СПОСОБ ОБРАБОТКИ УДАРООПАСНЫХ ПЛАСТОВ В СЛОЖНЫХ ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ Российский патент 1997 года по МПК E21C41/16 E21C41/18 

Изобретение относится к подземной разработке месторождений полезных ископаемых, а именно угольных пластов на участках внедрения и вклинивания интрузий.

Известен способ полевой подготовки к выемке крутых удароопасных пластов путем заложения выработок вентиляционного и откаточного горизонтов во вмещающих породах [1] По этому способу полевые выработки проходят в почве пласта с оставлением над ними потолочины, а положение выработок определяют устойчивостью и прочностью пород. Пласт отрабатывают сплошной системой разработки с обрушением пород кровли. Способ позволяет сократить число подготовительных выработок, проводимых по удароопасному пласту, и увеличить срок их безремонтного поддержания. Вместе с тем, способ сохраняет возможность проявления горных ударов в сложных тектонических условиях залегания пласта из-за наличия участков повышенной концентрации напряжений и отсутствия противоударных мероприятий. Поэтому использование способа для отработки пласта в сложных горно-геологических условиях на участках внедрения и вклинивания интрузий, где возрастает концентрация напряжений от влияния приконтактного метаморфизма, неэффективно.

Известен способ разработки удароопасного угольного пласта в районах распространения интрузий магматических пород путем регламентации очистных работ в увязке с зонами влияния интрузий [2]
По этому способу устанавливают границы зоны влияния интрузий на угольный пласт по выходу летучих веществ и одновременной стабилизации прочности угля. Разрезную печь, от которой начинают очистную выемку, проходят за границей зоны влияния интрузии, при этом выемку угля ведут в сторону стабилизации содержания летучих веществ в угле, а участок пласта в зоне влияния интрузии отрабатывают с применением локальных мер предотвращения горных ударов. При обнаружении границы зоны влияния интрузии за пределами выемочного участка разрезную печь проходят в самой зоне в месте начала нарастания летучих веществ и выемку угля ведут в направлении повышения их содержания с частичным применением противоударных мероприятий, а полное их применение осуществляют на участке с наименьшим содержанием летучих веществ. Способ позволяет вести планомерную отработку пласта с применением противоударных мероприятий. Однако выполнение способа связано с погрешностью при измерении выхода летучих веществ, и соответственно ошибочным заложением разрезной печи. Кроме того, отработка участка пласта в зоне влияния интрузии с применением локальных противоударных мероприятий сопряжена с периодической остановкой забоя на их проведение. Поэтому применение способа в сложных горно-геологических условиях на участках внедрения и выклинивания интрузий неэффективно.

Наиболее близким по технической сущности является способ региональной гидрообработки угольного пласта [3] По этому способу из полевых выработок до кровли крутопадающего пласта под углом к напластованию бурят нагнетательные скважины. Количество нагнетательных скважин по восстановлению и простиранию пласта определяют по установленному радиусу эффективного увлажнения, расстоянию между скважинами и необходимому размеру зоны гидрообработки. Параметры заложения нагнетательных скважин определяют по взаимному расположению опасного пласта и выработок, из которых проводят бурение. Устья нагнетательных скважин герметизируют. Сначала проводят первичное нагнетание увлажняющей жидкости под начальным давлением невысокой ступени, которое затем доводят до требуемой оптимальной величины. Оценку эффективности проведенной гидрообработки осуществляют измерением влажности проб угля, отобранных при бурении контрольных шпуров. После такой гидрообработки участок ударо- и выбросоопасного пласта отрабатывают потолкоуступным забоем по простиранию или щитовой лавой по падению. Выпуск угля производят на полевые выработки. Способ позволяет осуществлять безопасную очистную выемку ударо- и выбросоопасного крутопадающего пласта. Однако при применении способа на участках структурной изменчивости пласта сохраняется вероятность проявлений горных ударов из-за неравномерности увлажнения угля или его отсутствия по причине наличия препятствий на пути фильтрации жидкости. Поэтому применение способа в сложных горно-геологических условиях залегания пласта на участках внедрения и вклинивания интрузий неэффективно.

Предлагаемое техническое решение позволяет вести безопасную и эффективную отработку угольного пласта в сложных горно-геологических условиях. Для этого в сторону интрузии бурят контрольную скважину, поинтервально измеряют интенсивность вибросейсмических сигналов, и ее возрастание принимают за границу зоны влияния приконтактного метаморфизма, от которой измеряют расстояние до интрузии, и на этом расстоянии от крайней точки выклинивания отстраивают эту границу в почве пласта параллельно напластованию, проходят по контакту с отстроенной зоной полевую выработку и из нее в пласт до интрузии бурят нагнетательные скважины, а в интрузию до кровли пласта бурят веер разгрузочных скважин, заряжают разгрузочные скважины камуфлетными зарядами и взрывают их с замедлением, затем через нагнетательные скважины до интрузии под давлением подают воду, а по другую сторону интрузии измеряют величину водопритока в выработку, сравнивают его с эталонным значением, соответствующим безопасной и эффективной гидрообработке пласта и при значении ниже эталонного операции по бурению веера разгрузочных скважин и взрыванию камуфлетных зарядов повторяют до его достижения, затем по другую сторону интрузии снова бурят нагнетательные скважины, через которые под давлением подают воду в оставшуюся часть пласта, отрабатывают участок пласта до интрузии с выпуском угля на конвейерный штрек, затем селективно извлекают породы интрузии, перемещают их в полевую выработку и продолжают непрерывную отработку пласта по простиранию.

Концы разгрузочных скважин располагают на расстоянии друг от друга, равном двум радиусам зон трещинообразования от взрывания камуфлетным зарядом, мощность которых определяют по прочности породы интрузии и наведению в ней трещин в зажатой среде.

Способ отработки угольного пласта в сложных горно-геологических условиях на участках внедрения и выклинивания интрузий с предотвращением динамических явлений и повышением эффективности региональных профилактических мероприятий базируется на эффективном проникновении в подвергаемые гидрообработке участки пласта увлажняющей жидкости через наведенные трещины во внедрившиеся в пласт интрузии магматических пород.

Определение зоны влияния интрузии магматических пород посредством измерения интенсивности вибросейсмических импульсов, возникающих при бурении контрольной скважины, обеспечивает место заложения полевой выработки по контакту с зоной приконтактного метаморфизма. Такое заложение полевой выработки уменьшает опасность динамического проявления горного давления со стороны пород, подвергшихся метаморфизму, и сокращает глубину бурения скважин для размещения камуфлетных зарядов. Назначение расстояния между концами скважин, равным двум радиусам зоны трещинообразования, обусловлено созданием непрерывной искусственно наведенной трещиноватости для достаточного проникновения в пласт увлажняющей жидкости через интрузию. Подача под давлением воды в угольный пласт через нагнетательные скважины до интрузии и последующая регистрация за ней величины водопритока, сравниваемого с эталонной величиной, соответствующей противоударной гидрообработке пласта, позволяют оценить эффективность обеспечения водопроницаемости интрузии от проведения в ней камуфлетного взрывания. Повторное обуривание и последующее взрывание зарядов в месте выклинивания интрузии предназначено для повышения ее проницаемости и для достижения поступления в пласт по другую от нее сторону достаточного для предотвращения горных ударов количества увлажняющей жидкости.

На фиг. 1 представлено расположение контрольной скважины и веера разгрузочных скважин для взрывания камуфлетных зарядов на участках внедрения и выклинивания интрузий; на фиг. 2 расположение нагнетательных скважин вкрест простирания пласта; на фиг. 3 схема проведения профилактических мероприятий на участках внедрения и выклинивания интрузий по простиранию пласта.

Способ осуществляется следующим образом.

В районе внедрения и выклинивания интрузий 1 в угольном пласте 2 из примыкающего к ней вентиляционного штрека 3 в сторону контакта бурят контрольную скважину 4. С помощью геофизической аппаратуры при бурении контрольной скважины 4 поинтервально измеряют величину интенсивности вибросейсмических сигналов. Место регистрации повышенной интенсивности принимают за границу 5 зоны влияния приконтактного метаморфизма. Измеряют расстояние L от границы 5 этой зоны до интрузии 1. От крайней точки выклинивания интрузии 1 в почве пласта 2 до конвейерного штрека 6 на этом же расстоянии L отстраивают границу 5 зоны влияния приконтактного метаморфизма. По контакту с отстроенной зоной проходят полевую выработку 7, из которой по углю перед интрузией 1 бурят нагнетательные скважины 8 с образованием створа по простиранию и падению пласта 2. Концы скважин 8 по высоте этажа размещают равномерно. На участке выклинивания интрузии 1 до кровли пласта 2 бурят веер разгрузочных скважин 9 для размещения камуфлетных зарядов 10. Расстояние между концами разгрузочных скважин 9 в веере задают равным двум радиусам R зон трещинообразования от взрывания рассчитанных камуфлетных зарядов 10. Расчет мощности зарядов 10 ведут по измеренной прочности породы интрузии 1 и принудительному наведению в ней трещин в зажатой породной среде внутри пласта 2. заряжают разгрузочные скважины 9 этими зарядами 10 и взрывают их сериями в режиме коротко-замедленного взрывания. Затем в угольный пласт 2 до интрузии 1 нагнетают воду по направлениям 11. На конвейерном штреке 6 по другую сторону интрузии 1 измеряют величину водопритока, проникающего через образованные взрывом трещины в интрузии 1. Сравнивают измеренную величину водопритока с эталонной, которую устанавливают экспериментально по достаточному противоударному насыщению угля увлажняющей жидкостью. Если измеренная величина водопотока менее эталонной, то из полевой выработки 7 снова бурят веер разгрузочных камер 9 на участке внедрения и выклинивания интрузии 1, заряжают их рассчитанными камуфлетными зарядами 10 и взрывают. Операции по бурению таких разгрузочных скважин 9, заряжанию их рассчитанными камуфлетными зарядами 10 и последующему взрыванию повторяют до достижения водопритоком уровня не менее эталонного, соответствующего эффективной противоударной гидрообработке пласта 2. После достижения такого уровня водопритока из полевой выработки 7 по другую сторону интрузии 1 снова бурят нагнетательные скважины 8 в оставшуюся часть пласта 2 и нагнетают через них воду под давлением. По окончании гидрообработки отрабатывают участок пласта 2 до интрузии 1 с выпуском угля на конвейерный штрек 6, а разрыхленную взрыванием камуфлетными зарядами 10 породу интрузии 1 извлекают селективно, перемещают ее в полевую выработку 7 и продолжают непрерывную отработку пласта 2 по простиранию.

Такое выполнение способа повышает эффективность применение противоударных мер в пласте в сложных горно-геологических условиях на участках внедрения интрузий магматических пород. По сравнению с прототипом заявляемый способ позволяет исключить неравномерное и недостаточное увлажнение пласта из-за изменения его структуры, обеспечить эффективную противоударную гидрообработку пласта и вести непрерывную безопасную его выемку без оставления в потери целиков угля и с предотвращением опасности проявления горных ударов в местах внедрения и выклинивания интрузий.

Изобретение относится к подземной разработке месторождений полезных ископаемых. По измеряемой при бурении контрольной скважины интенсивности вибросейсмических сигналов устанавливают область влияния приконтактного метаморфизма интрузии. Эту область отстраивают с границей в почве пласта и по контакту проходят полевую выработку, из которой в пласт бурят нагнетательные скважины, а в интрузию бурят веер разгрузочных скважин. Концы разгрузочных скважин в веере располагают на расстоянии касания зон трещинообразования от взрывания рассчитанных камуфлетных зарядов, которыми заряжают веер скважин. Через нагнетательные скважины подают воду, измеряют по другую сторону интрузии величину водопритока, сравнивают его с эффективным эталонным уровнем и при водопритоке ниже этого уровня достигают его повторением бурения разгрузочных скважин и взрыванием в них камуфлетных зарядов. После этого на другую сторону интрузии снова бурят нагнетательные скважины, через которые увлажняют пласт, а участок пласта до интрузии отрабатывают, затем селективно извлекают породы интрузии и продолжают непрерывную отработку пласта по простиранию. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ отработки удароопасных пластов в сложных горно-геологических условиях, включающий проведение подготовительных и полевых выработок на участках внедрения и выклинивания интрузий магматических пород, профилактическую противоударную гидрообработку пласта, отличающийся тем, что в сторону интрузии бурят контрольную скважину, поинтервально измеряют интенсивность вибросейсмических сигналов и ее возрастание принимают за границу зоны влияния приконтактного метаморфизма, от которой измеряют расстояние до интрузии, и на этом расстоянии от крайней точки выклинивания отстраивают эту границу в почве пласта параллельно напластованию, проходят по контакту с отстроенной зоной полевую выработку и из нее в пласт до интрузии бурят нагнетательные скважины, а в интрузию до кровли пласта бурят веер разгрузочных скважин, заряжают разгрузочные скважины камуфлетными зарядами и взрывают их с замедлением, затем через нагнетательные скважины до интрузии под давлением подают воду, а по другую сторону интрузии измеряют величину водопритока в выработку, сравнивают его с эталонным значением, соответствующим безопасной и эффективной гидрообработке пласта, и при значении ниже эталонного операции по бурению веера разгрузочных скважин и взрыванию камуфлетных зарядов повторяют до его достижения. Затем по другую сторону интрузии снова бурят нагнетательные скважины, через которые под давлением подают воду в оставшуюся часть пласта, отрабатывают участок пласта до интрузии с выпуской угля на конвейерный штрек, затем селективно извлекают породы интрузии, перемещают их в полевую выработку и продолжают непрерывную отработку пласта по простиранию. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концы разгрузочных скважин располагают на расстоянии друг от друга, равном двум радиусам зоны трещинообразования от взрывания камуфлетных зарядов, мощность которых определяют по прочности породы интрузии и наведению в ней трещин в зажатой среде.