Мобил Сергеева


Реструктуризация

Гидрогеологические и геомеханические условия консервации и затопления шахт Кузбасса


Вопросы научного обоснования ликвидации шахт являются ключевыми в проблеме обеспечения промышленной и экологической безопасности недропользования в Кузбассе с его высокой концентрацией угледобывающих предприятий с наличием различного рода прямых и неявных гидравлических связей между ними (сбоек, целиков размерами менее нормативных, зон взаимной подработки, тектонических нарушений и т.д.) и достаточно плотной застройки ликвидируемых шахтных полей.

Значительный научно-практический опыт, накопленный специалистами «СИГИ» по результатам работ по ликвидации и консервации угольных и рудных предприятий Кузбасса и России, позволяет выделить ряд гидрогеологических и геомеханических проблем, возникающих при ликвидации и затоплении угольных шахт.

Начало масштабной промышленной разработки запасов угля на территории Кузнецкого бассейна относится к 30-м годам прошлого столетия. Индустриализация и быстрый рост промышленного потенциала Кузбасса способствовали появлению на территории региона новых городских центров, образованных слиянием разрозненных шахтовых поселков. Серьезным недостатком в жилищном строительстве того времени являлось отсутствие единого комплексного плана развития городов. Большинство городов сосредоточивалось на угленосных территориях, нередко жилые массивы располагались непосредственно на территории горных отводов, осушенных в результате длительного действия шахтовых водоотливов.

Остановка водоотливных комплексов при ликвидации (консервации) шахт инициирует обратный процесс обводнения горных массивов с «залечиванием» депрессионной воронки, при котором уровень подземных вод повышается, стремясь восстановиться до отметок ненарушенного состояния. Таким образом, гражданская и промышленная застройка, организованная на осушенных площадях с изначально высоким уровнем стояния грунтовых вод (депрессии рельефа, пойменные части рек, болота и др.), оказывается в зоне подтопления.

При «мокром» способе ликвидации выход шахтных вод на поверхность происходит сосредоточенно через погашенные вскрывающие выработки, шурфы, скважины, провальные воронки от очистных работ и др., при этом непосредственно за счет шахтных вод подтапливаются лишь небольшие участки поверхности, расположенные в понижениях рельефа. Однако рост уровней подземных вод в выработанном пространстве ликвидированных шахт ухудшает условия дренирования водоносного горизонта четвертичных отложений и может привести к «подпору» грунтовых вод и, как следствие, к их подъему и водонасыщению значительных площадей в плане.

Подобная ситуация наблюдалась в 2005 году на завершающем этапе ликвидации шахт «Анжерская» и «Судженская» (Анжеро-Судженск Кемеровской области), где в результате «подпора» грунтовых вод, вызванного затоплением указанных шахт, произошел значительный подъем их уровней, что повлекло за собой подтопление нескольких жилых кварталов. Уровни затопления на обеих шахтах находились на расстоянии 7,0 м и 18,0 м от минимальных отметок поверхности соответственно.

В качестве неблагоприятных факторов, осложняющих гидрогеологическую обстановку на подтапливаемых территориях могут выступать:

  • отсутствие на территориях индивидуальной застройки постоянно действующей ливневой канализации, предназначенной для вывода с территории участков дождевых, талых и хозяйственных вод;
  • техногенная деятельность частных домовладельцев и муниципальных служб (пересыпка существовавших ранее дренажных канав и отсутствие должной расчистки, водопроводные утечки);
  • большая мощность слабопроницаемых наносов (плотные суглинки и водоупорные глины), препятствующих просачиванию поступающих атмосферных осадков и водопроводных утечек в коренные породы и выработанное пространство шахты.
  • частичное изменение естественного рельефа местности в результате хозяйственной деятельности человека.

Следует добавить, что вышеназванные негативные факторы могут являться самостоятельными причинами подтопления. Так, в 2015 году территория поселка Березовая Роща (Прокопьевск Кемеровской области), расположенного на горном отводе консервируемой «комбинированным» способом шахты имени Ворошилова, затопленной до отметки +120 м, подтапливалась грунтовыми водами не только в период паводка, но и в период межени. Подтопление сохранялось на площади около 40 га. Местные жители происшедшее связывали с процессом затопления шахты имени Ворошилова. В рамках установления причин подтопления был проведен комплекс исследований, включающих в себя анализ горно-графической документации, визуальное обследование и георадиолокационное сканирование подтапливаемой территории.

При отметках жилой застройки +270... ÷330 м, т.е. при глубинах от поверхности до уровня воды около 200 м влияние затопления шахты на подтопление огородов, погребов и подвальных помещений поселка исключалось. В результате осмотра было установлено, что в большей части поселка либо отсутствовали, либо были пересыпаны водосточные канавы, что препятствовало движению воды в места ее естественной разгрузки в пониженных частях рельефа. Согласно выполненным инструментальным наблюдениям уровень грунтовых вод на разных профильных линиях располагался на глубинах от 0,5 до 2,5 м от дневной поверхности. В зонах повышенного влагонасыщения, обнаруженных сканированием, впоследствии были установлены и устранены порывы систем поселкового водоснабжения.

Из анализа геологических разрезов и совмещенных планов горных работ и поверхности следовало, что поселок Березовая Роща находится в зоне дренирующего влияния подземных горных выработок шахты имени Ворошилова. Однако наличие большой мощности слабопроницаемых суглинков, препятствующих просачиванию поступающих атмосферных осадков и водопроводных утечек в коренные породы и выработанное пространство шахты, а также отсутствие поверхностного водоотведения создавали условия для накопления грунтовых вод в районе жилой застройки, что, в свою очередь, и привело к подтоплению части огородов, погребов и подвальных помещений в поселке Березовая Роща.

Аналогичная ситуация с подтоплением наблюдалась в 2016 году в условиях жилой застройки поселка Ясная Поляна (Прокопьевск Кемеровской области), расположенной близ ликвидированной «комбинированным» способом шахты «Северный Маганак». Влияние шахты, затопленной до абсолютной отметки +205 м, на подтопление жилых домов, расположенных на высотных отметках +313,8 м и выше, также исключалось.

В период активной разработки угольных месторождений подземным способом как в советское время, так и в постсоветский период особого внимания проблемам изоляции выработанного пространства соседних шахт не уделялось. Параметры межшахтных барьерных целиков по условиям предотвращения прорывов воды не выдерживались, имелись многочисленные случаи их прорезки на разных горизонтах со стороны одной или обеих шахт. Между шахтами проводились технологические, вентиляционные и водоспускные горные выработки, которые отвечали нуждам текущего момента. Участки прирезок к горным отводам передавались между предприятиями, в результате чего очистные работы одной шахты проводились под или над горными работами другой, межгоризонтные целики при этом подрабатываются и перепускаются в отработанное пространство нижней шахты.

Опыт ликвидации шахт Кузбасса показал, что перетоки воды с соседних шахт могут происходить не только через прямые сбойки между выработанными пространствами шахт, но и неявно, через зоны подработки, различного рода тектонические нарушения, фильтрационные параметры которых определить весьма затруднительно. При этом возникает неуправляемая и меняющаяся во времени ситуация. Последствия явных и неявных взаимосвязей проявляются при ликвидации шахт — действующие шахты вынуждены откачивать водопритоки соседей, что приводит к резкому росту затрат на водоотлив, ухудшению экономических показателей и ускоренному закрытию предприятия. То есть ликвидация и затопление одной или нескольких убыточных шахт приводит к последовательному закрытию всех угледобывающих предприятий, производивших отработку запасов подземным способом.

Подобная ситуация сложилась в 2013 году на одной из старейших шахт Прокопьевско-Киселевского угольного района, шахте «Коксовая-2» (ранее «Коксовая»), расположенной в центре Прокопьевска. В рамках программы реструктуризации угольной отрасли и ликвидации нерентабельных и неперспективных шахт, проводимой во второй половине 90-х, соседние с «Коксовой» шахты «Ноградская» и «Центральная» были ликвидированы, При этом уровни затопления на них обосновывались условиями безопасности и поддерживались с помощью погружных насосов на отметках, исключающих неконтролируемое поступление воды на действующую шахту «Коксовая». Гидрогеологические условия шахты «Центральная», в свою очередь, осложнялись перетоком воды с ликвидированной шахты «Северный Маганак» и соседством с затопленной шахтой «Красный углекоп».

Водопонижение на соседних шахтах «Ноградская» и «Центральная» осуществлялось за счет сил и средств шахты «Коксовая». В результате выхода из строя погружного насоса на соседней ликвидированной шахте «Центральная» возникла угроза прорыва воды в подземные горные выработки шахты «Коксовая». Когда отремонтированный насос все-таки был пущен в работу, было отключено электропитание в связи с накопившимися долгами предприятия за электроэнергию. Из-за сложившихся обстоятельств эксплуатация шахты была остановлена, спуск людей в шахту запрещен. Остановка водоотливов на горизонтах -35 м и -135 м послужила началом затопления шахты.

Развитие горнодобывающей отрасли в Кузбассе в настоящее время характеризуется удельным ростом открытой добычи полезных ископаемых по полям шахт, ликвидированных полным или частичным затоплением.

В условиях значительных напоров между нижними границами участков ОГР и пьезометрической поверхностью затопления ликвидированных шахт значительные объемы воды, скопленной в выработках шахт, способны создавать опасность для производства открытых работ. А явные и неявные гидравлические связи шахты, вовлекая в общую систему дренажа соседние предприятия угледобычи, усугубляют и без того сложную гидрогеологическую ситуацию.

Помимо опасности возникновения неуправляемых и непрогнозируемых перетоков в аварийных объемах, следует добавить, что участки ОГР в период эксплуатации ныне ликвидированных угольных шахт проводили отработку запасов практически «на сухую» с соответствующими техническими решениями, инициированный затоплением процесс обратного обводнения горного массива с повышением уровней подземных вод может создавать угрозу устойчивости бортов.

Очевидно, что для решения указанных проблем, возникающих при ликвидации угольных предприятий, необходима общая концепция промышленной и экологической безопасности по исключению подтопления застроенных территорий и недопущению прорывов воды в выработки действующих предприятий угледобычи. Разработка такого рода рекомендаций должна быть основана на комплексном анализе существующей гидрогеологической ситуации на затапливаемых шахтах и планов развития существующих горных работ.

А. Быкадоров,
к. т. н., генеральный директор ООО «Сибирский институт геотехнических исследований»,
С. Свирко,
заведующий лабораторией охраны инженерных и природных объектов ООО «СИГИ»,
А. Чернуха,
главный маркшейдер ФГБУ «ГУРШ»

 

653000, г. Прокопьевск,
ул. К. Либкнехта, 4, оф. 214

(3846) 61 11 77

sibigi@mail.ru