- - - Опыт реконструкции вентиляционной скважины ОАО «УК «Шахта «Красноармейская-Западная №1»

ОАО «УК «Шахта «Красноармейская-Западная №1» является одним из флагманов угольной промышленности Украины. Интенсивность отработки запасов угля на шахте в период 1997...2005 гг. выросла более чем в 3 раза: с 1850 до 6000 тыс. т/год объемы проведения подготовительных выработок увеличились с 8,5 до 22,0 км/год абсолютная метанообильность выросла на 66,2 %: с 125 до 207,8 м3/мин при фактическом постоянном расходе воздуха 34500 м3/мин. («Привлечение инвестиций в угольную промышленность Украины: состояние, проблемы и пути решения»). То есть, здесь, как ни на каком другом горном предприятии при отработке запасов главным вопросом поддержания жизнеобеспечения является гарантированная подача воздуха в необходимом количестве.

Как известно, требуемое количество воздуха определяется расчетами, основывающимися на поддержании определенной топологии вентиляционной сети, разветвленности выработок и их назначении. С учетом фактического состояния проветривания очистных, подготовительных забоев и поддерживаемых горных выработок при достигнутых нагрузках на очистной забой до 4500 т/сут на шахте «Красноармейская-Западная №1» дефицит воздуха составляет более 5000 м3/мин (обеспечение воздухом - 83...87 %). По этой причине в последние годы на шахте в отдельных проходческих и очистных забоях сложилось критическое положение, которое усугубляется и тем, что шахтой ведется однопластовая выемка угля, когда при отработке одиночного пласта происходит постоянное удлинение в одной плоскости вентиляционных сетей, а соответственно, и увеличение их сопротивления. Достаточно сказать, что протяженность вентиляционных сетей была увеличена сЗив начале эксплуатации шахты до 10 км. Устройство множественных вентиляционных сооружений (в основном перемычек) для перераспределения воздуха по вентиляционным участкам не решило вышеперечисленных проблем.

Специалистами шахты, инвестора (ЗАО «Донецксталь - Металлургический завод»), проектного института «Донгипрошахт» было принято стратегическое направление по постоянному улучшению состояния вентиляционной сети шахты, включающее в себя: своевременное перекрепление главных вентиляционных выработок, для увеличения площади их сечения; постоянный мониторинг за необходимым количеством воздуха в конкретной выработке с последующим перераспределением вентиляционной струи; модернизация вентиляторов главного проветривания; снижение внешних и внутренних утечек воздуха.

Эти меры позволили улучшить обеспечение воздухом очистные и подготовительные забои, другие объекты, увеличить коэффициент использования воздуха с 0,6 до 0,8. Проветривание до 2005 г. осуществлялось тремя вентиляторными установками: на главном стволе - ВЦД-47,5У; на вентиляционном стволе - ВЦД-32; на вентиляционной скважине - ВОД-ЗО, затем, также в результате модернизации вентиляторов подача воздуха в шахту возросла на 10 %.

Однако дальнейшее развитие шахты в связи с прирезкой запасов и в целях поддержания достигнутой производственной мощности делает необходимым:

- сооружение новых воздухоподающих и вентиляционных стволов;

- строительство более мощных вентиляторных установок главного проветривания;

- увеличение диаметра вентиляционных скважин с заменой вентиляторов главного проветривания более мощными;

- проведение необходимых выработок для включения новых стволов в вентиляционную сеть.

Естественно, что проводимое сегодня крупномасштабное строительство, посуществу новой шахты-участка, учитывает перечисленные проблемы и должно решить их. Так, прохождение воздухоподающего ствола №2 позволило подать в шахту дополнительно до 10000 м3/ч воздуха. Однако, сохраняющийся дефицит воздуха, перспектива увеличения добычи, а также устойчивое экономическое положение шахты, желание и возможность инвесторов продлить жизнь предприятия, позволили принять решение о реконструкции (расширении) вентиляционной скважины, находящейся на площадке воздухоподающего ствола №1, для того, чтобы в короткие сроки снять часть из перечисленных проблем.

Шахтостроителями давно отмечалось, что бурение на шахтах вентиляционных скважин не всегда целесообразно и экономически выгодно. Скважины малого диаметра (до 2 м) решают вопросы проветривания на краткосрочную перспективу, скважины диаметра 4-6 м бурятся очень долго и очень дороги. Отклонение скважин по вертикали уменьшает полезное сечение скважин, а их назначение ограничено только подачей воздуха. Напрашивается вывод о том, что намного эффективнее сооружение стволов малых диаметров по буровзрывной технологии, оснащенных инспекторскими подъемами и всем необходимым коммуникационным оборудованием.

Учитывая все вышеперечисленное и имеющийся опыт сотрудничества с трестом «Донецкшахтопроходка», работы по реконструкции скважины были поручены инвестором донецким шахтопроходчикам. Субподрядными организациями (Трест «Красноармейскшахтострой» и ОАО ШСМУ) выполнялись работы по сооружению нового вентилятора главного проветривания и коренная реконструкция промплощадки (сети, компрессорная и др. инженерные сооружения). Строительство было начато в ноябре 2004 г. и закончено в декабре 2005 г.

Реконструируемая вентиляционная скважина была пробурена в 1977 г. трестом «Спецшахтобурение» на промплощадке воздухоподающего ствола №1 первой очереди шахты со следующими характеристиками:


Диаметр в свету, м

1,9

Глубина скважины,м

606,9

 

Литологический состав пород карбона по оси скважины


 № п/п 

 Наименование пород 

 Объем, м

 % от разреза 

1

Наносные грунты

25,3

4,16

2

Плывуны

28,7

4,72

3

Песчанники

200,2

33,0

4

Алевролиты

266,4

43,9

5

Аргеллиты

72,8

12,0

6

Известняки

8,9

1,46

7

Угольные пласты

4,6

0,75


 

Категория шахты по метану - опасная по внезапным выбросам. Опасность угольных пластов по взрывам пыли - опасные. Опасность угольных пластов по самовозгоранию - опасные. Крепление скважины:

- внутренняя обсадная труба металлическая, диаметром 1,9 м, толщиной 16 мм (в отметках 0...-606,9 м)

- первая наружная обсадная труба металлическая, диаметром 2,4 м, толщиной 16 мм (в отметках 0...-115 м);

- вторая наружная обсадная труба металлическая, диаметром 3,2 м, толщиной 16 мм (в отметках 0...-20 м);

- кондуктор металлический, диаметром 3,2 м, толщиной 16 мм (в отметках 0...-4,7 м);

- закрепное пространство между обсадными трубами и породными стенками скважины заполнено тампонажным раствором.

 

Опыт реконструкции вентиляционной скважины ОАО «УК «Шахта «Красноармейская-Западная №1»

Конструкция кондуктора скважины

 

К началу производства работ по расширению скважины, были выполнены следующие работы по оснащению:

- демонтаж существующего копра с укосиной;

- монтаж проходческого копра конструкции НПП «Шахтостройпроект» с подшкивной площадкой и обшивкой, монтаж нулевой рамы;

- монтаж и наладка временной подъемной машины МПП-9;

- монтаж и наладка проходческих лебедок, намотка канатов;

- монтаж и наладка компрессорной станции ПКС-75;

- монтаж блоков электроснабжения БЭС-630, трансформаторной подстанции ТСВП-160, PIT копра;

- разводка на поверхности сетей электроснабжения, сжатого воздуха и водоснабжения;

- устройство автопроездов к скважине и вокруг нее.

 

Опыт реконструкции вентиляционной скважины ОАО «УК «Шахта «Красноармейская-Западная №1»

Сечение вентиляционной скважины

 

Для электроснабжения потребителей на промплощадке скважины использовалось существующая ЗРУ, расположенная на промплощадке воздухоподающего ствола №1 и скважины.

Дополнительно были установлены два передвижных блока электроснабжения БЭС-630 и трансформаторная подстанция ТСВП-160.

 

Опыт реконструкции вентиляционной скважины ОАО «УК «Шахта «Красноармейская-Западная №1»

Ситуационный план размещения оборудования на поверхности шахты

 

Так как скважина пересекала плывун в отметках - 25,3...54 м, для интенсификации реконструкции было принято решение отказаться от спецспособов при проходке через плывун и расширить скважину следующим образом:

 

Опыт реконструкции вентиляционной скважины ОАО «УК «Шахта «Красноармейская-Западная №1»

Конструкция скважины по этапам реконструкции

 

На первом этапе была снята существующая первая наружная металлическая оболочка и диаметр скважины до отметки - 75 м был расширен до Ø 2,4 м (наружной существующей оболочки).

Первоначальное решение о возведении дополнительной обечайки Ø 2,2 м в указанных отметках было отменено, т.к. состояние ранее возведенной обечайки было после инструментального обследования признано удовлетворительным. Небольшой участок меньшего диаметра в верхней части скважины практически не ухудшил ее аэродинамических показателей.

Второй этап - отметки -75,0...-78,0 м - переходной участок скважины с Ø 2,2 м до Ø 4,0 м;

Третий этап - отметки -78,0...-606,9 м - бетонный участок скважины со следующими характеристиками:


диаметр в свету, м

4,0

диаметр в проходке, м

4,6

площадь сечения в свету, м2

12,6

площадь сечения в проходке, м2

16,6

толщина крепи, мм

300

тип крепи

бетон класса В12,5 на сульфатостойком цементе

 

Технология демонтажа для различных этапов расширения отличалась применяемыми механизмами, оснащенностью ствола и поверхности.

Первые 25 м расширяли с бадьи в соответствии с графиком по специальным мероприятиям параллельно с оснащением площадки, тем самым, сэкономив 4 месяца.

 

Опыт реконструкции вентиляционной скважины ОАО «УК «Шахта «Красноармейская-Западная №1»

График производства работ на демонтаж обсадной трубы

 

После установки ограждения вокруг устья скважины, выполнения подготовительных работ и регулирования поступающего по скважине воздуха в интервале 40,8 м3/мин - 326 м3/мин, на прицепное устройство крана МКГ-25БР навешивалась бадья БПС-3 и устанавливалась лестница для перехода в бадью с устья со стороны вентиляционного канала. Вырезка обшивки выполнялась с помощью газопламенных и электросварочных работ в следующем порядке:

Демонтировали существующую обсадную трубу ярусами по 2,0 м с помощью огневых работ. В бадью садилось 2 проходчика и горный мастер, после чего бадья опускалась на уровень первого демонтируемого слоя обсадной трубы. В ствол опускался кабель сварочного аппарата и шланг Ж1". В ярусе демонтируемой обсадной трубы Ø1,9 м производилось шесть вертикальных резов. Прожигались монтажные отверстия для строповки элементов обсадной трубы, и крепился строп Q = 1...2 т к демонтируемому сектору обечайки подвешенный на «гусек» крана МКГ-25БР, после чего выполнялась резка обечайки с помощью огневых работ и отжим демонтируемого сектора от крепи (оправка, лом) и после выхода людей по лестнице на поверхность, сектор выдавался краном на поверхность. Размер демонтируемого сектора: 1,0x1,5 м вес до 200 кг. Аналогично выполнялся демонтаж остальных секторов обсадной трубы. Для исключения попадания продуктов резки в скважину на реборду бадьи устанавливался аккумулирующий фартук. После демонтажа слоя обсадной трубы Ø1,9 м, на отбойный молоток разделывалась крепь до обсадной трубы Ø2,4 м. При этом бадья с проходчиками расклинивалась в скважине с помощью деревянных брусьев, между бадьей и остатками цементного камня на обсадной трубе 02,4 м. После расширения скважины до отметки - 25 м и оснащения поверхности, ствол был переоснащен, на лебедках была навешена люлька для выреза обшивки 01,9 м, которая во время резки опиралась тремя опорными пальцами на забой расширенной части скважины.

По аналогичной технологии, но уже без крана и дополнительных перецепок скважина была расширена до отметки - 75 м тем же диаметром Ø 2,4 м. В отметках 75-78 м был осуществлен переход на диаметр Ø 4,2 м и на отметке - 78 м была сооружена подшкивная площадка.

 

Опыт реконструкции вентиляционной скважины ОАО «УК «Шахта «Красноармейская-Западная №1»

Технология проходки скважины

 

Для создания технологического отхода (высота подъема полка перед БВР) с этой же люльки скважина была расширена диаметром 04,2 м до отметки - 90 м. Скорость расширения скважины увеличилась после 90 м, когда был смонтирован полок и створчатая опалубка и работы, кроме резки обечайки, велись по обычной организации проходки ствола.

 

Опыт реконструкции вентиляционной скважины ОАО «УК «Шахта «Красноармейская-Западная №1»

График организации работ проходческого цикла по расширению вентиляционной скважины

 

Огневые работы ниже отметки - 90 м до конечной глубины скважины осуществлялись также с люльки, которая подвешивалась на канате лебедки ПЛПЭ-5/1000 и поднималась под полок на время ведения взрывных работ. Разработка породы при расширении скважины производилась буровзрывным способом.

 

Опыт реконструкции вентиляционной скважины ОАО «УК «Шахта «Красноармейская-Западная №1»
Схема расположения шпуров

 

В качестве BB применялся аммонит Г-5 в патронах 036 мм. В качестве СИ применялись электродетонаторы ДЕМ-ZB (ЭДКЗ-ПМ). Отметим тот факт, что скважина постоянно отклонялась от вертикальной оси, что приводило к необходимости постоянной корректировки паспорта БВР.

Бетонная крепь скважины возводилась с помощью металлической секционной опалубки с рабочей высоты 2,0 м, подвешенной на трех канатах проходческих лебедок ПЛПЭ-5/1000, расположенных на поверхности. Канаты подвески опалубки отклонялись на полке на отметке - 75 м в переходном участке скважины. Бетонная смесь подавалась за опалубку по металлическому трубопроводу Ø168 мм, который заканчивался телескопом подачи бетона. Подача бетонной смеси к скважине осуществлялась автобетоносмесителями через приемную воронку в трубопровод подачи бетона, в соответствии с наработками «Пристрої для зведення монолітного бетонного кріплення шахтного стволу».

Подбор бетонной смеси был произведен в лаборатории ГОАО «Трест «ДШП» на основе результатов обоснования способов и параметров повышения адгезионных свойств и прочности возводимого бетонного крепления при проведении горных выработок и учитывал:

1) большие водопритоки из стен вмещающих ствол пород, разбухших и размягченных под воздействием воды;

2) необходимость быстрого схватывания бетонной смеси для исключения вымывания цементного молока с учетом механизма улучшения гидроизоляционных свойств.

Вентиляционная скважина при ее расширении проветривалась за счет общешахтной депрессии. Свежий воздух поступал с поверхности, проходил по скважине с ОД воздухоподающего ствола №1 горизонта 593 м и поступал в выработки шахты.

Бой цементного камня и порода по скважине поступали на сопряжение скважины с околоствольным двором горизонта 593 м.

Обычно в практике применяются три основные способа уборки породы под скважиной:

1. Выпуск породы на почву выработки и уборка ее в вагонетки или на конвейер породопогрузочной машиной.

2. Выпуск магазинированной в скважину породы через течку непосредственно в вагонетки или через питатель на конвейер. Схема применима в крепких неслеживающихся породах.

3. Выпуск   породы на почву выработки и погрузка ее скрепером.

 

На основании сравнительного анализа пришли к выводу, что наиболее целесообразно применение на нижнем горизонте первого способа для погрузки взорванной породы из-под скважины. Под скважиной на сопряжении был установлен приемный бункер, откуда продукты демонтажа убирались силами шахты, ее транспортными службами, что потребовало согласованной и слаженной работы служб шахты и проходческой организации.

Осветим далее вопросы резки металлической обечайки в условиях обводненности скважины и ограничений, касающихся вопросов безопасности.

Первоначально резка металлоизоляции производилась специальными электродами AHP и керосинорезами. Скорость и качество резки металлоизоляции существенно замедляли темпы реконструкции скважины. Специалистами Луганского национального технического университета (доц. Чугунов Л.Ф.) была предложена установка плазменной резки УП (Патент №3597), позволяющая, согласно паспортных данных достичь скорости резки до 0,5 м/мин. Несмотря на все созданные условия (финансирование внедрения, создания макета резки на поверхности, выполнения всех вспомогательных работ), проектные показатели установки не были достигнуты по причинам: неустойчивое образование дуги при постоянном капеже, неудобной крупногабаритной конструкции, отсутствие надежных для шахтных условий защитного исполнения и заземления. Выход из положения был найден специалистами механической службы ЗАО «Донецксталь - Металлургический завод». Рекомендованный ими дешевый и надежный серийный резак РК-300 «Вогник-179», выпускаемый в Донецкой области в условиях обводненности и усложненных условиях резки показал себя достаточно надежным и обеспечил скорость резки до 0,3 м/мин, что существенно снизило время цикла и увеличило темпы расширения скважины.

Обобщая описанные проходческие процессы, скажем, что реконструкция скважины отличалась высокой технической сложностью, необходимостью изготовления нестандартного горнопроходческого оборудования, и главное, отсутствием опыта организации подобного производства и проектирования. Работы производились в условиях стесненности, интенсивных огневых работ по резке толстостенной металлической облицовки скважины, при непрерывном метановыделении, без твердой опоры под ногами. В связи с тем, что существующая скважина в интервале глубин 387...427 м, имела существенное отклонение от вертикальной оси, было принято решение, согласно которому расширенная часть 4,0 м повторяла это отклонение, однако это искривление постоянно провоцировало аварийные ситуации при передвижении бадьи (касание ее стен скважины и зависание направляющей рамки).

Притоки подземных вод, агрессивных к бетонам по содержанию сульфатов и коррозирующих к стальным конструкциям из водоносных горизонтов увеличивались при расширении скважины и через водоулавливающие кольца по трубам диаметром 50 мм перепускались на горизонт 593 м в существующую сеть водоотлива шахты.

Часто возникающие аварийные ситуации (суфлярные выделения и возгорания метана, прорывы воды, опрокидывание вентиляционной струи и пр.) вызывали необходимость постоянного дежурства бойцов ВГСЧ на объекте. Отметим, что все это, в совокупности с отсутствием нормативной базы проектирования и нормирования, привело к ошибочному прогнозированию и планированию темпов работ. Однако и заказчик, и подрядчик в целом справились с порученной работой в отведенные инвестором сроки.

Начатое в 2000 г. сотрудничество «Донецкстали» и треста «Донецкшахтопроходка» позволило применить на рассматриваемой стройке внедренную на строительстве ВПС №2 шахте «Красноармейская-Западная №1» систему ценообразования, соответствующую рыночной экономике, стимулирующую подрядчика, что значительно повлияло на технико-экономические показатели реконструкции скважины.

Стоимость реконструкции 1 м скважины, а, по сути, превращение ее в ствол диаметром 4,2 м, составила 19,36 тыс. грн. и сопоставима с ценовыми характеристиками новых скважин аналогичного диаметра при несомненном экономическом преимуществе стволов малого диаметра.


Выводы.

1. Подобная организация работ, когда достаточное финансирование позволяет максимально совмещать поверхностные и подземные этапы строительства, а подчинение всего строительного комплекса одному генподрядчику - рационально планировать сроки и очередность совмещения, дает возможность сократить сроки строительства в 1,5-2 раза от планируемых.

2. Темпы расширения скважины до 75 м/мес., или проходка стволов малых диаметров, при безаварийной качественной работе, соответствуют скоростным, что в конечном итоге приводит к экономии сроков при строительстве и эксплуатации вертикальных выработок.

3. Полученный, за счет сокращения сроков строительства, экономический эффект (ориентировочно не менее 4 млн. грн.), сложился также из следующих факторов:

-  разработка рабочего проекта подрядчиком без длительных согласительных процедур;

-  отказ от спецспособов при проходке через плывун;

-  отказ от местных норм, приводящих к удорожанию работ;

-  применение новой технологии резки металла в шахтных условиях;

-  разработка эффективных паспортов БВР.

4. Необходима дальнейшая разработка новых, нетрадиционных технических решений по резке металлоконструкций в шахтах, т.к. кроме описанного случая, при строительстве и эксплуатации шахтных стволов возникают многочисленные аналогичные ситуации.

5. Бурение вентиляционных скважин очень часто нецелесообразно и экономически невыгодно, т.к. прохождение стволов малого диаметра по буровзрывной технологии эффективнее не только при строительстве, но и обеспечивает значительное расширение возможностей при их эксплуатации.




Другие новости по теме: