Способ проведения горных выработок по выбросоопасным угольным пластам Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

1

(21)4852124/03

(22)01.06.90

(46) 23,09.92. Бюл. № 35

(71)Государственный Макеевский научно- исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности

(72)В.Е.Зайденварг, Л.А.Вайнштейн, В.С.Маевский, А.В.Агафонов, Ю.Т.Хорун- жий, В.В.Пудак и С.Г.Лунев

(56)Авторское свидетельство СССР № 1550619, кл. Е 21 F 5/00. 1990.

Авторское свидетельство СССР № 560068, кл. Е 21 F 5/00. 1977. (54) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПО ВЫБРОСООПАСНЫМ УГОЛЬНЫМ ПЛАСТАМ

(57)Использование: горнодобывающая промышленность, технология подземной разработки угольных месторождений, проведение горноподготовительных выработок по зыбросоопасным пластам. Сущность изобретения: в проектном контуре горной выработки, проводимой с присечкой породы по выбросоопасному пласту, проходят опережающим забоем полевую выработку над угольным пластом. Между полевой выработкой и угольным пластом оставляют породный предохранительный слой толщиной не менее мощности угольного пласта. Затем из полевой выработки осуществляют мероприятия по снижению выбросоопасности пласта. Расширение выработки до проектного сечения производят в зоне неупругих деформаций предохранительного породного слоя.4 ил.

(Л

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проведении выработок по выбросоопасным угольным пластам.

Известен пособ предотвращения выбросов угля и газа, заключающийся в том, что на расстоянии N от выбросоопасного угольного пласта проводят полевую разгрузочную выработку, а выработку по угольному пласту-в зоне с безопасным уровнем напряжений. Расстояние N определяется из соотношения

N /Rp-(f+02-(а-Ьт),

где Rp - радиус зоны с безопасным уровнем напряжений, м;

Ь/2 - полупролет выработки, проводимой по пласту, м;

I - участок пласта, находящийся в зоне с безопасным уровнем напряжений, м;

а - приведенный радиус разгрузочной выработки, м;

m - мощность пласта,м (а.с.СССР № 1550169, Е21 F5/00, 1990 г.).

При этом забой разгрузочной выработки опережает забой выработки по угольному пласту на величину, равную расстоянию от контрольной скважины, в которой зафиксирована невыбросоопасная ситуация, до забоя полевой выработки.

Недостатком данного способа является невысокая надежность предотвращения выбросов угля и газа, т.к. вследствие неоднородности угольного пласта и вмещающих пород, искажающей характер перераспределения напряжений в массиве, и отсутствие противовыбросных мероприятий

Л

о

CJ

о VJ о

существует вероятность развязывания газодинамического явления при проведении выработок по угольному пласту из-за нарушения его дегазации.

Наиболее близким по технической сущ- ности и достигаемому результату является способ проведения горных выработок смешанным забоем по выбросоопэсному пласту, заключающийся в опережающей выемке защитного слоя и разгрузочной по- лости, выходящей за контур выработки, и последующей выемке выбросоопасного пласта. Причем проходку опережающего слоя и разгрузочной полости производят под защитой временно оставляемой предо- хранительной пачки, которую затем вынимают вместе с выбросоопасным пластом, оставляя при этом неснижаемое опережение защитного слоя, равное радиусу эффек- тивного разгрузочного влияния опережающей полости (а.с.СССР № 560068, Е21 F5/00, 1977г.).

Недостатком данного способа является возможность развязывания газодинамического явления в процессе образования one- режающей защитной полости из-за возникающих высоких динамических нагрузок и отсутствия контроля за состоянием . породного слоя. К недостатку также относится значительная задержка во времени .(несколько часов) между образованием опережающей защитной полости и выемкой вы- бросоопасного угольного пласта, что значительно ухудшает процесс перераспределения напряжений в призабойной части выработок и, как следствие, не исключается возможность возникновения газодинамического явления.

Целью изобретения является повышение безопасности горных работ путем обеспечения упругого состояния предохранительного породного слоя над угольным пластом.

Для достижения поставленной цели в способе проведения горных выработок по выбросоопасным угольным пластам, включающем проведение полевой опережающей выработки над угольным пластом составлением между выработкой и пластом породного предохранительного слоя, проведение противовыбросных мероприятий и контроль их эффективности, расширение выработки до проектного сечения за счет выемки породного предохранительного слоя и выбросоопасного угольного пласта, указан- ный породный слой формируют толщиной не менее мощности угольного пласта, определяют размеры зоны полного формирования предельно-напряженного состояния в породном слое и размеры зоны его неупругих деформаций и выполняют противо- выбросные мероприятия на угольном пласте через породный слой на участке от забоя передовой выработки до границы зоны полного формирования предельно-напряженного состояния слоя, а контроль эффективности противовыбросных мероприятий и расширение выработки до проектного сечения осуществляют в зоне неупругих деформаций породного слоя.

На фиг. 1 представлена общая технологическая схема осуществления способа; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 - расположение скважин и датчиков для контроля-состояния породного слоя по упругим характеристикам массива в сечении Б-Б на фиг.1; на фиг. 4 - расположение дегазационных скважин в сечении В-В на фиг.1.

Из условий безопасного проведения полевой выработки (Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа, М., ЛГД им. ААСкочинского, 1989 г.) наиболее характерными являются следующие параметры способа:

К - расстояние от угольного пласта до почвы полевой выработки, определяющее условие самовскрытия пласта;

Li - длина участка угольного пласта в зоне частичного предельно-напряженного состояния, характеризующая потенциальную выбросоопасность пласта;

1-2 - длина участка угольного пласта в зоне предельного напряженного состояния, соответствующая состоянию массива с отсутствием потенциальной выбросоопасно- сти.

Способ осуществляется следующим образом. Предварительно на участке проведения выработки 1 отбирают образцы проб горной породы, на которых по известным общепринятым методикам определяются пределы прочности на сжатие и угол внутреннего трения, на оснований которых рассчитывается зонэ предельно-напряженного состояния вокруг выработки, например, по формуле:

Rnp А . + 4i/2

Осж

где Rnp - радиус зоны предельно-напряженного состояния;

Осж.Осж пределы прочности горных пород на сжатие;

у- плотность горной породы;

Н - глубина заложения выработки;

, sir

Я л е|п.г 1/ -угол внутреннего трения.

По получаемому значению величины зоны предельно-напряженного состояния определяется возможность обеспечения полного устранения выбросоопасности из условия, что:

+ Rb, где m - мощность пласта, м;

Rb - радиус выработки, м.

Далее в направлении проведения выработки 1 осуществляется проходка опережающей полевой выработки 2 с оставлением породного слоя 3 между почвой полевой выработки 2 и угольным пластом 4, Толщина породного слоя К принимается не менее мощности угольного пласта 4.

Проведение выработки 1 может осуществляться как механизированным, так и бу- ро-взрывным способом. При отходе полевой выработки 2 не менее чем на 10 метров в ее призабойной части у стенок выработки через породную толщу 3 на угольный пласт 4 бурятся параллельно скважины 5, в которые вводятся датчики упругих волн 6 (в одну - источник упругих колебаний, в другую - приемник). Перемещая их одновременно по глубине скважин 5,изме- ряют скорость распространения упругих колебаний и их интенсивность, по которым устанавливают зоны, различные по напряженности, а следовательно, и по степени деформирования. Участок массива от почвы выработки, на котором наблюдаются понижение значения скоростей распространения упругих колебаний и повышение значения затухания интенсивности, находится в предельно-напряженном состоянии. По полученным значениям уточняется выполнение условия устранения выбросоопасности угстьного пласта 4.

По мере продвигания полевой выработки 2 на каждом цикле подвигания 7 производятся повторные Определения размеров зоны предельно-напряженного состояния.

При достижении зоны предельно-напряженного состояния кровли угольного пласта 4 измерения прекращают и это расстояние от забоя полевой подготовительной выработки принимают за участок выбросо- опасного угольного пласта, находящегося в частично предельно-напряженном состоянии, длина которого составляет Li. На установленном участке LI через породную толщу 3 производят обработку угольного пласта 4 противовыбросными мероприятиями. При использовании, например, дегазационных скважин 8 они бурятся у стенок полевой выработки 2 на угольный пласт 4 с учетом радиуса их эффективного действия Рэф, определяемого нормативным способом (Инструкция.,., стр.108-110). Скважины 8

должны располагаться в угольном пласте 4 таким образом, чтобы они выходили за проектный контур выработки 1 на расстояние не более, чем радиус их эффективного дей- 5 ствия Рэф. При дальнейшем подвигании выработки 2 скважины 8 бурятся после каждого цикла подвигания выработки 2. После обработки пласта осуществляют проведение выработки 1 полным сечением путем

0 расширения сечения полевой выработки 2 за счет выемки породного слоя 3 и угольного пласта 4, При этом проведение выработки 1 полным сечением начинают производить с расстояния не менее чем за один цикл с

5 учетом неснижаемого опережения от границы зоны частично предельно-напряженного состояния массива L2. Перед каждым циклом расширения выполняют контроль эффективности противовыбросных мероприятий по

0 динамике начальной скорости газовыделения из шпуров 9, при котором неснижаемое опережение должно составлять не менее 1,3 м. Преимущество настоящего способа по сравнению с прототипом заключается в по5 вышении безопасности проведения горных выработок по выбросоопасным угольным пластам.

30

Формула изобретения

Способ проведения горных выработок по выбросоопасным угольным пластам, включающий проведение полевой опережающей выработки над угольным пластом с

5 оставлением между выработкой и пластом породного предохранительного слоя, проведение противовыбросных мероприятий с контролем их эффективности, расширение выработки до проектного сечения за счет

0 выемки породного предохранительного слоя и выбросоопасного угольного пласта, отличающийся тем. что, с целью повышения безопасности горных работ путем обеспечения упругого состояния предо5 хранительного породного слоя, указанный породный слой формируют толщиной не менее мощности угольного пласта, определяют размеры зоны полного формирования предельно напряженного состояния в по0 родном слое и размеры зоны его неупругих деформаций и выполняют противовыброс- ные мероприятий на угольном пласте через породный слой на участке от забоя передовой выработки до границы полного форми5 рования предельно напряженного состояния слоя, а контроль эффективности противовыбросных мероприятий и расширение выработки до проектного сечения осуществляют в зоне неупругих деформаций породного слоя.

М

Фиг 2

Фиг 5

Фиг.4