Способ контроля эффективности защитной отработки выбросоопасных угольных пластов Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу, а более конкретно к безопасному ведению горных работ по выбросоопасным угольным пластам, когда расстояние по нормам между защитным и защищаемым пластами превышает безопасное.

Известна опережающая разработка защитных пластов, заключающаяся в том, если в свите часть пластов подвержена внезапным выбросам, то сначала разрабатывают пласты, не склонные к выбросам (защитные). В результате опасные пласты будучи подработаны или надработаны, теряют склонность к внезапным выбросам, когда расстояние между защитным и защищаемым не превышает безопасное.

Если все пласты в свите являются склонными к выбросам, то в качестве защитного пласта принимаются один из них, менее склонный к выбросам и перспективный

с точки зрения защитного действия, который отрабатывается как одиночный пласт.

Предохранительное действие защитного пласта заключается в том. что в результате опережающей его выемки уменьшается напряженное состояние выбросоопасного пласта и вмещающих его пород.

Это приводит к образованию трещин, расширению пор в пласте и к увеличению в десятки раз газопроницаемости, что способствует снижению горного и газового давления, т.е. ликвидации двух (из трех) основных факторов (напряженности и газоносности), развязывающих выброс.

Если расстояние между защитным и защищаемым пластом превышает расчетное, то необходимо для безопасной выемки пласта применять трудоемкие методы контроля эффективности защитной отработки выброVI

СП

ь. ю

«эш

соопасных угольных пластов или противо- выбросные мероприятия

Недостатком известного способа являются большие трудоемкость и затраты времени на выполнение противовыбросных мероприятий, резко снижающих объем добычи угля в очистных выработках и темпы проведения подготовительных выработок угла падения и расположения защитного пласта по отношению к опасному защищаемому.

В отдельных случаях, когда расстояние между защитным и защищаемым пластами превышает безопасное и практикой установлено расширение (по сравнению с расчетными значениями) защитного действия пласта, допускается ведение горных работ в этих зонах, но с непрерывным контролем эффективности защитного пласта.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ контроля эффективности защитной отработки угольных пластов, когда расстояние между защитным и выбросоопасным (защищаемым) пластом превышает безопасное расстояние, заключающийся в непрерывном определении эффективности защитного действия опережающей отработки на выбросоопас- ный угольный пласт. Оценка эффективности защитного действия включает анализ опыта разработки пласта и экспериментальную оценку изменения напряженного и газодинамического состояний пластов по выходу буровой мелочи и начальной скорости газовыделения. Выход буровой мелочи и начальную скорость газовыделения измеряют на двух участках: не подверженных надработ- ке (подработке) и в надработанных (подработанных) зонах. Непрерывный контроль эффективности защитной отработки выбро- соопасных угольных пластов производят по выходу буровой мелочи из шпуров, а на шахтах Донбасса дополнительно измеряют начальную скорость газовыделения в тех же шпурах. Контроль эффективности предусматривает периодическое (через 10 м по- двигания горных работ) бурение шпуров в направлении ведения горных работ, В подготовительных выработках бурят по два шпура в углах забоя, в очистных забоях - через 10-20 м, но не более чем через 30 м друг от друга по всей длине лавы. Таким образом, с учетом подготовительных выработок и существующих длин лавы (100-200) бурение шпуров производят в 8-10 точках подлине лавы.

Замеры выхода буровой мелочи производят поинтереально с каждого метра шпура в объемном измерении (п/м). Измерение

значения выхода буровой мелочи по длине шпура сопоставляют с их безопасными значениями, установленными в соответствии с существующей номограммой.

Измерение начальной скорости газовыделения выполняют через каждый метр по длине шпуров на глубину 3,0 м.

Измеренные значения начальной скорости газовыделения по длине шпура сопоставляют с их безопасными значениями, установленными в соответствии с существующими номограммами Если зона разгрузки больше зоны выемки, предусмотренной горными работами на цикл, защитная отработка пласта эффективна, если меньше - не эффективна, пласт считается незащищенным и необходимо применение противовыбросных мероприятий.

Недостатком данного способа является

большая трудоемкость и продолжительность контроля эффективности опережающей разработки защитных пластов, так как контроль выполняется периодически не ранее чем через 10м подвигания забоя, требует остановки процессов производственного цикла по крайней мере на сутки, что существенно снижает технико-экономические показатели аедения горных работ Систематические остановки забоя подготовительной выработки или лавы для контроля эффективности защитной отработки делают способ малоэффективным.

Цель изобретения - снижение трудоемкости и повышение точности контроля эффективности защитной отработки в разгруженной зоне защищаемого пласта.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля эффективности разработки защищаемого пласта в разгруженной зоне определяют остаточную после надработки или подработки газоносность, сравнивают ее с критической и если величина этой остаточной газоносности защищаемого пласта меньше 5 м3/т.б.м., то

защитную отработку считают эффективной. Протяженность разгруженной зоны х по простиранию определяют по формуле

, M(1)

где L - расстояние забся лавы защищаемого пласта от створа защитной лавы, м;

h - расстояние по нормам между защитным и защищаемым пластам, м.

На фиг.1 изображен вид сбоку крутых пластов Центрального района Донбасса; на фиг.2 - разрез А-А на фиг,1; на фигЗ - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - аксонометрическое изображение пластов по стрелке на фиг.З; на фиг,5 - график критической газоносности.

На фиг. 1-4 обозначены; защищаемый пласт 1, защитный пласт 2, защищенная (разгруженная) зона 3, защищаемой лавы 4, защитная (разгрузочная) лава 5, створ 6 защитной лавы, откаточный 7 и вентиляционный 8 штреки защищаемой лавы 4, вышележащий (отработанный) горизонт 9, шпуры 10 и 11 для контроля эффективности опережающей отработки защитного пласта 2, выработанное пространство 12 разгрузочной лавы 5.

Пример. Защищаемый пласт 1 ( - Пугачевка) в условиях Центрального района Донбасса является опасным по выбросам угля и газа. Он разрабатывается под защитой пласта 2 ( - Юльееский). Расчетное безопасное расстояние между ними (Si) - 32 м. Фактически защищаемый пласт 1 находится на расстоянии (h) от защитного пласта, равном 40 м.

Из опыта ведения горных работ известно, что защитный пласт 2 ( - Юльевский) в данном случае оказывает влияние и на защищаемый пласт 1 ( - Пугачевка), находящийся на расстоянии от защитного пласта, равном 40 м и превышающем расчетное безопасное расстояние (Si), равное 32 м.

В таком случае существующая инструкция работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа разрешает разработку защищаемого пласта 1 под контролем эффективности защитного действия в разгруженной (защищенной) зоне 3, которая расположена впереди забоя защищаемой лавы 4. Размер х по простиранию зоны 3 должен быть не менее 5 м и больше глубины шпуров 10, 11, в которых устанавливается остаточная после надработки газоносность, и определяется по формуле

,(2)

где L- расстояние забоя лавы защищаемого пласта 1 от створа 6 защитной лавы 5, м.

h - расстояние по нормали между защитным 2 и защищаемым 1 пластами, м.

Подставляя цифровые значения указанных параметров в формулу (2), определяем размер защищенной зоны 3 по простиранию:

х 48-40 8 м.т.е. 5, что соответствует требуемым условиям.

Размер по падению защищенной зоны 3 ограничивается откаточным 7 и вентиляционным 8 штреками защищенного пласта

1при условии отработки защитного пласта

2на вышележащем горизонте 9.

Для контроля эффективности опережающей разработки использован метод, основанный на определении остаточной после надработки газоносности защищаемого

угольного выбросоопасного пласта 1 сравнении полученной остаточной после надработки газоносности с ее критическим значением.

Остаточная после надработки газоносность определялась по существующей методике.

Для определения остаточной после надработки газоносности в забое защищаемой

0 лавы 4 выбросоопасного пласта 1 (можно в забоях подготовительных выработок 7 и 8) в направлении пйдвиггнма работ были пробурены два шпура 10 и 11 диаметром 76 мм на глубину 1 м, расположенных по длине лавы

5 в разных ее частях, чтобы исключить влияние одного шпура на другой.

Пробуренный шпур 10 очищают от штыба и вставляют в него корпус устройства для определения газоносности пласта. К корпу0 су подсоединяют газосчетчик, штыбоулови- тель и приспособление для герметизации штанги. В дальнейшем бурение осуществляют коронкой диаметром 42 мм. По окончании подготовительных работ перед

5 дальнейшим бурением шпура проверяют известным способом качество герметизации прибора. Затем производят бурение шпура 10 на глубину 1 м и определяют объем газа, выделившегося при бурении и стаби0 лизации газовыделения в течение 9-10 мин после окончания бурения шпура 10. За стабилизировавшееся принимают газовыделение, которое за 1 мин изменяется о пределах погрешности газосчетчика.

5 В процессе бурения метрового отрезка шпура 10 фиксируют время бурения, время стабилизации газовыделения, стабилизировавшееся газовыделение и массу штыба. Время фиксируют по секундомеру с точно0 стью до 1 с.

Измерив газовыделение после бурения метрового отрезка шпура 10, штыбоулови- тель снимают, штыб взвешивают в колбе, отбирают пробы штыба для определения ос5 таточной газоносности штыба. После этого штыбоулавливатель подсоединяют к воронке.

Остаточную после надработки газоносность разрабатываемого (защищенного)

0 пласта 1 на каждом метровом интервале определяют по формуле

1 ,,, И-Н2

Хм - XQ.C. + д( V.

Ам.ш. v

Ti5

- h T2 )

100

,(3)

100-Ам.ш.

где Хос - средняя остаточная газоносность штыба, при давлении 0,1 МПа, м3/т.б.м;

2 хо.с. 1.9 +2.1 +2.0

Хос

По.с.о

- 2 м3/т.б.м.(4)

Хос - остаточная газоносность штыба каждой пробы, в данном случае 1,9; 2,1; 2,0 м3/т.б,м,;

Пос - число проб штыба, набранных для определения остаточной газоносности,

V - объем газа, выделившегося за время бурений и стабилизации газовыделения, 13,5л;

И - газовыделение из шпура перед бурением, 1,2 л/мин.

г - стабилизировавшееся газовыделение из шпура после бурения, 1,4 л/мин;

Ti - время бурения метрового отрезка шпура, 3 мин.

время стабилизации газовыделения, 2 мин;

А, ш - масса штыба, 2,7 кг;

А м.ш зольность угля, 1,8%.

Подставляя цифровые значения в формулу (3), определяют остаточную после над- работки газоносность метрового интервала

хм 4,2 м3/т.б.м.

Затем бурят следующий метровый отре зок шпура 10 и в дальнейшем порядок измерений повторяют. Было пробурено в первом шпуре 10 еще два интервала. Результаты определения остаточной после набработки газоносности: 3,9 и 4,1 м3/т.б.м.

Аналогичным способом определяют остаточную после надработки газоносность угольного пласта 1 во втором шпуре 11 на глубину 1 м.

Результаты определения: 4,3-4,0- 4,2 м3/т.б.м. Глубина бурения шпуров принята 4 м.

Таким образом, среднее значение оста- точной после надработки газоносности защищаемого пласта 1 в разгруженной зоне 3, определенной по трем интервалам в двух шпурах 10 и 11, составило 4,1 м3/т.б.м.

Полученное значение остаточной после надработки газоносности сравнивают с критическим значением.

На фиг.5 представлен график зависимости критической газоносности (xmm) от степени метаморфизма (Л%), полученный в результате статической обработки экспериментальных данных угольных пластов Донбасса. Линия критической газоносности разделяет график на две зоны контроля эффективности защитной отработки: Эффективно и Неэффективно При этом критическая газоносность (xmm) для углей различной степени метаморфизма составила 5 м3/т.б.м. Поэтому в соответствии с графиком на фиг.5 во всех случаях, когда остаточная после надработки или подработки газоносность защищаемого пласта меньше 5 м3/т.б.м., защита является эффективной и дальнейшая отработка защищаемого пласта осуществляется без применения

противовыбросных мероприятий. Например, по результатам определения остаточной после надработки газоносности по двум шпурам 10 и 11 получено среднее значение 4,1 м3/т.б.м., что существенно меньше критического значения, следовательно в данном случае защитная отработка эффективна и имеется возможность производить выемку выбросоопасного защищаемого пласта без противовыбросных мероприятий.

Установленное критическое значение газоносности может быть распространено и на другие угольные бассейны страны.

Продолжительность контроля эффективности опережающей разработки защитного пласта 2 предложенным способом составила 5 ч 20 мин (в прототипе - 24 ч), причем работа была выполнена в ремонтную смену, что не повлекло специальной остановки технологических процессов. В

предлагаемом способе повторное определение остаточной после надработки или подработки газоносности с целью контроля эффективности опережающей отработки защитных пластов необходимо производить

только в случае изменения горногеологических условий, в прототипе - через каждый 10-20 м (не ранее чем через 30 м) подвигания забоя.

Формула изобретения

Способ контроля эффективности защитной отработки выбросоопасных угольных пластов, включающий бурение шпуров по длине очистного забоя на защищаемом пласте, отбор буровой мелочи и определение остаточной газоносности, отличаю щи й- с я тем, что, с целью, снижения трудоемкости и повышения точности контроля, определяют по простиранию пласта размеры х

разгруженной зоны в соответствии с зависимостью

,

где L - расстояние от забоя лавы на защищаемом пласте до створа с забоем лавы на

защитном пласте;

h - расстояние по нормали между защитным и защищаемым пластами, в указанной зоне определяют остаточную после надработки или подработки газоносность

пласта и при остаточной газоносности менее 5м3/т.б м. защитную отработку считают эффективной.

Использование: горнодобывающая промышленность, подземная разработка вы- бросоопасных угольных пластов, контроль технологических параметров разработки. Сущность изобретения: на защищаемом пласте бурят шпуры по длине очистного забоя, отбирают буровую мелочь и определяют остаточную газоносность, затем по поостиранию пласта определяют размеры разгруженной зоны (х) по зависимости х - L- h где: L - расстояние от забоя лавы на защищаемом пласте до створа с забоем лавы на защитном пласте: h - расстояние по нормали между защищаемым и защитным пластами, в указанной зоне определяют остаточную после надрзОотки или подработки газоносность пласта и при остаточной газоносности менее 5 м3/т.б.м. защитную отработку считают эффективной. 5 ил. (Л

Фиг. 2

5-6

Рм.з

v

Nh

Л

3

§