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: 113

Скачиваний: 0

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

Установлено, что процесс насыщения угля водой, а следователь ­

но, и изменение прочностных свойств угля требует длительного

вре­

мени. При пересечении

стволом

предварительно

увлажненного

пласта учет

фактора

времени

приобретает

еще

более

сущест­

венное значение, поскольку связан с анизотропными

свойствами

угля . Д л и н а

увлажнительных скважин д о л ж н а приниматься

с та­

ким расчетом, чтобы к моменту

обнажения пласта

забоем ствола

повысились

 

пластические свойства угля,

в то ж е время

физико-ме­

ханические свойства пород, в м е щ а ю щ и х

пласт, в месте

вскрытия

не д о л ж н ы

 

ухудшаться

за счет

у в л а ж н е н и я .

Следовательно,

ско­

рость проведения ствола по породе от положения, с которого

были

пробурены

скважины, до выхода

з а б о я

в угольный

пласт

следует

принимать

большей, чем скорость

изменения

свойств

породы.

 

С увеличением влажности возрастает

величина ползучести

угля

и породы. Ползучесть породы протекает менее интенсивно, однако через 20 сут соприкосновения с водой скорость деформирования по­

роды резко возрастает. При проведении ствола

в подобных

усло­

в и я х по у в л а ж н е н н ы м породам необходимо учитывать ка к

время,

затраченное на нагнетание воды, так и скорость

подвигания

забоя

д о обнажения пласта.

 

 

Все ранее проведенные работы по изучению влияния воды на изменение физико-механических свойств горных пород исходили из предпосылки, что эти изменения происходят после того, как вода проникла в крупные и мелкие поры, т. е. влажность этого угля по­

высилась . В В о с т Н И И

была поставлена

з а д а ч а изучения изменений

прочностных

характеристик

угля (ползучести)

непосредственно

при увлажнении, т. е. динамику этого

процесса. Результаты опыт­

ных работ

показали,

что

независимо

от

степени

нагруженное™

угольных образцов (от 1200

до 2000 кгс/см2 )

ползучесть угля в пре­

делах первых 30—40 мин нагружения возрастает, а далее, в тече­

ние

нескольких

часов и д а

ж е

суток резко

снижается . Н а г р у з к а при

этом

т а к ж е увеличивается

и

превышает

первоначально приложен ­

ную.

Снижения

нагрузки при длительности опытов до 7—8 сут не

было обнаружено . Подобное поведение угля при проникновении в него воды может быть объяснено резким возрастанием внутрика-

пиллярных

сил, связанных

с

самодвижением воды,

ориентирован­

ных по наслоению угля.

 

 

 

 

 

Изменение свойств горных

пород

при проведении стволов свя­

з а н о т а к ж е

и с применением в забое

буровзрывных

работ.

В з р ы в ­

ная отбойка

угля и породы,

с одной

стороны, способствует

образо ­

ванию по периметру сечения ствола и впереди его з а б о я зоны на­ рушенных пород. С другой стороны, динамическое воздействие процесса взрыва на породу и уголь приводит к изменению их свой­ ств, связанных со скоростью деформирования, с чем т а к ж е следует считаться.

Исследованиями установлено, что у горных пород существует зависимость прочностных и деформационных характеристик от ско­ рости нагружения не только при медленном деформировании, но

116

и в условиях динамического нагружеиия . Предел прочности при ди­ намических повторно-переменных циклических нагрузках, к а к и м и являются взрывные работы, для хрупких пород, примерно на 30% ниже их предельного сопротивления с ж а т и ю при статическом одно­

кратном нагружении .

 

 

 

 

Влияние времени приложения

нагрузки

на прочность материа ­

ла по данным

[59] может

быть представлено

уравнением

 

а

= К(А

— Ш),

(1.92)

где о — напряжения в материале;

 

К, А — константы материала;

 

t

— время приложения

нагрузки.

Исследование влияния

скорости

нагружения на величину ско­

рости деформирования и нарастания напряжений при нагружении, проведенное на угольных образцах, позволило выявить определен­ ные зависимости показателей от условий нагруженное™ образ ­ цов. Упругие свойства угля и способность его к отжиму в сторону выработки с увеличением скорости нагружения возрастают только до определенного интервала скорости и нагрузки. В пределах исследуемых скоростей и нагрузок при возрастании скорости на­ гружения свыше 15 мм/мин упругие свойства и отжим угля уменьшаются . Объясняется это, по-видимому, тем, что при боль­ ших скоростях нагружения скорость перераспределения дефор ­ маций в угле отстает во времени от скорости его нагружения . Следовательно, в определенных условиях в момент в з р ы в а н и я вследствие скачкообразного перемещения эпюры напряжений не­ сущая способность угля (породы) может оказаться отличной от

расчетной, что

приведет

к

самовскрытию

пласта

или

усилен­

ному

отжиму

угля.

 

 

 

 

 

 

 

§ 2.

Выбор способов борьбы

с выбросами

по

горно-геологическим

 

 

и горнотехническим

условиям

 

 

Выбор того или иного способа борьбы с выбросами и объем

мероприятий

в к а ж д о м

конкретном

случае

зависит

от

соответ­

ствующих горно-геологических и горнотехнических условий. Процесс перехода ствола через пласт представляет собой

совокупность операций, проводимых в два этапа (первый — обна­ жение пласта, второй — пересечение его). В зависимости от этого выбирают способ борьбы с выбросами.

Кроме того, вид и объем мероприятий определяется' и тем, к какой группе по степени опасности последствий возможных вы­

бросов относится проводимый

ствол. Так, при

проведении

стволов

I

группы

по

степени

опасности обнажение и

пересечение

пласта

за

один

прием возможно без

применения мероприятий

по

борьбе

с

выбросами

с использованием

только

сотрясательного

взрывания .

П р и проведении ж е стволов I I I группы

требуется комбинирование

нескольких

способов.

Комбинирование

нескольких способрЕ не-

117

об х о д и мо

т а к ж е при

обнажении пластов

стволами I и

I I групп

'в случае

повышенной

выбросоопасности.

Комбинируют

способы

по признаку совместимости их воздействия на пласт. Так, напри­

мер, не могут быть скомбинированы скважины

большого

диаметра

и

увлажнение

угольного массива. Из всех способов, принятых

д л я

стволов,

могут быть применены следующие комбинации-,

увлажнение

с

каркасной

крепью,

дегазация

 

с к в а ж и н а м и

малого

.диаметра

и

к а р к а с н а я

крепь;

скважины

большого

 

диаметра п

к а р к а с н а я

крепь; д е г а з а ц и я

с к в а ж и н а м и

малого

диаметра

(осо­

бенно

с. использованием

вакуумировання скважин) и увлажнение .

 

 

Выбор способов борьбы с выбросами при

их комбинированном

применении

зависит

от

того,

какие

цели

этим

преследуются.

 

 

Комбинирование способов предотвращения выбросов может

•выражаться

т а к ж е

в

последовательности

их применения. Послед­

нее

чаще

всего

состоит

в

том,

что

обнажение

 

пласта

выполняется

с

применением

одного,

а

пересечение — с

использованием

другого

способа борьбы с выбросами . В отдельных случаях

комбинирова­

ние

способов

борьбы

с

выбросами преследует

цель

снижения

з а т р а т

труда

на

их

применение

(например,

дегазация

пласта

с к в а ж и н а м и

малого

диаметра

 

на этапе обнажения

и

у в л а ж н е н и е

при пересечении мощного крутопадающего п л а с т а ) .

 

 

 

 

 

 

Таким

образом,

для

всего

разнообразия

условий

пересечения

пластов стволами существует несколько различных вариантов при­

менения способов. Д л я

облегчения

выбора

способов

борьбы

с

внезапными выбросами

в зависимости от конкретных

условий

р

а з р а б о т а н а д и а г р а м м а .

Д и а г р а м м а

составлена

с учетом

горно­

геологических и горнотехнических условий, эффективности спосо­

бов и сложности

условий

по степени выбросоопасности вскрывае ­

мого участка пласта. Причем под термином

« м а л а я

опасность»

подразумеваются

условия,

когда давление газа

равно

или меньше

10 кгс/см2 , но по показателю выбросоопасности пласт в месте вскрытия выбросоопасен. Особо сложными считаются условия, когда давление газа выше 20 кгс/см2 , место вскрытия пласта находится в районе геологического нарушения, пласт сложного

строения

и

представлен

малопрочным,

легко

разрушаю ­

щимся углем. Причем эта сложность условий

определяется т а к ж е

и группой ствола по степени

опасности

последствий

внезапных

выбросов.

 

 

 

,

 

Д л я

одних

и тех ж е условий может

быть

подобрано

несколько

способов борьбы с выбросами . Окончательный выбор

производят

по технической

возможности

применения того или иного способа,

по результатам оценки физико-механических и коллекторских

свойств

пласта и в м е щ а ю щ и х пород

в

месте

вскрытия, по

области

применимости

различных способов,

а

т а к ж е

по

результатам тех­

нико-экономической оценки.

 

 

 

 

 

При выборе того или иного способа д л я

конкретных

условий

вскрытия необходимо к а ж д ы й раз устанавливать

ориентировочную

область

его

применения.

 

 

 

 

 

118

Окончательный

выбор способов

борьбы

с внезапными

выбро­

с а м и угля и газа

д о л ж е н производиться по

технико-экономической

•оценке способов

д л я конкретных

условий

пересечения

пластов.

В качестве критериев технико-экономической оценки способов •борьбы с внезапными выбросами угля и газа могут быть приняты трудоемкость дополнительных работ и время, необходимое на применение того или другого способа. По трудоемкости работ способы борьбы с выбросами д о л ж н ы оцениваться в тех случаях, когда срок сооружения ствола не влияет на срок ввода в действие шахты или нового горизонта, а по времени на применение спо­ соба — когда увеличение срока сооружения ствола приводит к эко­

номическим

потерям

в

связи с увеличением

срока

строительства

ш а х т ы или ввода нового

горизонта.

 

 

Н и ж е приведена

технико-экономическая

оценка

применения

у в л а ж н е н и я

угольного

массива, д р е н а ж н ы х

с к з а ж и н

малого дна-

метра и каркасного крепления призабойной . части угольного мас­

сива

(каркасная

крепь)

д л я

условий: Z ) C T B = 8

м,

# = 400

м,

дав ­

ление

 

газа

р = 20

 

кгс/см2 . Причем д р е н а ж н ы е

скважины

малого

д и а м е т р а рассмотрены

 

в двух вариантах: с

естественным

истече­

нием

газа и с применением вакуумировання .

 

 

 

 

 

 

К сравнению были приняты следующие операции:

 

 

 

при

увлажнении

угольного

массива — бурение увлажнительных

скважин, герметизация скважин, нагнетание воды;

 

 

 

 

при

дегазации — бурение

и

герметизация

с к в а ж и н

и

продол­

жительность

д р е н а ж а

газа;

 

 

 

 

 

 

 

 

при

использовании

каркасной

крепи — бурение

скважин, уста­

новка

 

арматурных

стержней

и

заполнение

скважин

цементным

раствором .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Все расчеты проведены д л я следующих условий: мощность

пласта

0.5;

1;

2;

5

и 8

м; угол

залегания пластов

10,

20,

45,

60

и 80°.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р и

расчете

объема

 

работ

по у в л а ж н е н и ю

с целью

упрощения

расчетов формулу д л я расчета объема закачиваемой воды пред­ ставим в виде

(1.93)

где Qn — объем воды, необходимой д л я подачи в пласт, м3 ;

ß— коэффициент, учитывающий неравномерность строения пласта;

m — мощность пласта, м;

а— угол падения пласта, град.

Пр и установлении времени на полное пересечение пласта с

применением д р е н а ж н ы х с к в а ж и н длительность дренирования пласта после окончания бурения всех скважин принята: при есте­

ственном

истечении газа

10 сут,

с применением вакуумировання

с к в а ж и н

41 сут.

 

 

Результаты расчетов

приведены

в табл . 32.

119

Д р е н а ж н ые екпажнны

Элементы залега­

Уплажиение

 

 

ния

пласта

угольного

массива

при естественном

уголпа­ дения града,

 

 

 

истечении

газа

1 s

Н >> с;

 

 

§|£

 

о

2 5"

 

 

,

 

о

Ig?

 

н <я S

„-

 

I е

о £ о

 

 

 

 

m Ь -

 

 

 

 

0,5

9,4

0,8

17,7

11,4

10

1,0

12,8

1,16

19,3

11,6

2,0

20,7

1,7

23,1

11,9

 

 

5,0

56,2

4,7

31,6

12,6

 

8,0

114,0

9,5

42,4

13,5

 

0,5

10,7

0,9

23,1

11,9

 

1,0

14,4

1,2

24,9

12,1

20

2,0

24,4

2,0

28,8

12,4

 

5,0

61,6

5,1

40,4

13,4

 

8,0

121,6

10,2

51,9

14,3

 

0,5

11,8

1,0

31,9

12,6

 

1,0

15,7

1,3

34,6

12,9

45

2,0

26,9

2,2

40,8

13,4

 

5,0

66,5

5,5

59,2

14,8

 

8,0

149,8

12,5

77,7

16,5

 

0,5

13,0

1,1

59,4

14,9

60

1,0

18,0

1,5

66,4

15,5

2,0

31,0

2,6

84,1

17,0

 

5,0

77,9

6,5

116,5

19,7

 

8,0

157,3

13,1

153,3

22,8

 

0,5

18,0

1,5

120,0

20,0

80

1,0

27,6

2,3

133,9

21,2

2,0

53,2

4,4

162,2

23,6

 

 

5,0

144,7

12,0

219,5

28,2

 

8,0

300,0

25,3

285,4

33,8

сприменением

вакуума

3 _ ©

>.

 

» га^

|se

0.5 V

КЗ С п і

о U о

m ь s-

 

33,7

5,8

35,3

5,9

39,1

6,3

47,6

7,0

58,4

7,9

39,1

6,3

40,9

6,4

44,8

6,7

56,4

7,6

67,9

8,7

47,9

7,0

50,6

7,2

56,8

7,7

75,1

9,3

93,7

10,8

75,4

9,3

82,4

9,9

100,1

11,4

132,5

14,1

169,3

17,2

136,0

14,3

149,9

16,5

178,3

17,8

235,5

22,6

301,4

28,2

Т а б л и ц а 32

Упрочнение уголь ­ ного массива каркасной крепью

>>Е-

•1 и

шО fc о

га р - 3 m Ь er

20,4

2,1

27,3

2,3

30,5

2,5

69,2

5,8

98,3

8,2

32,6

2,6

34,1

2,8

38,8

3,2

76, 4

6,4

104,7

8,8

41,1

3,4

43,2

3,6

51,9

4,3

88,4

7,4

12,06

10,1

47,7

4,0

49,5

4,1

60,0

5,0

101,0

8,4

146,4

12,2

144,4

12,0

164,4

13,7

207,4

17,2

393,4

32,8

•564,0

47,0

К а к видно

из приведенных

данных, для пластов малой

и сред­

ней мощности

практически при любом

угле их залегания

наименее

трудоемким

является

способ

увлажнения--

угольного

массива,

остальные

ж е способы

по

трудоемкости

дополнительных

работ

примерно

одинаковы . Д л я

мощных

пластов

т а к а я

зависимость

сохраняется до углов залегания

60—65°.

 

 

 

 

 

При углах залегания мощных пластов свыше 65° трудоемкость

применения каркасного крепления становится выше в

1,5—2

р а з а .

При

проходке вертикального

ствола

вследствие

незначитель­

ной доли

трудоемкости

проведения

профилактических

мероприятий

от общей трудоемкости проходки ствола большое значение имеет время, затрачиваемое на применение этих мероприятий, т. е. фак ­ тически время остановки з а б о я ствола. Н а рис. 47 показаны

120

Смотрите также файлы