25095 (Разработка проходки ствола на шахте имени Костенко)

ВВЕДЕНИЕ

Шахта им. Костенко является высокомеханизированным предприятием как в РК, так и в СНГ.

Шахта им. Костенко сдана в эксплуатацию в 1934 году. В 1968-1975 г.г. шахта была реконструирована (в составе реконструкции было осуществлено объединение с шахтой № 86/87, имеющей проектную мощность 750 тыс. тонн угля в год и расположенной на одной промплощадке с шахтой им. Костенко) с добавлением проектной мощности до 3000 тыс. тонн в год. В последующем проектом вскрытия и подготовки уклонного поля нижней группы (К7, К6, К4) проектная мощность была установлена 3200 тыс. тонн.

После окончания горно-капитальных работ по реконструкции шахты и вскрытию уклонного поля ( с 1981 года ), добыча угля значительно превысила проектную мощность и составила 3600-3900 тыс. тонн в год, при этом суточная добыча составила 9800-11000 тонн, т.е. на уровне проектной, а годовая достигалась за счет работы шахты 357-361 дней в году ( по проекту 300 рабочих дней в году ). По состоянию на 01.01.2006 года производственная мощность составила 2400 тыс. тонн.

Максимальная глубина разработки по вертикали на начало 2006 года 837 м. Максимальная длина вертикального ствола для выдачи угля 680 м. Шахта сверхкатегорная, опасная по внезапным выбросам угля и газа. Разрабатываемые пласты К10, К12. Промышленные запасы угля на конец 2005 года 51909 тыс. тонн, в том числе на действующих горизонтах 41725 тыс. тонн. Угол падения разрабатываемых пластов на конец 2005 года от 3 до 7. Подготовленные запасы 2996 тыс. тонн.

Проект объединения шахт им. Костенко и "Стахановская" УД АО "Миттал Стил Темиртау" выполнен в соответствии с приказом № 117 от 23.09.1997г. "Об оптимизации ведения горных работ" и задания на проект объединения шахт им. Костенко и "Стахановская".

Вновь образованная шахта именуется шахтой им. Костенко, которая является правопреемником шахты "Стахановская". Объединенная шахта условно разделена на два района: 1-й непосредственно шахта им. Костенко, 2-й шахта "Стахановская".

Проектом приняты следующие основные решения:

- объединение шахт горными работами производится на отметке –100;

- к отработке принимаются запасы угля района № 1 и запасы по пластам К10, К12 района № 2;

- проектная мощность шахты принимается 2500 тыс. т. угля в год, двумя шахтовыдачами техкомплексом района № 1.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Краткие сведения о шахте

Шахта имени Костенко расположена в восточной части промышленного участка Карагандинского бассейна. По административно-экономическому делению она входит в состав Октябрьского района города Караганды. Утвержденными техническими границами поля шахты им. Костенко являются:

- на юге, юго-востоке – граница целика под железную дорогу МПС и выхода угольных пластов на поверхность карбоновых отложений;

- на севере, северо-западе – общая граница с полями шахт им. Горбачева, "Кировская" и бывшая шахта "Северная";

- на юго-западе – общая граница с шахтой № 1 ТОО "Арман" (бывшая шахта им. 50 ЛОР);

- на северо-востоке – общая граница с полем шахты "Карагандинская" и бывшей шахты "Майкудукская".

Размеры шахтного ноля составляют:

- по простиранию – 5400 – 9500 метров;

- по падению – 1550 – 4750 метров.

В геологическом строении поля шахты имени Костенко участвуют породы карбонового, юрского, неогенового и четвертичного возрастов. Отложения карбонов представлены полным разрезом карагандинской свиты и частью надкарагандинской свиты. Литологический состав надкарагандинской свиты однообразен и представлен в основном песчаниками и алевролитами. Аргиллиты занимают надпочвенное положение и приурочены, обычно к кровле и почве угольных пластов.

В карагандинской свите выделено три подсвиты: нижняя, средняя и верхняя.

Нижняя подсвита выделена в интервале угольных пластов К6 - К1 и характеризуется осадками прибрежно-морского мелководья, представленными аргиллитами и алевролитами. Тонко и мелко-зернистые песчаники приурочены к верхней части подсвиты. Подсвита характеризуется высоким коэффициентом угленосности. Для пластов характерно сложное строение и большая мощность. Мощность подсвиты колеблется от 120 до 130 метров.

В слагающих среднюю подсвиту породах преобладают песчаники (55 % алевролиты, аргиллиты составляют не более 15 %). Песчаники тонко-, мелко-, средне- и крупнозернистые с линзами конгломеративных залеганий.

Характерной для подсвиты является значительная мощность разделяющих угольные пласты пород. С увеличением мощности толщ, разделяющих угольные пласты увеличивается мощность угольных пластов наибольшей мощностью разделяющие толщи достигают в средней части подсвиты, где сосредоточены наиболее мощные угольные пласты - К10, К12. средняя подсвита расположена от почвы пласта К6 до почвы пласта К15. мощность подсвиты 320-325 метров.

Верхняя подсвита выделена между пластами К15 и К20. мощность подсвиты 160-180 метров. По сравнению со средне она характеризуется затуханием угленакопления. Характерной особенностью подсвиты является чередование литологических мощностей с преобладанием аргиллитов.

Литологический состав надкарагандинской свиты однообразен и представлен в основном песчаниками алевролитами. Аргиллиты занимают надпочвенное положение и приурочены, обычно, к кровле и почве угольных пластов.

Юрские отложения представлены тремя ниже перечисленными свитами.

Саранская свита не имеет повсеместного распространения и развита только в пониженных частях рельефа палеозоя, мощность до 65 метров. В свите преобладают конгломераты и тонкозернистые глинистые песчаники, встречаются пачки рыжих песчаников и алевролитов.

Дубовская свита, мощностью до 80 метров залегает над Саранской и сложена слабоцементированными песчаниками, аргиллитами, алевролитами линзами и тонкими пластами бурого угля.

Кумыскудукская свита представлена в основном слабоцементированными конглолирами на песчанноглинистом цементе и рыхлыми песчаниками.

Неогеновые отложения на шахте имени Костенко сплошного распростронения и залегают отдельными пятнами. Представлены они плотными, вязкими разноцветными и бурыми глинами, содержащими гнезда гипса и кварцевую гальку. Мощность глин достигает 30 метров.

Четвертичные отложения покрывают тонким слоем площадь шахтного поля, разрез сложен покровными суглинками, супесями и тонкозернистыми глинистыми песками мощностью до 6 метров.

В структурном отношении поле шахты имени Костенко расположено на юго-восточном крыле карагандинской синклинали. Общее моноклинальное залегание пластов на пологой части поля ( 5-15 градусов ) осложнено дополнительной складчатостью и разрывными нарушениями.

На крутом юго-восточном крыле углы падения достигают 75-80 градусов. Крупные нарушения – сбросы № 2 и № 67 с амплитудой 320 метров и 225 метров делят поле на два крупных тектонических блока: северный и южный. Указанные нарушения являются естественной границей поля шахты по пластам К12 – К4.

Степень проявления разрывной тектоники внутри каждого из выделенных блоков – различна. Так, северный тектонический блок поражен большим количеством разрывных нарушений, чем южный. Это наглядно иллюстрируется гипсометрическими планами.

Всего на поле шахты выявлено 19 крупных тектонических нарушений с амплитудами 15 – 320 метров. Каждое нарушение сопровождается зоной дробления пород шириной до 30 метров. Наряду с этим на оцениваемой площади широко развита мелкоамплитудная тектоника, которая проявляется в пределах одного пласта. По морфологии и ориентировке мелкие разрывы чрезвычайно разнообразны, часто образуют целые группы, создавая чешуйчатую или ступенчатую структуру. Эти мелкие нарушения с амплитудой от 0,5 до 3 метров, совместно с крупными сильно затрудняют ведение очистных работ и являются причиной прекращения их ведения на отдельных участках. Малоамплитудная нарушенность наиболее интенсивно проявляется в зоне крупных разрывных нарушений.

Гидрогеологические условия поля шахты являются благоприятными для отработки. Водоносные горизонты приурочены к четвертичным, юрским и каменоугольным осадочным отложениям.

Слабые фильтрационные свойства и весьма малые мощности четвертичных отложений определяют незначительную их водоносность. Поэтому водоносный горизонт не оказывает какого-либо влияния на эксплуатацию шахтного поля. Водоносность юрских отложений также низка ввиду их литологического состава и преобладания песчаников на глинистом цементе, являющихся плохим коллектором для воды. Водоносные горизонты четвертичных и юрских отложений оказывают влияние только на обводненность при проходке вертикальных стволов.

Водоносный комплекс нижнего карбона связан с породами карагандинской свиты, сложенной песчаниками, алевролитами, аргиллитами и пластами угля. Водовмещающими породами являются угольные пласты и трещеноватые песчаники, а также участки тектонических нарушений.

В силу такого литологического состава и плохих условий питания, обводненность угленосной толщи, содержащей трещино-пластовые воды, незначительная.

Подготовительные выработки, как правило, либо сухие и требуют орошения, либо водопроявления слабые без заметного стока. Более обводнены песчаники, залегающие в основной кровле рабочих угольных пластов. Поэтому основные водопритоки в горные выработки шахты поступают из песчаников кровли пластов по зонам обрушения погашенных лав.

Шахтные воды обладают высокой минерализацией и агрессивностью по отношению к бетону и металлу (железу). По химическому составу шахтные воды преимущественно хлоридно-сульфидно-натриевые.

Содержание влаги аналитической в углях всех пластов находится в пределах 1,0-1,5 %, в среднем составляет 1,2 %. Для углей пластов К18, К14, К13, К12, К4, К3, К2 она определена по керновым пробам методом максимальной влагоемкости и в среднем составляет 4,8-3,4 %. Для углей пластов К10, К6, К4, К1 величина пластовой влаги составляет 3,7-3,1 %.

По вещественному составу углей пласты К6, К4, К3, К2, К1 сложены примерно в равных количествах (43-45 %) матовым и полуматовым типами угля; пласты К7, К10, К12, К14 – в основном полуматовым (60-82 %); в пластах К13, К15, К18 почти в равных количествах отмечается полуматовый (32-37 %); полублестящий (22-39 %), в меньших количествах (11-20 %) – матовый тип угля.

Минеральные примеси в обогащенных углях составляют 5,8-16,9 %; из них на долю глинистого вещества приходится 74-100%; карбонатов 1-26 %; пирита 0-12 %. Наибольшее содержание карбонатов отмечается в пластах К2, К3, К10; пирита в пластах К4,К18.

Содержание плавких концентратов в обогащенных углях пластов К15, К18 составляет 62-68 %, пластов К2, К3, К4, К7, К10 и К12 нижний слой – 48,5%, что по сравнению с рядовым больше на 4-14 %.

Исследование углей показало, что угли пластов К1, К2, К7, К18 слабо восстановленные, иногда близки к нормально восстановленным, угли пластов К12 нижний слой, К13, К14 нормально восстановленные, высота пластического слоя фактически оказалась на 1-2 мм выше ожидаемого. Угли пластов К13, К12 верхний слой – сильно восстановленные.

Нарастание степени метаморфизма углей происходит со стратиграфической глубиной и глубиной залегания пластов. Угли пластов К10 и К12 примерно до отметки – 50 м отнесены к жирным среднеметаморфозным, глубже - отнесены к жирным высокометаморфозным, угли пласта К18 в основном жирные малометаморфозные, и в незначительном количестве – жирные среднеметаморфозные.

На шахте имени Костенко на данный момент разрабатываются пласты К10 .

Пласт К10: угол падения 7-9 градусов, общая мощность пласта 4,5 метра, сложное строение – 9-10 угольных пачек разделенных прослойками аргиллита мощностью 0,02-0,9 метра, зольность угля 33,5 %. Пласт К10 относится к склонным по самовозгоранию и угрожаемым по внезапным выбросам угля и газа. Количество выделяемого газа на одну тонну добытого угля – 12-14 м.куб. Боковые породы: непосредственная кровля - аргиллит мощностью 2-9 метров, сопротивление сжатию 222 кгс/кв.см.; основная кровля – песчаник мощностью 24-28 метров, сопротивление сжатию 536 кгс/кв.см.; почва – аргиллит мощностью 2 метра, сопротивление сжатию 150 кгс/кв.см.

Прочностные характеристики пород кровли и почвы, а также мощность слоев и углы падения позволяют рекомендовать для их отработки механизированные комплексы "ПИОМА" и УКП-5.

1.2 Вскрытие и подготовка шахтного поля. Система разработки

Поле шахты им. Костенко, объединенной с шахтой "Стахановская", вскрыто десятью вертикальными стволами и капитальными квершлагами.

С основной промплощадки поле района № 1 вскрыто пятью вертикальными стволами (скиповыми № 1 и № 2, клетевыми № 1 и № 2 и вентиляционным) и капитальными квершлагами, пройденными на гор. +172, +90, +38, -30, -100.

С центрально-отнесенной промплощадки пройдены вентиляционный и клетевой центрально-отнесенные стволы и капитальные квершлаги на гор. +30, -30,-100, а также на промежуточных го.+110 и +85. На флангах шахтного поля пройдены вентиляционные стволы: западный и восточный.

Скиповые стволы №1 и №2 и центрально отнесенный породный ствол (ЦОПС) оборудованы скиповыми подъемами и вентиляционными установками и служат для выдачи угля (№ 1, № 2), породы (ЦОПС) и исходящей струи воздуха из шахты.

Клетевые стволы № 1, № 2 и ЦОКС оборудованы клетевыми подъемными установками на трехтонную вагонетку и служат для спуска вспомогательных материалов и оборудования, спуска-подъема людей и подачи в шахту свежего воздуха.

Фланговые вентиляционные стволы оборудованы клетевыми аварийными подъемами и вентиляционными установками и служат для выдачи исходящей струи воздуха.

Поле района № 2 (бывшая шахта "Стахановская") вскрыто с основной промплощадки двумя центрально-сдвоенными стволами (скиповым и клетевым) и капитальными квершлагами на гор. +210 и + 142.

С центрально-отнесенной промплощадки пройдены клетевой и вентиляционный ЦОСы и капитальные квершлаги на гор. +400, +275, +150, +25, -100.

На нижней технической границе шахты пройден клетевой воздухоподающий ствол и квершлаги на горизонт +142, -100, -260. Скиповой и центрально-отнесенный вентиляционный стволы оборудованы скиповыми подъемами и вентиляционными установками и служат для выдачи угля (скиповой ствол), породы (ЦОВС) и исходящей струи воздуха шахты.

В настоящее время объединение шахт произведено проведением на гор. –100 вентиляционного и откаточного квершлагов и вентиляционных и конвейерных штреков по пластам К12 , К10.

Уголь с северного блока пласта К12 района № 2 доставляется по восточному конвейерному штреку пласта К12 гор. -100 на конвейерный уклон пласта К12 района № 1 и далее по существующей транспортной цепочке района № 1 на скиповой ствол № 1.

Уголь с южного блока пласта К12 района № 2 доставляется по парному вентиляционному (конвейерному) бремсбергу, конвейерному и конвейерно-тельферному уклонам района № 2, конвейерному штреку пласта К10 на западный конвейерный уклон пласта К10 района № 1 и по существующей транспортной цепочке района № 1 на скиповой ствол № 1.

После объединения шахт на поле шахты района № 2 остается только клетевой воздухоподающий ствол с находящимися у него главным водоотливом и ЦПП на гор. –260.

Исходящая струя воздуха с северного блока района № 2 выдается через вентиляционный квершлаг гор. –100 на западный конвейерный уклон пласта К10 района № 1 и далее по существующей вентиляционной сети района № 1.