6.2 Отработка защитных пластов

Действие способа заключается в снижении величины напряженного состояния угольного пласта и горных пород, их упругом восстановлении и, как следствие, в выравнивании поля напряжений. В результате изменяются механические свойства пород, раскрываются трещины, повышается газопроницаемость угольного массива и горных пород, и создаются благоприятные условия для дегазации выбросоопасных пластов. Дегазация может осуществляться естественным путем через трещины в горных породах с выходом газа в горные выработки соседних пластов или через горные выработки разрабатываемого выбросоопасного пласта. В случае недостаточной эффективности защитного действия по фактору напряженного состояния защитный эффект может быть усилен путем применения искусственной дегазации скважинами.

Повышают эффект защитного действия следующие факторы: достаточно большая мощность защитного пласта, наличие в междупластье слабых пород, способных к расслоению на пласты небольшой мощности, склонность пород к трещинообразованию при деформациях упругого восстановления или прогиба. Снижают эффект защитного действия: малая мощность защитного пласта, управление кровлей на защитном пласте путем закладки выработанного пространства, экранирующее действие монолитных слоев прочных пород большой мощности в междупластье.

6.3 Применение гидрорыхления угольного пласта

Применение локальной обработки выбросоопасного пласта в режиме рыхления имеет целью нарушение структуры пласта под действием воды, нагнетаемой под высоким давлением.

Гидрообработка пласта идет через ряд скважин, пробуренных на зону максимальных напряжений таким образом, чтобы обработанная призабойная зона пласта была непрерывной и имела ширину, достаточную для выполнения нескольких технологических циклов, а также для неснижаемого опережения. В обработанной зоне снижается величина напряжений, увеличивается расстояние от забоя до зоны максимальных напряжений. Свободный газ вытесняется вследствие поршневого действия воды. Гидравлическое рыхление воздействует, главным образом, на изменение структуры и выравнивание напряженно-деформированного состояния пласта. Одновременно изменяется режим газовыделения.

Основными условиями применения гидрорыхления являются такие природные характеристики пласта, которые обеспечивают интенсивное поступление воды в угольный массив и равномерное ее распределение в пласте или в отдельных пачках, а также невозможность ее неожиданного прорыва через герметизатор или слабую пачку угля. Угольный массив считается обработанным, когда установится фильтрация воды, а затем и газа через угольный массив в призабойное пространство подготовительной или очистной выработки.

6.4 Бурение опережающих скважин, образование полостей и торпедирование угольного массива

Скважины, пробуренные из очистных и подготовительных забоев, предназначены для дегазации призабойной части пласта при свободном истечении газа. Для повышения эффективности дегазирующего действия они бурятся увеличенного диаметра с таким расчетом, чтобы образовалась разгруженная зона, позволяющая увеличить радиус дегазирующего влияния скважины. Поэтому скважины, пробуренные из очистных и подготовительных забоев, по существу являются разгрузочно-дегазационными скважинами.

Особенность работы разгрузочно-дегазационных скважин в призабойной области, где действуют технологические условия выбросоопасности, заключается в том, что скважины пересекают зоны с различным напряженным состоянием и, следовательно, с различной газопроницаемостью, поэтому газовыделение по длине скважин неравномерно. Основным условием применения разгрузочных дегазационных скважин является их расположение на расстоянии друг от друга, не превышающем радиуса эффективного влияния одной скважины, чтобы в плоскости пласта была образована непрерывная обработанная призабойная зона пласта. Разгружающее и дегазирующее влияние скважин проявляется не сразу, но достаточно быстро, чтобы к началу выполнения технологического цикла угольный массив оказался обработанным.

По механизму воздействия на призабойную часть угольного массива образования опережающих полостей относятся к разгрузочно-дегазационным скважинам, хотя технология бурения скважин и образования полостей различна. Полости применяются только в подготовительных забоях по технологическим соображениям. Полости, также как и скважины, пересекают разгруженную зону угольного пласта, затем зону максимальных напряжений и внедряются в угольный массив, где напряженное состояние снижается до уровня природных напряжений.

Торпедирование является способом рыхления угольного массива впереди забоев очистных и подготовительных выработок взрывными работами. Целью торпедирования являются нарушение природной структуры пласта энергией взрыва, изменение напряженно-деформированного состояния и, как следствие этого, изменение газовой обстановки. После торпедирования уголь в забое может выниматься одним из известных способов: выемочной или проходческой машиной, отбойным молотком, буровзрывным способом. В настоящее время торпедирование имеет ограниченное применение.

Локальная разгрузка призабойной части угольного массива в целях предотвращения формирования выбросоопасной ситуации непосредственно перед выполнением технологического цикла может осуществляться путем образования разгружающих щелей во вмещающих породах или в угольном пласте. Щели должны располагаться на участке между забоем и зоной максимальных напряжений, поэтому глубина обработки пласта, как правило, равна ширине одного-двух технологических циклов с учетом неснижаемого опережения.

Назначением щелей является управляемое изменение напряженно-деформированного состояния, физико-механичес-ких свойств и газовой динамики призабойной части пласта путем регулирования скорости образования щели. Равномерность изменения перечисленных факторов обеспечивается непрерывностью обработки призабойной зоны. Сущность механизма воздействия разгружающих щелей заключается в высвобождении потенциальной энергии, которая реализуется в упругих деформациях пласта и пород в процессе образования щели.

На принципе образования разгрузочных щелей применяются следующие практические способы:

• образование щелей в породах кровли или почвы;

• образование щелей в угольном массиве.

В боковых породах щели образуются при проведении подготовительных выработок. Для этой цели используется либо исполнительный орган проходческого комбайна, либо специальная щеленарезная машина. При этом расстояние между щелью и пластом должно быть не больше того расстояния, которое обеспечивает разгрузку призабойной части пласта на заданную глубину. В угольном массиве щель образуется в очистных выработках при помощи врубовой машины перед выемкой угля комбайном.

Основным преимуществом борьбы с внезапными выбросами при помощи разгрузочных щелей является технологичность этого способа, включение работ по предотвращению выбросов в технологический цикл.