книги из ГПНТБ / Карагодин Л.Н. Способы борьбы с внезапными выбросами угля и газа

контроля за правильным осуществлением этих мероприятий позво­ лили, несмотря на общин рост числа шахт п шахтопластов, опас­ ных по внезапным выбросам, добиться снижения количества слу­ чаев выбросов.

Эффективность применения способов предупреждения внезап­ ных выбросов зависит как от действенности самих способов, так и от соответствия их горногеологнческим условиям, от степени выбросоопасности пласта и точности соблюдения параметров. Пра­ вильный выбор способа для конкретного шахтопласта связан с большими трудностями. Только этим можно объяснить тот факт,, что 25% всех выбросов угля и газа на шахтах произошло при вы­ полненных мероприятиях или в процессе их осуществления.

Изучение и обобщение опыта разработки выбросоопасных пла­ стов показывает, что защита от внезапных выбросов не является частным вопросом обеспечения безопасности в данных локальных условиях, а представляет собой часть большой проблемы техноло­ гии добычи полезных ископаемых. Широкое внедрение на выбросо­ опасных пластах проходческих комбайнов и, как следствие, переход на столбовые системы разработки заставили по-новому ставитьпроблему борьбы с внезапными выбросами на шахтах.

В связи с расширением угольных районов, в которых возможно' возникновение внезапных выбросов угля и газа, назрела необходи­ мость выявления горногеологнческнх факторов, оказывающих ^влияние на эффективность применения тех или иных способов, предупреждения выбросов.

В настоящей работе сделана попытка определить критерии для выбора способа борьбы с внезапными выбросами угля и газа и его параметров при различных горногеологнческнх условиях и техно­ логии ведения горных работ.

Авторы приносят благодарность В. П. Садохину, А. Г. Поликарову, В. А. Рудакову, Р. Н. Кригмаи за помощь при подготовке книги и выражают искреннюю признательность проф. докт. техн. наук И. М. Петухову за ценные замечания, сделанные при рецен­ зировании работы.

Р А З Д Е Л П Е Р В Ы Й

ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ВЫБРОСООПАСНЫХ ПЛАСТОВ

ГЛ А В А I

СО В Р Е М Е Н Н Ы Е СПОСОБЫ БОРЬБЫ

СВ Н Е З А П Н Ы М И ВЫБРОСАМИ УГЛЯ И ГАЗА

ИО С Н О В Н Ы Е ФАКТОРЫ, О П Р Е Д Е Л Я Ю Щ И Е ИХ В Ы Б О Р

§1. ОСНОВЫ ДЕЙСТВИЯ

СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ Б О Р Ь Б Ы

СВЫБРОСАМИ

Врезультате многолетнего опыта ведения горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, разработа­ ны и 'испытаны различные способы борьбы с этими явлениями. Основы их действия заключаются в следующем: извлечение содер­ жащегося в угле газа; торможение газоотдачи; повышение пла­ стичности угля; разгрузка угольного массива от опасных напряже­ ний и повышение его фильтрационных свойств; упрочнение уголь­

ного массива; торможение процесса выброса в начальной стадии. Во многих случаях применение одного из способов может способ­ ствовать воздействию на пласт в разных направлениях. Например, при равномерном увлажнении угля достигаются повышение его пластичности и блокировка газа. Возможные варианты способов борьбы с выбросами в зависимости от того, на чем основано их воздействие на факторы, обусловливающие проявление выбросов, приведены в табл. 1.

Разработка выбросоопасных пластов должна основываться на использовании всегда, когда это возможно, региональных мероприя­ тии по предупреждению внезапных выбросов.

При наличии сближенных угольных пластов, как правило, уста­ навливаются очередность и скорость их разработки, обеспечиваю­ щие максимальное использование защитного действия опережаю­ щей разработки неопасных пластов.

При зыемке незащищенных или одиночных выбросоопасных пластов должна быть предусмотрена скорость проведения подго­ товительных выработок, обеспечивающая применение региональ­ ных мероприятий по борьбе с выбросами в пределах выемочных участков.

Применение локальных мероприятий ограничивается следую­

щими случаями:

вскрытие угольных пластов; проведение подготовительных выработок на незащищенных под­

работкой (надработкой) или одиночных выбросоопасных пластах; пересечение незащищенными или одиночными пластами выбро­

Рекомендации о преимущественном использовании региональ­ ных мероприятий по борьбе с газодинамическими явлениями осно­

соба предотвращения внезапных выбросов угля и газа достаточно широко изучалась в различных угольных бассейнах. Установлению параметров этого способа и изучению механизма предотвращения внезапных выбросов при его применении посвящен целый ряд ра­ бот ВНИМИ, ИГД им. А. А. Скочинского, МакНИИ, ВостНИИ и других институтов. На основании обобщения имеющихся данных механизм предотвращения рассматриваемых газодинамических 'явлений при первоочередной разработке защитных пластов может быть представлен в следующем виде.

Отработка угольного пласта вызывает перераспределение напря­ жений в окружающей толще пород. Выше и ниже разрабатываемо­ го пласта образуются зоны разгрузки, в пределах которых слои пород и угольные пласты испытывают деформации расширения. В вышележащей подрабатываемой породной толще происходят так­ же процессы активного обрушения и сдвижения пород под дейст­ вием гравитационных сил. В слоях пород и угольных пластах уве­ личивается зияние трещин и макропор, изменяются механические и фильтрационные свойства. Механические свойства пород и угля изменяются в сторону уменьшения их упругости и увеличения плас­ тичности. Изменение фильтрационных свойств происходит в сторо­ ну увеличения газопроницаемости.

Увеличение газопроницаемости пород междупластья способст­ вует миграции газа из иадрабатываемых и подрабатываемых плас­ тов в выработанное пространство разрабатываемого пласта, в ре­ зультате чего уменьшаются их газоносность и газовое давление. Повышенная проницаемость угольного массива способствует тому, что ведение горных работ на подзащитном пласте сопровождается интенсивным газовыделением из него. Вследствие этого впереди забоя выработки имеет место низкий перепад газового давления.

В результате дегазации угольного массива', вызванной переме­ щением газа из опасного пласта в выработанное пространство за­ щитного, возрастает крепость угля. На разрушение такого угля лри внезапном выбросе требуется затратить большую работу, что снижает вероятность проявления выброса.

Опережающая разработка защитных пластов является наиболее универсальным и надежным региональным мероприятием. Ее •основные преимущества:

возможность в большом числе случаев разработки выбросоопасных пластов без дополнительных профилактических меро­ приятий;

эффективность ее как средства предотвращения большинства динамических явлений, включая горные удары н стреляние горных пород;

возможность использования эффекта подработки и надработкн для предварительной дегазации угольных пластов и улучшения вен­ тиляционного режима шахт.

ВНИМИ в течение ряда лет исследовал условия и эффектив­ ность защитного действия опережающей разработки угольных лластов в свитах, в результате чего было составлено «Временное руководство по эффективному использованию защитных пластов на шахтах СССР». В этом руководстве даны приближенные мето­ ды расчета защитного действия по фактору разгрузки в простран­ стве и во времени и рекомендованы схемы последовательной отра­ ботки и группирования пластов в свитах.

Эффективность применения предварительной разработки защит­ ных пластов ограничивается в условиях:

экранирующего влияния прочных пород междупластья, в част­ ности плотно сцементированных песчаников и известняков; в этом случае рекомендуемые в руководстве нормы защитного действия

.могут оказаться неверными;

высокой газообильности выработок защитного пласта, возни­ кающей в результате подработки или надработкн газоносных сбли­ женных пластов; мероприятия по снижению газообильности могут в отдельных случаях оказаться более сложными, чем мероприятия тю разработке подзащитного пласта в качестве одиночного;

трудности или невозможности выемки защитного пласта без оставления устойчивых (не разрушающихся в процессе отработки) целиков; на подзащитных пластах в зоне влияния целиков созда-

ются, как известно, области повышенной опасности по динамичес­

ким явлениям; несоответствия защитных пластов кондициям по мощности

пластов или качеству угля; в этом случае вопрос о целесообразнос­ ти разработки защитного пласта должен решаться на основании

при использовании всех возможностей защитной подработки или

пластов. При увеличении глубины разработки эти цифры будут уменьшаться вследствие перехода пластов неопасных в категорию выбросоопасных. Возможность использования опасных пластов в качестве защитных будет зависеть от эффективности применения на них других, региональных, а в некоторых случаях — локальных профилактических мероприятий.

Профилактическое увлажнение угольных пластов заключается в заблаговременном нагнетании в угольный массив через длинные скважины воды под давлением, исключающим гидравлическое рас­ членение пласта.

Первые опыты по увлажнению угольного массива с целью пре­ дотвращения внезапных выбросов угля н газа были проведены МакНИИ в 1951 г. на шахте «Комсомолец» в откаточном штреке пласта Девятка на гор. 620 м. Угольный массив увлажнялся из забоя штрека на глубину 4 м по всей высоте выработки. В резуль­ тате повысилось газовыделение и резко снизилось давление газа.

В дальнейшем МакНИИ были проведены опыты по увлажнению угольного массива при вскрытии выбросоопасных пластов. Иссле­ дования показали, что увлажнение участка пласта позволяет сни­ зить давление газа и таким образом предотвратить выбросы.

Следует отметить, что увлажнение угольных пластов в опреде­ ленных условиях может быть успешно использовано для предот­ вращения не только внезапных выбросов угля и газа, но и других газодинамических явлений, например горных ударов.

На Международном симпозиуме по внезапным выбросам, со­ стоявшемся в 1964 г. во Франции, сообщалось, что высокие напря­ жения на удароопасных участках угольных пластов могут быть снижены путем нагнетания воды. Нагнетание воды в угольные пласты находит все более широкую область применения за рубе­ жом. Так, в ФРГ оно используется как для борьбы с угольной пылью, так и для ослабления угольного массива. В Рурском бас­ сейне на ряде шахт ведется опытное теленагнетание через глубокие скважины, пробуренные из забоя лавы, и в отдельных случаях — из откаточного и вентиляционного штреков.