книги из ГПНТБ / Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов

борьбы

с выбросами от углов

падения пластов.

Д л я

пластов любой мощности практически наибольшего вре­

мени

требует

способ

д р е н а ж н ы х с к в а ж и н

с

естественным истече­

нием

газа,

а

наименьшего — увлажнение .

Д л я углов

падения1

свыше

60—65°

применение

каркасного

крепления по

з а т р а т а м

времени

на

вскрытие

пластов маломощных

и средней

мощности

>|

2

to

о - >

Л

Г

1 toÜ5=1О—9——<ГІ

КЗ

и

і/

3

40

1

% 30

%

% го

в;

«а

«а

І-//7

20

¥}

SO

SO

20

ЪО

SO

80

Угол падения,град

•

Рис.

47.

Графики зависимости

продолжительности

осуществления способов борьбы с выбросами от

уг­

лов

падения

пластов

при

их

мощности

0,5,

2,5

и 8 м:

а, б,

в, г

— соответственно при

применении

увлажнения

(/).

д р е н а ж н ы х скважин при

естественном

истечении

газа (2), с

применением

дегазационных

установок (3)

и

каркасной

крепи

(4)

становится

почти равносильным

д р е н а ж н ы м

с к в а ж и н а м

с п р и м е ­

нением

вакуумирования

д л я

мощных

пластов — требует

н а и б о л ь ­

шего времени.

С учетом того, что на

крутых

пластах

большой

мощности,,

кроме

того,

расходуется

значительное

количество

арматурного

У в л а ж н е н и е

у г о л ь н о г о

м а с с и в а .

Ранее

был

рас­

смотрен характер распределения напряжений в

области

массива,

прилегающей к забою ствола. Впереди забоя

ствола

существует

зона пониженных напряжений, в которой за счет снятия

напряже ­

ний значительно повышаются фильтрационные

свойства

пород.

Р а з м е р этой зоны

по оси ствола

во всех случаях не менее

дна-

считая по нормали к пласту, может быть уменьшена. В

этом

случае следует учитывать вывод о неравномерности поля

напря­

жений

в наклонно-слоистом

массиве, а т а к ж е о

наличии

повы­

шенных

напряжений в зоне,

прилегающей к углу

ствола.

Учесть

сохранения повышенных

напряжений может служить барьером

л р и распространении воды

по пласту.

Д р е н а ж н ы е с к в а ж и н ы

м а л о г о д и а м е т р а .

В

слу­

ч а е

применения

принудительного

д р е н а ж а газа

(вакуумнросания)

схемы расположения с к в а ж и н те ж е , что и при

применении у в л а ж ­

нения угольного массива. Это позволяет при значительных

вели­

чинах давления

газа

в пласте последовательно

применять

сначала

д р е н а ж

газа,

а затем

нагнетание

воды

в пласт.

При использовании естественного истечения газа все скважины

при

их

длине более

10 м

герметизируются на

длину

5—6

м

от

устья и освобождаются от воды

(продувкой с ж а т ы м

воздухом

или

•с применением специальной заглушки за счет давления

выделяю­

щегося

в скважину

г а з а ) . Величина

породной

«пробки»

при

этом

принимается минимально возможной . В схемах расположения

сква­

ж и н

т а к ж е следует

учитывать неравномерность

поля

напряжений

в окрестности забоя ствола.

Область

применения

с к в а ж и н

б о л ь ш о г о

ч н а м е т р а

незначительна

и определяется в основном техническими

возможно ­

с т я м и

бурового

оборудования.

В настоящее

время

с к в а ж и н ы

пересечения пластов при последовательном применении

различных

способов борьбы с выбросами .

Основные схемы

применения к а р к а с н о й к р е п и

показаны

ранее на примерах

вскрытия пластов

каркасной крепью на шах­

тах «Капитальная»

№ 40, им. Костенко

и «Коксовая» .

Г л а в а

I

СПОСОБЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫБРОСОВ

ПОРОДЫ

Влияние выбросов породы и газа, происходящих при проходке

стволов, на

условия

безопасности

труда

следует

рассматривать

с трех

позиций:

в момент выбросов, когда работающие находятся на поверх­

ности,

при соблюдении

ряда

требований,

предусмотренных П р а в и ­

л а м и безопасности, аварии

и травматизм

практически исключены;

уборка породы и установка крепи после выбросов в стволах,

оборудованных

проходческими

комплексами,

осуществляется в.

условиях отсутствия работающих в местах, где

возможен

т р а в м а ­

тизм от падения кусков породы, разрушенной

выбросом;

ствол — единственная, исключительная

по

своей

важности д л я

шахты

горная

выработка .

Охрана

ее — задача

первостепенного'

значения.

Принципиального решения требует вопрос о том, н а с к о л ь к о

ухудшается

устойчивость стволов

в зонах,

где

происходят

выбросы

вых выработок в зонах, где много лет

тому н а з а д

происходили

выбросы

большой силы

(шахта

«Кочегарка», гор. 750 м, 1954

г.;

шахта № 4/21 комбината Донецкуголь,

гор.

780

м, 1956 г.;

шахтя

км. Поченкова, гор. 915

м,

1952

г. и др . ), свидетельствует

о том,,

что крепь

(металлические

арки

с железобетонной з а т я ж к о й )

на­

ходится в хорошем состоянии.

Выработки

на

этих

участках

ни

разу не перекреплялись.

Инструментальными

наблюдениями

В Н И И О М Ш С

было

уста ­

превышает

100

мм.

Следовательно,

несмотря на то

что выбросы

породы происхо­

д я т только

на

больших глубинах,

проблема

п о д д е р ж а н и я выра­

боток, пройденных

в выбросоопасных зонах,

не

возникает.

разрушенной за

проектным контуром

выработки, и у к л а д к е бе­

тона в пустотах,

образовавшихся после

выброса. З а т р а т ы , связан -

Т а б л и ц а

33

Ô Е

f- Р

Ol,

О)

g

§

m

ь -

° О

ш

О . 03

та Е

~

v.

H

H с.

га s

иСО п

_

<

Ü .

Дата выброса

Шахта,

ствол

и

— о

л ta

0

— з-

і ё .

І і

О ш

u t f S

та

2 a.

и ч

>, m

и о Э C S

ГОH O0 S s

С в s

27/ХІ—1963

г.

№ 29

43

898

476

12,4

8,6

755

1

западный

24/ѴІ—1964 г.

43

908

282

16,4

4,7

930

13/ѴІІ—1964 г.

43

914

235

20,6

3,7

1240

«Петровская-Глубокая»

17/ХІ—1964

г.

1

восточный

воздухопо28,3 1198

260

8,7

7,0

1040

20/Х—1964

г.

дающий

28,3 1205

164

6,1

4,9

370

5/ХІІ—1964

г.

2

западный

вентиляцион­ 28,3

990

266

7,8

7,4

635

11 /XII—1964

г.

ный

28,3

997,7

330

10,0

8,6

818

27/ХІІ—1965

г.

1

восточный

вентиляцион­ 28,3 1025

317

25,4

5,9

1565

30/ІХ—1966

г.

ный

70,8 1138

1192

10,8

14,6

660

Клетевой

6/Х—1966

г.

70,8 1152

931

22,3

10,0

1345

17/Х—1966

г.

Скиповой

66,6 1150

1030

16,5

12,4

1015

22/Х—1966

г.

Скиповой

66,6 1163

1038

32,3

10,5

1950

28/Х—1966

г.

66,6 1175

666

25,3

10,0

1538

24/11—1967 г.

Клетевой

70,8 1232

455

20,2

5,0

1220

Октябрьский рудник

5,5

332

10/1V—1968 г.

Скиповой

66,4

985

540

8,0

15/1V—1968 г.

66,4

993

485

Нет

7,3

Нет

12/V—1968 г.

66,4 1013

296

данных

5,0

данных

6,0

363

10/ѴІІ—1968 г.

Воздухоподающий

28,3

995

—

—

—

—

4/ХІ—1968

г.

Клетевой

70,8

945

343

11,1

8,0

685

14/ХІІ—1968

г.

70,8

987

565

Нет

8,0

Нет

данных

данных

19./XII—1968 г.

70,8

995

560

5,0

8,0

304

«Красноармейская-Капи­

тальная»

924

10,5

1990

24/VII—1970 г.

Воздухоподающий

ствол 37,8

997

5,0

бросом. Остановка ствола в таких

условиях д а ж е

на

несколько

часов дл я выполнения мероприятий,

направленных

на

предотвра­

щ е н и е выбросов, резко ухудшает технико-экономические

показа ­

тели эффективности работы предприятия .

При проходке глубоких стволов

(до 1300 м) в течение

1963—

1968 гг. произошло 16 выбросов породы. Д в а выброса

произошли

985—1000 м и четырнадцать при проходке шести стволов

шахты

«Петровская - Глубокая» .

П р и

выбросе

в стволах, т а к ж е к а к и в горизонтальных

выра ­

ботках,

песчаник

разрушается на тонкие листообразные пластины

толщиной

от

нескольких

миллиметров до 1—2

см, всегда

оконту-

ривающие

полости

выброса.

П л а с т и н ы

ж е при

отбросе

разру­

шаются до размеров зерен песка. Выбрасываются и более

крупные

куски

породы

[61] .

На основании проведенного анализа выбросов получены опре­

деленные

практические

рекомендации .

При бурении двух смежных периферийных шпуров в ю ж н о й

части з а б о я первого западного вентиляционного ствола

перед

выбросом

24/ѴІ

1964 г. произошло

внезапное

выталкивание бу­

рильных молотков

со штангами

на

высоту

до

1,5

м. Через

10—

15 мин после этого содержание

мегана

у

устья

одного

шпура

превышало 6%,

затем через

1,5 ч оно снизилось до 0,5%

и

оста­

валось

таким

до з а р я ж а н и я шпура. У устья

второго шпура

содер­

ж а н и е

метана

не п р е в ы ш а л о

2,5%

и к

моменту

з а р я ж а н и я оно'

упало до

нуля.

При

бурении

шпуров

перед

выбросом,

происшедшим

13/ѴП

1964 г. в

этом

ж е

стволе, бурильщики

отметили

в ы б р а с ы в а н и е

штыба

с

водой

из

трех

шпуров

в

северной

части забоя .

К р о м е

16/ѴІП 1964

г.

выброс сопровождался

тремя

мощными

толч­

к а м и — у д а р а м и

с

интервалом в несколько секунд, при

этом

вентиляционная

струя к а ж д ы й

ра з опрокидывалась .

При выбросе,

происшедшем

17/ХІ

1964

г. в первом восточном

воздухоподающем

стволе в открытых

л я д а х

было

замечено

п л а м я

броса

П / Х І І

1964 г. во втором западном вентиляционном

стволе.

Выброс

22/ХІ 1964 г. произошел при измененном

паспорте

буровзрывных работ, рассчитанном на проведение ствола

диа­

метром

3

,м вместо 5,9 м. Интенсивность его была в 1,7

р а з а

меньше предыдущего выброса, происшедшего в этом ж е

стволе.

Вторые выбросы в первом западном вентиляционном и первом

восточном

воздухоподающем стволах происходили при первом

ж е

взрывании

после предыдущих выбросов. П о весу разрушенного

пес­

чаника

и

давлению газа в массиве песчаника можно

примерно

определить

силы, которые смогли приостановить выброс.

Н а п р я ­

жения на забое ствола составили примерно 20—30 кгс/см2 .

Выбросы

в стволах и в других выработках происходили

во

так как полости выбросов

вполне

надежно

бетонируются.

В з а т р а т ы времени на ликвидацию

последствий

выбросов-

включается еще дополнительное время на уборку породы,

однако

оно незначительно, так как современными

комплексами

у б о р к а -

производится достаточно

быстро.

Следует

отметить, что затраты

времени на операции,

с в я з а н н ы е

с бурением

и взрыванием,

т а к ж е

с о к р а щ а ю т с я . В первом

з а п а д -

ном стволе за два взрыва, которые сопровождались

выбросами,,

было

пройдено

16 м, а в

первом

восточном

возду.хоподающем —

12 м

выработки .

Характерные

выбросы

произошли

при проведении

сопряжений

горизонтов со

стволом.

К а к правило, они

прекращались тогда,,

когда

порода достигала

уровня

чуть

выше

кровли

сопряжения .

произошел

выброс силой примерно

160 тс. П р о д о л ж а т ь

взрывные

работы в этих условиях у ж е не было

необходимости.

При выбросе в северном сопряжении второго западного венти­

ляционного

ствола

на глубине 1007 м породой было

засыпано

около 18

м

ствола,

причем

выбрасывание породы так

же, как

в первом

западном

и первом

восточном вентиляционных

стволах,,

работ. Д л я условий

проведения вертикальных

стволов

выбор

способов борьбы с

выбросами

породы

еще более

ограничен.

По

сути дела, к этим способам

относятся

торпедирование,

у в л а ж ­

нение породного массива и изменение паспорта буровзрывных

ра­

бот [62].

Газопроницаемость напряженного

породного

массива д л я глу­

б и н 900—1200 м чрезвычайно низка

и может

быть с некоторым-

Д л я

того чтобы показания

манометра при

измерении

д а в л е н и я

газа в

песчанике увеличились

на 1 кгс/см2 ,

необходимо,

чтобы

объем газа в измерительной к а м е р е увеличился вдвое.

К а к

пра ­

вило, это происходит через 1—3

сут.

V =

2nRl

=

0,0

С М 3 С 1

СМ",

2

•где

nR4

— объем

камеры,

которая заполняется газом при из­

2nRl

мерении

давления;

— площадь,

с которой газ

выделяется, н а к а п л и в а я с ь в

камере;

R — радиус

шпура

(обычно 2

с м ) ;

I — длина камеры, см.

Опыты в шахтных условиях ставят под сомнение пригодность

метода как средства

борьбы

с выбросами

породы.

Так, при проходке второго западного вентиляционного

ствола

шахты «Петровская - Глубокая» на отм. 1006

м взрывание

з а р я д о в

пяти

скважин длиной

8

м

сопровождалось

выбросом

породы,

массиве при взрываниях обычных

и сопровождающихся выбросами

записывали

на магнитофонную

пленку. К р о м е

этого,

с

целью

п р е д у п р е ж д е н и я внезапных выбросов песчаника

проводили

опыты

по у в л а ж н е н и ю породного массива в западном

полевом

откаточ­

ном штреке

пласта /и 3 на гор. 915

м [63] .

проведение у в л а ж н е н и я

породного

массива.

Д л я

того

чтобы

не

останавливать

забой, примерные п а р а м е т р а у в л а ж н е н и я

(давление

воды, глубина

герметизации шпуров,

темп

нагнетания,

расстояние

м е ж д у

шпурами) было

решено определять

в выбросоопасной

зоне

вблизи

забоя .

В

стенке выработки в десяти метрах

от

з а б о я

пробурили

четыре

шестиметровых

шпура диаметром

42

мм,

в

один из кото­

герметизатора ГУ-3.

Первоначальное давление при

нагнетании

было 230 кгс/см2 , затем оно снизилось примерно до

200 кгс/см2 .

Скорость нагнетания

составляла 5 л/мин, глубина

герметизации

2,5 м.

Ч е р ез 10—40

мин нагнетания

капли

воды

появились

в

сосед­

них

шпурах,

что

свидетельствовало

о

фильтрации

воды,

а

не

•о

прорыве.

Е щ е

через

45 мин

давление

воды

упало

до

130 кгс/см2 . Вода

пошла по песчанику у стенок полости,

распо­

л о ж е н н о й правее

нагнетательного

шпура,

после чего

нагнетание

прекратили . Всего

было нагнетено 490 л воды.

Увлажнение песчаников, проведенное 28/ѴІІ 1964 г., осущест­

влялось- в чрезвычайно опасной зоне, разбитой на забое

густой

сетью трещин. Д а в л е н и е

при нагнетании

составляло

в

среднем

ной 6 м было нагнетено

около 14 м 3 воды. Нагнетание

прекратили

л и ш ь

после того, ка к

вода

начала

выделяться

со

всего забоя .

П о

предварительно

увлажненному

песчанику

было пройдено

6 м выработки (за четыре1

в з р ы в а н и я ) , которые

не

сопровожда ­

рительно у в л а ж н е н н о м песчанике, та к ж е как

и

при

обычных

в з р ы в а н и я х

в

штреке, автоматическими пробонаборниками отби­

р а л и

пробы

воздуха. Пробонаборники

у с т а н а в л и в а л и от

забоя на

расстоянии 20, 30, 40 и 50 м.

Если

при

взрываниях,

сопровождающихся

выбросами,

содер­

ж а н и е метана

в

пробах,

набранных

пробонаборником в 40 м от

забоя,

достигало

16—20%,

то при

взрывании

предварительно

у в л а ж н е н н о г о песчаника содержание

метана

в

пробах,

набран ­

ных

на этом ж е расстоянии

от забоя,

л и ш ь в одном случае

соста­

вило

0,9%

(первое после

у в л а ж н е н и я

в з р ы в а н и е ) . Во всех

осталь­

составляло

только 0,1—0,2%.

:

'

Следующее у в л а ж н е н и е

песчаника,

проведенное

31/ѴІІ

1964 г.,

осуществлялось через шпуры длиной 5 м. Один шпур

оставался

открытым,

служил

дл я выхода газа . В к а ж д ы й из четырех

шпуров

вода

нагнеталась

до тех

пор,

пока

не

начинала

выходить

из

соседнего.

г

П о с л е этого

у в л а ж н е н и я

было

пройдено 5 м выработки

(четыре

взрывания)

без

выбросов.

З а т е м

у в л а ж н е н и е массива

было

пре­

кращено .

Первое

ж е в з р ы в а н и е

после

выхода

из

увлажненного

массива

спровоцировало выброс

силой

160 тс

породы,

было

по­

в р е ж д е н о 17 металлических крепежных рам . Следующее

взрывание

вновь

сопровождалось' выбросом

140

тс

породы.

П о с л е этого

выработки п о я в и л с я . а л е в р о л и т !

Выбросоопасная зона заканчива ­

лась, дальнейшее увлажнение было прекращено .

В

литературе," посвященной

горным

у д а р а м , внезапным выбро­

с а м

угля и газа, часто подчеркивается

р е ш а ю щ е е значение соб­

ственно взрыва В В (имеется в

виду у д а р н а я п р и г р у з к а ) .

9 Е. С. Розанцев и д р .

129

11 ! i я

обычных

для

данной выработки

з а р я д о в

ВВ пли

умень ­

шенных.

Накопленные

данные

подтверждают, что интенсивность вы­

броса

определяется

не

воздействием

взрыва на

напряженный

массив и не количеством

одновременно взрываемого ВВ, а числом

и порядком

отрыва

частей массива. Это положение может слу­

жить основой для разработки таких способов и

порядков

взры­

вания,

которые

позволят

свести до

минимального значения

у щ е р б

от выбросов

породы.

И з м е н я я

паспорт

буровзрывных

работ, на шахте « Щ е г л о в с к а я -

работок, на шахте

№ 4/21 — около 100

м и на шахте

№

29 — 25 м г

когда объем выброшенной породы был незначительным.

Выброс, развиваясь, должен настолько сам

себя

подбучивать,

что дальнейшее его распространение станет невозможным, так

как

любые нарушения

могут происходить

только

до тех

пор,

пока

характерному шелушению:

по образованию на стенках или у

кровли тонких пластинок,

плоскости

которых п а р а л л е л ь н ы той

части забоя, в которой такой

песчаник

отмечен.

выбросах

в стволах.

Первый выброс при проходке первого восточного вентиляцион­

ного ствола шахты «Петровская - Глубокая» произошел 17

ноября

1964 г. Общее превышение

раздробленной породы н а д

новым

положением забоя составило

примерно

15 м. З а р е г и с т р и р о в а н н а я

сила выброса 500 тс.

Новое

взрывание после

уборки и

закрепления ствола

вновь

выброс

был

приостановлен

силами, им

ж е

порожденными .

Подобная

ж е

картина

н а б л ю д а л а с ь

5 и

11 д е к а б р я

1964 г..

во втором западном вентиляционном стволе.

Д и а м е т р

обоих

стволов

вчерне 5,9 м. Учитывая его фактиче­

ское увеличение при выбросе, для расчета

его м о ж н о

принять-

равным 8 м. Тогда общий вес раздробленной

породы составит поч­

ти

2000

т.

Д л я

того

чтобы поднять

этот столб породы (для дальнейшего

развития выброса), необходимо, во-первых,

преодолеть

н а п р я ж е ­

ния веса столба

пород

а с т ,

во-вторых, перемещение возможно при

преодолении

сил

трения

а г .

Тогда

по? ly

(ІІ.1>

я О 2

где

Di

— д и а м е т р

ствола после выброса,

м;