СПОСОБ ВИБРАЦИОННО-СКВАЖИННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА МАССИВ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСООПАСНОСТИ Российский патент 1996 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности, предназначено для предотвращения выбросов угля и газа при разработке крутых особовыбросоопасных угольных пластов, склонных к обрушаемости. Известен способ вибрационно-скважинного воздействия, включающий виброобработку угольного массива виброисточниками, установленными в скважинах (1).

Однако данный способ недостаточно безопасен, поскольку при бурении скважин в особовыбросоопасных зонах пласта возможно развязывание газодинамического явления. В способе решен вопрос выемки угля на крутом, склонном к обрушаемости выбросоопасном пласте после виброобработки.

Цель изобретения повышение безопасности работ по снижению выбросоопасности при проведении выработок по особовыбросоопасным пластам, склонным к обрушениям угольного массива.

Поставленная в изобретении цель достигается тем, что в известном способе бурение скважин во вмещающие породы осуществляют с внедрением в особовыбросоопасный угольный массив на расстоянии от забоя не ближе величины:
(1)
где
m мощность пласта, м;
f коэффициент трения об угольный массив, f = tgΦ;
gH величина гидростатического давления, Па;
Ko коэффициент концентрации напряжений;
C сцепление угля;
Φ угол внутреннего трения, град;
m коэффициент Пуассона,
причем длина проекции скважин, пробуренных из вмещающих пласт пород, на линию параллельную оси проведения выработки не превышает величины b определяемой зависимостью:
b A • (ln K ln 0,1), м (2)
где
К Ко 1
A половина размера неподкрепленного пространства.

Виброобработку пласта посредством скважин пробуренных в угольном пласте осуществляют поочередно первой и второй группами скважин в каждом цикле выемки пласта. Продолжительность виброобработки пласта каждым вибратором составляет не менее 1 часа от установления жесткого зажатия вибратора в угольном массиве в скважине, при этом в случае неэффективного вибровоздействия на массив скважинами первой группы производят в этом же цикле повторную виброобработку посредством второй группы скважин используя первую группу скважин в качестве дегазационных.

Выемку угля после виброобработки пласта осуществляют вглубь массива не превышая глубины зоны разгрузки пласта без учета минимального размера неснижаемого безопасного опережения (lн.о) этого пласта, при этом выемку угля в забое осуществляют последовательно заходками глубиной не более (0,3 • lн.о. ).

Выполнение работ на пластах особосклонных к обрушению наклонные скважины бурят в верхнем кутке выработки одновременно со стороны кровли и почвы, при этом перед выемкой угля нависающий угольный массив полностью перекрепляют на глубину заходки за цикл, для чего опережающую крепь устанавливают на несущие штыри установленные в парные или одиночные скважины.

В способе в верхнюю кутковую наклонную скважину для поддержания нависающего угольного массива вместо установки несущего элемента нагнетают под давлением химические укрепляющие вещества. В скважине устанавливают несущие элементы в виде штырей изготовленных из полимерных материалов.

Изобретение поясняется чертежом: a поперечное сечение выработки; б; в; г схема вида на забой (продольное сечение забоя выработки) по мере выемки угля соответственно при глубине угольного забоя l, 2 • l, 3 • l; д вид на угольный забой при поперечном сечении выработки.

На чертеже показана подготовительная выработка 1, проводимая по выбросоопасному угольному пласту 2. В сечении выработки 1 размещен вентиляционный трубопровод 3, узел подкрепления 4 нетронутого угольного массива 5 в сечении выбросоопасного пласта 2. В угольном забое установлены стойки рамы крепи угольного забоя 6; нижние распорные поперечные стойки 7; верхние поперечные стойки для установки на них поддерживающих перекрытий в рассматриваемом цикле выемки 8; 9 те же верхние поперечные стойки, установленные в предыдущем цикле; 10 поддерживающее перекрытие, установленное в предыдущем цикле виброобработки пласта и его выемки, выполненное, например, из обычного бруса; 11 поддерживающее перекрытие устанавливаемое для поддержания нависающего угольного массива в забое в данном цикле.

Предлагаемый способ заключается в следующем. Пример конкретного выполнения. Выработка 1 проводится по особовыбросоопасному угольному пласту 2. Первоначально перед выполнением способа определим по зависимостям (1 2) значения величин а и b. При полудлине незакрепленного участка в забое выработки А 2 м; b 5,4 м; а 2,5 м.

Вначале бурят наклонные скважины во вмещающих пласт породах. Виброобработку пласта этими скважинами осуществляют в течении 0,5 часа. Затем осуществляют бурение скважин из забоя выработки по угольному пласту. Скважины бурят вначале диаметром 42 мм глубиной 3,5 м, а лишь затем осуществляют их разбуривание в той же последовательности. Разбуривание осуществляют до глубины 2,5 м. Пусть Rэф. 0,6 м. Тогда, при ширине выработки 4 м будем бурить 4 скважины по пласту. Диаметр скважины примем 80 мм, частоту 50 150 Гц, расчетную амплитуду вибрации 0,7 1,2 мм, а время воздействия на пласт 1 час.

Указанные параметры осуществляют скважинными пневмовибраторами типа ПВП, конструкции ИГТМ АН УССР. На средние вибраторы устанавливают вибродатчики с пультом управления вынесенным из забоя. Вибраторы подключают к пневмосети. Воздействие на уголь осуществляют в течении 1 часа.

После виброобработки угля осуществляется контроль газовой обстановки и при снижении концентрации метана в исходящей струе до уровня, предшествующего виброобработке, осуществляют контроль эффективности применения способа. Осмотр забоя подготовительной выработки после включения виброисточников осуществляется при содержании метана в выработке менее 1% и при отсутствии предупредительных признаков газодинамического явления. Причем работы, связанные с воздействием на уголь в виброобработанной зоне, допускается не ранее, чем через 0,5 часа после виброобработки пласта и контроля эффективности.

При эффективном контроле вибровоздействия выемка угля осуществляется на отбойный молоток. Процесс выемки угля между циклами виброобработки в забое осуществляют последовательно заходками глубиной 0,3 lн.о. под перманентно опережающим креплением зоны выемки, причем первоначально осуществляют перерезку "кутка" на глубину заходки, закрепляют нависающий массив, а затем вырубывают полоску угля на всю высоту забоя. Практически технология последнего поясняется схемой.

На чертеже показана технология выемки угля в угольном забое штрека на крутом пласте с непрерывным подкреплением нависающего угольного массива в верхнем "кутке" забоя, где: а поперечный разрез выработки; б, в, г - соответственно очередность разработки и подкрепления верхнего "кутка" угольного забоя; д вид на угольный забой штрека при закреплении "кутка". Ниже приведем практический пример выполнения данного предложения при выемке угля, например на отбойный молоток.

Первоначально осуществляется зарубка верхнего "кутка" на глубину не более 0,3 • lн.о. и затем сразу же нависающий угольный массив 5 закрепляется усиленной крепью 4, например, подвижным перекрытием из древесного бруса или обычного обапола 10, 11. Для чего в начале разработки "кутка" на отбойный молоток концы обапола 11 заводятся в щель между стойками 8, 9, поставленными в забое у нависающего угольного массива 5 и рамами крепи 6. После перерезки "кутка" на глубину l, равную как правило 0,2 0,3 м у конца обапола 11 устанавливается очередная поперечная промежуточная стойка 8 и осуществляется вырубка полоски угля на всю высоту забоя. Вырубка следующей полоски глубиной l по угольному забою производится также с перекрытием обнаженного массива 5 этими же обаполами 11 и т.д. до полной разработки забоя на необходимую глубину. То есть, крепление нависающего угольного массива 5 в процессе выемки угля осуществляется подвижным перекрытием из обополов, под которые подбиваются (забиваются) стойки 8 в угольном забое штрека 1 одна около другой.

Предложенный способ снижения выбросоопасности при проведении подготовительных выработок по сравнению с прототипом имеет более высокую эффективность и безопасность.

Способ вибрационно-скважинного воздействия на массив для снижения выбросоопасности. Предназначен для предотвращения выбросов угля и газа при разработке выбросоопасных пластов, склонных к обрушаемости. Сущность изобретения включает бурение скважин во вмещающие породы и виброобработку с их помощью в течение 0,5 часа угольного массива, затем бурение скважин в угле на виброобработку пласта с их помощью в течение времени не менее 1 часа. Предложена технология безопасной выемки угля после виброобработки пласта под опережающей крепью. Скважины бурят в особовыбросоопасный угольный массив на расстоянии от забоя не ближе величины, определяемой по математическому выражению. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ вибрационно-скважинного воздействия на угольный массив для снижения выбросоопасности, включающий бурение скважин во вмещающие пласт породы, установку в них виброисточников и последующую виброобработку угольного массива, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности работ по снижению выбросоопасности при проведении выработок по особо выбросоопасным пластам, склонным к обрушениям угольного массива, бурение скважин в смещающие пласт породы осуществляют с внедрением их в особовыбросоопасный угольный массив на расстоянии от забоя не ближе величины, которую определяют из соотношения

где m мощность пласта, м;
f коэффициент трения угла об угольный массив, f = tgΦ;
gH величина гидростатического давления, Па;
K_o коэффициент концентрации напряжений;
c сцепление угля;
Φ угол внутреннего трения, град;
m коэффициент Пуассона,
причем длина проекций указанных скважин на линию, параллельную оси проведения выработки, не должна превышать величины, которую определяют из соотношения
b A (ln K ln 0,1),
где K K_o-1;
A половина размера неподкрепленного пространства, м,
после виброобработки угольного массива скважины условно делят на две группы и производят через них дегазацию угольного массива. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что виброобработку пласта осуществляют поочередно в первой и второй группе скважин в каждом цикле выемки пласта, причем виброобработку каждым вибратором в первой группе скважин ведут в течение не менее 1 ч от начала установления жесткого зажатия вибратора угольным массивом, при этом в случае присутствия признаков газодинамического явления в этом же цикле выемки пласта производят повторную виброобработку пласта через вторую группу скважин, а дегазацию угольного массива ведут через первую группу скважин. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выемку угля после виброобработки пласта осуществляют последовательно заходками глубиной не более 0,3 l_н.о., где l_н.о. неснижаемое безопасное опережение под опережающим креплением зоны выемки, причем первоначально осуществляют перерезку кутка забоя выработки на глубину очередной заходки, закрепляют нависающий угольный массив, а затем вынимают эту полоску угля на всю высоту забоя. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что при выполнении работ на пластах, особосклонных к обрушению, наклонные скважины бурят в верхнем кутке выработки одновременно со стороны кровли и почвы, при этом перед выемкой угля нависающий угольный массив полностью перекрепляют на глубину заходки за цикл, для чего опережающую крепь устанавливают на несущие штыри, установленные в парные или одиночные скважины. 5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что в верхнюю кутковую наклонную скважину для поддержания нависающего угольного массива нагнетают под давлением химические укрепляющие вещества. 6. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что в скважине устанавливают несущие элементы в виде штырей, изготовленных из полимерных материалов.