Способ предупреждения газодинамических проявлений в горной выработке Советский патент 1993 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ведении горных работ на пластовых месторождениях, преимущественно выбросоопасных.

Цель изобретения - повышение безопасности горных работ.

На фиг.1 изображена схема определения параметров для предупреждения газодинамических явлений в горной выработке, где I - поперечное сечение; h - расстояние от выработки до выбросоопасного пласта; Н - глубина расположения выработки от земной поверхности; на фиг.2 - зависимость

между опасными поперечными размерами выработок и расстоянием от контура до выбросоопасного пласта при различной относительной прочности пород в заданной зоне.

Способ осуществляется следующим образом.

Первоначально определяют прочность пород защитной пачки, расстояние по нормали от кровли выработки 1 до выбросоопасного пласта 2 и глубину горных работ (по данным разведочных скважин) по всей площади шахтного поля, в том числе в местах газодинамических проявлений (фиг.1). В ме00

о ю

(О

стах газодинамических проявлений по данным актов расследований выявляют параметры горной выработки и величину мощности защитной пачки пород. После этого в пачках опробования (разведочные скважины) определяют уровень относительной прочности пород как отношение величины прочности пород в массиве (оЬж; (Траст) к величине горного давления ( уН). Использование относительной величины обусловлено неоднозначной изменчивостью прочности породе изменением глубины горных работ, а также для сравнения условий (степени устойчивости), в которых находятся сооружения, в различных точках шахтных лолей..

Первопричиной динамических явлений из выбросоопасного пласта на всех месторождениях является нарушение устойчивости пород, отделяющих контур выработки от выбросоопасного очага (пласта). При этом вероятность потери устойчивости пород зависит от прочностных свойств, мощности, уровня действующих нагрузок и величины обнажения со стороны опасной зоны. Ме: сторождения в целом и каждое шахтное поле в отдельности имеют значительные размеры по площади, в пределах которых горногеологические условия не остаются постоянными, а иногда отмечаются существенные локальные отклонения - часто это бывают выбросоопасные зоны, Параметры же горных работ, размеры и местоположение относительно пластов горных выработок мало изменяются в пределах площадей шахтных полей, рассчитываются без учета возможной динамической пригрузки пород. Глубина ведения горных работ также изменяется по площади месторождения и отдельного шахтного поля, причем изменения глубины и прочности пород не всегда идут в одном направлении.

В соответствии с законами строительной механики, теории упругости, пластичности устойчивость породных конструкций подземных сооружений (кровли, почвы, стенок) зависит от уровня отношения прочности к действующим нагрузкам и геометрических размеров элементов конструкции, Чем ниже уровень этих отношений, тем меньше по размеру должен быть поперечный размер элемента конструкции или больше его толщина (например, мощность кровли).

Нагрузка на породную конструкцию может создаваться одновременно горным и газовым давлениями. Все горногеологические параметры, которые формируют вы- бросоопэсную ситуацию, варьируют по

и

площади месторождения и отдельного шахтного поля в широких пределах, и их сочетание может быть самым разнообразным, что затрудняет провести корректноеанэлитическое решение задачи.

Кроме того, на вероятность провоциро- вания динамических явлений оказывают влияние релаксационные процессы, соотношение жесткостей пород отрабатываемого

пласта, вмещающих и вышележащих пород. Многофакторность динамических процессов и отсутствие на сегодняшний день математической модели этих процессов,, в которой бы учитывались все влияющие факторы, приводят к необходимости подбирать безопасные параметры горных работ экспериментальным, опытным путем.

С помощью статистических методов, например регрессионного анализа, определяют для каждого уровня относительной прочности пород зависимость между параметрами горной выработки и мощностью защитной пачки пород при происшедших явлениях.

По полученной зависимости с учетом коэффициента запаса прочности, по которой также определяется опытным путем из натурных данных в местах, где не происходили газодинамические проявления, и данным

относительной прочности пород на планируемых к отработке площадях из соотношения

35

40

45

50

55

I ОЬ h АуН

где I - ширина безопасного пролета выработки;

h- расстояние по нормали к проектному контуру выработки от выбросоопасного пласта;

О0 - прочность пород, определяющих контур выработки от выбросоопасного пласта;

у- объемный вес пород;

Н - глубины залегания выработки от по верхности;

Я-коэффициент бокового распора, определяют или ширину безопасного пролета горной выработки,или безопасное расстояние до выбросоопасного пласта при необходимом пролете горной выработки.

Кроме того, на основе предложенной зависимости и натурных данных, с помощью регрессионного анализа может быть составлена монограмма между геологическими параметрами и поперечным пролетом выработки для каждого относительной прочности пород,прмкото

рых происходили газодинамические явления (фиг.2).

Получено, что для Верхнекамских рудников необходимая величина запаса прочности достигается при параметрах выработок, соответствующих уровню относительной прочностиуменьшей на 0,5 относительных единиц предельной величины. Например, на планируемом к отработке участке по данным разведки мощность защит- ной зоны составляет 2,0 м, относительная прочность 1,5-2,0. По номограмме (фиг.2) получаем, что предельная (опасная) ширина кровли, при которой возможны газодинамические явления, будет равна 7,0 м.

Безопасная ширина кровли выработки при той же мощности защитной зоны определяется на более низком уровне относительной напряженности (1,0) и составит 4,0м.

Необходимо отметить, что требуемый запас прочности может быть достигнут не только уменьшением ширины поперечного пролета выработки в конкретных горно-гео- логических условиях, но и искусственным увеличением мощности защитной пачки путем неполной выемки пласта на всю мощность или оставлением, внутри выработки поддерживающих целиков определенной степени нагружения. Степень нагружения поддерживающих целиков должна быть такой, чтобы они не были способы к мгновенному, хрупкому разрушению. Для Верхнекамских рудников это целики с отношением высоты к ширине не более 3,0.

Пример. Предполагается осуществить проходку выработки в выбросоопасной зоне на Верхнекамском месторождении по сильвинитовому пласту на глубине 340 м от земной поверхности. В 1,5 м от пласта, по которому будет проходить выработка, находится выбросоопасный ; некондиционный пласт. По данным геологоразведочных работ установлено также, что объемный вес покрывающих пород равен 2,5 т/м3, проч- ность пород в междупластье равна 2000,0 т/м ; по данным геомеханических исследований коэффициент бокового распора на месторождении равен 1,0.

Из предложенного соотношения

I 0о Ј -v. |ч определяем, что величина без

опасного пролета выработки должны быть не более

I

70h

2000-1,5

3,5м

ЯуН Г.0-2,5-340.0 По номограмме на фиг.2 при расстоянии до выбросоопасного пласта 1,5 м и

гтсж

Д у н

- 2,3 величина пролета должна быть

ЯуН

равной 3,0 м. Результаты по номограмме меньше, т.к. величина пролета определена без интерполяции по прямой при

асж равном 2,0.

Можно определить также расстояние, на котором необходимо пройти выработки от выбросоопасного пласта в тех же геологических условиях, если по условиям транспорта или вентиляции заранее задана ширина ее, например 4,0 м.

В этом случае получим

I -Я-уН 4.0-1.0 2.5-340

(Jo

2000

1,7м.

т.е. кровля выработки шириной 4.0 м должна отстоять от выбросоопасного пласта на 1,7 м. По монограмме это расстояние равно примерно 2,0 м.

Предлагаемый способ предупреждения газодинамических явлений позволяет на основе анализа горногеологической и горнотехнических условий мест проявления внезапных выбросов, знания горно-геоло- гических условий планируемых к отработке площадей по полученной зависимости между пролетом выработки и безопасной мощности защитной зоны пород определить безопасные параметры горных выработок.

Способ направлен на повышение безопасных условий горных работ.

Формула изобретения

Способ предупреждения газодинамических проявлений в горной выработке, включающий проходку выработок в выбро- соопасных зонах, определение горно-геоло- гических параметров отрабатываемого участка, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности горных работ, дополнительно определяют уровень относительной прочности пород, расположенных по нормали к выбросоопасному пласту от проектного контура охраняемой выработки, после чего лг соотношения

оъ

h ЯуН

где I - ширина безопасного пролета выработки;

h - расстояние по нормали к проектному контуру выработки от выбросоопасного пласта;

оь-прочность пород, отделяющих контур выработки от выбросоопасного пласта; у-объемный вес пород; Н - глубина залегания; А- коэффициент бокового распора,

определяют ширину безопасного пролета горной выработки или безопасное расстояние до выбросоопасного пласта при необходимом пролете горной выра- ботки.

Использование: в горной промышленности при ведении горных работ на пластовых месторождениях, преимущественно выбросоопасных. Сущность изобретения: для осуществления способа проходят горные выработки в выбросоопасных зонах, определяют горно-геологические параметры отрабатываемого участка. Кроме того, дополнительно определяют уровень относительной прочности пород, расположенных по нормали к выбросоопасному пласту от проектного контура охраняемой выработки, после чего из соотношения l/h ть /ЯуН, где I - ширина безопасного пролета выработки: h - расстояние по нормали к проектному контуру выработки от выбросо- опасного пласта; оъ - прочность пород, от- деляющих контур выработки .от выбросоопасного пласта; у- объемный вес пород; Н - глубина залегания; А- коэффициент бокового распора определяют ширину безопасного пролета горной выработки или безопасное расстояние до выбросоопасного пласта при необходимом пролете горной выработки. 2 ил. (Л С

-777ТГТТГТ777ГТ ТГГТТТТТГГТТП