понятно, что на юге имеется большой разлом со значимым (более 300 м) смещением, и ожидалось, что он ограничит в этом направлении угленосный бассейн. Но можно было только высказывать догадки относительно детализированного геологического строения участка за пределами выработок, и работы в штреке 5 длилось, частично для разведки участка на юге-востоке. Предполагалось, что главный пласт на руднике Нокшиннох завершается у зоны дробления, протягивающейся вдоль головного разлома. В апреле 1950 г. отдел планирования при Комитете по делам угольных шахт высчитал на основании падения угольного пласта, что это произойдет приблизительно на глубине 30 м от поверхности земли. Но к югу падение пласта становилось еще больше крутым, и скоро всем работавшим в шахте стало ясно, что штрек в угольном пласте дойдет до земной поверхности, еще не достигнув зоны разлома. Управление шахты даже считало, что это будет очень полезно для доступа к руднику и для его вентиляции.

13 августа 1950 г. на забое штрека 5 был произведен взрыв; он вскрыл границу коренных пород и перекрывающих их рыхловатых отложений, из которых в шахту начала сочиться вода. Особенной волнения это не вызвало; были установлены дополнительные стойки для укрепления кровли шахты и работы в штреке временно прекращены; в течение недели никаких конфигураций не вышло. Тем временем маркшейдеры обусловили, что кровля в точке прорыва находилась на 11 м ниже поверхности земли. С утра 7 сентября после проливного дождика, шедшего в протяжении всей ночи, было увидено, что приток воды в шахту усилился. Основания стоек, укреплявших кровлю, покоились на осколках рыхловатых пород; эти породы были стремительно вымыты водой. Некие стойки упали, а вечерком такого же денька в штреке обвалился большой участок кровли. Сразу наверху, над месторождением, образовалась неглубокая впадина, было решено отгородить этот участок поверхности. Шахтеры же продолжали работу.

В половине восьмого в шахте раздался «ужасный рев» и в штрек 5 обвалилась большая масса насыщенной водой породы. По штреку потекла схожая на патоку река темного шлама, заливая все выработки. Грязюка и торф заполнили проходы на северной стороне штрека и все галереи, ведшие к стволу; эта масса поднялась по главному стволу шахты и достигнула глубины 8 м от его устья. В очистных выработках у верхнего края штрека 5 работали 11 человек; они все погибли в этом грязевом потоке. Еще два человека, стоявшие у конвейерных лент в нижнем конце штрека 5, были окружены водянистым шламом и погибли неспешной гибелью. Шестерым шахтерам удалось подняться наверх по стволу шахты, но 116 человек смогли только пробраться к западному концу шахты, где они были потом окружены шламом, заполнившим все галереи, ведущие к главному стволу. Благодаря счастливой случайности шахтеры оказались в той части шахты, которая находилась на расстоянии всего 8 м от горизонтальной выработки в заброшенной угольной накапливай Банк.

В течение 2-ух суток проводились верно организованные и полные драматизма спасательные работы. Был пробит туннель, соединивший обе шахты, и все 116 шахтеров целыми и невредимыми вышли по запасному выходу из заполненных газом выработок, протягивавшихся более чем на 1,5 км. Фуррор спасательной операции принудил запамятовать о том, что это была трагедия, в какой погибло 13 человек.

Рассматривая случай в шахте Нокшиннох, следует задавать вопрос, не как произошла эта трагедия, а почему она произошла. Расследование показало, что основной ее предпосылкой было отсутствие согласованности в действиях различных служб. У планировщиков имелась геологическая карта района, и они знали, что в районе месторождения есть торфяная залежь. Но они считали, что угольный пласт простирается до разлома, а не до земной поверхности, и дали указание продолжать работы в штреке 5. У управления шахты геологической карты не было, но оно понимало, что при проходке этого штрека шахтеры выйдут на поверхность земли, а не к разлому. Так как согласно указаниям отдела планирования работы в штреке 5 должны были длиться, управление шахты не лицезрело никаких оснований, чтоб их закончить.

Обе нареченные группы должностных лиц ошибались в отношении геологии этого участка. Отдел планирования исходил из прогноза равномерного падения угольного пласта в протяжении 300 м в направлении ожидаемого скрещения пласта угля и зоны разлома. При всем этом не учитывалось, что слои горных пород изгибаются при движении против плоскости разлома; при таком большом разломе, как тот, что существовал к югу от Нокшинноха, угольный пласт полностью мог круто подняться в южном направлении. Не считая того, не принималось во внимание, что в районе, настолько сложном в структурном отношении, полностью могли повстречаться другие складки либо разломы. Планировщики же были полностью убеждены в корректности собственных прогнозов. С другой стороны, управление шахты ограничилось тем, что просто следило, как штрек 5 приближается к земной поверхности. А ведь было совсем ясно, что поблизости ее есть возможность повстречать отложения, которые, беря во внимание историю обледенений данного района, могут представлять определенную опасность.

В ледниковую эру вся территория Шотландии была покрыта ледниками. Район Нокшиннох находится на северном конце узенькой ледниковой равнины Глен-Афтон, где развиты валунные глины, мощность которых не была точно установлена. В этих критериях нереально предсказать, какими конкретно будут приповерхностные отложения, и следовало бы кропотливо проверить направление штрека 5. Крестьянин — обладатель поля над штреком — знал о существовании торфяного слоя. Ему было понятно, что земля тут очень рыхловатая и что на влажном участке вырастают камыши. Он лицезрел торф и в канавах, окружавших поле, но фермера никто не спросил… Маркшейдеры, проверявшие уровень поверхности, установили, что «грунт несколько пропитан водой». Все же никто не только лишь не посмотрел на геологическую карту, но даже не удосужился взять в руки лопату и сделать закопушку, чтоб поглядеть, что все-таки там залегает.

Одна из советов, выработанных в процессе расследования катастрофы в шахте Нокшиннох, заключалась в последующем: ни одна горная выработка не должна приближаться к земной поверхности наименее чем на 45 м, пока геология участка не будет исследована бурением либо другими надежными способами; к этим способам может быть отнесена сейсморазведка. Не считая того, было рекомендовано еще до начала горных работ детально учить геологию вышележащего участка.

Если б в Нокшиннохе кто-либо, знавший размещение штрека 5, задумался над геологической обстановкой на этом участке, несчастья могло бы не быть. Если б кто-либо хотя бы пару минут побродил по полю, заглянул в канавы и бросил взор на геологическую карту либо просто поболтал с фермером, тринадцать человечьих жизней могли быть сохранены. .

Следует снова выделить главные правила геологических исследовательских работ. Первым шагом при решении хоть какой геологической задачи являются чтение карты, проверка всех вероятных источников инфы, отбор проб грунта, а потом — анализ всех возможных последствий. Осознать геологию погребенных пород обычно бывает нелегко; это практически нереально сделать, если не будут пробурены 10-ки скважин. Очень нередко мы имеем дело с множеством фрагментарной инфы, по которой нужно установить настоящее положение вещей. Если некорректно подобрать факты либо же упустить какой-нибудь из их, то составить общую картину не получится. А при строительстве и планировании неполнота геологической картины часто приводит к катастрофе.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий
SQL - 48 | 0,460 сек. | 36.95 МБ