Файл: Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.06.2024
Просмотров: 82
Скачиваний: 0
УДК 622.25 + 622.22.031.52 : 622.831.322
Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов. «Недра», 1973. 168 с. Авт.: Е. С. РО ЗАНЦЕВ, А. Н. УМРИХИН, В. Ф. КАРМАНОВ, В. И. НИКОЛИН, Л. П. ПЕТРОВ, Л. Н. КАРАГОДИН .
В книге обобщен опыт проведения стволов в слож ных условиях выбросоопасных пластов угля и пород. Рассмотрены вопросы выбора схемы вскрытия свиты пластов, последовательность проведения капитальных горных выработок. Впервые дан метод выбора рацио нального места заложения стволов на разрезе вкрест простирания шахтного поля с учетом фактора выбросоопасностн. Рассмотрены мероприятия по безопасному приближению ствола к выбросоопасному пласту, схемы проветривания проходимых и углубляемых стволов.
Книга предназначена для производственников, ра ботников научно-исследовательских институтов и про ектных организации, занимающихся вопросами безопас ной разработки пластов, опасных по внезапным выбро сам угля, породы h газа.
Таблиц 37, иллюстрации 54, список литературы — 78 назв.
0373—277 |
368—73 |
|
П 043(01)—73 |
© и з д а т е л ь с т в о . . Н Е Д Р А " . 1 9 7 3 |
ВВЕДЕНИЕ
П р а к т и к а разработки выбросоопасных пластов в различных
месторождениях |
показывает, что наибольшую опасность |
представ |
|||
л я ю т собой внезапные выбросы |
угля и газа |
при |
вскрытии |
пластов. |
|
Вопрос борьбы |
с внезапными |
выбросами |
при |
вскрытии |
пластов |
к в е р ш л а г а м и детально исследовался в течение нескольких лет и
получены практические |
рекомендации, |
позволяющие |
успешно |
п р е д у п р е ж д а т ь выбросы. |
П р и вскрытии |
пластов вертикальными |
стволами подобные рекомендации до последнего времени отсут ствовали.
Вопрос создания безопасных условий при проведении верти кальных стволов, пересекающих пласты, склонные к внезапным
выбросам угля и газа, |
возник |
еще в |
н а ч а л е |
50-х |
годов [1—7]. |
||||
О д н а к о если д л я |
сравнительно |
небольших глубин |
было |
в о з м о ж |
|||||
ным |
проведение |
аналогии с к в е р ш л а г а м и |
по |
схемам и |
парамет |
||||
р а м |
способов борьбы с |
выбросами, то |
в |
настоящее |
время |
возрос |
ш а я степень выбросоопасности пластов требует подхода к этому
вопросу у ж е |
с учетом особенностей состояния массива |
в |
окрест |
|||
ности з а б о я |
ствола. З а |
1955—1970 |
гг. на |
шахтах Донбасса^ Куз |
||
басса и Норильска при проходке стволов |
произошло |
10 |
внезап |
|||
ных выбросов угля и газа . |
|
|
|
j |
||
Учитывая |
увеличение |
средней |
глубины |
шахт основных |
уголь |
ных месторождений и рост газообильности шахт с возрастанием
глубины горных работ, |
следует о ж и д а т ь увеличения |
числа |
вскры |
||||
тий |
пластов |
в опасных |
по |
выбросам условиях. Так, |
у ж е |
в |
настоя |
щее |
время |
в основных |
угольных бассейнах страны б о л ь ш а я часть |
||||
угля |
добывается из шахт, |
сверхкатегорных по газу |
(табл. 1). |
Анализ схем вскрытия шахт Кузбасса показывает, что углубка только действующих главных стволов д о л ж н а д а т ь в будущем более 300 случаев вскрытия пластов стволами на глубине н и ж е
критической по внезапным выбросам угля и газа . |
|
|
|
|
|||
Общей особенностью внезапных выбросов угля |
и газа |
в |
ство |
||||
л а х является |
значительное |
количество выделяющегося |
газа |
и |
|||
сильный динамический эффект при прохождении |
газо-воздушной |
||||||
волны . Н а п р и м е р , при углубке ствола на шахте «Центральная» |
в |
||||||
Кузбассе |
(1962 |
г.) при выбросе выделилось около |
50 000 |
м 3 |
мета |
||
на. П р и |
этом |
углубляемый |
ствол я в л я л с я воздухоподающим |
д л я |
3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
1 |
||
|
|
|
Средняя |
Удельный вес шахт |
(%) |
по нх |
категорийности |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
БасссЛіі |
|
|
глубина |
|
пега- |
|
|
|
|
|
|
|
|
сверхка- |
||
|
|
|
разра |
|
I |
кате |
I I |
кате |
I I I |
кате |
|
|||||
|
|
|
ботки, |
м |
зовые |
|
гории |
гории |
гории |
тегорііііные |
||||||
|
|
|
|
464 |
|
18,2 |
|
13,8 |
|
7,9 |
7,6 |
|
52,5 |
|
||
|
|
|
|
219 |
|
— |
|
11,4 |
23,8 |
10,8 |
|
54,0 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
428 |
|
• — |
|
18,6 |
30,3 |
— |
|
51,1 |
|
|||
|
|
|
|
322 |
|
— • |
' |
— |
|
8,1 |
12,4 |
|
79,5 |
|
||
|
|
|
|
289 |
|
— |
|
51,3 |
22,3 |
— |
|
26,4 |
|
|||
|
|
|
|
465 |
|
49,2 |
|
31,4 |
|
— • |
|
6,3 |
|
13,1 |
||
д е й с т в у ю щ е го горизонта |
ш а х т ы |
и с о д е р ж а н и е |
метана во |
входя |
||||||||||||
щей на горизонт струе воздуха |
поднялось |
до |
4%. |
|
|
|
|
|
||||||||
П р и выбросе |
угля |
и |
газа |
в |
скиповом |
стволе |
на |
шахте |
«Пет |
|||||||
р о в с к а я - Г л у б о к а я » |
(1966 |
г.) |
при пересечении |
пласта |
С м о л я н и н о - |
|||||||||||
вского мощностью |
1,05 |
м |
н а б л ю д а л с я |
сильный |
воздушный |
толчок. |
||||||||||
В результате выброса |
нулевая |
п л о щ а д к а |
ствола, |
полок |
д л я |
ар - |
||||||||||
мировки ствола |
и |
перемычка |
в |
насосную |
к а м е р у |
были |
д е ф о р м и |
рованы, угольная пыль в виде облака выброшена из ствола на вы
соту |
более |
50 |
м. |
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Н а |
полиметаллическом руднике |
«Комсомольский» |
в |
Н о р и л ь с к е |
|||||||||||||||||
произошел |
внезапный |
выброс |
угля |
и газа. Б ы л о выброшено |
около |
||||||||||||||||
450 |
т |
угля |
и |
200 000 |
м 3 метана. |
Выброшенный |
уголь |
заполнил |
|||||||||||||
ствол |
диаметром 6 м на высоту |
11,7 |
м. П ы л ь |
и |
мелкие |
фракции |
|||||||||||||||
угля распространились на высоту 68 м. После уборки |
выброшен |
||||||||||||||||||||
ной |
массы |
за |
контуром |
ствола |
|
были |
о б н а р у ж е н ы |
|
пустоты |
на |
|||||||||||
глубину |
8—10 |
м почти |
по всем направлениям |
от |
ствола. |
|
|
|
|||||||||||||
Вскрытие пластов, склонных к внезапным выбросам |
угля |
и |
га |
||||||||||||||||||
за, |
в |
особенности крутых, приводит к длительным |
остановкам |
||||||||||||||||||
з а б о я |
ствола на выполнение операций, связанных |
с |
определением |
||||||||||||||||||
степени выбросоопасности и применением специальных |
п р о ф и л а к |
||||||||||||||||||||
тических мер. Опыт показывает, |
что |
на |
о б н а ж е н и е |
и |
пересечение |
||||||||||||||||
выбросоопасных |
пластов затрачивается |
от |
300 |
до |
1225 |
ч |
(без |
||||||||||||||
учета |
времени |
бурения |
разведочных |
с к в а ж и н |
с |
поверхности |
д о |
||||||||||||||
нижней проектной отметки с т в о л а ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
В |
последнее |
в р е м я |
|
появились п р е д л о ж е н и я об изменении |
по |
||||||||||||||||
р я д к а |
прогнозирования |
выбросоопасности |
пластов |
в |
местах |
их |
|||||||||||||||
вскрытия . П р е д л а г а е т с я |
все п л а с т ы |
в с к р ы в а т ь |
к а к |
неопасные, а |
по |
||||||||||||||||
происшедшим выбросам судить о степени выбросоопасности |
пла |
||||||||||||||||||||
стов при дальнейшей их разработке . О д н а к о в настоящее |
время |
||||||||||||||||||||
степень изученности вопросов |
прогнозирования |
у ж е |
позволяет |
||||||||||||||||||
изменить |
порядок отнесения |
пластов |
(или |
участков |
|
пластов) |
к |
||||||||||||||
опасным |
по |
внезапным |
выбросам |
угля и |
газа . С |
другой |
стороны, |
известно, что на выбросоопасных п л а с т а х могут быть участки опасные и неопасные. Это значит, что предлагаемый порядок вск
рытия |
т а к ж е не гарантирует правильного прогноза выбросоопас |
ности |
всего пласта . |
4
|
Д л я |
условий проведения вертикальных |
стволов эти |
п р е д л о ж е |
|||||||
ния не могут быть приняты из-за опасности поступления |
выбро |
||||||||||
шенного |
газа |
во входящую струю воздуха действующей |
ш а х т ы |
||||||||
(при углубке |
воздухоподающих |
стволов) |
и |
значительных |
з а т р а т |
||||||
на т а м п о н а ж |
полостей выбросов цементным раствором. |
|
|
||||||||
|
Эти з а т р а т ы иногда могут в несколько раз превышать |
з а т р а - |
|||||||||
^ты—на применение мероприятий. Так, например, стоимость |
л и к в и |
||||||||||
дации последствий внезапного выброса угля |
и |
|
газа |
в |
стволе |
||||||
на |
руднике |
«Комсомольский» |
в |
Норильске |
составила |
более |
|||||
11 тыс. руб., тогда как применение в этих условиях |
каркасной кре |
||||||||||
пи |
потребовало бы дополнительных |
з а т р а т |
около |
|
1,5 тыс. руб. |
||||||
|
Небольшое |
число внезапных |
выбросов |
угля |
и |
газа |
при прове |
дении вертикальных стволов может быть объяснено д в у м я причи нами:
1) положительным влиянием гравитационных сил горных по род, препятствующих развитию внезапного выброса . Пр и отбойке породы или угля в стволе взрывными р а б о т а м и и в случае прово цирования выброса поднятые взрывом породы выполняют р о л ь
предохранительного щита, тормозящего развитие выброса; |
||||||
2) наличием |
большого сечения |
ствола |
(40—50 |
м 2 ) , з а б л а г о |
||
временно р а з г р у ж а ю щ е г о |
и дегазирующего |
угольный |
пласт, что. |
|||
аналогично первоочередной отработке защитного пласта . |
||||||
Возрастание |
глубины |
горных |
работ приводит |
к |
обострению |
|
проблемы охраны выработок в связи с качественно |
иными ф о р м а |
|||||
ми, проявления |
горного давления . П р и переходе с глубины р а з р а |
ботки 600—700 м до 1100—1200 м капитальные вложения на 1 т
добычи в о з р а с т а ю т на 20—25% только |
з а счет увеличения глуби |
ны стволов и применения более дорогой |
крепи. |
Появившиеся при углубке шахт, помимо внезапных выбросов |
угля и газа, выбросы породы еще более осложнили условия бе
зопасного ведения горных |
работ. Н а ч и н а я |
с 1962 г., число выбро |
|
сов породы и их сила с развитием проходческих работ на |
больших |
||
глубинах увеличились (табл. 2) . |
|
|
|
Эти выбросы происходили на ш а х т а х |
« Щ е г л о в с к а я - Г л у б о к а я » , |
||
«Петровская - Глубокая», |
№ 4/21, № 1—5 |
«Кочегарка», |
« М а р и я - |
Г л у б о к а я » , им. Артема . В |
1964 г. выбросы |
породы на ш а х т е № 2 9 |
в первом восточном воздухоподающем и втором з а п а д н о м венти ляционном стволах шахты «Петровская - Глубокая» произошли при проходке стволов или камер, расположенных в непосредственной
близости |
от стволов. Со второй половины |
1965 г. выбросы |
поро |
|||||||
д ы в этих |
ш а х т а х происходили у ж е |
при |
проведении |
выработок |
||||||
околоствольного |
двора . |
|
|
|
|
|
|
|
||
Опыт |
показывает, |
что основным |
отличительным |
признаком |
||||||
выбросов |
породы является х а р а к т е р |
р а з р у ш е н и я |
песчаника — это |
|||||||
наличие |
тонких |
листообразных |
пластинок, |
при отбросе, |
и |
выносе |
||||
р а з р у ш а ю щ и х с я |
до состояния |
песка. Все |
выбросы породы . сопро |
|||||||
в о ж д а ю т с я |
выделением |
метана. О д н а к о при интенсивном |
провет |
|||||||
ривании |
и |
небольшой |
силе выброса |
содержание |
метана в |
з а б о е |
5
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 2 |
|
|
Чисто |
выбросов породы |
Количество |
выброшенной |
Средняя |
сила выброса, тс |
|
породы, т |
|||||
|
|
|
|
|
||
Гоод |
|
|
|
|
|
|
|
общее |
в том числе |
общее |
п том числе |
общее |
в том числе |
|
п стволах |
D стполах |
в стволах |
|||
|
|
|
|
|||
1962 |
14 |
1 |
6 850 |
|
490 |
|
1963 |
9 |
1 |
3 980 |
600 |
440 |
600 |
1964 |
62 |
6 |
18 000 |
2960 |
290 |
480 |
1965 |
101 |
1 |
18 800 |
380 |
190 |
380 |
1966 |
189 |
5 |
83 400 |
9490 |
440 |
1900 |
1967 |
273 |
1 |
57 000 |
700 |
210 |
700 |
1968 |
241 |
6 |
36 633 |
7586 |
152 |
1294 |
1969 |
365 |
|
55 422 |
|
152 |
|
1970 |
334 |
1 |
66 492 |
2297 |
198 |
2297 |
1971 |
487 |
|
98 758 |
|
203 |
|
через 30 мни после взрывания может быть и не |
зафиксировано . |
|||||
В последние годы в нашей стране проведен ряд исследований, |
||||||
направленных |
на обеспечение безопасных |
условий |
проходки |
ство |
||
л о в , пересекающих пласты, |
склонные к внезапным |
выбросам |
угля |
|||
и газа . Эти исследования |
выполнялись |
п р е ж д е всего |
В о с т Н И И , |
|||
В Н И И О М Ш С , |
М а к Н И И , К у з Н И И ш а х т о с т р о й . П о р е з у л ь т а т а м |
|||||
исследований |
получен ряд |
рекомендаций, |
подготовлены |
«Времен |
ное руководство по обеспечению безопасных условий труда при вскрытии пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа, вертикальными стволами» [75], «Альбом технологических схем на вскрытие и пересечение стволами пластов, опасных по внезапным
выбросам |
угля |
и газа» [76] и другие документы [77, 78]. |
|
|||
Авторы |
в ы р а ж а ю т |
признательность |
канд . |
техн. |
наук |
|
Е. В. Петренко |
за ценные |
советы, д а н н ы е |
при |
рецензировании |
||
книги. |
|
|
|
|
|
|
Р А З Д ЕЛ I
СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ВЫБРОСАМИ УГЛЯ И ГАЗА
ИУСЛОВИЯ П Р О Х О Д К И СТВОЛОВ, ПЕРЕСЕКАЮЩИХ
ВЫ Б Р О С О О П А С Н Ы Е ПЛАСТЫ
Г л а в а I
ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ РАЦИОНАЛЬНЫЙ ПОРЯДОК ПРОХОДКИ СТВОЛОВ С УЧЕТОМ ВЫБРОСООПАСНОСТИ ПЛАСТОВ
§ 1. Особенности проходки стволов в условиях, опасных
по внезапным выбросам
Горнотехнические условия проведения вертикальных стволов по сравнению с горизонтальными в ы р а б о т к а м и имеют р я д отли чительных признаков, которые обусловливают особенности в ха рактере перераспределения н а п р я ж е н и й в горных породах, форми
ровании газофильтрационного р е ж и м а в них и |
в конечном |
счете |
|||||
выбор |
и применение способов борьбы с внезапными |
выбросами |
|||||
угля |
и |
газа . |
|
|
|
|
|
К |
|
особым |
горнотехническим |
условиям относятся: |
значитель |
||
ное |
сечение |
ствола (30—65 м 2 ) , |
направление |
д в и ж е н и я |
з а б о я |
сверху вниз, повышенная обводненность, усиленное действие взры
вов |
з а р я д о в |
ВВ, |
повышенные требовани-я к |
качеству крепи, а так |
||
ж е |
условия, |
связанные |
с возможностью |
з а г а з о в а н и я выработок |
||
действующей |
шахты . |
|
|
|||
|
П р и выборе схем углубки стволов действующей ш а х т ы учиты |
|||||
вается целый |
ряд горнотехнических условий, предопределяющих |
|||||
технико-экономическую эффективность той |
или иной схемы углуб |
|||||
ки |
ствола. |
П р и |
углубке |
стволов, пересекающих выбросоопасные |
пласты, возможность з а г а з о в а н и я ствола и прилегающих к нему выработок действующего горизонта предопределяет применение •схем углубки с расположением подъемных машин только на по верхности шахт.
Н а |
формирование горнотехнических |
условий |
проходки |
или |
|||||||
углубки стволов |
о к а з ы в а ю т влияние |
много |
факторов, |
в том |
числе |
||||||
применяемый вариант вскрытия нового горизонта. Так, в |
усло |
||||||||||
виях |
Кузбасса, |
где |
преимущественное |
распространение |
получи |
||||||
л а схема вскрытия |
новых горизонтов вертикальными |
стволами и |
|||||||||
э т а ж н ы м и к в е р ш л а г а м и , |
в о з м о ж н ы |
следующие |
варианты |
вскры |
|||||||
тия: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I . Проходка |
новых |
стволов на |
новой |
промышленной |
пло |
||||||
щ а д к е ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I I . |
Проходка |
одного |
или нескольких |
новых ' стволов |
на |
суще - |
7