К ВОПРОСУ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ ПРИ ЗАКРЫТИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

 

Угляница А.В., Исаенко А.В. (КузГТУ, г. Кемерово, РФ)

 

The purpose of the article is to describe technology of liquidation of vertical opening developments at closing coalmines. The technology under discussion permit curtails area of earth for reclamation.

 

В связи с реструктуризацией угольной промышленности в России в последние годы было закрыто 188 угольных шахт, в том числе в Кузбассе закрыта 41 шахта и ликвидировано 157 вертикальных стволов. Закладка ликвидируемых вертикальных выработок на этих шахтах произведена либо некачественно – стволы засыпали грунтом или породой из шахтных отвалов, либо вообще не производилась, когда ограничивались возведением изолирующих перемычек в устьевой части вертикальной выработки и затоплением ее протяженной части. В результате такой ликвидации на прилегающих к ликвидированным горным предприятиям территориях произошло резкое ухудшение экологической обстановки.

Специалисты выделяют следующие группы нарушений состояния окружающей природной среды: изменение рельефа земной поверхности и состояния почвенного слоя; провалы и оседания земной поверхности на шахтных полях; понижение уровня подземных и поверхностных вод с одновременным ухудшением их качества, связанное с длительной откачкой воды из горных выработок во время эксплуатации месторождений и подъем уровня грунтовых вод после прекращения добычных работ в связи с прекращением водоотлива; загрязнение атмосферы, почв и поверхностных вод [1].

В местах ликвидации шахт только в Кузнецком и Донецком бассейнах количество зон по выделению вредных газов превысило 1270; количество провалоопасных зон − 4800; гидрохимические анализы сточных вод выявили настоятельную необходимость проведения работ по строительству и реконструкции очистных сооружений практически во всех зонах ликвидации шахт.

Проблема ликвидации вертикальных стволов ввиду особой сложности и специфичности занимает центральное место при закрытии угольных шахт. Ошибки при ее решении, как свидетельствует зарубежный и отечественный опыт, могут привести к непоправимым последствиям и человеческим жертвам.

Из многочисленных примеров видна "непредсказуемость" поведения выработки и многообразие причин нарушения ее устойчивости [2].

Анализ наиболее крупных аварий, связанных с потерей устойчивости ликвидируемых вертикальных стволов в Европе показывает, что для их предотвращения необходимо решить три основных задачи:

- выбор материала и геометрических параметров первоначального заполнения (основания засыпки) вертикального ствола;

- выбор материала и схемы засыпки основной части ликвидируемого ствола;

- осуществление работ по перекрытию устья ствола.

Очевидно, что только правильное совместное решение этих трех вопросов может обеспечить безопасность и стабильное состояние поверхности, прилегающей к ликвидируемому стволу [3].

В последние годы в Российской Федерации проводилась большая работа по разработке эффективных технических и технологических решений по ликвидации и реконструкции угольных шахт. Однако на сегодняшний день ни один из известных способов закладки выработанного пространства, применительно к условиям вертикальных вскрывающих горных выработок, научно не обоснован, отсутствуют методики определения рациональных параметров закладки, применяемые способы закладки обладают значительной трудоемкостью и стоимостью вследствие использования дорогостоящих закладочных материалов и технологических приемов реализации.

Дешевым и доступным материалом для закладки ликвидируемых вертикальных выработок являются горелые породы шахтных отвалов. При упрочнении горелых пород вяжущим можно получить закладочную смесь с необходимыми для закладки фильтрационными, компрессионными и прочностными свойствами.

На основании вышеизложенного представляется актуальным разработка технологических решений по закладке вертикальных вскрывающих горных выработок угольных шахт горелыми породами, упрочненными вяжущим для обеспечения экологической безопасности прилегающих к ликвидируемой выработке территорий при минимальных трудовых и материальных затратах.

В Кузбасском государственном техническом университете разработана технология закладки вертикальных вскрывающих горных выработок угольных шахт горелыми породами шахтных отвалов, упрочненными вяжущим [4, 5].

Технология включает в себя расчет и возведение изолирующих опорных перемычек, возводимых на сопряжениях вертикальной горной выработки с горизонтами, расчет и закладку протяженной части выработки и перекрытие устья выработки.

В качестве основного закладочного материала используются горелые породы шахтных отвалов. Горелые породы, имея достаточную, а порой и высокую гидравлическую активность, обладают скрытыми гидравлическим свойствами, выявляющимися в смеси с известью, цементом, доменным шлаком и прочими вяжущими веществами. Составные части этой смеси должны иметь высокую удельную поверхность, т. е. быть тонко измельчены, так как цементирующие новообразования получаются в результате коллоидно-адсорбционных явлений, обусловливающих схватывание и твердение, ускоряемые гидротермальной обработкой. Наилучшие результаты достигаются при активизации горелых пород известью.

При подготовке ствола к засыпке сооружаются опорные перемычки в основании засыпки и на сопряжениях с горизонтальными выработками. Следует учитывать, что их недостаточная устойчивость может стать причиной "вытекания" закладки в выработки и понижения ее уровня в стволе. Во время сооружения опорных перемычек ("пробок") на сопряжении ствола с горизонтальными выработками должен функционировать аварийный (временный) подъем, а в "пробки" необходимо закладывать трубы для проветривания [2].

Расчет изолирующих перемычек производят в соответствии с «Руководство по изоляции отработанных участков, временно оставленных и неиспользуемых горных выработок в шахтах» [6].

Перемычки необходимо сооружать в крепких нетрещиноватых породах. При возведении таких перемычек в кровле, бортах и почве выработки делают опорные врубы со скошенными поверхностями, исходя из условий работы перемычки как клина.

Толщина перемычки зависит от величины гидростатического напора, сечения выработки, крепости и состояния пород, от материала перемычки и определяется из условия ее работы на сжатие.

Расчет состава закладочной смеси для протяженной (основной) части ствола необходимо производить с учетом химического состава горелых пород каждого конкретного терриконика, а объем смеси, необходимо корректировать на величину компрессии материала в процессе возведения закладочного массива.

При применении таких твердеющих материалов вопросы контроля качества закладочного материала (кусковатость, плотность и др.) и его объема становятся центральными. Сравнение фактического объема засыпки с расчетным должно осуществляться ежедневно. При расхождении этих величин более чем на 20 % процесс закладки должен приостанавливаться и выясняться причины [2]. Кроме того, необходимо вести наблюдения за притоком воды, чтобы вовремя скорректировать состав закладочной смеси.

Лучшим средством подачи закладки является конвейер, обеспечивающий достаточно медленное и равномерное поступление материала, его уплотнение и взаимодействие с крепью. При закладке твердеющими материалами закладка подается в ствол по трубам диаметром 150-200 мм. Контроль содержания метана при закладочных работах осуществляют автоматические датчики, установленные возле устья и в стволе на глубине не менее 50 м [2].

Для транспортировки также рекомендуется применение виброконвейеров.

Применение в качестве закладочного материала горелых пород шахтных отвалов позволит существенно сократить площади подлежащие рекультивации за счет сокращения площади терриконов и площади провалов земной поверхности, и следовательно экологические последствия деятельности шахт, что особенно важно в сложившейся ситуации.

Большое влияние на экологическую ситуацию оказывает закрытие шахт. Экологическая ситуация в Кемеровской области в значительной степени зависит от состояния почв, разрушенных в результате добычи полезных ископаемых [7].

Сегодня в Кузбассе свыше 63 тыс. га нарушенных земель, в том числе 53,4 тыс. га нарушенных в результате деятельности угольных предприятий. Практика рекультивации не отвечает современным требованиям - технология устарела, нет техники, которая бы заменила ручной труд, господствующий при проведении рекультивационных работ, а сами эти работы производятся по упрощенной схеме. Поэтому не восстанавливается ландшафт, а на нарушенных землях высаживаются только два вида древесных пород - сосна и облепиха.

Угольные предприятия уходят от выполнения данных обязанностей, например, при банкротстве или реорганизации резко сокращают свои земельные участки, "сбрасывая" нарушенные земли муниципалитетам. От выполнения обязанности по рекультивации устранилось и само государство - из всего финансирования закрытия убыточных шахт в 44,7 млрд. рублей на рекультивацию было выделено всего 278 млн. рублей. В среднем рекультивация одного гектара в Кузбассе стоит 270 тыс. рублей, что в 4 раза ниже, чем в США, и на порядок ниже, чем в Германии. Тем не менее, площадь рекультирированных земель составляет всего 21 тыс. га и растет медленнее вывода земель из оборота [8].

В области необходимо создавать единую идеологию и методологию рекультивации нарушенных земель. Необходимо аккумулирование средств по решению ликвидации того "наследства", которое осталось от закрытых и просто брошенных предприятий [9].

Библиографический список

1. Бердюгина, Г. А. Геологическая и экологическая оценка угольного производства Кемеровской области // Уголь. - 20.02.2006. - N 2. - С.56-57.

2. Циганек, И. Основные технологические этапы ликвидации вертикальных стволов при закрытии угольных шахт // Уголь Украины. И. Ф. Ярембаш., В. И. Пилюгин, Б. И. Нестеренко, И. Г. Ворхлик. – 1999. – № 6. – С. 54-56.

3. Циганек, Г. Практические пути сохранения устойчивости ликвидируемых вертикальных стволов закрывающихся шахт // Изв. Донецкого горного института. Г. Циганек., И. Ф. Ярембаш, В. И. Пилюгин, И. Г. Ворхлик, Г. Т. Ализаее. - 1998. - № 2.

4. Патент № 2290513 С1 (RU), МПК E21F 15/00. Способ закладки вертикальной горной выработки угольной шахты / А. В. Угляница, А. В. Исаенко. – № 2005121726/03; Заявл. 11.07.2005; Опубл. 27.12.2006; Бюл. № 7.

5. Угляница, А. В. Рекомендации по закладке вертикальных вскрывающих горных выработок при ликвидации и реконструкции угольных шахт / сост. : А. В. Угляница, А. В. Исаенко; ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2004. – 40 с.

6. Сборник инструкций и других нормативных документов по технике безопасности для угольной промышленности. − М. : Недра, 1978. − 744 с.

7. Агеенко, Г. К. Роль рекультивации нарушенных земель в решении экологических проблем Кемеровской области // Проблемы обеспечения экологической безопасности в Кузбасском регионе: сборник: в 3-х книгах. - Кн. 3 / Коллект. автор; представлено Кузбасский государственный технический университет (Кемерово).

8. Старожилов, А. Спохватились: кузбасские депутаты предлагают неотвратимую рекультивацию // Авант-партнер. - 21.03.2006. -N 9. - С. 3.

9. Гусаров, И. А. Оставить эту землю цветущей//Губернские ведомости.
- 19.05.2006. - N 87. - С. 1-2.