книги из ГПНТБ / Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов

ность 4

м,

угол

падения 18°) при углубке ствола №

1 на шахте

«Ключи»

№

1—3

Егоршинского месторождения. Д л я

у в л а ж н е н и я

•скважин

диаметром 100 мм. Среднее

давление

воды

составляло

50 кгс/см2 , расход воды на скважину 0,25

м3 .

При

обнажении и пересечении пласта наблюдались

редкие

•слабые

пощелкивания в массиве угля. В л а ж н о с т ь угля повыси­

л а с ь до

6—10% по сравнению с

1,3—3% в естественных

условиях.

При

вскрытии

и пересечении

вертикальными

стволами

мощных

пластов

и пластов

наклонного и крутого

падения

могут

возникнуть

рушиться в ствол, что послужит толчком для развития

внезапного

выброса.

Возможность

возникновения

таких

условий

зависит

от

с л е д у ю щ и х

факторов:

физико-механических

свойств

угля

и вме­

щ а ю щ и х

пород, угла падения

и мощности

пласта,

величины

ослаб ­

ленной

зоны, диаметра

ствола, величины

незакрепленной

части

•ствола

(величины з а х о д к и ) . Поэтому

при

вскрытии

пластов

часто

применяют

различные

с п о с о б ы у к р е п л е н и я

у г о л ь н о г о

м а с с и в а непосредственно

в местах,

прилегающих

к

контуру

вы­

работок .

Укрепление угольного

массива предотвращает

не

только

высы­

п а н и е

(обрушение) угля,

но

и любое разрушение,

являющееся

на­

чалом

развития выброса. Д л я

укрепления

угля применяют несколь­

ческого укрепления

массива

(штанговая и к а р к а с н а я

крепи), дру-

тие,

кроме того, снижают способность угольного пласта

отдавать

г а з

( з а м о р а ж и в а н и е

и химические

способы укрепления);

третьи,

к р о м е укрепления массива,

имеют

целью уменьшить

обнаженную

выброса.

М а к Н И И еще

в

1951 г. р а з р а б а т ы в а л

способ

вскрытия

п л а с т о в с применением

охлаждения

угольного

массива

[52] .

В

результате лабораторных

и опытных

работ были сделаны выво­

д ы

о возможности

снижения давления

газа

посредством

о х л а ж д е ­

ния угольного массива.

Проведенным техническим расчетом установлено, что для кон­

кретных

условий

вскрытия

время

з а м о р а ж и в а н и я

составляет до

24 сут. Исходя из значительного времени

з а м о р а ж и в а н и я ,

гро­

моздкости оборудования

и

трудности

контроля

процесса

з а м о р а ­

ж и в а н и я

данный способ

не

рекомендуется

для практического

при­

менения .

Сущность способа цементации

состоит

в

том,

чтобы

повысить

пустот и трещин цементным

раствором.

Принцип

упрочнения пород при силикатизации

основан

на сле­

д у ю щ е м . В

массив через

с к в а ж и н ы нагнетается

жидкое

стекло,

массив, заполняет большое число

пор в нем, при этом вокруг

к а ж ­

дой частицы массива образуются

пленки жидкого стекла. При

н а ­

выделяется гель кремниевой

кислоты, который и упрочняет м а с с и в .

Метод силикатизации при

пересечении стволами угольных п л а ­

ресечении стволом участка пласта с сильной тектонической

нару -

шенностыо.

В практике

горного дела существует т а к ж е несколько способов

механического

укрепления горных пород. В частности, д л я

вскры ­

применен на шахте «Северная»

В' Кузбассе способ упрочнения при

помощи

штанг — так н а з ы в а е м а я

штанговая

крепь. Это

способ

основан

на

искусственном повышении

прочности угольного

масси­

ва в месте вскрытия.

В некоторых случаях в квершлагах для предотвращения

высы ­

пания угля

применяют

каркасную

и

передовую

крепи.

Сущность

каркасного

крепления

состоит

в

том,

что при

подходе

к

пласту

бурят скважины через

весь пласт

с выходом их в породы

противо­

таллическую), которая, опираясь на в м е щ а ю щ и е породы,

у д е р ж и ­

вает угольный пласт от обрушений в выработку .

В условиях проведения

стволов способ

каркасного

крепления

вполне применим,

причем

улучшаются условия заполнения с к в а ­

жин цементным раствором,

что значительно

повышает

н а д е ж н о с т ь

каркасной крепи.

. •

К а р к а с н а я крепь может

быть применена

в

варианте

о г р а ж д а ­

ющей каркасной

крепи и в

варианте частной

каркасной

крепи,

разделения м е ж д у

понятиями

к а р к а с н а я

и передовая

крепь в

этом

случае

провести

нельзя.

К передовой крепну кроме того, относится забавная

крепь. О д ­

нако

она

при пересечении

пластов

стволами

может

применяться

в основном при

ликвидации

последствий

внезапных выбросов,

угля

и

газа.

Опыт проведения выработок по выбросоопасным пластам и ре­

зультаты

исследований В о с т Н И И

подтверждают

эффективность

предотвращения

выбросов-

путем з а д е р ж к и

процесса

р а з р у ш е н и я

угля

в

начальной

стадии

развития выброса. ' Достигается

это>

применением предохранительных

щитов.

По

способу воздействия

предохранительные

щиты

м о ж н о

р а з ­

делить

на пассивные и активные. Пассивные

щиты

с л у ж а т д л я з а ­

д е р ж к и

разрушающегося угля только за счет прочности . самого'

щита . Активные щиты, кроме того, имеют подпор к

з а б о ю

в ы р а ­

ботки,

за

счет чего

эффективность

щита

увеличивается.

досборники временных перекачных насосных станций,

откуда отка­

чивали насосами МС-50 на поверхность. Б л а г о д а р я

этому приток

причем

эта вода

в ы д а в а л а с ь

бадьями . Выдача породы

производи­

л а с ь

в бадьях .

Большинство

рабочих пластов

в полях реконструируемых шахт

з а л е г а е т

на

глубине

более

400 м

и

вскрывается

вертикальными

•стволами. Д а н н ы е

об

этих

пластах

приведены

в табл . 21.

Т а б л и ц а 21

Средняя

Опасность

Пласты

мощность,

по внезапным

M

выбросам

Надперв ый

1,10

Неопасный

3,00

Опасный

1,50

Неопасный

1,10

Опасный

0,75

Неопасный

Угол

падения

пластов

в

поле

шахты

«Воркутинская»

состав­

л я л

12—17°,

в поле

шахты

«Северная»

3—5°. Пласты

Тройной и

П я т ы й включают

прослойки

мятого

сажистого

угля

мощностью

д о 0,3 м.

Вентиляционный ствол шахты «Воркутинская» д о л ж е н был пе­

ресечь пласт

Тройной

на глубине 613

м. Строение

пласта и

состав

в м е щ а ю щ и х

пород

предварительно

были

установлены

разведочной

•отрабатывается на этом

участке шахтой № 1 и отнесен

к

опасным

п о внезапным выбросам угля или газа.

Внезапные

выбросы

на

тіласте

происходили

при

ведении подготовительных

и

очистных

р а б о т

начиная с глубины 370 м.

В 560

м от места

проходки ствола

по

простиранию

пласта

на

ш а х т е

№

1 сотрясательным

взрыванием в конвейерном

бремсбер­

ге №

1 был вызван

выброс

силой 140

тс

угля

и 35 000

м 3

метана .

П о

рекомендации

Воркутинского

опорного

пункта

В о с т Н И И

п л а с т был вскрыт стволом с применением

о г р а ж д а ю щ е г о

каркаса .

'С целью исключения возможности случайного

вскрытия

или входа

в геологическое нарушение

с расстояния

10 м

от забоя

ствола

до

п л а с т а

были пробурены

две

разведочные

скважины

глубиной 6

м.

В з р ы в н ы е

работы, начиная

с расстояния

3,2

м до пласта, вели в

р е ж и м е сотрясательного

взрывания .

Всего

было

проведено

два

сотрясательных взрывания: одно до начала

работ

по

возведению

•ограждающего каркаса,

второе — по вскрытию

и пересечению пла ­

с т а

после установки каркаса .

Взрывные работы

вели с применением

аммонита

П Ж В - 2 0 ,

.электродетонаторов ЭД-8-36 и ЭДК.З с общим

периодом

з а м е д л е ­

ния

100 млс. М а т е р и а л

забойки — в л а ж н а я глина с песком, с до-

раллельно - ступенчатая

на

антеннах

из

алюминиевого

провода.

В з р ы в а н и е

вели с поверхности

от

сети

переменного

тока

напря ­

ж е н и е м 220

В.

С начала

бурения

разведочных

шпуров на случай вскрытия суф ­

л я р о в

или внезапного

выброса

проветривание ствола

осуществля­

л о с ь

непрерывно вентилятором

В Ц О - 1 . Количество подаваемого в

забой воздуха составляло 400—420 м 3 /мин .

Число

одновременно

находящихся

в

стволе рабочих

и надзора

в н а ч а л е

было

ограничено

до

двух

человек

(вместимость

одной

бадьи

емкостью

2,5 м 3 ) ,

а при ведении работ

по устройству

о г р а ж ­

д а ю щ е г о

каркаса — до

4

человек.

В

забое

постоянно

находилась

.прицепленная порожняя бадья .

Рабочие

и надзор,

находящиеся

в стволе,

были снабжены

инди­

На

период

вскрытия

пласта

подвесной

проходческий

насос

П П Н - 5 0 с

был

отключен,

воду

из забоя

в ы д а в а л и

бадьями

(2—

3 бадьи в ч) .

Стволовая электрическая сигнализация из-за невзрывобезопас-

ного исполнения

отключалась . Все сигналы

из з а б о я

ствола

пода­

в а л и у д а р а м и

по

тросу, протянутому по стволу от

нулевой

пло­

щ а д к и

до

забоя

ствола.

Р а б о т а

двигателей

автосамосвалов

у по­

родной

течки

на

нулевой площадке р а з р е ш а л а с ь

только

после

з а м е р а

метана

интерферометром. Стоянка

автосамосвалов у

ство­

Через

к а ж д ы е 30

мин выключалось все оборудование, произво­

д я щ е е

шум,

и забой

осматривали . П е р е д тем как

з а р я ж а т ь

шпуры

для сотрясательного

взрывания,

электроэнергию

отключали в -

с т в о л е на нулевой площадке и в радиусе 20 м от

ствола.

П е р е д

сотрясательным

взрыванием

забой

подтапливали

водой не

менее

чем на 20 см по наивысшей точке.

Н а

момент

взрывания

вентилятор

ВЦО - 1,0

останавливался .

В к л ю ч а л и его

не ранее чем

через

30

мин после

взрывания

при

условии

содержания

метана

на нулевой

п л о щ а д к е

ствола

ме­

нее 1% . После проветривания

ствола в течение

30

мин (также

при

с о д е р ж а н и и

метана

на

нулевой

п л о щ а д к е

менее

1%)

забой

ствола

осматривали

начальник

участка

и

взрывник, которые были

снаб ­

ж е н ы интерферометрами

Ш И - 3

и изолирующими

самоспасателями

С К - 3 ,

после

чего рабочие

допускались

в

забой

ствола.

шена до 1,1 —1,2

м. Породы кровли

по

верхней

стороне

з а б о я

были нарушены рядом трещин, из которых при затоплении

з а б о я

водой: наблюдалось незначительное выделение метана. З а б о й

ство ­

ла

был ориентирован

по

напластованию

пород

и были

пробурены

и загерметизированы

контрольные

скважины

1к,

2к,

Зк.

Через-.

1 сутки на контрольных с к в а ж и н а х

были

установлены

манометры..

С 10 ч (3/Х) до

8 ч

(4/Х)

давление

газа,

поднявшись

до-

1,4

кгс/см2 , у д е р ж и в а л о с ь

на одном

уровне. В

последующие

сутки,

с 8

4J('4/X) до

8 ч

(5/Х)

давление

поднялось

до

35 кгс/см2 ,

а к.

24 ч (5/Х) достигло величины 39,7

кгс/см2 ,

после

чего

было

при­

нято решение

манометр снять и

установить

новый со

шкалой

до>

60 кгс/см2 . Следует отметить, что в

период м е ж д у

20—22

ч

(4/Х)

давление резко упало до

17,5 кгс/см2 : Это было вызвано

тем,

ч т о

для

удобства

работ

по бурению

была

начата

разборка

забоя,

пневмоломами, что привело к уменьшению

породной

подушки -

После установки

манометра со шкалой в 60

кгс/см 2 давление

газа-

уровне в течение 35

ч.

Д л я определения

радиуса

дренирования

пласта

Тройного

ш п у ­

рами диаметром 56 мм на расстоянии 15 см от контрольной

с к в а ­

жины 2к был пробурен параллельный г шпур. После этого

д а в л е ­

ние га'за за 4 ч снизилось до

26 кгс/см 2 и

сохранялось

на

этом

уровне в течение 24

ч.

Эксперимент показал, что

эффективный

радиус

дренирования

пласта Тройного при бурении д р е н а ж н ы х скважин диаметром

56 ммі

очень м а л и что практически снизить давление в пласте до

б е з о ­

пасной величины бурением скважин малого диаметра

не

у д а с т с я .

Поэтому для создания безопасных условий при вскрытии

п л а ­

ста

был применен металлический о г р а ж д а ю щ и й каркас .

С к в а ж и н ы под каркас пробуривали диаметром 56 мм. В качест ­

ве

арматуры применяли стальные прутья периодического

п р о ф и л я

д и а м е т р о м ' 3 2 мм.

П о с л е ' м о н т а ж а 89

стержней о г р а ж д а ю щ е г о к а р к а с а

створчатая)

опалубка была перепущена и

заходка высотой 2,1 м была

з а б е т о ­

нирована. Выступающие на 1,5—1,8 м концы стержней

каркаса-

были -забетонированы

вместе

со стенками

ствола

и

о б р а з о в а л и

жесткий о г р а ж д а ю щ и й

к а р к а с . Н и ж н и е концы к а р к а с а

были

з а д е ­

После

окончания

работ по установке каркаса

забой

был о б у ­

рен в соответствии с

паспортом

буровзрывных работ и

взорван

в.

р е ж и м е сотрясательного взрывания .

Припроходке клетевого ствола шахты «Северная» были встре ­

чены д в а

пласта . • •

П л а с т

Надпервый

вскрывали

без специальных

мероприятий

в

[режиме сотрясательного

взрывания .

Д а в л е н и е

газа,

замеренное

перед вскрытием, составляло

7,5

кгс/см2 .

Вскрытие пласта Тройного клетевым стволом производили по

специальному проекту, аналогичному проекту вскрытия этого

пла­

ста вентиляционным стволом шахты «Воркутннская» .

Перед началом

работ по установке о г р а ж д а ю щ е г о каркаса

было

замерено

давление газа

в контрольной

скважине,

пробуренной

из

з а б о я по

простиранию

пласта.

М а к с и м а л ь н а я

величина

давления

•составляла 29 кгс/см2 .

П о д защитой металлического

о г р а ж д а ю щ е г о

каркаса

пласт

•был

вскрыт

сотрясательным

взрыванием

без

внезапного

выброса

у г л я

и газа .

С

применением

каркаса

был

т а к ж е

вскрыт

пласт

Владимиров -

•ский

вентиляционным

стволом

шахты

«Северная»

в

Кузбассе.

Э т о т

случай

вскрытия интересен

тем,

что

к а р к а с

возводили

с уче­

т о м

наиболее

вероятного

направления

возникновения

выброса —

на половине

периметра

ствола

со

стороны

восстания

пласта.

При проходке вертикального клетевого ствола на шахте «Чер-

касовская»

комбината

Прокопьевскуголь

разведочной

скважиной

на глубине 350 м был обнаружен

пласт

I V Внутренний

мощностью

7 м с углом падения 86°. В 7 м

выше

пласта

I V

Внутреннего

ранее был вскрыт и пересечен пласт угля мощностью 1 м.

При подходе

ствола

к пласту I V

Внутреннему на

расстояние

1,8 м по нормали забой

был

остановлен для замера давления

газа .

М а к с и м а л ь н а я

величина

давления газа по одной скважине

соста­

вила

14 кгс/см2 , по другой

22

кгс/см2 .

В

качестве

способа

борьбы

с внезапными

выбросами

угля

и

газа при вскрытии пласта было решено применить

увлажнение

угольного массива и передовую каркасную крепь.

Воду нагнетали через две передовые скважины поочередно с

помощью насоса УНВ-2. Всего в пласт было нагнетено

30

м 3

воды.

Учитывая,

что

давление

газа в

контрольных с к в а ж и н а х

не

снизи­

рению с к в а ж и н

под

каркас .

К а р к а с н а я

крепь

представляла собой металлические стержни

вине периметра забоя ствола 25 стержней на расстоянии

0,3 м друг

от друга .

Особый

интерес

представляет опыт

проведения вентиляцион­

ного ствола

«Спутник» I V крыла

в поле

шахты «Коксовая» в Куз­

бассе, пересекавшего

ряд пластов. Н а

рис. 32 показан

геологиче­

ский разрез пород в месте проведения ствола.

Проходке вентиляционного

ствола

предшествовало

бурение

ной проектной организацией. Следует отметить,

что в условиях

с л о ж н о с к л а д ч а т ы х месторождений, каким является

Прокопьевское,

дена разведочная скважина . Отклонение

скважины от

оси с т в о л а

на проектной отметке составило 30 м.

П о результатам бурения скважины

было дано

заключение,,

пласты вскрывались с их предварительной

разведкой.

На глубине 267,9 м от поверхности

вскрыт выбросоопасный

пласт Мощный, имеющий мощность 10,5

м

и з а л е г а ю щ и й под уг­

лом 50°.

В связи с большой мощностью пласта

в

качестве

мероприятия

по предупреждению внезапных выбросов

применяли

ограждающий;

ж е л е з о б е т о н н ый

к а р к а с

на

всем

протяжении

до

полного

пересечения.

Схема

расположения

каркасной

крепи

показа ­

на

на

рис.

33.

С к в а ж и н ы

для возве­

дения

о г р а ж д а ю щ е г о

ж е ­

лезобетонного

каркаса

бурили

установкой

БУКС - 1м,

для

чего

был

изготовлен

набор

специ­

альных

штанг,

обеспечи­

вающих

бурение

скважин

до

проектной

глубины

5,6

м.

Глубина

с к в а ж и н

под

к а р к а с

принята

из

условия

опережения

за­

боя

ствола

в пласте

угля

на

2

м.

Армировали

с к в а ж и ­

ны

арматурой

периодиче­

ского

профиля

диамет ­

ром

32

мм,

выступающие

концы

арматуры

заделы ­

вали

в

крепь.

Проветривали

ствол с

помощью

прорезиненных

трубопроводов

диамет ­

ром

800

мм

вентилятором

ВЦО-1/1500,

удаленным

от ствола на 25 м. В

за­

бой

поступало

400

м3 /мин

воздуха.

З а б о й

ствола

осве­

щ а л с я

светильниками

«Проходка-2»

в

комплек­

се

с

реле

утечки

РУВ — 2 — 127 и анализа ­

тором

метана

АМТ-2.

Д а т ч и к

метана

АМТ-2

Рис.

33. Схема

расположения

каркасной

крепи

при

вскрытии

пласта

Мощного

на

шахте

«Коксовая»

комбината

Про-

копьевскуголь:

І—ХѴІ

— число

з а х о д о к

каркасноіі

крепи

р а с п о л а г а л с я в стволе под

полком,

аппарат

сигнализации

содер­

ж а н и я метана

АСМТ-'2, сигналы-roe

табло

ТСМ-5 и гудок — в зда­

нии подъемной

машины .

Все механизмы

на

поверхности,

кроме

тором метана АМТ-2, датчик

которого

устанавливали

под

нулевой

р а м о й .

При

пересечении пласта

неоднократно

отмечались

сильные

у д а р ы

в массиве и повышенное

газовыделение.

К 1 сентября 1971

г. ствол

был

пройден на

глубину

474 м.

После обуривання

забоя

проходчики

выдали

на

поверхность

после

контрольных

замеров

наличия

метана

приступили к

з а р я ж а ­

нию

забоя .

Всего

было

з а р я ж е н о 66

шпуров с

величиной

з а р я д а

2,4

кг

в

к а ж д о м ,

в

качестве

забойки

применяли

гранулированный

ш л а к

и воду.

После

з а р я ж а н и я

забоя

все электродетонаторы были последо­

вательно

подсоединены

к

кольцевой антенне,

смонтированной

на

высрте

0,5 м

от

почвы

ствола.

Концы

электродетонаторов и

.антенны

не

изолировались.

рабочими,

участвующими в з а р я ж а н и и , выехал

на

поверхность.

Отключив электроэнергию в копре и выставив посты вокруг

•ствола на

расстоянии

50

м, мастер - взрывник

произвел взрывание

от электрической сети

напряжением

127

В, включив

минный

р а з ъ ­

е д и н и т е л ь , находившийся

в помещении взрывной станции.

Через

2—3 мин

после

этого из ствола произошел сильный воз-

.душный толчок в

виде

динамического

у д а р а

по

обшивке

копра.

З а т е м подобные толчки повторялись

несколько

раз .

Войдя

в копер

через

несколько

минут, почувствовали

запах

радиусе 70—90 м.

Проходческая бадья емкостью 2

м 3 , находив­

ш а я с я

на

нижней

приемной

площадке,

была заброшена взрывной

волной

в

породный

бункер

на высоту

10 м. П р о в о д а

высоковольт­