Геодинамическая и геомеханическая безопасность. Практикум

Энергия заключенного в угольном пласте газа определяет­ ся как максимальная работа, которую он может совершить при расширении свободного и десорбирующегося газа:

где Dh – удельная максимальная работа, которую может совер­ шить 1 кг газа при расширении в соответствующих термоди­ намических условиях (определяется по данным газоносности, температуры пласта и технического анализа угля), Дж/кг;

X – газоносность пласта, м3/кг;

d, h – соответственно плотности угля и метана в газовой фазе, кг/м3 (в расчетах принимается d = 1,4 103 кг/м3; h = 0,717 кг/м3);

b30 – часть газа, которая может выделиться из угля, раз­ рушенного до r = 0,75 см (r – приведенный радиус частиц угля в начальной стадии выброса по экспериментальным данным) за среднее время протекания выброса 30 с.

Для Кузбасса получена эмпирическая зависимость, позво­ ляющая производить расчет энергии газа Wг экспресс-методом по формуле

По заданию  2 выполнить следующее.

Выбросоопасность очистных и подготовительных забоев горных выработок определяется потенциальной (природной) выбросоопасностью разрабатываемого пласта Bп = f(Wг,Wу) и такими технологическими показателями, как глубина выемки или сменное подвигание забоев l0 и величина зоны разгрузки и дегазации в призабойной части пласта lк. Вводимый безраз­ мерный технологический параметр l0 / lк характеризует устой­ чивость краевой части пласта в самый выбросоопасный момент времени – момент подвигания забоя.

Определение фактической выбросоопасности забоев горных выработок с учетом параметров технологии выемки угольного пласта производится по критерию

21

где l0 – величина зоны разгрузки и дегазации в призабойной части пласта, м;

lк – величина зоны разгрузки и дегазации в призабойной части пласта, м.

При значении показателя B < 0 забой горной выработки не опасен, при В ≥ 0 забой выбросоопасен.

При определении фактической выбросоопасности забоев гор­ ных выработок с учетом параметров технологии выемки (под­ вигания забоя) по критерию (3.5) геоэнергия пласта (Wг,Wу) определяется по факическим данным пластопересечений, а по­ казатель технологии выемки (подвигания) l0 / lк назначается и варьируется в соответствии с горно-геологическими и горнотех­ ническим условиями разработки. Пример графика изменения выбросоопасности по глубине залегания пласта с учетом параме­ тров технологии выемки (подвигания), показан на рис.  3.2.

Рис.  3.2. Зависимость выбросоопасности от глубины разработки и скорости подвигания (данные усреднены в интервалах

по 50 м). Шахта Чертинская, пласт 4

Полученные оценки выбросоопасности забоев В по крите­ рию (3.5) могут уточняться и корректироваться в процессе ве­

22

дения горных работ, для этого используются данные текущего контроля выбросоопасности.

По заданиям  3 и  4 выполнить следующее.

Критерий оценки выбросоопасности В используется для выбора неопасных в данных горно-геологических условиях скоростей подвигания подготовительных забоев, параметров технологии выемки угольных пластов (допустимая сменая скорость подвигания очистного забоя, оптимальная длина лавы) и параметров управления состоянием массива для пре­ дотвращения внезапных выбросов (необходимая дегазация пласта, необходимая величина зоны разгрузки в призабойной части пласта, обеспечивающие безопасность выемки). Пример показан на рис.  3.3.

Рис.  3.3. Необходимая дегазация пласта в зависимости от глубины разработки и скорости подвигания подготовительного забоя при величине зоны разгрузки 5 м. Шахта Чертинская, пласт 5

Размеры зоны разгрузки краевой части пласта lк впереди движущегося забоя, необходимой для обеспечения предотвра­ щения внезапных выбросов, используя критерий (3.5), опре­ деляют по формуле

Необходимая дегазация угольного пласта определяется как

23

где DX – необходимая дегазация угольного пласта, м3/т или %; Xi – газоносность пласта на рассматриваемом участке, м3/т; X0 – допустимая газоносность пласта, при которой внезап­ ные выбросы происходить не будут, м3/т.

Допустимая (безопасная) газоносность пласта при использо­ вании формул (3.1) и (3.4) определяется по следующей формуле:

По заданию  5 сделать отчет, который состоит из следую­ щих элементов:

•титульный лист;

•содержание;

•формулировка задания и исходные данные;

•расчеты;

•выводы.

Исходныеданныедлявыполненияработы

Исходные данные для выполнения работы представлены ниже.

24

Вариант  1 (№  1–4)

Вариант  2 (№  5–8)

Вариант  3 (№  9–12)

Вариант  4 (№  13–16)

Вариант  5 (№  17–20)

25

Вариант  6 (№  21–24)

Вариант  7 (№  25–28)

Контрольныевопросы

1.  Какие угольные пласты относятся к категории «выбро­ соопасные угольные пласты» по Инструкции… [3]?

2.  Перечислите признаки внезапного выброса угля и газа. 3.  Какие события предшествуют внезапному выбросу угля

и газа?

4.  Какие меры по предупреждению внезапного выброса угля или газа вы знаете?

5.  Какие методы прогноза выброса угля или газа вы знаете?

26

ПРАКТИЧЕСКАЯРАБОТА№  4  Прогнозудароопасностиугольныхпластов повыходубуровоймелочи

Цель работы: освоить терминологию, ознакомиться с ин­ структивными требованиями по проведению прогноза ударо­ опасности.

Общиесведения

Метод прогноза удароопасности угольных пластов по вы­ ходу буровой мелочи относится к локальным методам прогно­ за удароопасности и методам прогноза удароопасности в ме­ сте вскрытия на каменноугольных и антрацитовых пластах, склонных к горным ударам, и используется для выявления на них категории «опасно» [3].

Сущность метода: определяют расстояние от забоя до мак­ симума опорного давления и с учетом этого расстояния и мощ­ ности пласта делают вывод о категории опасности (опасно-не­ опасно).

Поскольку в зоне высоких напряжений наблюдается по­ вышенный выход буровой мелочи за счет деформаций стенок скважины при бурении, то расстояние от забоя до максимума опорного давления можно определить по расположению участ­ ка повышенного выхода буровой мелочи (рис.  4.1).

Для проведения прогноза удароопасности по выходу буро­ вой мелочи скважины бурятся диаметром 42–44 мм. Скважи­ ны бурят по наиболее прочной пачке угольного пласта. Выход буровой мелочи определяется поинтервально с каждого метра бурения скважины. Определяют объем буровой мелочи мер­ ным сосудом с точностью не менее ±0,1 л или ее массу с точно­ стью не менее 0,1 кг.

Глубина бурения скважин для прогноза удароопасности и оценки эффективности применяемых мер должна быть рав­ на n + b, где n – ширина защитной зоны, м; b – подвигание за­ боя за цикл, м.

Ширину защитной зоны определяют по номограмме (рис.  4.2).

27

Задания

1.  Определить ширину защитной зоны в краевой части угольного пласта.

2.  Определить длину скважины для оценки категории уда­ роопасности, если подвигание забоя за цикл составляет 0,4 м.

3.  Определить категорию удароопасности. 4.  Составить отчет.

Методическиеуказания

По заданию  1 ширину защитной зоны определяют по номо­ грамме (см. рис.  4.2).

По заданию  2 согласно пункту  66 Инструкции [3], длина скважины для оценки категории удароопасности составляет:

l =n +b,

где n – ширина защитной зоны, м; b – подвигание забоя за цикл, м.

По заданию  3 категорию удароопасности («опасно», «не­ опасно») определяют по номограмме (рис.  4.3) или по форму­ лам (4.1) – (4.4).

Участки пласта, где получены значения выхода буровой мелочи, совпадающие с граничной линией «опасно-неопасно», относят к категории «опасно». При появлении сильных сейс­ моакустических импульсов, сопровождающихся зажатием бу­ рового инструмента, а также при получении выхода буровой мелочи, превышающего или совпадающего с граничной лини­ ей «опасно-неопасно» бурение скважин прекращают и такой участок относят к категории «опасно».

При использовании формул к категории «опасно» относят­ ся участки каменноугольных пластов, на которых выход бу­ ровой мелочи, определенный на одном из интервалов бурения скважины, удовлетворяет одному из следующих условий:

29

Рис.  4.3. Номограмма для установления категории «опасно» или «неопасно» участков каменноугольных пластов по выходу буровой мелочи: lин.скв – расстояние от устья скважины (при вскрытии пласта – расстояние от места захода скважины

в угольный пласт) до конца интервала, на котором определяли

объем или массу буровой мелочи, м; mуг.пл – мощность угольного пласта, м; PV – объем буровой мелочи с 1 м скважины, л/м;

Pm – масса буровой мелочи с 1 м скважины, кг/м

К категории «неопасно» относятся участки каменноуголь­ ных пластов, на которых выход буровой мелочи, определен­ ный на всех интервалах бурения скважины, удовлетворяет од­ ному из следующих условий:

30