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

напряжения в угольном массиве снижаются примерно на 30% под действием трех опережающих полостей на расстоянии от них, рав­ ном 0,28 м. При вымывании одиночной полости на том же расстоя­ нии напряжения в массиве снизились на 13%, т. е. разгружающий эффект был в 2 раза ниже.

§ 17. ФАКТОРЫ, О П Р Е Д Е Л Я Ю Щ И Е ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОПЕРЕЖАЮЩИХ ПОЛОСТЕЙ

Экспериментальными работами, выполненными ВНИМИ, дока­ зано, что все. угольные пласты по механическим свойствам и по склонности к динамическим явленням в зависимости от условий возникновения зон опорного давления могут быть разделены на шесть групп [39]. С точки зрения опасности внезапных выбросов угля и газа представляют интерес первые две группы. К первой группе отнесены пласты, содержащие мягкие высокопластичные пачки угля с пределом текучести 8—16 кгс/см2 при одном обна-

жении (пласты Характерный, Лутугинский, I Внутренний шахты «Коксовая» Прокипьевского района; пласты Волковский, Кеме­ ровский шахты «Северная» Кемеровского района). Они характе­ ризуются непрерывным деформированием є и интенсивным вы­ давливанием угля в сторону обнажения при нагрузке с, равной пределу текучести.

На рис. 45 представлены графики, показывающие характер деформируемости пласта Волковского в забое уклона на шахте «Северная». Натурные испытания проводились при наличии в пла­

Вторую группу составляют пласты, содержащие как крепкие,

димировский, Кемеровский на северном крыле шахты «Северная»,

нагрузки происходило в основном упругое деформирование всегопласта и накопление потенциальной энергии, высвободившейся в

проведенными ВостНИИ на шахтах Воркутского месторождения, определены прочностные и деформационные характеристики пла­ ста Тройного в зоне опорного давления. На этом пласте успешна применяется гидровымыв опережающих полостей для предупреж­ дения внезапных выбросов угля и газа.

Пласт Тройной мощностью 2,3—2,7 м состоит из трех пачек угля. Верхняя пачка мощностью 0,28—0,36 м представлена полу­ блестящим плотным углем средней крепости. Средняя, выбросоопасная пачка мощностью 0,68—0,9 м, по которой производится гидровымыв опережающих полостей, сложена перемятым углем; землисто-зернистой структуры и интенсивно-складчатой текстуры: с коэффициентом крепости f = 0,5-r0,6. Нижняя пачка пласта мощ­ ностью 1,15—1,4 м сложена полублестящим углем средней кре­ пости. Средневзвешенный коэффициент крепости пласта состав­ ляет f— 1-М,15.

части пласта Тройного, проявлялся пластический характер дефор­ мирования угля. Основываясь на этих данных, можно утверждать,, что пластические свойства выбросоопасной пачки не ниже, а проч­ ностные характеристики не выше значений, установленных на ­ турными испытаниями.

Для решения задач, поставленных в настоящей работе, за кри­ терий оценки прочностных и деформационных свойств выбросоопасных пачек пластов угля, по которым возможно созданиеопережающих полостей методом гндровымыва, в первом прибли­ жении можно принять угольные пачки с верхним пределом пока­ зателя упругости £ у п р 100 = 30-^-35%. Учитывая, что для пластов.

е п о л н

Кузбасса характерно значительное изменение прочностных свойств, как по падению, так и по простиранию, вопрос о выявлении обла­ сти применения данного способа борьбы с внезапными выбросами угля и газа требует дальнейшего рассмотрения. Для этого постро-

которых было обнажено 115 пачек угля, различаемых визуально. Распределение этих пачек по прочности приведено в табл. 17.

Из приведенных данных следует, что прочность углей выбросо­ опасных пластов Кузбасса, разрабатываемых в Прокопьевском и Кемеровском месторождениях, значительна и лишь в 9 случаях из 100 забоями обнажаются пачки, поддающиеся гидровымыву. Это

Т а б л и ц а 17

Интервалы показателя прочности Л, мм

Частота распределения пачек

0—10 1 1—20 21—30 31—4 0 41—50 51—60

указывает на ограниченные возможности применения гидровымыва; в Кузбассе.

Протяженность зон возможного применения гидровымыва опе­ режающих полостей на шахтах № 107 и 120 Саранского участка (Карагандинский бассейн), характеризующегося сложной текто­

Как видно из таблицы, гидровымыв полостей может быть при­ менен лишь в 5,5% объема выработок, проводимых в выбросоопас­ ных зонах, т. е- практически только в зонах геологических нару­ шений.

Опыт проведения выработок с гидровымывом полостей на шах­ тах Воркутского месторождения показал, что в этих условиях рас­ сматриваемый способ по фактору крепости угля применим почтина всех выбросоопасных шахтопластах.

Для повышения эффективности процесса гидровымыва опере­ жающих полостей в углях средней крепости, а также для случаев, когда в пласте имеются включения прочного угля чечевицеобразной формы, как это наблюдается, например, в Карагандинском бассейне, ВостНИИ предложен способ механо-гидравлического со­ здания полостей с использованием бурового станка. Образование первоначальных полостей буровым инструментом станка обеспечи­ вает возможность гидровымыва их на пластах со сравнительно м а ­ лыми запасами газа, а также облегчает вымыв полостей в зоне неснижаемого опережения обработки, в которой угольный массив в значительной степени дегазирован в результате предыдущей об­ работки.

§ 18. Л1ЕТ0Д ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОПЕРЕЖАЮЩИХ ПОЛОСТЕЙ

Оценка возможностей применения гпдровымыва при известных параметрах подачи воды и определенном пределе прочности угля может быть произведена по ожидаемой эффективности предотвра­ щения выбросов, выраженной в виде коэффициента защиты. Коэф­ фициент защиты, в свою очередь, определяется следующим об­ разом.

Из практики известно, что способ предотвращения выбросов путем бурения скважин большого диаметра является тем более эффективным, чем полнее п равномернее перекрыта зонами дре­ нирования отдельными скважинами некоторая опасная в отноше­ нии внезапных выбросов площадь. Наиболее благоприятен случай, когда эта полная площадь 5 целиком перекрывается зонами s, •т. е.

-определяется шириной участка, на котором могут быть размещены эти полости (диаметр полостей п расстояние между ними прини­ маются постоянными). Следовательно, для нахождения Я необ­ ходимо установить длину /, на которой могут быть расположены полости, т. е. длину перемятой пачки, обнажаемую забоем (рис. 47). Величина /, в свою очередь, зависит от размеров области, в кото­ рой удобно выполнять работы по размыву полостей (максимальная

..и минимальная высота этой области приняты равными соответст­ венно 1,6 и 0,6 м), от ширины выработки 2а, расположения пере­ мятой пачки относительно сечения выработки (определяется углом падения пласта а и точкой входа перемятой пачки в зону, удоб­ ную для работы по гидровымыву). Расстояние хп до точки входа перемятой пачки в удобную зону отсчитывается от места пересе­ чения нижней границы этой зоны со стенкой выработки, ближай­

нения горных пород в районе вырезов в угольном массиве. В дан­ ном случае принят несколько скорректированный метод М. М. Про- •тодьяконова: условно принято, что серия полостей в пределах перемятой пачки образует щель шириной 1ф и для компенсации

влияния целнчков между полостями, которые препятствуют полно­ му смыканию щели, введено понятие коэффициента смыкания Кем- Последний представляет собой относительное изменение диа­ метра полостей и определяется из выражения

Рис. 47. Схемы к определению зоны дренирования и площади, подлежа­ щей защите:

С учетом коэффициента Кем серия полостей, разделенных целичками шириной около 0,5 м, может быть представлена в виде

Yo — объемный вес угля в массиве, тс/м3 ; у р — объемный вес угля в

зовании номограммой выбирается горизонтальная шкала для со­

до пересечения с точкой входа перемятой пачки в эту область), проводится вертикаль до графика, соответствующего конкретному углу падения, на одной из вертикальных осей для соответствующего числа рядов полостей п находится величина П.

Для определения коэффициента защиты остается найти пло­ щадь 5, которая в данном случае должна быть защищена. Для этого служат номограммы, представленные на рис. 49. На ниж­ ней шкале расстояний той номограммы, которая соответствует ширине данной выработки, откладывается расстояние хв до вися-

чего бока пласта. Затем проводится вертикальная линия до пере­ сечения с графиком соответствующего угла падения и по правой вертикальной шкале находится коэффициент К в уменьшения пол­ ной площади, подлежащей дренированию, за счет усечения вися­ чим боком. Аналогично поступают для определения коэффициен­ та К л уменьшения полной площади, подлежащей дренированию, за счет усечения лежачим боком. В этом случае берутся верхняя

где S„ — наибольшее значение 5, когда сечение выработки и полу­ тораметровый «пояс дренирования» находятся в пределах мощ­ ности пласта.