книги из ГПНТБ / Карагодин Л.Н. Способы борьбы с внезапными выбросами угля и газа

гидроотжима давление газа в забое снижалось со скоростью 8,4— 10,7 кгс/см2 • ч, а в борту штрека — со скоростью 7,8 кгс/см2 • ч. Величина снижения газового давления зависит от эффективности выполненного гидроотжима. Случаям наиболее интенсивного раз­ рушения угольного массива соответствует максимальное снижениедавления газа.

После обобщения накопленных данных методом наименьших квадратичных отклонений были построены средние кривые изме­ нения давления газа р на определенном расстоянии впереди забоя штрека, проводимого с гидроотжпмом. Для кривых найдены эмпи­ рические уравнения, позволяющие определять давление газа на любом расстоянии впереди забоя на основе замеров по контроль­ ным скважинам лишь непосредственно в зоне гидроотжима:

2) впереди забоя штрека при частичном снижении давления в

Для проверки соответствия фактических данных расчетным со­ ставлена табл. 14.

Для установления особенностей изменения газовыделения при нагнетании воды в призабойную часть пласта в условиях, когда

снижалось.

Применялась также и другая методика изучения характера га­ зовыделения. Рядом со шпуром для нагнетания воды бурилась скважина длиной 2 м, в которую вводилась латунная трубка. В ка­ честве индикатора газовыделения применялся прибор, сконструиро-

ванный на базе авиационного скоростемера УС-350, с пределами измерений 0,17—26,0 л/мин. Замеры показали, что за время гидро­ отжима газовыделение снижалось на 60—80% при скорости сни­ жения 0,46—1,91 л/мин за 1 ч.

§ 12. ИЗМЕНЕНИЕ УПРУГИХ СВОЙСТВ УГЛЯ

При изучении деформируемости угольного массива использова­ лась давильная установка конструкции ВНИМИ. Установка эта состояла из шести цилиндров, размещенных между двумя сталь­

в сравнении прочностных свойств угля в этих зонах.

Первый опыт проводился в месте гидроотжима во 2-м север­ ном конвейерном штреке пласта Мощного. После нагнетания воды через 4-метровую скважину на кромке забоя вырезалась щель и

что при мгновенном или медленном сбросе давления в гидросисте­ ме давильной установки во всех случаях получаются большие оста­

•большие упругие (68% и более) и малые остаточные деформации. В обработанном нагнетанием воды угольном массиве физикомеханические свойства угля изменились в связи с его разрушением. Остаточные деформации по мере удаления в глубь угольного це­ лика уменьшаются, а упругие — возрастают. Начиная с 6,2 м в необработанной зоне упругие свойства угля начинают быстро вос­

станавливаться, т. е. степень выбросоопасности увеличивается.

Ввиду того, что основной причиной возникновения как внезап­ ных выбросов угля и газа, так и горных ударов является реализуе­ мая углем потенциальная энергия, мероприятия, устраняющие дан­ ные явления, имеют в своей основе много общего.

Исследованиями ВНИМИ установлено, что пласты будут опас­

Эта зависимость справедлива и для пластов, склонных к вне­ запным выбросам, что подтверждается данными, приведенными в

Для контроля за эффективностью гидроотжима замеряют вели­ чину и скорость выдавливания угля по измерительной стойке, уста­ навливаемой между репером,- заложенным в пласте, п крепежной стойкой выработки. Репер вводят в скважину длиной 0,8 м и плот­ но в ней раскрепляют. Отсчеты по измерительной стойке снимают одновременно с включением насоса.

В некоторых случаях величину отжима определяют другим спо­ собом — при помощи отвеса, навешиваемого на верхняк крепежной рамы. Струна отвеса служит неподвижной точкой при замере ве­ личины отжима.

Если при нагнетании воды не удалось достигнуть гпдроотжима угля (например, из-за преждевременного прорыва воды возле гер­ метизатора или в сечении забоя), после некоторой выдержки во

Каждый цикл гпдроотжима обеспечивает безопасность проведе­ ния выработки на участке, длина которого равна длине нагнета­ тельной скважины.

На шахтах Кузбасса и Воркутского месторождения, например, приняты следующие параметры нагнетания воды для достижения гидроотжима:

ность применения гидроотжима в сложных горногеологических ус­ ловиях выбросоопасных пластов [38].

После гидроотжима выемка производится при значительно сни­ женном газовыделении', пылеобразовании и при уменьшенной кре­ пости угля. Это способствует повышению безопасности работ и производительности труда и улучшает условия труда.

ГЛАВА IV"

ГИ Д Р О В Ы М Ы В О П Е Р Е Ж А Ю Щ И Х ПОЛОСТЕЙ

§14. МЕХАНИЗМ ГИДРОВЫМЫВА ОПЕРЕЖАЮЩИХ ПОЛОСТЕЙ

ИИХ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА УГОЛЬНЫЙ МАССИВ

Впрактике борьбы с внезапными выбросами угля и газа на­ ходят широкое применение способы, основанные на образовании в пласте разгружающих полостей и пустот. При этом снижается несущая способность пласта, более интенсивно протекает процесс его деформирования и перераспределяются напряжения в уголь­ ном массиве. Подвергшаяся обработке призабойная часть пласта

к пластическим и квазипластическим деформациям при возникно­ вении внезапных нагрузок на пласт со стороны вмещающих пород.

Обычно передовые разгружающие полости создают путем меха­ нического бурения. В последние годы на шахтах восточных и се­ верных угольных месторождений страны получает распространение гпдровымыв опережающих полостей. В этом случае образование полостей происходит не только за счет энергии струи воды, взаи­ модействующей с пластом под высоким напором, но и за счет ра­ боты газа, выделяющегося из угля, а также энергии горного дав­ ления. Однако следует отметить, что этот метод можно применять лишь на пластах с низкой крепостью угля.

Механизм воздействия опережающих полостей на угольный массив в принципе аналогичен механизму воздействия опережаю­ щих скважин.

Пробуренная скважина пересекает область предельно напря­

и повышенных напряжений в массиве впереди выработки. При бурении серии опережающих скважин области предельно напря­ женного состояния с пониженными напряжениями перекрывают одна другую, создавая в призабойной зоне пласта полосу пони­ женных напряжений. В пределах этой полосы увеличиваются по­ ристость и газопроницаемость угля, что приводит к усиленному дренажу газа к скважинам и выработке и, как следствие, к сни­ жению давления газа.

В то же время образование полостей с использованием энергии

ной формы, вследствие чего ее устойчивость ниже, чем устойчивость скважин;

давления, в силу чего газ производит дополнительную работу по разрушению угля.

Гпдровымыв опережающих полостей применяется также в Куз­ бассе (на пластах Владнмировском, Горелом, Характерном, Мощ­

§ 15. ТЕХНОЛОГИЯ И ПАРАМЕТРЫ ГИДРОВЫМЫВА ОПЕРЕЖАЮЩИХ ПОЛОСТЕЙ

При гидровымыве полостей применяют следующее оборудова­ ние и приборы: насосную установку типа УНВ-2; гидроствол для образования полостей; став цельнотянутых высокоиапорных труб для подачи воды к гидростволу; высоконапорный шланг; фильтротстойник; насадки с комплектом форсунок; манометры; расходо­ мер.

Вода от насосной установки к забою выработки подается по ставу высоконапорных цельнотянутых труб, а к гидростволу — по высоконапорному резиновому шлангу с внутренним диаметром 16 мм. Шланг соединяется со ставом через тройник, к которому подключен манометр со шкалой не менее чем на 250 кгс/см2 .

Гидроствол состоит из стальных цельнотянутых труб диаметром 3 /4 ". Выбор направления полости производится при помощи отрез­ ка трубы длиной 2 м. На конец трубы, к которой подключается высоконапорный шланг, крепится хомутом вороток. Последний не­ обходим для придания стволу возвратно-поступательного движения в полости.

для крепления к стволу при помощи гайки шарового соединения

отсоединив гибкий шланг). В процессе гидровымыва полости необходимо очищать ее от накапливающейся пульпы. Когда полость дойдет по длине до воротка, наращивание длины ствола повторяют.

Из опыта гидровымыва полостей уста­ новлено, что деформации и разгрузка угольного массива значительно увеличива­ ются и протекают быстрее в том случае, когда разрушаются целики угля между полостями. При этом образуются щели дли­ ной 10—15 м.

Подготовку забоя к проведению выра­ ботки производят в следующем порядке: в первую очередь вымывают вышележащую

полость, устье которой расположено в верхнем кутке забоя. Сече­ ние ее доводят до 200—250 мм, затем приступают к образованию нижней полости. Диаметр полости доводят до 150—200 мм. По окончании вымыва ствол выводят из полости и к нему прикрепля­ ют колено с двухструйной форсункой под углом 60° к оси ствола. Размыв щели производят от устья до конечной глубины нижней полости. Длину и высоту щели доводят до необходимых размеров, установленных для данных параметров проведения выработки.

Эффективность любого способа борьбы с внезапными выброса­ ми угля и газа зависит от его параметров.

Основными параметрами гидровымыва полостей являются ре­ жим вымывания, размеры сечения, длина и число полостей, их не- •снижаемое опережение и радиус влияния. К гидравлическим пара­ метрам способа относятся конструкция насадки, давление и рас­ ход воды. Опытные данные показывают, что давление в насосе должно быть не менее 50—80 кгс/см2 . Одной из специфичных осо­ бенностей способа является строгое ограничение расхода воды, ко­ торое во всех случаях не должно превышать 20—30 л/мин.

Длина полостей зависит от скорости подвигания забоя выра­ ботки и длины применяемого става труб и обычно составляет 10— 15 м. При гидровымыве опережающих полостей в местах гео­ логических нарушений длину и число полостей устанавливают в

.основном в зависимости от горногеологических условий.

Величина иеснижаемого опережения забоя выработки полостя­ ми может быть определена по формуле

l = k + 2, м,

где 1\ — протяженность зоны предельно напряженного состояния для данного пласта, м.

Эффективное защитное действие опережающих полостей про­ является при расположении их на таком расстоянии одна от дру­ гой, при котором целики угля между полостями разрушаются и образуется сплошная разгружающая щель. При этом фактически действующие нагрузки на целики должны превышать несущую способность угля.

Выбор наиболее рациональной схемы расположения полостей может быть осуществлен моделированием путем сравнения кон­ центрации напряжений в целиках между полостями.

§ 16. ИЗМЕНЕНИЕ НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПЛАСТА

Изучение условий, в которых производится гидровымыв, в ча­ стности сопоставление прочности угольных пачек и максимально достигнутых при этом глубин полостей, показывает,- что достаточ­ ная глубина полостей гидровымыва достигается лишь в тех слу­ чаях, когда коэффициент крепости угля f составляет 0,3 и менее.

Из опыта применения опережающих скважин известно, что их бурение на глубину более 10 м не вызывает принципиальных за­ труднений при любой крепости угля и только при исключительно перемятых углях сопутствующие бурению скважин явления (зажим и обрыв бурового инструмента, толчки на буровой станок, микро­ выбросы в скважины и их штыбование) не позволяют пробурить скважины длиной более 5—7 м. Следовательно, бурение опере­ жающих полостей с точки зрения крепости угля является более универсальным способом их создания, чем гидровымыв.

Если в некотором интервале прочностей возможны как бурение, так и гидровымыв полостей необходимой длины, замена первого