Файл: Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов..pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.06.2024

Просмотров: 124

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

П ри вскрытии и пересечении угольных пластов вертикальными стволами, особенно пластов мощных и крутого падения, могут

возникнуть условия применения способов по

борьбе с выбросами

в два этапа . П р и

пересечении пластов,

когда

забой

ствола вскроет

угольный пласт,

возможно применение

с к в а ж и н

большого д и а ­

метра.

 

 

 

 

При проведении стволов в период реконструкции шахт, когда участок вскрытия пласта может быть расположен вблизи дейст­

вующих выработок шахты, возможно применение

с к в а ж и н большо­

го диаметра для предотвращения выбросов к а к

при

вскрытии,

т а к

и при пересечении пласта. С к в а ж и н ы

в этом случае

бурят

из

вы­

работок шахты по угольному пласту.

 

 

 

 

 

К способам, основанным на разгрузке пласта от повышенных

напряжений с одновременной его дегазацией,

относятся

способ

создания п е р е д о в ы х п о л о с т е й

п щ е л е й ,

а т а к ж е

г и д ­

р о р а з р ы в у г о л ь н о г о п л а с т а .

 

 

 

 

 

Одним из методов создания полостей является их гидравличе­ ское вымывание . Механизм воздействия на пласт мало чем отли­

чается от такового при бурении

скважин . При

вскрытии пластов

к в е р ш л а г а м и способ

предварительного вымывания угольного м а с ­

сива гидромонитором

применяют

ограниченно.

При вскрытии и

пересечении угольных пластов стволами оба эти способа не могут найти применения, т а к <как практически невозможно выдавать угольную пульпу из образуемых полостей.

Сущность г и д р а в л и ч е с к о г о р а з р ы в а заключается в создании в пласте искусственных или расширении имеющихся тре­ щин. Процесс гидроразрыва осуществляется путем нагнетания в пласт жидкости со скоростью, превышающей его поглотительную

способность. При достижении определенного

д а в л е н и я нагнетания,

называемого критическим, оно стабилизируется.

В

этот

момент

происходит

нарушение

целостности

пласта — образуются

трещины,

происходит

разгрузка

пласта от повышенных

напряжений . При про­

ведении

гидроразрыва

пласта Д е р е з о в к а на шахтах

им.

К а р л а

М а р к с а

и

«Красный

Профинтерн»

критическое

давление

состав­

л я л о от

90

до 350 кгс/см2 . Опыт гидроразрыва пласта

Д е р е з о в к а

показал, что процесс гидроразрыва неуправляемый .

 

 

 

Н а шахте «Северная» в Кузбассе

был успешно

применен

гидро­

р а з р ы в пласта Безымянного перед вскрытием

его квершлагом № 3

на глубине

300 м. Однако судя по

времени

нагнетания,

которое

составляло

от 12 до 21 ч на одну скважину, здесь

происходило

предварительное усиленное у в л а ж н е н и е угля .

1

 

 

 

 

Очевидно, при вскрытии пластов стволами гидроразрыв может быть рекомендован не как самостоятельный способ, а в комбина­ ции с другими, например, с нагнетанием воды в пласт.

Исследование процессов, происходящих при к а м у ф л е т н о -

с о т р я с а т е л ь н о м

в з р ы в а н и и ,

показало

заметное снижение

давления газа, однако

разгрузки пласта, как ожидалось, получить

не удалось . Так, замеры деформаций

угольного

пласта при к а м у ф -

68

летно-сотрясательном взрывании показали, что до пластических деформаций можно довести не более 20—30% объема о б р а б а т ы ­ ваемого угольного массива. Остальная часть массива сохраняет упругие деформации и после взрывания .

Исходя из предположения о возможности снижения д а в л е н и я газа в пласте, в Д о н б а с с е были проведены опытные вскрытия выбросоопасных пластов квершлагами с применением камуфлетного взрывания для ускорения дегазации пласта в месте вскрытия и снижения давления газа . Б ы л о произведено 5 вскрытий, причем давление газа снижалось с 19—37 кгс/см 2 до 10 кгс/см 2 и менее. Время снижения давления газа составляло от 37 до 170 ч.

Проведенные вскрытия показали возможность практического применения камуфлетного взрывания для снижения давления газа в угольном пласте перед вскрытием.

Недостатком этого метода является то, что при применяющихся п а р а м е т р а х буровзрывных работ радиус трейгинообразования не­ значителен и дренирование пласта происходит медленно.' Увели­ чение числа шпуров приводит к повышению степени разрушения угля, и при вскрытии крутого пласта квершлагом или стволом мо ­

жет начаться высыпание

угля, что явится толчком к

р а з в я з ы в а н и ю

внезапного выброса.

 

 

 

В Донецком бассейне

этот метод иногда применяют в сочета­

нии с нагнетанием

воды,

причем

вначале производят

камуфлетное

взрывание . Такое

сочетание двух

способов увеличивает эффектив ­

ность обоих и позволяет быстрее производить вскрытие выбросо-

опасных пластов с

соблюдением необходимых правил

безопас­

ности.

 

 

 

При вскрытии пластов вертикальными стволами м о ж н о реко­

мендовать применение камуфлетного взрывания

т а к ж е

в сочета­

нии с нагнетанием

воды при вскрытии пологих

и

наклонных

пластов.

 

 

 

П р и вскрытии мощных пологих пластов м о ж е т быть применен способ камуфлетного взрывания в качестве самостоятельного спо­

соба ^предупреждения

выбросов угля

и газа, так ка к

в этом

слу­

чае м о ж н о взрывать

з а р я д ы повышенной мощности,

т. е. по

сути

дела

применять

метод торпедирования

угольного

массива .

 

Н а

шахтах

Д о н б а с с а

успешно

применяют

торпедирование

угольного массива с гидрозабойкой при очистной

выемке

угля .

Опыты по исследованию

эффективности

способа

торпедирования

с гидрозабойкой и практическое его применение на ряде шахт

Д о н ­

басса

позволяют сделать

следующие

выводы:

 

 

 

1. Д л я разгрузки участка пласта торпедированием могут быть применены скважины диаметром 120 мм.

2.После торпедирования газовое давление в угольном массиве снижается и через 3-сут в радиусе 2,5 м составляет 50% от перво­ начального.

3.При торпедировании в пласте происходят деформации на рас­

стоянии 4 м от взорванного з а р я д а .

69

Все это подтверждает возможность применения способа тор­

педирования при

вскрытии выбросоопасных

пластов вертикальны­

ми стволами.

 

 

 

 

 

Сущность способа борьбы с внезапными

выбросами угля

и

газа

у в л а ж н е н и е м

у г о л ь н о г о

м а с с и в а

заключается

в

сле­

дующем .

 

 

 

 

 

При проникновении воды в

уголь последний становится

 

более

пластичным, снижается упругая потенциальная энергия угля, воз­

растают его остаточные деформации . В связи с

этим при

повыше­

нии нагрузки на увлажненный участок пласта деформации

масси­

ва в сторону выработки протекают

плавно, т. е. в значительной

степени снижается вероятность развития первой

фазы

внезапного

выброса — быстрого хрупкого

разрушения угля .

 

 

 

•При увлажнении угольного

пласта

снижается

т а к ж е

роль газо­

вого фактора в реализации внезапных выбросов. В табл . 19 при­

ведены данные лабораторных

исследований метановыделения из

сухого и увлажненного

угля [51] .

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

19

Время после

Метановыделенне из у г л я ,

Уменьшение

газо-

 

см'/ч

 

выделеннн

из

обнажения

 

 

угля (откры­

 

 

увлажненного

тия колбы), ч

сухого

увлажнен­

угля

по сравнению

 

ного

с

сухим,

%

0,5

6,0

2,9

 

52

 

1

10,1

3,6

 

64

 

2

13,9

4,4

 

68

 

3

14,4

5,0

 

65

 

4

14,9

5,4

 

64

 

8

15,8

6,7

 

58

 

24

18,4

8,8

 

52

 

120

21,2

11,5

 

46

 

240

22,3

12,8

 

42

 

Н а б л ю д е н и я

показали, что в неувлажненных зонах

(влажность

1,48

и 2,17%) м а к с и м а л ь н а я величина газовыделения

после

взры­

вов

составляла

2,25 и 1,40 м 3 /мин, в увлажненных зонах

( в л а ж ­

ность 3,3%)

м а к с и м а л ь н а я величина газовыделения не

превышала

1 м 3 /мин .

 

 

 

 

 

Многочисленный опыт вскрытия пластов с применением

у в л а ж ­

нения показал,

что интенсивность газовыделения, к а к

это предпо­

лагалось, не увеличивается, а в некоторых

случаях д а ж е

умень­

шается .

 

 

 

 

 

В

настоящее

время принят следующий

порядок

у в л а ж н е н и я

пластов при

вскрытии пластов. Б у р я т одну

или несколько с к в а ж и н

(в зависимости от сечения вскрывающей выработки),

устье их гер­

метизируется

и

в определенном режиме в пласт нагнетается вода.

При использовании нескольких с к в а ж и н вода подается одновре­ менно во все скважины .

70

П р и м е р ом применения у в л а ж н е н и я угля при вскрытии пласта вертикальным стволом может служить вскрытие пласта 10 (мощ­

ность 4

м,

угол

падения 18°) при углубке ствола №

1 на шахте

«Ключи»

№

1—3

Егоршинского месторождения. Д л я

у в л а ж н е н и я

угольного массива и замера давления газа было пробурено девять

•скважин

диаметром 100 мм. Среднее

давление

воды

составляло

50 кгс/см2 , расход воды на скважину 0,25

м3 .

 

 

 

При

обнажении и пересечении пласта наблюдались

редкие

•слабые

пощелкивания в массиве угля. В л а ж н о с т ь угля повыси­

л а с ь до

6—10% по сравнению с

1,3—3% в естественных

 

условиях.

При

вскрытии

и пересечении

вертикальными

стволами

мощных

пластов

и пластов

наклонного и крутого

падения

могут

возникнуть

условия, когда нависающая часть угольного массива может об­

рушиться в ствол, что послужит толчком для развития

внезапного

выброса.

Возможность

возникновения

таких

условий

зависит

от

с л е д у ю щ и х

факторов:

физико-механических

свойств

угля

и вме­

щ а ю щ и х

пород, угла падения

и мощности

пласта,

величины

ослаб ­

ленной

зоны, диаметра

ствола, величины

незакрепленной

части

•ствола

(величины з а х о д к и ) . Поэтому

при

вскрытии

пластов

часто

применяют

различные

с п о с о б ы у к р е п л е н и я

 

у г о л ь н о г о

м а с с и в а непосредственно

в местах,

прилегающих

к

контуру

вы­

работок .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Укрепление угольного

массива предотвращает

не

только

высы­

п а н и е

(обрушение) угля,

но

и любое разрушение,

являющееся

на­

чалом

развития выброса. Д л я

укрепления

угля применяют несколь­

ко способов, одни из которых выполняют функцию чисто механи­

ческого укрепления

массива

(штанговая и к а р к а с н а я

крепи), дру-

тие,

кроме того, снижают способность угольного пласта

отдавать

г а з

( з а м о р а ж и в а н и е

и химические

способы укрепления);

третьи,

к р о м е укрепления массива,

имеют

целью уменьшить

обнаженную

часть пласта (передовая и шпунтовая крепь) или затормозить про­ цесс разрушения угольного массива в начальный период развития

выброса.

М а к Н И И еще

в

1951 г. р а з р а б а т ы в а л

способ

вскрытия

п л а с т о в с применением

охлаждения

угольного

 

массива

[52] .

В

результате лабораторных

и опытных

работ были сделаны выво­

д ы

о возможности

снижения давления

газа

 

посредством

о х л а ж д е ­

ния угольного массива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проведенным техническим расчетом установлено, что для кон­

кретных

условий

вскрытия

время

з а м о р а ж и в а н и я

составляет до

24 сут. Исходя из значительного времени

з а м о р а ж и в а н и я ,

гро­

моздкости оборудования

и

трудности

контроля

процесса

з а м о р а ­

ж и в а н и я

данный способ

не

рекомендуется

для практического

при­

менения .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сущность способа цементации

состоит

в

том,

чтобы

повысить

прочность массива горных пород путем искусственного заполнения

пустот и трещин цементным

раствором.

 

 

Принцип

упрочнения пород при силикатизации

основан

на сле­

д у ю щ е м . В

массив через

с к в а ж и н ы нагнетается

жидкое

стекло,

71

Смотрите также файлы