Файл: Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.06.2024
Просмотров: 93
Скачиваний: 0
толщиной |
от |
нескольких |
миллиметров до 1—2 |
см, всегда |
оконту- |
||||||||||
ривающие |
полости |
выброса. |
П л а с т и н ы |
ж е при |
отбросе |
|
разру |
||||||||
шаются до размеров зерен песка. Выбрасываются и более |
крупные |
||||||||||||||
куски |
породы |
[61] . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
На основании проведенного анализа выбросов получены опре |
|||||||||||||||
деленные |
практические |
рекомендации . |
|
|
|
|
|
|
|||||||
При бурении двух смежных периферийных шпуров в ю ж н о й |
|||||||||||||||
части з а б о я первого западного вентиляционного ствола |
перед |
||||||||||||||
выбросом |
24/ѴІ |
1964 г. произошло |
внезапное |
выталкивание бу |
|||||||||||
рильных молотков |
со штангами |
на |
высоту |
до |
1,5 |
м. Через |
10— |
||||||||
15 мин после этого содержание |
мегана |
у |
устья |
одного |
|
шпура |
|||||||||
превышало 6%, |
затем через |
1,5 ч оно снизилось до 0,5% |
и |
оста |
|||||||||||
валось |
таким |
до з а р я ж а н и я шпура. У устья |
второго шпура |
содер |
|||||||||||
ж а н и е |
метана |
не п р е в ы ш а л о |
2,5% |
и к |
моменту |
з а р я ж а н и я оно' |
|||||||||
упало до |
нуля. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При |
бурении |
шпуров |
перед |
выбросом, |
происшедшим |
|
13/ѴП |
||||||||
1964 г. в |
этом |
ж е |
стволе, бурильщики |
отметили |
в ы б р а с ы в а н и е |
||||||||||
штыба |
с |
водой |
из |
трех |
шпуров |
в |
северной |
части забоя . |
|
К р о м е |
увеличения содержания метана у устья шпуров, никаких других признаков возможных выбросов породы замечено не было.
16/ѴІП 1964 |
г. |
выброс сопровождался |
тремя |
мощными |
толч |
||
к а м и — у д а р а м и |
с |
интервалом в несколько секунд, при |
этом |
||||
вентиляционная |
струя к а ж д ы й |
ра з опрокидывалась . |
|
||||
При выбросе, |
происшедшем |
17/ХІ |
1964 |
г. в первом восточном |
|||
воздухоподающем |
стволе в открытых |
л я д а х |
было |
замечено |
п л а м я |
от загорания метана. Подобное явление отмечалось и после вы
броса |
П / Х І І |
1964 г. во втором западном вентиляционном |
стволе. |
|||
Выброс |
|
22/ХІ 1964 г. произошел при измененном |
паспорте |
|||
буровзрывных работ, рассчитанном на проведение ствола |
диа |
|||||
метром |
3 |
,м вместо 5,9 м. Интенсивность его была в 1,7 |
р а з а |
|||
меньше предыдущего выброса, происшедшего в этом ж е |
стволе. |
|||||
Вторые выбросы в первом западном вентиляционном и первом |
||||||
восточном |
воздухоподающем стволах происходили при первом |
ж е |
||||
взрывании |
после предыдущих выбросов. П о весу разрушенного |
пес |
||||
чаника |
и |
давлению газа в массиве песчаника можно |
примерно |
|||
определить |
силы, которые смогли приостановить выброс. |
Н а п р я |
||||
жения на забое ствола составили примерно 20—30 кгс/см2 . |
|
|
||||
Выбросы |
в стволах и в других выработках происходили |
во |
время взрывных работ в прочных монолитных песчаниках с вре менным сопротивлением растяжению 40-^-70 кгс/см2 . Увеличение сечения ствола в местах выбросов безопасно дл я его устойчивости,
так как полости выбросов |
вполне |
надежно |
бетонируются. |
|
||
В з а т р а т ы времени на ликвидацию |
последствий |
выбросов- |
||||
включается еще дополнительное время на уборку породы, |
однако |
|||||
оно незначительно, так как современными |
комплексами |
у б о р к а - |
||||
производится достаточно |
быстро. |
|
|
|
|
|
Следует |
отметить, что затраты |
времени на операции, |
с в я з а н н ы е |
|||
с бурением |
и взрыванием, |
т а к ж е |
с о к р а щ а ю т с я . В первом |
з а п а д - |
126
ном стволе за два взрыва, которые сопровождались |
выбросами,, |
||||||
было |
пройдено |
16 м, а в |
первом |
восточном |
возду.хоподающем — |
||
12 м |
выработки . |
|
|
|
|
|
|
Характерные |
выбросы |
произошли |
при проведении |
сопряжений |
|||
горизонтов со |
стволом. |
К а к правило, они |
прекращались тогда,, |
||||
когда |
порода достигала |
уровня |
чуть |
выше |
кровли |
сопряжения . |
Например, после выброса породы в восточном сопряжении первогозападного вентиляционного ствола на глубине 904 м и уборки ее были пробурены шпуры в западном сопряжении, после чего
произошел |
выброс силой примерно |
160 тс. П р о д о л ж а т ь |
взрывные |
|||
работы в этих условиях у ж е не было |
необходимости. |
|
||||
При выбросе в северном сопряжении второго западного венти |
||||||
ляционного |
ствола |
на глубине 1007 м породой было |
засыпано |
|||
около 18 |
м |
ствола, |
причем |
выбрасывание породы так |
же, как |
|
в первом |
западном |
и первом |
восточном вентиляционных |
стволах,, |
прекратилось только тогда, когда она заполнила ствол до уровня несколько выше кровли сопряжения .
Существующие в настоящее время способы борьбы с выбро сами пород пока не отвечают требованиям промышленности Iiсводятся прежде всего к локализации процесса развития выброса . К таким мероприятиям относятся: проведение выработок умень шенного сечения; возведение заградительных перемычек; частичная предварительная разгрузка; изменение параметров буровзрывных:
работ. Д л я условий |
проведения вертикальных |
стволов |
выбор |
|||
способов борьбы с |
выбросами |
породы |
еще более |
ограничен. |
По |
|
сути дела, к этим способам |
относятся |
торпедирование, |
у в л а ж |
|||
нение породного массива и изменение паспорта буровзрывных |
ра |
|||||
бот [62]. |
|
|
|
|
|
|
Торпедирование достаточно хорошо известно по опыту разра ботки пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа . Приотсутствии дегазации этот метод может быть эффективен лишь при' условии взаимного наложения зон трещинообразований . В про тивном случае может наблюдаться не уменьшение, а увеличение выбросоопасности.
Газопроницаемость напряженного |
породного |
массива д л я глу |
б и н 900—1200 м чрезвычайно низка |
и может |
быть с некоторым- |
допущением принята практически равной нулю. Это подтверж дается не только очень медленным ростом давления газа в кон трольных шпурах, но и опытами по определению газоносности пород Донбасса .
Скорость выделения газа из выбросоопасного песчаника с до статочной д л я практических целей точностью м о ж е т быть под считана следующим образом .
Д л я |
того чтобы показания |
манометра при |
измерении |
д а в л е н и я |
|
газа в |
песчанике увеличились |
на 1 кгс/см2 , |
необходимо, |
чтобы |
|
объем газа в измерительной к а м е р е увеличился вдвое. |
К а к |
пра |
|||
вило, это происходит через 1—3 |
сут. |
|
|
|
12Г
Суточная скорость выделения газа из стенки шпура при воз растании давления от 0 до 1 кгс/см2 .
|
|
V = |
2nRl |
= |
0,0 |
С М 3 С 1 |
СМ", |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||
•где |
nR4 |
— объем |
камеры, |
которая заполняется газом при из |
|||||
|
2nRl |
мерении |
давления; |
|
|
|
|||
|
— площадь, |
с которой газ |
выделяется, н а к а п л и в а я с ь в |
||||||
|
|
камере; |
|
|
|
|
|
|
|
|
R — радиус |
шпура |
(обычно 2 |
с м ) ; |
|
|
|||
|
|
I — длина камеры, см. |
|
|
|
||||
Опыты в шахтных условиях ставят под сомнение пригодность |
|||||||||
метода как средства |
борьбы |
с выбросами |
породы. |
|
|||||
Так, при проходке второго западного вентиляционного |
ствола |
||||||||
шахты «Петровская - Глубокая» на отм. 1006 |
м взрывание |
з а р я д о в |
|||||||
пяти |
скважин длиной |
8 |
м |
сопровождалось |
выбросом |
породы, |
охватившим лишь верхнюю часть скважин . Опыт показал, что не исключена вероятность выброса породы в момент, взрывания
за р я д о в скважин .
В1964 г. на шахте «Щегловская - Глубокая» был проведен комплекс наблюдений д л я выяснения природы выбросов породы: измерялось давление газа в песчанике, нарастание его концен трации во времени на различных расстояниях от з а б о я при вы бросах и обычном взрывании без выбросов, температура пород
массива, а т а к ж е взорванного и выброшенного песчаника, отброс пород и их гранулометрический состав. Сейсмические явления в
массиве при взрываниях обычных |
и сопровождающихся выбросами |
||||
записывали |
на магнитофонную |
пленку. К р о м е |
этого, |
с |
целью |
п р е д у п р е ж д е н и я внезапных выбросов песчаника |
проводили |
опыты |
|||
по у в л а ж н е н и ю породного массива в западном |
полевом |
откаточ |
|||
ном штреке |
пласта /и 3 на гор. 915 |
м [63] . |
|
|
|
Песчаник в выбросоопасной зоне слаботрещиноватый, светло серый, крупнозернистый, в его отдельных слоях встречаются не большие включения угля.
Эффективная пористость песчаника, довольно высокая д л я большой глубины (5,5—6%), позволяла надеяться на успешное
проведение у в л а ж н е н и я |
породного |
массива. |
Д л я |
того |
чтобы |
не |
||||
останавливать |
забой, примерные п а р а м е т р а у в л а ж н е н и я |
(давление |
||||||||
воды, глубина |
герметизации шпуров, |
темп |
нагнетания, |
расстояние |
||||||
м е ж д у |
шпурами) было |
решено определять |
в выбросоопасной |
зоне |
||||||
вблизи |
забоя . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
стенке выработки в десяти метрах |
от |
з а б о я |
пробурили |
||||||
четыре |
шестиметровых |
шпура диаметром |
42 |
мм, |
в |
один из кото |
рых нагнетали воду. Ш п у р ы герметизировали при помощи гидро
герметизатора ГУ-3. |
Первоначальное давление при |
нагнетании |
было 230 кгс/см2 , затем оно снизилось примерно до |
200 кгс/см2 . |
|
Скорость нагнетания |
составляла 5 л/мин, глубина |
герметизации |
2,5 м. |
|
|
128
|
Ч е р ез 10—40 |
мин нагнетания |
капли |
воды |
появились |
в |
сосед |
|||||||
них |
шпурах, |
что |
|
свидетельствовало |
о |
фильтрации |
воды, |
а |
не |
|||||
•о |
прорыве. |
Е щ е |
через |
45 мин |
давление |
воды |
упало |
до |
||||||
130 кгс/см2 . Вода |
|
пошла по песчанику у стенок полости, |
распо |
|||||||||||
л о ж е н н о й правее |
|
нагнетательного |
шпура, |
после чего |
нагнетание |
|||||||||
прекратили . Всего |
было нагнетено 490 л воды. |
|
|
|
|
|
||||||||
|
Увлажнение песчаников, проведенное 28/ѴІІ 1964 г., осущест |
|||||||||||||
влялось- в чрезвычайно опасной зоне, разбитой на забое |
густой |
|||||||||||||
сетью трещин. Д а в л е н и е |
при нагнетании |
составляло |
в |
среднем |
150 кгс/см2 , скорость нагнетания 20—24 л/мин. Через шпуры дли
ной 6 м было нагнетено |
около 14 м 3 воды. Нагнетание |
прекратили |
||||
л и ш ь |
после того, ка к |
вода |
начала |
выделяться |
со |
всего забоя . |
П о |
предварительно |
увлажненному |
песчанику |
было пройдено |
||
6 м выработки (за четыре1 |
в з р ы в а н и я ) , которые |
не |
сопровожда |
лись выбросами . Пр и взрывании шпуров, пробуренных в предва
рительно у в л а ж н е н н о м песчанике, та к ж е как |
и |
при |
обычных |
|||||||||
в з р ы в а н и я х |
в |
штреке, автоматическими пробонаборниками отби |
||||||||||
р а л и |
пробы |
воздуха. Пробонаборники |
у с т а н а в л и в а л и от |
забоя на |
||||||||
расстоянии 20, 30, 40 и 50 м. |
|
|
|
|
|
|
||||||
Если |
при |
взрываниях, |
сопровождающихся |
выбросами, |
содер |
|||||||
ж а н и е метана |
в |
пробах, |
набранных |
пробонаборником в 40 м от |
||||||||
забоя, |
достигало |
16—20%, |
то при |
взрывании |
предварительно |
|||||||
у в л а ж н е н н о г о песчаника содержание |
метана |
в |
пробах, |
|
набран |
|||||||
ных |
на этом ж е расстоянии |
от забоя, |
л и ш ь в одном случае |
соста |
||||||||
вило |
0,9% |
(первое после |
у в л а ж н е н и я |
в з р ы в а н и е ) . Во всех |
осталь |
ных случаях, в том числе и после следующего увлажнения, оно
составляло |
только 0,1—0,2%. |
: |
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Следующее у в л а ж н е н и е |
песчаника, |
проведенное |
31/ѴІІ |
1964 г., |
||||||||||||
осуществлялось через шпуры длиной 5 м. Один шпур |
оставался |
|||||||||||||||
открытым, |
служил |
дл я выхода газа . В к а ж д ы й из четырех |
шпуров |
|||||||||||||
вода |
нагнеталась |
до тех |
пор, |
пока |
не |
начинала |
выходить |
из |
||||||||
соседнего. |
|
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
П о с л е этого |
у в л а ж н е н и я |
было |
пройдено 5 м выработки |
(четыре |
||||||||||||
взрывания) |
без |
выбросов. |
З а т е м |
|
у в л а ж н е н и е массива |
было |
пре |
|||||||||
кращено . |
Первое |
ж е в з р ы в а н и е |
|
после |
выхода |
из |
увлажненного |
|||||||||
массива |
спровоцировало выброс |
|
силой |
160 тс |
породы, |
было |
по |
|||||||||
в р е ж д е н о 17 металлических крепежных рам . Следующее |
взрывание |
|||||||||||||||
вновь |
сопровождалось' выбросом |
140 |
тс |
породы. |
П о с л е этого |
песчаник у з а б о я в кровле стал выклиниваться, а затем в почве
выработки п о я в и л с я . а л е в р о л и т ! |
Выбросоопасная зона заканчива |
||
лась, дальнейшее увлажнение было прекращено . |
|||
В |
литературе," посвященной |
горным |
у д а р а м , внезапным выбро |
с а м |
угля и газа, часто подчеркивается |
р е ш а ю щ е е значение соб |
|
ственно взрыва В В (имеется в |
виду у д а р н а я п р и г р у з к а ) . |
Опыт эксплуатации угольных месторождений Донбасса под- . вергает сомнению справедливость этого положения дл я условий выбросов породы.
Во всех случаях выбросы породы происходили после взрыва -
9 Е. С. Розанцев и д р . |
129 |
11 ! i я |
обычных |
для |
данной выработки |
з а р я д о в |
ВВ пли |
умень |
|||
шенных. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Накопленные |
данные |
подтверждают, что интенсивность вы |
|||||||
броса |
определяется |
не |
воздействием |
взрыва на |
напряженный |
||||
массив и не количеством |
одновременно взрываемого ВВ, а числом |
||||||||
и порядком |
отрыва |
частей массива. Это положение может слу |
|||||||
жить основой для разработки таких способов и |
порядков |
взры |
|||||||
вания, |
которые |
позволят |
свести до |
минимального значения |
у щ е р б |
||||
от выбросов |
породы. |
|
|
|
|
|
|
||
И з м е н я я |
паспорт |
буровзрывных |
работ, на шахте « Щ е г л о в с к а я - |
Глубокая» в выбросоопасном песчанике прошли около 150 м вы
работок, на шахте |
№ 4/21 — около 100 |
м и на шахте |
№ |
29 — 25 м г |
||
когда объем выброшенной породы был незначительным. |
|
|||||
Выброс, развиваясь, должен настолько сам |
себя |
подбучивать, |
||||
что дальнейшее его распространение станет невозможным, так |
как |
|||||
любые нарушения |
могут происходить |
только |
до тех |
пор, |
пока |
возможно увеличение объема .
Часто выбросоопасный песчаник занимает часть сечения выра ботки. Его легко определяют достаточно опытные проходчики по
характерному шелушению: |
по образованию на стенках или у |
|
кровли тонких пластинок, |
плоскости |
которых п а р а л л е л ь н ы той |
части забоя, в которой такой |
песчаник |
отмечен. |
Эффект самозапирания крупных выбросов, связанный с изме нением порядка взрывания, наиболее четко прослеживается при
выбросах |
в стволах. |
|
|
|
Первый выброс при проходке первого восточного вентиляцион |
||||
ного ствола шахты «Петровская - Глубокая» произошел 17 |
ноября |
|||
1964 г. Общее превышение |
раздробленной породы н а д |
новым |
||
положением забоя составило |
примерно |
15 м. З а р е г и с т р и р о в а н н а я |
||
сила выброса 500 тс. |
|
|
|
|
Новое |
взрывание после |
уборки и |
закрепления ствола |
вновь |
привело к выбросу. Следовательно, можно утверждать, что первый
выброс |
был |
приостановлен |
силами, им |
ж е |
порожденными . |
|||||
|
Подобная |
ж е |
|
картина |
н а б л ю д а л а с ь |
5 и |
11 д е к а б р я |
1964 г.. |
||
во втором западном вентиляционном стволе. |
|
|
||||||||
|
Д и а м е т р |
обоих |
стволов |
вчерне 5,9 м. Учитывая его фактиче |
||||||
ское увеличение при выбросе, для расчета |
его м о ж н о |
принять- |
||||||||
равным 8 м. Тогда общий вес раздробленной |
породы составит поч |
|||||||||
ти |
2000 |
т. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д л я |
того |
чтобы поднять |
этот столб породы (для дальнейшего |
||||||
развития выброса), необходимо, во-первых, |
преодолеть |
н а п р я ж е |
||||||||
ния веса столба |
пород |
а с т , |
во-вторых, перемещение возможно при |
|||||||
преодолении |
сил |
трения |
а г . |
Тогда |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
по? ly |
|
|
(ІІ.1> |
|
|
|
|
|
|
|
я О 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
Di |
— д и а м е т р |
ствола после выброса, |
м; |
|
|
130