Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

8.17 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 179 10 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>


в з р ы в а . Таким образом, недооценка		сложности горно-геологиче
ской обстановки	проведения ствола,	в ы р а з и в ш а я с я в отсутствии
передовых разведочных скважин, привела к			серьезной	аварии .
Определенные	особенности имеются при		проведении	в ы р а б о

ток околоствольного двора, пересекающих угольные пласты, склон ные к внезапным выбросам угля или газа, в непосредственной бли зости к действующему стволу. Эти особенности связаны с рядом факторов и п р е ж д е всего с функцией пройденного ствола (углубля емый или вновь пройденный), мощностью вскрываемых пластов и углом их залегания . Известны случаи, когда отсутствие опыта в

проведении		выработок околоствольного двора		приводило к	т я ж е
л ы м	последствиям — крупным		внезапным	выбросам	угля
и газа .
Так,	на	шахте «Ключи» № 1-3	восточный квершлаг гор. 370 м,

пройденный от обходной выработки ствола на расстояние 80 м,

подсек пласт № 11 мощностью 14 м с углом		падения 20°. Строение
пласта исключительно сложное, уголь интенсивно			перемятый. З а
бой квершлага почти полностью пересек пласт и			вошел в породы
его	почвы. Только в правом верхнем углу	з а б о я	оставался	уголь
на	площади 0,9X1,5 м. В процессе проходки	неоднократно		наблю

дались высыпания угля, высота полостей достигала 2,5 м. Высыпа ния сопровождались повышенным газовыделением.

Перед выбросом в забое грузили уголь и породу. Через 2 ч после начала смены раздались частые сильные у д а р ы , за которыми последовал внезапный выброс угля и газа.

П о квершлагу и по обходной выработке прошла интенсивная струя газа с пылью, з а п о л н и в ш а я околоствольный двор . Газом, выделявшимся при выбросе, опрокинуло вентиляционную струю, и


газ пошел по стволу			с глубины 370 м на поверхность. Последовав
ший взрыв газа привел к разрушению копра и пожару, а								т а к ж е
вызвал	значительные з а в а л ы			в квершлаге		и на сопряжениях		ство
л а с выработками .			Характер	нарушений		в квершлаге	и	стволе
после внезапного выброса и взрыва газа					показан на рис. 34.
Н е	менее	опасные условия		вскрытия	и пересечения		свиты	мощ
ных пластов наблюдались и на шахте					«Коксовая» в		Кузбассе.
Здесь	пласты	вскрывали главным квершлагом горизонта						300 м
д в у м я	встречными		з а б о я м и со стороны			вспомогательного		ствола


№	3 и со стороны главного		ствола шахты. При вскрытии пласта
I I I	Внутреннего произошел		внезапный выброс		силой	200	тс	угля,
при этом выделилось		более 8000 м 3 метана.
	После выброса часть главного квершлага на расстоянии							22 м
от	пласта I I I Внутреннего		была	изолирована	двумя	бетонными
перемычками . В связи с этим, а				т а к ж е с целью уменьшения				воз
можности появления внезапных ; выбросов при					вскрытии		других
сближенных пластов свиты, главный квершлаг					в дальнейшем			про
ходили обводными		выработками — северным и			южным		квершла

гами уменьшенного сечения, отстоящими друг от друга на 30 м. Учитывая незначительное удаление забоев квершлагов от воздухо-

6 Е. С. Розанцев н д р .

п о д а ю щ е го ствола, при вскрытии пластов были приняты специаль ные профилактические меры, в частности, увлажнение угольного массива и дегазация с применением вакуума от подземных пере д в и ж н ы х вакуумных установок.

Се8. штр плЛ M

гор. ZWм

Рис. 34. Характер нарушений в квершлаге и стволе
после внезапного	выброса	и	взрыва газа на	шахте
	«Ключи»	№	1—3:
/ — место внезапного	выброса:		2 — предполагаемый	завал;
3 — з а е з д к стволу. 4 — перекрепленный участок
Одной из значительных трудностей, связанных с проведением
выработок околоствольного двора,			пересекающих	выбросоопасные

пласты, является сложность своевременного удаления людей в без

опасное	место при	появлении	признаков внезапного выброса		угля
и газа или непосредственно самого выброса. Д л я				з а щ и т ы работаю
щих в случае внезапного выброса в подобных				условиях	м о ж е т
служить	обходная	выработка,	н а х о д я щ а я с я в	непосредственной

близости от вскрываемого пласта. По		такой схеме была, напри
мер, оборудована к а м е р а - у б е ж и щ е	при	вскрытии пласта Лутугин-
ского на гор. 360 м шахты «Северная»		в	Кузбассе.	Расположение
камеры - убежища в обгонной ветви околоствольного					двора	п о к а
зано на рис. 35.
30 »			50м
			У			I

			А-А
			ш
Рис. 35. Расположение камеры-убежища в		обгонной ветви			околостволь
ного двора при вскрытии пласта			Лутугинского
Н а выходах обгонной ветви в квершлаг			были установлены			двой
ные перемычки, двери которых постоянно			д е р ж а л и с ь		закрытыми .
Свежий воздух нагнетали с поверхности		вентилятором			ВЦО - 1/1500
через перемычку в обгонную ветвь.	Д а л е е двумя			вентиляторами

местного проветривания, работающими параллельно, свежий воз дух через вторую перемычку подавали в забои квершлага . В об

гонную	ветвь	был введен	т а к ж е трубопровод		сжатого		воздуха с
вентилем на		выхлопе. Путь от з а б о я до		входа	в	к а м е р у - у б е ж и щ е
освещался аккумуляторными л а м п а м и .
Подобный		ж е вариант	использования	выработок околостволь
ного двора в		качестве к а м е р ы - у б е ж и щ а з а л о ж е н				и в проект подго
товки гор. 100 м на шахте «Ягуновская»				Кемеровского			месторож
дения	Кузбасса .
Во всех случаях вскрытия пластов в				районе		околоствольных
дворов	шахт	стремятся применять наиболее			н а д е ж н ы е способы

профилактики внезапных выбросов, в некоторых случаях дублируя эти способы. В последние годы принята ориентация на способы предупреждения выбросов, о б л а д а ю щ и е регулируемыми парамет рами .

Регулируемость параметров способов борьбы с внезапными выбросами характеризует собой процесс снижения основных фак торов, определяющих выбросоопасность пласта, до необходимых

безопасных пределов. Это связано с тем, что после	осуществления
способа, д а ж е если видна его я в н а я ненадежность	в данных усло

виях, изменить или как-то улучшить эти параметры зачастую не представляется возможным . В таких случаях следует у п р а в л я т ь (регулировать) процессом разгрузки пласта, добиваясь требуемых

6* 83

безопасных критериев. Особенно это необходимо при вскрытии пластов значительной мощности, где разгрузка пласта от повышен ных напряжений д о л ж н а быть, как правило, селективной, т. е. иметь направленное воздействие на угольный массив. Одним из таких способов* с регулируемыми п а р а м е т р а м и является механо-

гидравлическое создание послойных пустот, ориентированных в определенном направлении впереди движущегося забоя квершлага . П о к а з а т е л ь н о в этом отношении вскрытие с механо - гидравлическим размывом пласта «Неизвестного» мощностью 1,8 м, проведен ное на шахте «Ноградская» комбината Прокопьевскуголь.* Схема расположения контрольных с к в а ж и н и с к в а ж и н для. гидровымыва представлена на рис. 36.


Д л я гидроразмыва пласта было		пробурено		пять с к в а ж и н . Все
с к в а ж и н ы первоначально	недобуривались по			породе	до	пласта
на 0,5 м. П о мере необходимости оставшаяся				породная	«пробка»
перед к а ж д о й скважиной	у д а л я л а с ь	и	начинался процесс			гидро
вымыва . В н а ч а л е с к в а ж и н а	р а з м ы в а л а с ь		по ее длине одноструйной

* Способ разработан и испытан Е. С. Розанцевым и В. А. Журавлевым.

форсункой до почвы пласта, а после замены форсунки на трех-

струйную с к в а ж и н а формировалась			в полость.
Первая и пятая скважины располагались з а контуром выработ
ки, а	вторая, третья	и четвертая — в пределах		контура сечения.
З а	эффективностью гидровымыва следили по изменению д а в
ления	газа; д л я з а м е р а давления		газа в пласте	было пробурено
ч е т ь т е	контрольных	скважины .

Время t, ч

Рис.			График снижения давления газа и изменения концентрации метана
	момент			гидровымыва опережающих полостей при вскрытии пласта Неиз
в		37.				вестного	шахты	«Ноградская»:
				J — давление		газа (р) в	скв. №	2;	2 — концентрация метана (q)	<г-
	Гидровымыв				был	начат	со скважины 1. Эта с к в а ж и н а р а з м ы в а
л а с ь		до тех пор,			пока был		выход		штыба . З а т е м была	перебурена
породная				пробка в скважине 2 и					в ней происходил процесс вы-
мыва.		Н а		рис. 37 показаны графики снижения давления газа и
изменения				концентрации метана в момент гидровымыва						опережаю
щих полостей. С р а з у после							н а ч а л а		р а з м ы в а второй скважины на

чалось снижение давления газа и после сбойки полостей в с к в а ж и

нах 3	и 2 давление упало до		нуля	(см. рис. 37). Д а л ь ш		е	разви
в а л а с ь	полость в	с к в а ж и н е	4. Снижение д а в л е н и я		газа	в	конт
рольнойскважине		4 началось	сразу	ж е после н а ч а л а	гидровымыва
пласта . Процесс гидровымыва			сопровождался резким		повышением
. концентрации метана в забое.

Н а пластах сложной структуры, в случае если перемятая пачка угля находится между пачками крепкого угля, механо-гидравличе- ское создание полостей имеет некоторые особенности. Эти особен

ности заключаются

том, что вначале

скважину

бурят

неболь

шим диаметром до перемятой пачки, а затем производят

ее гид-

ровымыв .

При

этом

эффективность

работы

струи

воды

зависит

от

степени

шероховатости

поверхности

скважины,

уг

л а

встречи

струи

воды

поверхностью

скважины,

крепости

угля,

давления

воды.

Д л я

практического

поль

зования

при

определении

параметров

гидровымыва

может быть применен гра

фик

зависимости

критиче

ского

давления

струи

во

д ы на внутреннюю поверх

ность

скважины

от

угла

наклона

струи

для

углей

- J — -

ft,

разной

крепости,

представ

ленный

на

рис.

38.

З н а я

Угол наклона

струи et, град

коэффициент

крепости

угля,

Рис.

38. График

зависимости

критического

можно

определить

парамет

давления струи воды (рвѵ ) на поверхность

ры

(давление

воды

на

по

скважины от угла наклона струи

(а ) для

верхность

р,ф

угол

на

углей

разной

крепости:

клона

струп

а ) ,

необходи

2, 3.

4, 5, 6,

7. 8,

9, 10 — соответственно дл я углей

мые

для оценки

эффектив

коэффициентом

крепости

0.5: 0.67: 0,75;

0,87; 1,0;

1,12; 1,25; 1,37; 1,5; 1.62

ности гидровымыва

пласта.

Интересен опыт разбивки сопряжения вентиляционного ствола

шахты «Воркутинская»

комбината

Воркутауголь

на гор. —495

по пласту

Тройному. П л а с т

Тройной состоит

из

двух

пластов:

верхняя часть — пласт

Первый мощностью

1,23 м; н и ж н я я

часть —

пласт Двойной мощностью 1,37 м.

Перед началом работ по проходке сопряжения

на отм. —495 м

возвели перекрытие ствола, затем в бетонной крепи пробили

пять

окон

размером

400X400

мм

местах

предполагаемого

бурения

о п е р е ж а ю щ и х

скважин . Д и а м е т р

скважин

300 мм, их длина 10 м.

Бетонную крепь ствола в месте сопряжения вскрывали пнев-

моломами

короткими

шпурами с

з а р я д а м и

аммонита

П Ж В - 2 0

в р е ж и м е

сотрясательного взрывания . Д л я выемки

угля

применяли

отбойные молотки. З а т е м подрывали породу короткими подбурками .

Использование накопленного опыта проведения стволов, пере секающих выбросоопасные пласты, д а л о возможность усовершен ствовать способы и методы создания безопасных условий и отра ботать параметры профилактических способов.

				Г л а в а	I V
	СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ВНЕЗАПНЫМИ ВЫБРОСАМИ В СТВОЛАХ
		§ 1. 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
К а к		у ж е отмечалось,		у в л а ж н е н и е	угольного массива			в	настоя
щ е е	время является		одним из самых			распространенных			способов
борьбы		с внезапными	выбросами угля и газа в различных						горных
выработках, в том числе при вскрытии						пластов	квершлагами .
Увлажнение воздействует на газодинамические и физико-ме
ханические факторы, в о з б у ж д а ю щ и е выбросы. При этом									изменя
ются	в л а ж н о с т ь угля,			газовыделение,		давление	газа,	напряжен
ность		горных пород	[71, 72, 73, 74]. Особенностями					увлажнен
ного массива являются: снижение упругих и увеличение									пласти
ческих		деформаций;	уменьшение потенциальной				упругой		энергии

у г л я в призабойной зоне пласта; перемещение максимальных на


пряжений в глубь массива; уменьшение коэффициента					концентра
ции напряжений перед забоем выработки .
П р и з н а в а я			основную роль в развитии первой ф а з ы			внезап
ного	выброса за потенциальной энергией горных пород,					необхо
д и м о	заметить,		что на этапе обнажения пластов перепад			давления
г а з а	может оказаться не только достаточным дл я дробления по
род,	но и решающей или, по крайней			мере, равноценной	причиной
д р о б л е н и я		угля при внезапном его обнажении .
Кроме		того,	на этапе обнажения	пластов, особенно		стволами

большого диаметра, возрастает роль давления газа как носителя

энергии, необходимой дл я выноса угля

(породы)

в ствол.

Расчет кинетической энергии движущегося угля и породы дл я

условий

проходки

ствола

наиболее

распространенного

диаметра

м и минимального объема газа, необходимого

дл я выноса

угля

породы

при

различном

давлении

газа,

проведенный

по форму

л а м (1.51)

и (1.52),

представлен

в табл .

22.

Т а б л и ц а

Сила

Кинетическая

Минимальный

объем

газа

( м 3 ) , необходимый для выноса

угля

выброса

энергия

породы при давлении газа, к г с / с м 2

по углю,

дпнжущнхся

угля н породы,

тс

кгм

•10

48,4-105

333

215

176

1,8

1,1

100

58,4-105

405

260

210

2,2

1,3

500

18,2-10°

1280

938

867

107

8,2

3,2

К а к

видно

из

результатов

расчетов,

у в л а ж н е н и е

угольных

пластов при обнажении их или пересечении за один прием не обе

спечивает	з а щ и т ы	д а ж е от выбросов	незначительной силы		уж е
при давлении газа		15—20 кгс/см 2 . Пр и обнажении		пластов, по-
видимому,	необходимо дополнительное		применение	других	спосо-


бов, например снижения давления					газа	д р е н а ж н ы м и	с к в а ж и н а м и
небольшого диаметра .
На этапе пересечения пласта увлажнение является одним из
наименее	трудоемких		и в то ж е		время	эффективных		способов.
С этих	позиции можно			произвести оценку степени			воздействия
у в л а ж н е н и я		угольного	массива и		области применения			у в л а ж н е
ния на этапе		обнажения		крутых	или мощных угольных			пластов .

Известно, что максимальное количество газа, участвующего в- выбросе, может составлять до 50% от эффективной метамоемкости угля, 10% из которых составляет газ, находящийся в угле в сво бодном состоянии.

С другой стороны, из увлажненного угля при его разрушении

выделяется газа в 3 раза		меньше, чем из сухого. Исходя из
этого	можно предположить,	что при обнажении	увлажненного
угля	в начальный момент может выделиться до 17%		находящегося

в нем газа . Результаты расчета количества газа, могущего уча ствовать в выбросе при обнажении увлажненного угля по у с л о

виям, принятым

как средние дл я Кузбасса, представлены

в табл . 23.

Т а б л и ц а

Количество газа ( м 3 ) . участвующее n выбросе при обнажении увлажнен

ного угля при силе

выброса по у г л ю ,

тс

100

500

1000

11,5 '

57,5

115,0

575

1150

16,0

77,0

160,0

770

1600

18,5

89,0

185,0

890

1850

20,3

100,0

203,0

1000

2030'

22,0

110,0

220,0

1100

220О

25,0

125,0

250,0

1250

2500

качестве

дополнительного

доказательства

эффективности

у в л а ж н е н и я на рис. 39 приведены сравнительные графики

д е ф о р

мации

сухого

увлажненного

угольного

массива впереди

з а б о я

ствола

при

пересечении

пласта

Безымянного

шахты

« К о к с о в а я » .

К а к

видно

на

рис. 39, в

непосредственной

близости

з а б о ю ство

л а

(до 3

м)

увлажнение

угля

приводит

значительному

увели

чению д е ф о р м а ц и и массива

(в 2—-2,5 р а з а ) ,

следовательно,

д о

стигается

разгрузка

от повышенных

напряжений .

Д л я успешного

применения

у в л а ж н е н и я

угольных

пластов

при

вскрытии

их

вертикальными

стволами

рассмотрим

особенности

схем расположения скважин, параметров и режимов

нагнетания

применительно к вскрытию мощных угольных

пластов

с л о ж н о г о

строения.

Схемы

расположения

скважин

дл я

нагнетания

определяются

горно-геологическими условиями залегания пласта (углом залега

ния, мощностью), величиной породной пробки, оставляемой	перед
обнажением пласта, и числом скважин . От угла залегания	п л а с т а

и его мощности зависят площадь,		п о д л е ж а щ а я		профилактической?
обработке, а следовательно, и число			скважин, и число этапов на
гнетания воды. Так, при пересечении			крутого мощного пласта н а
гнетать воду	рационально (а иногда		и необходимо по техниче
ским условиям) не менее чем в два		этапа .
Величина	породной пробки при	нагнетании		воды	ранее опре
д е л я л а с ь исключительно требованием			соблюдения		необходимой
длины герметизации скважин .

Рис.	39. График деформации			сухого			( / — 3 )	и ув
лажненного		( / ' — 3 ' )	угольного		массива впереди
забоя	ствола	(пласт	Безымянный,				шахта	«Кок
		совая» ):
1, V — на расстоянии 0,5			м; 2, 2'	— на		расстоянии		2,5 м:
		3, 3' — на	расстоянии		4	м

П о данным исследований, приведенным в главе I I раздела I , .

сучетом исключения возможности прорыва воды в ствол это-

расстояние	д о л ж н о	быть не менее		д и а м е т р а ствола,	считая по	бли
ж а й ш е м у	к пласту	борту	ствола,	параллельно его	оси.
В процессе нагнетания			воды	в пласт сложного	строения	п р о

исходит продвижение фронта воды за счет гидродинамических и- капиллярных сил. Этот процесс сопровождается увеличением влажности угля и соответственно изменением его физико - механи ческих свойств.

Равномерность у в л а ж н е н и я пласта как . по мощности, т а к и поплощади зависит от положения фронта воды в различных пачках .

Конечное положение фронта воды зависит от ее количества,, поданного в пласт. Количество воды обычно рассчитывается ис

ходя	из	нормы на 1 т запасов	с учетом равномерного р а с п р е д е л е
ния	по пласту.
Д л я		достижения равномерного		у в л а ж н е н и я по	всей зоне	п л а
ста сложного строения необходимо учитывать					неравномерность
строения		пласта . Практически	это	возможно при	увеличении	нор

мы подачи воды в пласт путем введения поправочного коэффици ента на неравномерность строения пласта.

89'

Е с ли принять линейный закон д в и ж е н и я воды в угольном пла сте, можно у т в е р ж д а т ь , что положение фронта воды в пачках пла

ста пропорционально их водопроницаемости.			Водопроницаемость
отдельных	пачек пласта, так ж е как	и их газопроницаемость, мо
ж е т резко	отличаться друг от друга .	Методы	определения прони

цаемости отдельных пачек пластов в натурных условиях отсут

ствуют,

однако

косвенно

о проницаемости можно судить по проч

ности угля. Так, по данным

Т а б л и ц а

работы

[54],

можн о

устано

вить

зависимость

проницае

Показатель

мости

от

типа

нарушеиностн

Газопроница

угля

пласте.

то

ж е

время

Тип

крепости

нарушенное™

по Протодья-

емость у г л я ,

Ю. С. Премыслер

и Г. Н. Фейт

мдарсн

конову f

[55]

отмечают

связь

типа

на-

1,9

868

рушенности с

прочностными

характеристиками угля, в част

I I

1,0

227

ности,

показателем

крепости

I I I

0,8

145

угля

по

Протодьяконову .

I V

0,3

Менее

0,3

табл .

приведены

данные,

взятые

из

работ

[54]

[55] .

среднем,

по данным

[54], угли V типа нарушеиностн

в 50

раз

менее

проницаемы, чем

угли

ненарушенной

структуры.

Д л я

угольных

пластов Кузбасса наиболее

характерной

чертой

является неоднородность

их строения. Пласт ы

чаще

всего

состоят

из нескольких

пачек

различной мощности

различной

крепости.

Д л я

оценки

неравномерности

строения

угольных

пластов

П р о

к о п ь е в с к о м

района

было

проведено определение мощности и кре

пости

угля

по

пачкам

некоторых

выбросоопасных

пластов

шахт

« Н о г р а д с к а я »

и им. Ворошилова .

Результаты

обследования

пред

ставлены в табл .

25.

П р и н и м а я в первом приближении прямо пропорциональную за висимость проницаемости и прочности угля, коэффициент нерав номерности строения пласта можно определить из в ы р а ж е н и я

		h	•m.		•	, h	m				пц
			•m.		•	- + -—	m			/пл	пц
						I пл				/пл	(1.55)
					• +	I пл				2m,-	(1.55)
					• +	m				2m,-
где fi,	f2>- • •. f i — коэффициент крепости						угля		по	отдельным пач
mi, т2,...,			к а м	пласта;
mi, т2,...,		ІПІ — мощность соответствующих пачек.
К а к	видно из табл . 25, коэффициент						ß	для		рассматриваемых
пластов	изменяется от			1,09	до 3,5.
Д а н н ы е		о сложности			строения	пластов		в	местах их вскрытия

могут быть получены по результатам изучения кернов, отобранных при бурении дополнительных разведочных скважин . Тщательность

•отбора кернов и определения крепости угля по отдельным	пачкам
предусматривается т а к ж е методикой определения степени	выбро-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 179 10 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ