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

Рис. 34. Характер нарушений в квершлаге и стволе

после внезапного

выброса

и

взрыва газа на

шахте

«Ключи»

№

1—3:

/ — место внезапного

выброса:

2 — предполагаемый

завал;

3 — з а е з д к стволу. 4 — перекрепленный участок

Одной из значительных трудностей, связанных с проведением

выработок околоствольного двора,

пересекающих

выбросоопасные

опасное

место при

появлении

признаков внезапного выброса

угля

и газа или непосредственно самого выброса. Д л я

з а щ и т ы работаю ­

щих в случае внезапного выброса в подобных

условиях

м о ж е т

служить

обходная

выработка,

н а х о д я щ а я с я в

непосредственной

близости от вскрываемого пласта. По

такой схеме была, напри­

мер, оборудована к а м е р а - у б е ж и щ е

при

вскрытии пласта Лутугин-

ского на гор. 360 м шахты «Северная»

в

Кузбассе.

Расположение

камеры - убежища в обгонной ветви околоствольного

двора

п о к а ­

зано на рис. 35.

30 »

50м

У

I

А-А

ш

Рис. 35. Расположение камеры-убежища в

обгонной ветви

околостволь­

ного двора при вскрытии пласта

Лутугинского

Н а выходах обгонной ветви в квершлаг

были установлены

двой­

ные перемычки, двери которых постоянно

д е р ж а л и с ь

закрытыми .

Свежий воздух нагнетали с поверхности

вентилятором

ВЦО - 1/1500

через перемычку в обгонную ветвь.

Д а л е е двумя

вентиляторами

гонную

ветвь

был введен

т а к ж е трубопровод

сжатого

воздуха с

вентилем на

выхлопе. Путь от з а б о я до

входа

в

к а м е р у - у б е ж и щ е

освещался аккумуляторными л а м п а м и .

Подобный

ж е вариант

использования

выработок околостволь­

ного двора в

качестве к а м е р ы - у б е ж и щ а з а л о ж е н

и в проект подго­

товки гор. 100 м на шахте «Ягуновская»

Кемеровского

месторож ­

дения

Кузбасса .

Во всех случаях вскрытия пластов в

районе

околоствольных

дворов

шахт

стремятся применять наиболее

н а д е ж н ы е способы

безопасных пределов. Это связано с тем, что после

осуществления

способа, д а ж е если видна его я в н а я ненадежность

в данных усло ­

Д л я гидроразмыва пласта было

пробурено

пять с к в а ж и н . Все

с к в а ж и н ы первоначально

недобуривались по

породе

до

пласта

на 0,5 м. П о мере необходимости оставшаяся

породная

«пробка»

перед к а ж д о й скважиной

у д а л я л а с ь

и

начинался процесс

гидро­

вымыва . В н а ч а л е с к в а ж и н а

р а з м ы в а л а с ь

по ее длине одноструйной

струйную с к в а ж и н а формировалась

в полость.

Первая и пятая скважины располагались з а контуром выработ­

ки, а

вторая, третья

и четвертая — в пределах

контура сечения.

З а

эффективностью гидровымыва следили по изменению д а в ­

ления

газа; д л я з а м е р а давления

газа в пласте

было пробурено

ч е т ь т е

контрольных

скважины .

Рис.

График снижения давления газа и изменения концентрации метана

момент

гидровымыва опережающих полостей при вскрытии пласта Неиз­

в

37.

вестного

шахты

«Ноградская»:

J — давление

газа (р) в

скв. №

2;

2 — концентрация метана (q)

<г-

Гидровымыв

был

начат

со скважины 1. Эта с к в а ж и н а р а з м ы в а ­

л а с ь

до тех пор,

пока был

выход

штыба . З а т е м была

перебурена

породная

пробка в скважине 2 и

в ней происходил процесс вы-

мыва.

Н а

рис. 37 показаны графики снижения давления газа и

изменения

концентрации метана в момент гидровымыва

опережаю ­

щих полостей. С р а з у после

н а ч а л а

р а з м ы в а второй скважины на­

нах 3

и 2 давление упало до

нуля

(см. рис. 37). Д а л ь ш

е

разви ­

в а л а с ь

полость в

с к в а ж и н е

4. Снижение д а в л е н и я

газа

в

конт­

рольнойскважине

4 началось

сразу

ж е после н а ч а л а

гидровымыва

пласта . Процесс гидровымыва

сопровождался резким

повышением

. концентрации метана в забое.

Г л а в а

I V

СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ВНЕЗАПНЫМИ ВЫБРОСАМИ В СТВОЛАХ

§ 1. У в л а ж н е н и е у г о л ь н о г о м а с с и в а

К а к

у ж е отмечалось,

у в л а ж н е н и е

угольного массива

в

настоя­

щ е е

время является

одним из самых

распространенных

способов

борьбы

с внезапными

выбросами угля и газа в различных

горных

выработках, в том числе при вскрытии

пластов

квершлагами .

Увлажнение воздействует на газодинамические и физико-ме­

ханические факторы, в о з б у ж д а ю щ и е выбросы. При этом

изменя­

ются

в л а ж н о с т ь угля,

газовыделение,

давление

газа,

напряжен ­

ность

горных пород

[71, 72, 73, 74]. Особенностями

увлажнен ­

ного массива являются: снижение упругих и увеличение

пласти­

ческих

деформаций;

уменьшение потенциальной

упругой

энергии

пряжений в глубь массива; уменьшение коэффициента

концентра­

ции напряжений перед забоем выработки .

П р и з н а в а я

основную роль в развитии первой ф а з ы

внезап­

ного

выброса за потенциальной энергией горных пород,

необхо­

д и м о

заметить,

что на этапе обнажения пластов перепад

давления

г а з а

может оказаться не только достаточным дл я дробления по­

род,

но и решающей или, по крайней

мере, равноценной

причиной

д р о б л е н и я

угля при внезапном его обнажении .

Кроме

того,

на этапе обнажения

пластов, особенно

стволами

энергии, необходимой дл я выноса угля

(породы)

в ствол.

Расчет кинетической энергии движущегося угля и породы дл я

условий

проходки

ствола

наиболее

распространенного

диаметра

7

м и минимального объема газа, необходимого

дл я выноса

угля

и

породы

при

различном

давлении

газа,

проведенный

по форму­

л а м (1.51)

и (1.52),

представлен

в табл .

22.

Т а б л и ц а

22

Сила

Кинетическая

Минимальный

объем

газа

( м 3 ) , необходимый для выноса

угля

выброса

энергия

и

породы при давлении газа, к г с / с м 2

по углю,

дпнжущнхся

угля н породы,

тс

кгм

5

10

15

20

30

•10

50

48,4-105

333

215

176

34

1,8

1,1

100

58,4-105

405

260

210

41

2,2

1,3

500

18,2-10°

1280

938

867

107

8,2

3,2

К а к

видно

из

результатов

расчетов,

у в л а ж н е н и е

угольных

спечивает

з а щ и т ы

д а ж е от выбросов

незначительной силы

уж е

при давлении газа

15—20 кгс/см 2 . Пр и обнажении

пластов, по-

видимому,

необходимо дополнительное

применение

других

спосо-

бов, например снижения давления

газа

д р е н а ж н ы м и

с к в а ж и н а м и

небольшого диаметра .

На этапе пересечения пласта увлажнение является одним из

наименее

трудоемких

и в то ж е

время

эффективных

способов.

С этих

позиции можно

произвести оценку степени

воздействия

у в л а ж н е н и я

угольного

массива и

области применения

у в л а ж н е ­

ния на этапе

обнажения

крутых

или мощных угольных

пластов .

выделяется газа в 3 раза

меньше, чем из сухого. Исходя из

этого

можно предположить,

что при обнажении

увлажненного

угля

в начальный момент может выделиться до 17%

находящегося

виям, принятым

как средние дл я Кузбасса, представлены

в табл . 23.

Т а б л и ц а

23

Количество газа ( м 3 ) . участвующее n выбросе при обнажении увлажнен ­

ного угля при силе

выброса по у г л ю ,

тс

10

I

50

I

100

1

500

1

1000

5

11,5 '

57,5

115,0

575

1150

10

16,0

77,0

160,0

770

1600

15

18,5

89,0

185,0

890

1850

20

20,3

100,0

203,0

1000

2030'

30

22,0

110,0

220,0

1100

220О

40

25,0

125,0

250,0

1250

2500

В

качестве

дополнительного

доказательства

эффективности

у в л а ж н е н и я на рис. 39 приведены сравнительные графики

д е ф о р ­

мации

сухого

и

увлажненного

угольного

массива впереди

з а б о я

ствола

при

пересечении

пласта

Безымянного

шахты

« К о к с о в а я » .

К а к

видно

на

рис. 39, в

непосредственной

близости

к

з а б о ю ство­

л а

(до 3

м)

увлажнение

угля

приводит

к

значительному

увели ­

чению д е ф о р м а ц и и массива

(в 2—-2,5 р а з а ) ,

а

следовательно,

д о ­

стигается

разгрузка

от повышенных

напряжений .

Д л я успешного

применения

у в л а ж н е н и я

угольных

пластов

при

вскрытии

их

вертикальными

стволами

рассмотрим

особенности

схем расположения скважин, параметров и режимов

нагнетания

применительно к вскрытию мощных угольных

пластов

с л о ж н о г о

строения.

Схемы

расположения

скважин

дл я

нагнетания

определяются

ния, мощностью), величиной породной пробки, оставляемой

перед

обнажением пласта, и числом скважин . От угла залегания

п л а с т а