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

ГЛ А В А V

БУ Р Е Н И Е СКВАЖИН БОЛЬШОГО Д И А М Е Т Р А НА ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКАХ

§19. ИЗМЕНЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ УГЛЯ, ПЕРЕБУРЕННОГО СКВАЖИНАМИ

Сизменением скорости подвиганий забоя в определенной зави­ симости от нее изменяются условия нагруженности угольного мас­ сива в призабойиой зоне.

Изменение нагруженное™ призабойной зоны пласта при раз­ личных скоростях нагрузки, а также в зависимости от степени

разгрузки изучалось в лабораторных условиях на кернах и брике­ тах, изготовленных из угля пласта АЇощного шахты «Комсомоль­ ская» Воркутского месторождения. Нагрузка имитировалась прес­ сом, а различная степень разгрузки создавалась бурением одногопли двух отверстии.

Кроме этого, было проведено несколько опытов по изучению' влияния вибрации на характер деформации брикета в объемном напряженном состоянии.

На основании проведенных исследований были построены гра­

цов ведет к уменьшению величины разрушающей нагрузки и уве­ личению абсолютного значения деформаций образца. Наиболее интенсивное ослабление брикета наблюдалось во время бурения отверстий. Так, при бурении первого отверстия максимальное из-

гельных выработок. Действие скважин основано на снижении дав­ ления газа и уменьшении напряжений в некоторой области уголь­ ного массива вблизи скважин. Величина этой области определяет радиус действия скважин. Радиусы действия скважин по механи­ ческому фактору (снижение напряжений) и газодинамическому (снижение давления газа) зависят от диаметра скважин. Практи­ чески эффективными считаются скважины диаметром не менее' 200—250 мм.

Для выявления характера и величины изменения напряжении при бурении опережающих скважин предварительно изучался ха-

рактер деформирования угольного массива в призабойной зоне вг зависимости от нагрузки с применением давильной установки, раз­ работанной ВНИМИ.

Было установлено, что деформации угля под нагрузкой носяг упругий характер. Упругие деформации составляют около 77% полной относительной деформации массива. На опытном участке пласта, где появилась перемятая пачка угля и средний коэффи­ циент крепости уменьшился с 1,3 до 0,9, упругие деформации не превышали 30% общей деформации.

При изучении разгружающего действия скважин на пласте Владимировском мощностью 2,5 м в забое было установлено восемь труочатых реперов, загерметизированных на длину 0,4 м. Для изме­ рения смещений реперов использовали измерительные стойки с ин­ дикаторной головкой, имеющей цену деления 0,01 мм.

По данным опыта построен график (рис. 51), характеризую­ щий разгружающее действие скважин. Из графика видно, что при времени бурения 37 мин (длина скважин до 4 м) все измеритель-

ния. На стойках № 2 и 3, расположенных выше скважины, дефор­ мации растяжения отмечались лишь спустя 130 мин после начала

особенно значительные деформации сжатия возникли при бурении скважины № 3, находящейся почти в створе с реперами. Анализ

При оценке распределения напряжений необходимо учитывать, что наблюдаемая на моделях из оптически активных материалов картина отражает в основном характер упругих напряжений н, следовательно, относится к первоначальной фазе изменения на­ пряженного состояния при проведении выработки. Однако подоб­ ные наблюдения позволяют обоснованно установить те места во­ круг выработки, где происходит концентрация напряжений и где

На шести моделях, изготовленных на основе эпоксидной СМОЛЬЕ ЭД-б, при помощи оптико-поляризационной установки FMB-56 наблюдались изохромы — линии равных наибольших касательных напряжении.

Вертикальная нагрузка на модель создавалась пятитонным гидравлическим прессом, горизонтальная — боковым отпором (мо­ дель помещалась в специальную обойму).

Рис. Ъ'6. Распределение напряжении вокруг скважин, полученное на моделях из оптически активных материалов:

зонтальные напряжения в модели равнялись четвертой части вер­ тикальных. Тогда максимальные касательные напряжения, равные полуразности главных нормальных напряжений, составляли в пла­

лях. Максимальные касательные напряжения могут быть подсчита­ ны по формуле

метру, зоны повышенных напряжений вокруг скважин не наклады-

вались одна на другую (см. рис. 53,а). Следовательно, и образо­ вавшиеся зоны разгрузки не наложатся— появятся чередующиеся зоны разгрузки и зоны концентрации напряжений. При достаточ­

лее эффективного использования комбайнов и достижения доста­ точно высоких темпов подвигания забоев большое значение имеет скорость воздействия скважин на массив после окончания их бу­ рения.

Деформации угольного массива впереди забоя, характеризую­ щие проявление горного давления, изучались путем замеров сбли­ жения реперов, установленных в почве и кровле пласта или на обнажении пласта в борту подготовительных выработок. Кроме-, того, о деформациях массива судили по регистрируемым глубин­ ными деформометрами деформациям стенок скважин, пробурен­ ных впереди забоя.

Анализ данных, полученных при проведении исследований напласте Владимировском шахты «Северная», показывает, что ин­ тенсивность сближения реперов закономерно увеличивается при: приближении очистного забоя. Заметное деформирование пласта

забоя деформации имеют малую.интенсивность и происходят в ос­ новном из-за влияния подготовительной выработки на угольный' массив. С расстояния 60 м начинает проявляться опорное давле­ ние, причем зона значительных деформаций располагается пример­ но в 30 м от забоя. В призабойной зоне на расстоянии до 5 м от забоя лавы причиной весьма интенсивных деформаций является развитие процесса отжима пласта в направлении выработанного' пространства.

Подобные же наблюдения были проведены на пласте Тройном' шахты № 5 Воркутского месторождения. Здесь также отмечалось. возрастание интенсивности деформаций по мере приближения очи­

На пласте Владимировском деформации изучались также при; помощи глубинного деформометра-самописца, помещаемого в пе­ редовую скважину.

При подвиганий забоя лавы примерно за 3 суток до внезап­ ного выброса, происшедшего 12/Х, деформации имели весьма не­ равномерный характер (рис. 54). Так, 9/Х приращения деформа­ ций не наблюдалось. В последующие дни характер деформаций

изменялся в значительных пределах—10/Х было отмечено мгно­ венное уменьшение диаметра скважины примерно на 35 мм, сопро­ вождавшееся резкими ударами в массиве, а затем скорость дефор­ маций сжатия составляла около 5,4 мм/сутки. Столь неравномер­

ний на пласте Владимировском ставилась цель не только изучить характер изменения деформаций впереди очистных забоев, но и выявить изменения в напряженном состоянии пласта в зоне влия­ ния очистного забоя, вызываемые наличием передовых скважин, расположенных параллельно очистному забою.

Деформации замерялись в двух соседних лавах, одна из кото­ рых работала с бурением передовых скважин, а другая без них.

и только при дальнейшем приближении забоя интенсивность де­ формаций в обоих рассматриваемых случаях становилась оди­ наковой.

Таким образом, проведенные исследования показали, что серия скважин разгружает угольный массив и предотвращает возмож­ ность резких изменений напряжений в призабойной зоне пластаДеформации в призабойной зоне перед выбросом характеризуются значительной неравномерностью, выражающейся в смене задер­ жек деформаций, их резком увеличении и уменьшении.

§21. ИЗМЕНЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

ВУГОЛЬНОМ ПЛАСТЕ, ПЕРЕБУРЕННОМ СКВАЖИНАМИ

Измерения давления газа впереди движущегося очистного за­ боя проводились Н. Е. Волошиным на пласте Прасковиевском шах­ ты № 7/8 им. Калинина. Для этого впереди забоя лавы с откаточ­ ного штрека бурились по породе шпуры с таким расчетом, чтобы газовая камера, в которой замеряется давление газа', находилась

Рис. 56. Давление газа в пласте Прасковиевском впереди дви­ жущегося очистного забоя. Цифрами обозначены номера контрольных шпуров, по которым приводятся результаты замеров

в угольном пласте. В шпуры вставлялись медные трубки с мано­ метрами на конце. От забоя лавы манометры устанавливались на. расстоянии до 40 м.

-скачки его (36—43 кгс/см2 ) отмечались на расстоянии 2—4 м от забоя. При дальнейшем приближении забоя к местам замеров на расстояние 2 м и ближе давление газа в пласте резко падало и доходило до нуля.

Было установлено, что сква­ жины эти снижали давление га­ за в пласте до нуля в радиусе 1,5 м и предотвращали образова­ ние опасной зоны с высоким дав­ лением газа впереди забоя в ра­ диусе до 4,5 м.

обрушения 8 м.

По мере приближения очистного забоя к контрольной скважине давление газа в ней постепенно возрастало и достигало наиболь­ шего значения на расстоянии 14,5—16,5 м от забоя (рис. 57). За-