![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов
..pdf
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
25 |
|
|
|
|
Коэффиоэффи |
Средневзве |
Коэффи |
||||
|
Мощность |
Мощность |
шенное |
значе |
циент |
не |
|||
Шахта, пласт, место отбора |
циент |
кре |
|||||||
угольного |
отдель |
пости |
угля |
ние |
коэффи |
равномер |
|||
пробы |
пласта, |
ных пачек, |
по пачкам |
циента |
крепо |
ности |
|||
|
M |
м |
|
h |
сти |
по |
пласту |
строения |
|
|
|
|
|
^пл |
пласта |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
«Ноградская», |
пласт |
I V |
2,43 |
1,00 |
0,47 |
|||
Внутренний, |
основной |
|
0,28 |
1,32 |
||||
штрек, гор. + |
25 |
м. |
|
|
0,05 |
0,74 |
||
|
|
|
|
|
|
|
0,18 |
0,30 |
|
|
|
|
|
|
|
0,19 |
1,14 |
|
|
|
|
|
|
|
0,85 |
0,50 |
|
|
|
|
|
|
|
0,13 |
0,76 |
|
|
|
|
|
|
|
0,08 |
0,55 |
|
|
|
|
|
|
|
0,17 |
0,40 |
«Ноградская», пласт V I Внут |
|
0,14 |
1,24 |
|||||
ренний, лава, |
гор. |
-)-25 м |
|
0,50 |
0,34 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
0,78 |
0,65 |
|
|
|
|
|
|
|
0,07 |
1,33 |
|
|
|
|
|
|
|
0,12 |
0,75 |
|
|
|
|
|
|
2,41 |
0,06 |
1,12 |
|
|
|
|
|
|
|
0,23 |
0,30 |
|
|
|
|
|
|
|
0,39 |
0,78 |
|
|
|
|
|
|
|
0,12 |
0,35 |
«Ноградская», |
пласт |
Луту- |
|
0,70 |
0,35 |
|||
гинскиіі, лава, гор. - j - |
125 м |
|
1,10 |
0,37 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
2,20 |
0,35 |
|
|
|
|
|
|
|
0,9-) |
0,96 |
|
|
|
|
|
|
7,15 |
1,07 |
0,97 |
|
|
|
|
|
|
|
0,43 |
1,21 |
|
|
|
|
|
|
|
0,35 |
1,27 |
|
|
|
|
|
|
|
0,40 |
0,98 |
|
|
|
|
|
|
|
0,25 |
0,30 |
|
|
|
|
|
|
|
0,55 |
0,68 |
Им. Ворошилова, пласт Горе |
|
0,20 |
0,93 |
|||||
лый, |
вентиляционный |
|
|
0,30 |
1,03 |
|||
штрек, |
гор. -{-60 |
м |
|
|
|
0,58 |
1,04 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,35 |
1,37 |
|
|
|
|
|
|
|
0,45 |
0,42 |
|
|
|
|
|
|
|
0,48 |
1,27 |
|
|
|
|
|
|
|
0,52 |
0,96 |
|
|
|
|
|
|
5,23 |
0,35 |
0,53 |
|
|
|
|
|
|
|
0,25 |
1,08 |
|
|
|
|
|
|
|
0,20 |
1,37 |
|
|
|
|
|
|
|
0,15 |
0,43 |
|
|
|
|
|
|
|
0,30 |
0,74 |
|
|
|
|
|
|
|
0,25 |
0,79 |
|
|
|
|
|
|
|
0,25 |
1,05 |
|
|
|
|
|
|
|
0,35 |
1,38 |
|
|
|
|
|
|
|
0,25 |
0,70 |
0,58 2,56
0,58 2,57
0,51 2,51
0,95 1,60
Лг '
91
|
|
|
|
|
|
Продолжение табл. |
25 |
||||
|
|
|
Мощность |
|
Коэффи |
Средневзве |
Коэффи |
||||
|
|
|
Мощность |
|
|
значе |
циент |
не |
|||
Шахта, пласт, место отбора |
циент |
кре шенное |
|||||||||
угольного |
отдель |
пости |
угли |
ние |
коэффи |
равномер |
|||||
|
пробы |
|
пласта, |
ных пачек, |
циента |
крепо ности |
с т р о |
||||
|
|
по пачкам |
|||||||||
|
|
|
м |
м |
h |
сти |
по |
пласту |
ения |
пла |
|
|
|
|
|
|
|
^пл |
ста |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Им. |
Ворошилова, |
пласт |
IV |
0,18 |
0,58 |
|
|
|
|
|
|
Внутренний, |
минусовый |
0,20 |
0,20 |
|
|
|
|
|
|||
штрек, гор. 4-60 |
м |
|
0,45 |
0,33 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
0,15 |
1,52 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,35 |
0,32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,28 |
0,87 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,35 |
0,75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,42 |
0,66 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,28 |
1,08 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,13 |
0,81 |
|
0,74 |
2,77 |
|||
|
|
|
7,80 |
0,45 |
0,65 |
|
|||||
|
|
|
|
0,30 |
0,86 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,28 |
0,52 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,70 |
1,03 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,52 |
0,43 |
|
|
|
|
|
|
соопасности пласта в месте его вскрытия. Однако |
практика буре |
||||||||||
ния |
контрольных с к в а ж и н из з а б о я ствола |
показала, |
что |
предста |
вительного керна при использовании обычной колонковой трубы получить не удается . Здесь необходимы специальные керноиабор - ники (двойные колонковые трубы) и особые р е ж и м ы бурения, широко применяемые в практике геологоразведочного бурения.
Одним из вопросов, связанным с р е ж и м о м нагнетания воды в угольный пласт, является установление количества воды, необхо
димого д л я |
обработки |
участка |
пласта. |
Считается, что д л я |
пред |
отвращения |
внезапных |
выбросов |
пласт |
нужно у в л а ж н и т ь не |
толь |
ко в пределах контура вскрывающей выработки, но и в некоторой области вне пределов контура. Ширина защитной (обработанной водой) зоны определяется зоной влияния выработки на прилегаю щий массив. И м е ю щ и е с я данные показывают, что ширину зоны влияния в радиальном направлении от борта ствола м о ж н о при
нимать равной диаметру ствола. Тогда формулу |
д л я |
определения |
|||||||||
количества воды, |
которую |
необходимо нагнетать |
через |
с к в а ж и н ы |
|||||||
во |
вскрываемый |
угольный |
массив |
[56], |
с учетом |
коэффициента |
|||||
неравномерности |
строения |
пласта, |
молено |
выразить |
в |
виде |
|||||
|
|
|
Q = |
9nß - ^ |
- myAW, |
|
|
|
(I.56> |
||
|
|
|
|
|
cos |
a |
|
|
|
|
|
где |
m — н о р м а л ь н а я |
мощность пласта, м; |
|
|
|
|
|||||
|
у — объемный вес угля, |
т/м 3 ; |
|
|
|
|
|
|
|||
|
AW — н о р м а |
подачи воды |
на 1 т угля, |
р а в н а я |
0,04 |
|
м3 /т. |
||||
|
Д л я равномерного |
у в л а ж н е н и я |
угольного массива |
в зоне в с к р ы |
|||||||
тия |
тонкого пологого |
пласта |
бурят, к а к правило, |
четыре |
с к в а ж и н ы |
92
ліо контуру поперечного сечения ствола и одну дополнительно, в •сторону восстания пласта. При наклонном и крутом залегании пла
ста в сторону восстания число |
скважин |
увеличивается. |
Д л я у в л а ж н е н и я угольного |
массива |
применяют специальное |
оборудование, которое позволяет нагнетать воду в пласт в раз
личных |
горно-геологических |
условиях. Это оборудование |
состоит |
|||||||||||||
іиз высоконапорных |
переносных |
или передвижных насосных |
уста |
|||||||||||||
новок с электрическими и пневматическими приводами, |
гидрозатво |
|||||||||||||||
ров, водопроводной |
а р м а т у р ы и измерительных |
приборов. |
|
|||||||||||||
В ы б р а н н а я |
насосная |
установка |
в |
зависимости от веса |
и |
раз |
||||||||||
меров, |
а т а к ж е от глубины |
ствола |
может быть |
расположена на |
||||||||||||
.проходческом |
|
полке, на |
поверхности у |
ствола или в |
забое . Д л я |
|||||||||||
подачи воды от насосной установки |
к с к в а ж и н а м применяют вы- |
|||||||||||||||
соконапорный трубопровод с быстроразъемными |
соединениями. |
|||||||||||||||
§ 2. Разгрузка |
от повышенных |
напряжений и дренирование |
газа |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
с помощью скважин |
|
|
|
|
|
||||||
Снижение |
|
давления |
газа |
в |
месте |
вскрытия |
угольного |
пласта |
||||||||
•с помощью |
скважин диаметром |
80—120 мм и разгрузка |
пласта от |
|||||||||||||
.•повышенных |
напряжений с |
попутным |
дренированием |
газа |
сква |
|||||||||||
ж и н а м и |
большого |
диаметра |
(250—300 мм) широко |
применяются |
||||||||||||
.при вскрытии угольных пластов к в е р ш л а г а м и и другими |
горизон |
|||||||||||||||
тальными |
выработками . |
Эффективность |
этого |
способа |
борьбы с |
|||||||||||
в ы б р о с а м и |
зависит |
в основном |
от физических свойств угля, |
кото |
||||||||||||
р ы м и определяются |
т а к ж е и параметры |
системы д р е н а ж н ы х |
сква |
|||||||||||||
ж и н . Расчет |
параметров |
скважин при вскрытии |
пластов |
стволами, |
||||||||||||
в частности на этапе обнажения |
пласта, в принципе не отличается |
|||||||||||||||
от подобного |
расчета при вскрытии |
пластов квершлагами . |
Однако |
|||||||||||||
постоянное наличие воды в стволе |
и, следовательно, по всей |
дре |
||||||||||||||
н а ж н о й скважине, |
сказывается |
на проявлении |
некоторых |
особен |
||||||||||||
ностей, |
которые могут о к а з а т ь |
влияние |
ка к на схемы |
расположе |
||||||||||||
ния с к в а ж и н по мере пересечения |
пласта, та к и на область |
при |
||||||||||||||
менения этого |
способа в различных |
горно-геологических условиях. |
Рассмотрим механизм влияния воды, находящейся в скважинах, на процессы дренирования газа из пласта и разгрузки массива от повышенных напряжений .
П р и рассмотрении первой части задачи принимаем, что столб воды является абсолютно непроницаемым дл я газа и его движение
обусловлено только |
архимедовой |
силой |
выталкивания . |
|
|
|||
Р а с с м а т р и в а я |
весь процесс движения |
газа |
из |
пласта |
в |
сква |
||
ж и н у , заполненную |
водой, и по скважине |
в ствол, |
можно |
предпо |
||||
л о ж и т ь , что движению газа будут |
препятствовать: |
вес столба во |
||||||
ды; силы трения |
при движении |
пузырьков |
газа |
в воде; |
силы, |
обусловленные уменьшением коэффициента проницаемости пласта вблизи скважины за счет проникновения воды в поры угля .
Степень влияния воды, находящейся в скважине, на выделение газа из воды качественно может быть оценена, например, из опыта
93
р а з р а б о т ки газовых месторождений. |
Так, |
Ю. |
П. К а р о т а е в |
[571 |
|||||||||||||
отмечает, что столб водывысотой 35 м создает |
дополнительные |
||||||||||||||||
сопротивления, п р е в ы ш а ю щ и е более чем в |
два |
раза |
сопротивле |
||||||||||||||
ние всей призабойной зоны. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
К а к |
известно, |
в |
наиболее общем |
виде |
закон |
движения |
газа |
||||||||||
к несовершенной с к в а ж и н е |
можно записать в виде |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
pl-Pl» |
|
|
= AQ + |
eQ2> |
|
|
|
|
(і.57> |
||
где |
|
рпл |
— давление газа |
в |
пласте; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Реки — давление газа |
на забое скважины; |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
Q — д е б и т |
скважины; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
А |
и |
В |
- коэффициенты, |
|
характеризующие |
потери |
давления . |
||||||||||
И з в ы р а ж е н и я |
( I . 57) видно, какое значение |
имеет величина- |
|||||||||||||||
давления |
на |
з а б о е |
скважины . |
В табл . |
26 |
показано |
уменьшение |
||||||||||
величины |
( р 2 |
л — Р І К К ) |
при |
различных |
рап |
и |
различном |
уровне- |
|||||||||
воды в |
скважине . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
26 |
||
Начальное |
|
|
|
|
|
Д р п |
л при высоте |
уровня воды, |
м |
|
|
|
|||||
пластовое |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
давление |
газа, |
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
к г с / с м 2 |
|
10 |
|
|
30 |
|
40 |
|
|
|
45 |
|
|
||||
5 |
|
|
1,04 |
|
1,19 |
|
1,57 |
2,78 |
|
5,56 |
|
|
|
||||
10 |
|
|
1,01 |
|
1,05 |
|
1,10 |
1,19 |
|
1,25 |
|
— |
|
||||
15 |
|
|
1,00 |
|
1,02 |
|
1,04 |
1,07 |
|
1,10 |
|
1,80 |
|
||||
20 |
|
|
1,00 |
|
1,01 |
|
1,08 |
1,05 |
|
1,06 |
|
1,85 |
|
||||
К а к |
видно по |
уменьшению |
величины |
Арпл, |
|
наличие |
столба |
воды в 20 м и более вносит существенное изменение в характергазовыделения из скважин .
Количественно влияние столба воды на величину газовыделения-
из с к в а ж и н м о ж н о |
проследить |
по д а н н ы м |
экспериментальных |
за |
|||||||
меров, |
проведенных |
на шахте |
«Северная» . |
П о пласту |
Кемеровско |
||||||
|
|
|
|
му |
были |
пробурены |
с к в а ж и н ы |
||||
|
Т а б л и ц а 27 |
диаметром 100 мм и длиной |
51 |
и |
|||||||
|
34 |
м под |
углом |
43°. Д е б и т |
сква |
||||||
|
|
|
|
||||||||
|
Длина части |
|
|
жины |
з а м е р я л и |
при |
различном, |
||||
№ |
скважины. |
Дебит |
сква |
уровне |
воды в |
"скважинах . |
Ре |
||||
скважины |
заполненная |
жины, |
м 3 / с у т |
зультаты |
представлены в табл . |
27. |
|||||
|
водой, м |
|
|
1 |
49 |
6,4 |
|
44 |
20,0 |
|
49 |
4,4 |
|
44 |
18,0 |
|
31,4 |
31,3 |
2 |
27,5 |
42,5 |
|
31,8 |
21,8 |
|
22,5 |
48,0 |
|
П р и заполнении |
скважин |
во |
дой |
полностью газовыделение |
из. |
|
них |
практически |
прекращалось .. |
|
|
С учетом того, что для сниже |
ния давления газа за счет естест
венного его истечения |
из |
с к в а ж и н |
||
требуется |
значительное |
|
время- |
|
(обычно |
не менее |
10—15 |
сут),. |
94
необходимо, кроме того, принимать во внимание влияние |
воды в |
||||||
скважине, с н и ж а ю щ е й |
газопроницаемость угля |
вблизи |
стенки |
||||
скважин . |
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, подытоживая вышеизложенное, нужно |
отме |
||||||
тить следующие виды влияния воды в скважине на |
газовыделение- |
||||||
в нее из угольного |
пласта: |
|
|
|
|
|
|
действие веса столба |
воды; |
|
|
|
|
||
возникновение дополнительных сил сопротивления, противо |
|||||||
действующих движению газа по скважине; |
|
|
|
||||
уменьшение газопроницаемости пласта вблизи стенки |
сква |
||||||
жины; |
|
|
|
|
|
|
|
действие капиллярных сил, обеспечивающих закупорку |
газа в. |
||||||
мелких тупиковых |
порах. |
|
|
|
|
|
|
Следовательно, |
наличие |
воды в |
с к в а ж и н а х |
влияет на величину |
|||
конечного давления газа |
в |
пласте |
и на время |
дренирования пла |
ста перед его вскрытием. При применении схемы с естественным
истечением газа из скважин длина их с учетом |
всех видов влияния |
столба воды не д о л ж н а превышать примерно |
10 м. Д л я ускорения |
вскрытия при применении скважин малого д и а м е т р а устье сква жины необходимо герметизировать с выводом трубки выше воз можного уровня воды в стволе. Наиболее рациональной в верти кальных стволах является принудительная д е г а з а ц и я путем вакуумирования скважин .
С к в а ж и н ы большого |
д и а м е т р а |
могут |
быть применены на этапе- |
|
пересечения пласта |
для |
разгрузки |
его от повышенных напряжений |
|
" одновременного |
дренирования |
газа . |
Р а д и у с разгружающего - |
|
влияния скважин зависит к а к от свойств |
угля и д и а м е т р а скважин,, |
так и от времени существования скважин . Во времени радиус раз
грузки |
увеличивается |
вследствие |
проявления |
|
реологических |
|||
свойств угля, а т а к ж е |
вследствие |
обрушения стенок |
скважины и |
|||||
увеличения эффективного д и а м е т р а |
скважин . |
|
|
|
|
|||
Т а к и м |
образом, м о ж н о считать, |
|
что при |
наличии |
в разгрузоч |
|||
ных с к в а ж и н а х столба |
воды в 10 |
м |
радиус |
воздействия |
с к в а ж и н |
|||
будет в 1,5 раза меньше, чем при отсутствии воды. |
|
|
|
|||||
Схемы расположения д р е н а ж н ы х скважин д л я |
дегазации пла |
|||||||
ста в месте вскрытия |
зависят от |
его мощности |
и угла |
падения . |
К выполнению работ по вскрытию пласта приступают после прекращения газовыделения из скважин или его снижения де
стабильного |
минимума . З а м е р дебита |
с к в а ж и н |
производят |
газо |
||
счетчиком или ротаметрами, |
которые |
подключаются |
к скважине . |
|||
Д л я вскрытия пологого пласта скважины диаметром 70—100 мм |
||||||
бурят через |
породную пробку |
с расстояния не менее 2 м от |
п л а с т а |
|||
по нормали . |
Д л и н а с к в а ж и н |
зависит от мощности пласта. |
|
|||
В случае |
тонкого пласта |
(рис. 40, а) бурят |
одну |
серию |
сква |
жин с таким расчетом, чтобы пласт был пересечен ими на полнуюмощность. С к в а ж и н ы располагаются рядами . Число с к в а ж и н в- ряду и число рядов назначается в зависимости от радиуса дрени рования одной скважины, поперечного сечения ствола и площади,
95.
п о д л е ж а щ е й дренированию . Точки |
выхода из |
пласта |
с к в а ж и н пер |
||
вого р я д а находятся со стороны |
восстания пласта |
на |
расстоянии |
||
3 м от проекции контура ствола |
в проходке, |
а |
точки |
выхода из |
|
пласта с к в а ж и н последнего ряда |
находятся |
со |
стороны падения |
пласта по линии, проходящей через проекцию контура ствола в проходке .
а б
"Рис. 40. Вскрытие выбросоопасных пластов с дренажными сква жинами:
а — пологого тонкого; б — крутого тонкого; |
в — крутого |
тонкого |
вспомогатель |
но)! выработкой с последующим бурением |
д р е н а ж н ы х |
скважин; |
г — мощного |
крутого |
|
|
|
П р и вскрытии тонких крутых пластов с углом падения до 55°
•через |
породную пробку бурят |
одну |
серию |
д р е н а ж н ы х |
скважин, |
|
которая служит д л я обнажения |
и пересечения пласта. С |
увеличе |
||||
нием |
угла |
падения применение |
одной |
серии |
д р е н а ж н ы х |
с к в а ж и н |
•означало |
бы существенное увеличение |
длины |
с к в а ж и н " п о |
породе. |
Поэтому д л я сокращения объема буровых работ вскрытие тонких
крутых пластов |
с углом падения свыше |
60° наиболее целесообраз |
но производить |
лишь частью сечения |
ствола под защитой одной |
или двух серий д р е н а ж н ы х скважин диаметром 70—100 мм, про буренных через породную пробку.
Пересечение |
пласта в |
этом |
случае |
выполняют под |
защитой |
|||||
д р е н а ж н ы х |
скважин |
диаметром |
150 |
мм |
и более, пробуренных из |
|||||
з а б о я |
ствола |
(рис. 40, |
б). |
|
|
|
|
|
|
|
В |
отдельных |
случаях |
может |
быть |
применен вариант |
вскрытия |
||||
пласта с использованием дополнительной |
горизонтальной |
вскрываю |
||||||||
щей |
выработки |
и д р е н а ж н ы х |
скважин, |
пробуренных |
по |
пласту |
||||
угля |
из этой выработки |
(рис. |
40, б) . |
Горизонтальную |
вскрываю |
щ у ю выработку проходят из забоя ствола, остановленного на рас стоянии 2 м от пласта по нормали . Вскрытие пласта дополни-
•96
тельной выработкой выполняют с соблюдением всех мер безопас
ности, обязательных д л я вскрытия крутых |
пластов |
квершлагов . |
||||||
Вскрытие мощных |
пологих пластов |
(их |
обнажение и пересе |
|||||
чение) производят |
под |
защитой |
двух и |
более |
серий |
д р е н а ж н ы х |
||
с к в а ж и н (рис. 40, г ) . С к в а ж и н ы |
первой |
серии, |
используемые |
д л я |
||||
обнажения пласта, |
располагаются |
по той |
ж е схеме, что и для |
тон |
ких пластов, однако параметры скважин определяют д л я глубины,
соответствующей |
полному |
обнажению пласта забоем |
ствола. |
|
||||||
Д л я |
вскрытия |
мощных |
крутых пластов применяют |
те |
ж е |
схе |
||||
мы, что |
и |
д л я тонких |
крутых. |
Р а з н и ц а |
состоит лишь |
в |
том, |
что |
||
скважины, |
буримые по |
пласту |
д л я его |
безопасного |
пересечения, |
бурят в несколько рядов, число которых зависит от мощности
вскрываемого |
пласта . |
|
|
|
|
|
|
|
§ 3. Упрочнение |
призабойной |
части угольного пласта |
||||
|
|
|
|
каркасной |
крепью |
|
|
Р а н е е было показано, что на этапе пересечения мощных и кру |
|||||||
тых |
пластов наиболее |
опасной с точки зрения развития |
внезап |
||||
ных |
выбросов |
угля |
и |
газа является |
часть угольного |
массива, |
|
п р и л е г а ю щ а я |
к углу |
выработки . При |
очередном внедрении выра |
ботки на величину заходки эта часть массива переходит от более высокого напряженного состояния к более низкому и возникают
силы, в ы з ы в а ю щ и е сдвижение части |
массива в |
сторону |
|
выра |
||||||||||||
ботки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У д е р ж а т ь массив от сдвижения и связанного |
с |
ним |
разру |
|||||||||||||
шения можно путем его упрочнения, например, стержнями |
каркас |
|||||||||||||||
ной крепи. Несомненно |
т а к ж е |
и |
то, что |
к а р к а с н а я |
крепь |
препят |
||||||||||
ствует |
действию |
сил |
тяжести |
ослабленной |
приконтурной |
|
части |
|||||||||
угольного пласта и сил, обусловленных давлением |
|
газа. |
|
|
||||||||||||
Исходя из назначения каркасной крепи |
область |
ее |
примене |
|||||||||||||
ния может быть определена следующими условиями. |
|
|
|
|||||||||||||
При |
вскрытии |
тонких пологих |
пластов |
за |
один прием — в |
виде |
||||||||||
о г р а ж д а ю щ е й |
крепи. |
П р и |
этом |
один |
конец |
каркасных |
стержней |
|||||||||
з а д е л ы в а е т с я |
в |
бетонную |
крепь |
ствола, |
а |
другой |
опирается на |
|||||||||
породы почвы |
пласта. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При |
пересечении |
мощных |
пластов — в |
виде |
о г р а ж д а ю щ е г о |
|||||||||||
к а р к а с а , стержни |
которого |
одним |
концом |
з а д е л ы в а ю т |
в |
|
крепь |
|||||||||
ствола, а другим опирают на угольный массив. |
|
|
|
|
|
|||||||||||
Геометрические п а р а м е т р ы каркасной крепи зависят |
от |
угла |
||||||||||||||
залегания пласта, его мощности и этапа вскрытия пласта |
|
(обна |
||||||||||||||
жение |
или пересечение |
п л а с т а ) . Д л я |
определения |
углов |
з а л о ж е |
|||||||||||
ния стержней необходимо рассмотреть два варианта: |
вскрытие |
|||||||||||||||
пологих пластов, |
когда |
обнажение пласта происходит |
под |
з а щ и |
той одного яруса каркасной крепи; вскрытие наклонных и крутых угольных пластов, когда обнажение пласта происходит под защи той нескольких ярусов каркасной крепи.
7 |
Е. С. Розанцев п д р . |
97 |
М а к с и м а л ь н ы й угол з а л о ж е н и я стержней каркасной крепи в общем случае определяется углом залегания пласта из условия
обеспечения минимальных нагрузок на одни стержень |
(т. е. |
нор |
|||||||||||||||
мально |
к плоскости |
п л а с т а ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Однако такое условие неприемлемо по двум причинам: во-пер |
||||||||||||||||
вых, оно чаще всего не будет удовлетворять |
требованиям произ |
||||||||||||||||
водства |
вследствие |
значительной |
длины стержней и скважин |
под |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
них |
и, |
|
во-вторых, |
крепь |
в |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
этом случае не будет выпол |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
нять |
|
своей |
|
непосредствен |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ной |
|
функции — упрочнения |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
прилегающей |
к стволу |
части |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
массива. Поэтому опреде |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
лить максимальный угол за |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ложения |
стержней |
можно из |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
условия наибольшей и ра |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ционально |
возможной |
дли |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ны |
скважины |
при |
бурении |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
оборудованием, |
|
применяю |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
щимся |
|
при |
|
проходке |
ство |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
лов. Эта величина при буре |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
нии |
составными |
|
штангами |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
может |
|
быть |
принята |
рав |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ной |
6 |
м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Возможные |
|
схемы |
|
к |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
определению |
углов |
з а л о ж е |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ния |
|
стержней |
|
каркасной |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
крепи |
|
представлены |
|
на |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
рис. 41. Минимальный |
угол |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
з а л о ж е н и я |
|
стержней |
|
по |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
к а ж д о й |
из |
схем |
для |
поло |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
гих |
пластов |
и |
|
для |
этапа |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
пересечения |
|
крутых |
пластов |
|||||||
Рис.- |
41. |
Схемы к определению |
углов |
за |
определяется |
с |
учетом |
наи |
|||||||||
ложения стержней каркасной |
крепи: |
6 — |
более |
возможного |
радиуса |
||||||||||||
а — при вскрытии |
пологого |
тонкого |
пласта; |
ослабления |
|
массива |
буро |
||||||||||
при |
пересечении |
мощного |
пласта: в — при обна |
|
|||||||||||||
жении крутого пласта; г — при подходе к крутому |
взрывных работ |
|
на |
отметке |
|||||||||||||
|
|
|
пласту. |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
забоя |
очередной |
|
заходки . |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Р а д и у с |
активного трещинообразования |
д л я |
угольного |
массива |
мо |
||||||||||||
ж е т |
быть принят около 1 м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Тогда минимальный угол з а л о ж е н и я стержней каркасной крепи |
|||||||||||||||||
(рис. 41, а) определится из |
в ы р а ж е н и я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
cos а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1.58) |
||
|
|
|
|
t g ß |
= 2 -f- m — sin а |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
а |
— угол залегания пласта, |
град; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
m — мощность пласта, |
м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
98
Д л я |
условий |
пересечения |
мощного |
пологопадающего |
пласта |
||
(рис. 41, б) угол |
ß определяют по |
формуле |
|
|
|||
|
|
t g ß = |
7 ^ , |
|
|
(1.59) |
|
|
|
|
|
' з а х |
|
|
|
где / з а х |
— величина очередной |
заходки, м. |
пересекается, а |
||||
В случаях, когда за одну |
заходку |
пласт не |
|||||
только |
обнажается, угол з а л о ж е н и я |
стержней |
каркасной |
крепи |
определяется не только величиной очередной заходки /3 а.\-> но и
максимально |
возможной длиной скважин ( ^ б у р ) , а т а к ж е |
величи |
|||
ной защитного пояса ниже забоя |
очередной |
заходки ( / З а щ ) . |
Тогда |
||
угол ß в соответствии со схемой |
(рис. 41, в) |
определится |
из |
вы |
|
ражения |
|
|
|
|
|
|
sin ß = |
. |
|
|
|
|
^бур |
^защ |
|
|
|
О б н а ж е н и е пласта за один прием возможно только до опреде |
|||||
ленного угла |
залегания пласта . М а к с и м а л ь н ы й угол залегания |
пла |
ста, при котором возможно обнажение пласта за один прием, определяется из в ы р а ж е н и я
|
2 |
cos о я х = |
— - — . |
' б у р c o s Р — ' з а щ |
|
Д л я крутопадающих пластов |
обнажение производят под за |
щитой нескольких ярусов каркасной крепи. Основное условие, оп
ределяющее |
пространственное |
расположение |
стержней |
каркасной |
|||||||
крепи |
на этапе обнажения пласта |
|
следующее: л ю б а я точка |
забоя |
|||||||
очередной заходки д о л ж н а иметь защитную |
зону |
не |
менее |
2 м, |
|||||||
считая по нормали к наслоению |
пород. |
|
|
|
|
|
|
||||
Соответственно этому величина угла ß |
на этапе |
обнажения |
|||||||||
(рис. 41, г) определяется из в ы р а ж е н и я |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
t g ß = |
2 |
! |
Т |
• |
|
|
|
(1.60) |
|
|
|
|
' з а х |
+ |
2 cos а |
|
|
|
|
|
|
При вскрытии пластов крутого залегания каркасную крепь воз |
|||||||||||
водят не по всему периметру ствола, а только в области |
пересе |
||||||||||
чения |
с пластом. При этом условиями |
безопасности, |
определяю |
||||||||
щ и м и расположение крайних стержней, являются: |
|
|
|
|
|||||||
при обнажении пласта в любой заходке |
пласт |
д о л ж е н |
быть |
||||||||
огражден до |
точки, отстоящей |
от |
|
плоскости |
з а б о я |
не |
менее |
чем |
|||
на 2 м |
(из условий безопасности принято по |
аналогии |
с квершла |
||||||||
г а м и ) , |
считая по нормали к напластованию пород; |
|
|
|
|
||||||
при |
пересечении пласта в момент выхода |
забоя |
ствола |
в |
поро |
ды лежачего бока пласт д о л ж е н быть огражден до точки, |
отстоя |
|
щей от плоскости забоя не менее 0,5 м при крепких |
породах |
почвы |
пласта и не менее 1 м при очень слабых породах, |
так ж е |
считая |
по нормали к напластованию пород. |
|
|
7* 99
Способ графического определения места расположения край них стержней каркасной крепи на примере построения следа край них скважин показан на рис. 42.
П а р а л л е л ь н о |
кровле пласта на расстоянии 2 |
м проводят |
линию |
A B , я в л я ю щ у ю с я |
следом секущей плоскости. Из |
точки пересечения |
|
|
линии AB со следом |
плоскости |
забоя |
|
|
|
|
|
|
очередной |
заходки |
I I — I I |
(точка |
С) |
опус |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
кают перпендикуляры до плоскости кров |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ли пласта. |
Точки |
Сц |
и С"ц |
являются |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
точками входа |
крайних |
скважин |
|
в |
пласт. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
Д л я |
отыскания |
точек |
расположения |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
скважин |
на |
плоскости |
забоя |
проводят |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
линии |
ОС |
и |
и ОС'ц. |
Точки |
С\ и С"\ |
яв |
||||||||
|
|
|
|
|
|
ляются |
точками |
расположения |
|
крайних |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
скважин |
иа |
плоскости |
забоя, |
|
а |
линии |
||||||||
|
|
|
|
|
|
С\С\\ — следом |
|
крайних |
скважин |
|
для |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
каркасной крепи. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Р а с п о л о ж е н и е крайних скважин кар |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
касной крепи при выходе забоя ствола из |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
пласта |
отыскивают |
|
аналогичным |
обра |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
зом. Плоскость, |
|
отсекающую |
безопасную |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
величину породной «пробки», в этом слу |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
чае проводят |
на расстоянии |
0.5 |
|
м |
(или |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
1 м) от плоскости почвы пласта. |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Следующим |
|
этапом |
является |
расчет |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
параметров, |
определяющих |
эффектив |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ность каркасной крепи как способа пред |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
отвращения |
выброса, |
а |
т а к ж е область |
ее |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
применения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
При |
расчете |
|
каркасной |
|
крепи |
необ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
ходимо |
решить |
следующие |
основные |
во |
||||||||||
Рис. |
42. |
Графическое опре |
просы. |
|
|
д о л ж н о |
быть |
число |
стерж |
|||||||||||
деление |
течек |
заложения |
1. Каково |
|||||||||||||||||
ней в одном ярусе |
крепи. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
крайних |
стержней |
каркас- |
|
|
|
|
быть |
|||||||||||||
нон |
крепи |
при |
обнажении |
2. Какой |
|
длины |
|
д о л ж н а |
|
|
||||||||||
|
крутого пласта |
|
часть |
стержней, |
|
з а д е л а н н а я |
в |
|
крепь |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
ствола. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Н а |
какую глубину |
д о л ж н ы |
быть |
з а д е л а н ы |
стержни |
ниже |
за- |
||||||||||||
•боя очередной |
заходки . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Решение этих вопросов м о ж н о рассматривать как решение не |
||||||||||||||||||||
скольких |
задач . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Условие равновесия прилегающей к стволу части массива опре |
||||||||||||||||||||
деляется соотношением сил, вызывающих движение угля в |
сто |
|||||||||||||||||||
рону |
ствола |
и |
сил, |
препятствующих |
этому |
движению . Схемы |
рас |
п о л о ж е н и я стержней каркасной крепи и действующих сил при вскрытии пологого тонкого и пересечении мощного пласта пока з а н ы на рис. 43.
Рассмотрим условие равновесия системы к а р к а с н а я крепь —
300