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

ты отношения больших приращений к меньшим. Увеличения де­ формации отмечались положительным знаком, а их задержки — отрицательным. Значения коэффицентов К для интервала расстоя­ ний 5—6 м от забоя представлены на рис. 8.

Из графиков видно, что переходы от больших скоростей к мень­ шим сопровождаются увеличением деформаций, а от меньших к

ведливо лишь для сравнительно малых увеличений деформаций, например при переходе от больших темпов внедрения выработки к меньшим. В случае же весьма большого увеличения деформаций скорость процесса может стать соизмеримой со скоростью разру­ шения угля в момент выброса.

Анализ графиков, приведенных на рис. 8, позволяет сделать вывод, что существует некоторый диапазон скоростей, увеличение которых приводит к существенному торможению процесса форми­ рования зоны предельного состояния. Если принять, что опасные

не приводит к существенным задержкам деформаций. Это значит, что при высоких скоростях проведения выработки максимум кон­ центрации напряжений приближается к забою и последующее уве­ личение скорости уже не приводит к существенному изменению лоложения этой зоны.

Прямые эксперименты по оценке влияния скорости подвиганпя забоя на деформацию пласта были проведены также в Караган­ динском бассейне на пласте kl2 Верхняя Марианна на шахте «Ка­ рагандинская». Скорость подвиганпя забоя изменялась в пределах (0,54—1,75 м/ч. По результатам данного опыта'зависимость скоро­ сти деформирования угольного массива от скорости проведения выработки определяется выражением вида

—1

•где иДЄф — скорость деформирования . (относительных единиц в •час); v — средняя скорость проведения выработки, м/ч.

Ранее уже указывалось, -что при разных способах отбойки угля яри одинаковой средней скорости проведения выработок рабочие •скорости внедрения выработок в массив различны. В этом отноше­ нии показательны расчетные данные, приведенные в табл. 4, где

•что повышение среднемесячных темпов проведения выработок на выбросоопасных пластах возможно при таких способах отбойки, тіри которых рабочие скорости невелики, но процесс проходки осу­ ществляется непрерывно.

ной остановкой

§10. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ПОДВИГАНИЯ ЗАБОЯ НА НАПРЯЖЕННОСТЬ УГОЛЬНОГО МАССИВА

Для выявления зависимости между скоростью проведения подго­ товительных выработок и напряженностью массива были проведе­ ны экспериментальные работы на шахтах № 5 Воркутского место­ рождения, «Абашевская-2», «Комсомолец», им. С. М. Кирова и «Байдаевские уклоны» Кузнецкого бассейна, им. Костенко, № 35 и 121 Карагандинского бассейна. При этом из ранее проведенной параллельной выработки бурились шпуры по восстанию или паде­ нию пласта в сторону движущегося забоя. В шпуры вводились

гидравлические датчики с таким расчетом, чтобы они попали в зону влияния движущейся выработки. Место установки датчиков выбиралось с расчетом, чтобы с момента установки' до их подра­

ботки па экспериментальном участке составляла 0,376 м/ч; макси­ мальная достигала 2,5 м/ч. При работе комбайнов ПК-Зм напря­ жения в массиве постепенно уменьшались. Начало изменении на­ пряжений прослеживалось на расстоянии около 5 м от забоя выра­ ботки, на расстоянии до 2 м они практически снимались.

На пласте Тройном в поле шахты № 5 было установлено три гидродатчика на глубине от 3 до 8 м. Для увеличения контакта с угольным массивом датчики выдерживались в шпурах в незакачанном состоянии в течение 3—6 суток. Общее время выдержки датчиков под давлением до его стабилизации составляло 9 суток. Давление на датчике № 1 стало расти с расстояния 3,65 м (рис.9). Затем давление вновь стабилизировалось, и когда до датчика оста­ валось 1,8 м, начал проявляться спад давления, вначале медлен­ ный, а с 1,3 м — резкий.

Датчик № 2 был установлен на расстоянии 4,8 м от забоя про­ водимой выработки, он работал только на спад давления, который начался с 3,4 м и закончился после приближения забоя на 2,5 м.

Гидродатчик № 3 был установлен на 1 м выше проводимой выработки. С расстояния 5,6 м от забоя начался прирост давления газа, а с 1,6 м — спад.

В момент прохода комбайном места установки гидродатчиков напряжения на кромке пласта снимаются полностью, а в 1,1 м позади забоя прослеживается пригрузка.

На шахте «Байдаевские уклоны» выработки проводились ком­ байнами ПКГ-3, работающими с большей скоростью, чем комбай­ ны ПК-Зм. Было установлено, что изменения напряжений в уголь­ ном массиве при работе комбайна ПКГ-3 незначительны'. Сниже­ ние напряжений начиналось с расстояния около 4 м и продолжа­ лось в течение некоторого времени после прохождения забоем вы­ работки места установки датчиков. Во время остановок забоя

перераспределение напряжении в массиве продолжалось. При не­ больших остановках оно практически было незаметно, а при дли­ тельных остановках (11 ч) наблюдалось изменение величины дав­ ления в гндродатчпках в пределах 2 кгс/см2 : на ближнем оно воз­ растало, а на отдаленном снижалось.

іS-80

На шахте «Абашевская-2» наблюдения проводились в двух спа­ ренных штреках при работе комбайнов ПК-3. Изменения в пока­ заниях датчиков происходили на последних 3—5 м впереди забоя. Скорость проведения выработки в интервале от 3 м от забоя до подсечения датчика № 1 составляла 0,63 м/ч, а датчика № 2 — 0,41 м/ч. Наиболее отчетливо видна разница в распределении на­ пряжений в зависимости от скорости подвигаиия забоя, если из­ менения напряжений выразить в процентах от первоначально уста­ новившегося давления на каждом датчике. Из графика (рис. 10) видно, что при большей скорости область пониженных напряжений уменьшается, снижение напряжений происходит ближе к забою и с большей интенсивностью.

На этой же шахте два гидродатчика были установлены на уча­ стке пласта, предварительно увлажненном через осевые скважины длиной 10 м. На увлажненных участках пласта распределение на­ пряжений в призабойной зоне было более плавным (рис. 11). Да­ же при больших скоростях (0,97 и 1,74 м/ч) проведения выработки зона повышенных напряжений отстояла дальше от забоя.

Данные, полученные при проведении опытов на шахте «Комсо­ молец» при работе в штреке комбайна ПК-3, в целом подтверж­ дают результаты описанных выше исследований. Однако величина снижения напряжений, несмотря на меньшую скорость проведения

да-7/15» во много раз меньше, чем при проведении комбайном типа ПК-3. Повышенные напряжения сохраняются почти до самой кром­ ки забоя. О незначительной разгрузке массива впереди забоя вы­ работки говорит и характер снижения давления газа, которое на­ чинает снижаться только с расстояния 2,5 м от забоя. Причем на расстоянии 2 м от забоя оно еще остается достаточно высоким, и только с течением времени (проведение выработки с расстояния 2 м до датчика было остановлено) давление газа начинает сни­ жаться и за 10,5 ч падает с 20,5 до 3,5 кгс/см2 .

Время, ч

Рис. 12. Изменение напряженного состояния и давления газа впереди забоя 2-го конвейерного штрека, проводи­ мого по пласту Верхняя Марианна комбайном «Кара­ ганда-//15»:

Л 2 — соответственно показания датчиков Л"» I и 2; 3. 4 — рас­ стояние от забоя соответственно д о датчиков К° 1 и 2; 5 — дав­ ление газа

Незначительная разгрузка массива в призабойной зоне и сох­ ранение высоких значений давления газа почти вплоть до кромки забоя могут быть объяснены двумя причинами.

Во-первых, при проведении выработок комбайном бурового типа выемка угля ведется практически непрерывно по всему за­ бою, что устраняет неравномерность перераспределения напряже­ ний. Во-вторых, в данном случае значительная скорость проведе­ ния выработки (в среднем 1,5 м/ч) способствовала минимальному разгружающему действию выработки.

По результатам изучения напряженного состояния пласта при проведении выработок комбайнами различных типов построен сводный график, объединяющий результаты всех опытов (рис.13).

Из этого графика видно, что величина снижения давления в датчике непосредственно перед его подсечением (в 0,2—0,5 м отзабоя) исполнительным органом проходческого комбайна различ­ на для разных типов комбайнов. Для комбайнов типа ПК.-3 эта величина составляет от 30 до 100% от первоначального значения,

для комбайнов4 типа ПКГ-3 всего 2,5—9%. Комбайн «Караган- да-7/15» занимает по этому признаку промежуточное положение.

большой скорости проходки формирование зоны предельного со­ стояния задерживается. Это хорошо согласуется с приводивши­ мися ранее данными о задержках деформаций.

§ и. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ПОДВИГАНИЯ ЗАБОЯ НА ДАВЛЕНИЕ ГАЗА

И ОСТАТОЧНУЮ ГАЗОНОСНОСТЬ ПЛАСТА

Известно, что эпюра газового давления впереди забоя выра­ ботки зависит от газопроницаемости угольного массива, на кото­ рую значительное влияние оказывает характер распределения на­ пряжений. Подтверждением этому служит, например, согласное расположение графиков напряжений и давления газа на рис. 14, полученных одновременно (с использованием комбинированного датчика) в забое северного конвейерного штрека по пласту Мощ­ ному на шахте «Северная» Воркутского месторождения.

Представление о влиянии рабочей скорости проведения выра­ ботки на характер распределения газового давления впереди нее

Забой, двигаясь с равномерной скоростью 0,1 м/ч, за 25 ч про­ ходит участок длиной в 2,5 м. К этому моменту давление газа на

Это значит, что получена стабильная эпюра газового давления при данной скорости проходки, равной 0,1 м/ч. Построение кривых для других скоростей проходки произведено аналогичным образом.

Полученные данные показывают, что для больших скоростей проведения выработок установившиеся эпюры газового давления характеризуются крутым подъемом в интервале 0—1,5 м впереди забоя и высокими абсолютными значениями давления газа. Как следует из анализа, не всякое изменение темпов внедрения выра­ ботки в массив связано с существенным возрастанием градиента газового давления. Переход от малых исходных скоростей к боль­ шим связан с большой кратностью увеличения перепада газового давления в области 0—2,5 м от забоя (скорость увеличилась с 0,003 до 2,5 м/ч, а перепад в 9,5 раз). Однако, начиная с некоторой достаточно высокой величины скорости проведения выработки, с дальнейшим ее увеличением интенсивность изменения • перепада газового давления снижается.

Наоборот, увеличение темпов проведения выработки в области малых скоростей приводит к существенному возрастанию перепа­ да газового давления. Это означает, что наиболее существенные изменения в характере формирования 'зоны предельного состояния происходят при увеличении темпов проведения выработок в обла­ сти малых скоростей. Подтверждением этому служат, например,

бросоопасных пластах представляет интерес в двух отношениях: газоносность как фактор, связанный с давлением газа, определяет величину подвигания забоя; кроме того, величина газоносности определяет характер газовыделения в выработку, от которого так­ же зависят темпы проходки.

Известно, что для того, чтобы мог развиться внезапный выброс

1,5—3 кгс/см2 . Подвигание забоя выработки, приводя к быстрому спаду давления газа в узкой полосе угля у призабойного прост­ ранства, вызывает сравнительно незначительные изменения оста-