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

Таким образом, достаточное число скважин принятого диаметра определится уравнением

лостей, образованных гидроспособом, значительно выше, чем у опережающих буровых скважин. Учитывая, что скорость снижения давления газа полостями в 2 раза'превышает таковую у опере­ жающих скважин, можно принять

N" = 0,5^,

где Л/р — расчетное число полостей; Л/р — расчетное число скважин. При У п > 2 - ^ 3 м/ч необходимо значительно увеличивать длину опережающих скважин (более 20 м) или же переходить полностью

на проведение выработки с применением гидровымыва полостей с регулированием параметров, т. е. практически все более прибли­ жаться к созданию опережающих щелей гидроспособом или же путем подрезки пласта канатной пилой.

Методически параметры способов борьбы с внезапными выбро­ сами угля и газа в зависимости от vn устанавливаются следующим образом.

Прежде всего определяется время разгрузки для выбранных па­ раметров способа борьбы с выбросами на глубине, соответствую­

Для принятого технологического цикла максимально возможная скорость подвигания забоя выработки для выбранных параметров способа борьбы с выбросами выражается зависимостью (11.68).

Значительным достоинством способов борьбы с выбросами пу­ тем гидровымыва опережающих полостей и щелей является воз­ можность регулирования их параметров в процессе применения способов. Это единственная группа способов, в принципе позволяю­ щая снижать - роль выбросоопасных факторов до безопасного уровня.

Проверка возможностей регулирования при гидровымыве поло­

рование гидровымыва щелей позволяет увеличить деформации в процессе вымыва более чем в 10 раз.

Воспроизводимость параметров практически у всех способов крайне ничтожна или даже невозможна.

Воспроизводимость таких способов, как бурение опережающих скважин, гидровьшыв передовых полостей, ограничена площадью поперечного сечения забоя или площадью перемятой пачки, в ко­ торой располагаются полости. Дополнительное бурение опережаю­ щих скважин или гидровьшыв новых полостей зачастую не дают желаемых результатов.

При гидроотжиме угля или увлажнении пласта в случае про­ рыва воды на первом этапе ее нагнетания исправить создавшееся положение крайне затруднительно. Иногда этого можно достичь по истечении некоторого времени (10—20 ч), в течение которого тре­ щины разрыва смыкаются. При увлажнении же пласта через длин­ ные осевые скважины в подобных случаях приходится переходить на применение других способов борьбы с выбросами.

Г Л А В А V I I I

М Е Х А Н И З А Ц ИЯ ПРОХОДЧЕСКИХ РАБОТ НА ВЫБРОСООПАСНЫХ ПЛАСТАХ

§ 32. ПРИМЕНЕНИЕ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ЩИТОВ

Практика механизированной проходки подготовительных выра­ боток на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, показывает, что применяемые машины (комбайны) по конструк­ тивному исполнению не приспособлены для работы в таких усло­ виях. Для повышения безопасности работы и улучшения техникоэкономических показателей необходимо создать комбайн, который бы отвечал специфике выбросоопасных пластов.

Основными возможными направлениями при решении этого во­ проса являются:

1)использование щитов, взаимодействующих с угольным мас­ сивом, для предотвращения внезапных выбросов угля и газа и со­ здание на их базе комбайнов-щитов;

2)создание специальных агрегатов (комбайнов), совмещающих

их в угольный пласт, и связанной с этим сложности и громоздко­ сти конструкции.

Действие щитов поддерживающего типа основано на упрочне­

ная» в Кузбассе показала значительную эффективность этого ме­ тода предотвращения внезапных выбросов угля и газа (табл. 27).

Анализируя случаи внезапных выбросов, возникших при работе со щитовыми перекрытиями и без них, можно выделить три группы выбросов.

Первую группу составляют 48 выбросов, происшедших при ра­ боте без щитовых перекрытий; максимальная сила их составила 150 тс угля, средняя — 28,7 тс.

х'!—длина участка угольного массива, находящегося в предельно

образования новой поверхности; /"mm—минимальный размер ча­

Полученные данные показывают, что применение «активных» щитов снижает опасность возникновения выбросов, а при доста­ точно большой силе подпора и устраняет ее. Защитный эффект применения щитов в наибольшей мере проявляется на слабых на-

Т а б л и ц а 28

рушенных углях, т. е. там, где природная склонность пласта к выбросам наибольшая.

При проведении выработки в угольном массиве возникают смещения, вызываемые перераспределением напряжений. Общие смещения любой точки массива можно разделить на мгновенные, определяемые упругими свойствами, и на смещения ползучести, зависящие от реологических свойств массива.

Для любой точки массива чем меньше величина деформаций, тем больше величина остаточных упругих свойств. При наличии комбайна — щита, контактирующего с забоем, например комбайна с планетарно-дисковым исполнительным органом, когда сам рабо­ чий орган служит аналогом «активного» щита, деформации про­ являются только в обнаженной части забоя.

общая часть смещений массива в сторону забоя обусловлена де­ формациями упругого восстановления. Изменение деформаций упругого восстановления в зависимости от расстояния до забоя выработки выражается уравнением

щий от условий проведения выработки и от физико-механических

орган частично выполняет роль «активного» щита. Однако с уче­ том неравномерности работы комбайна необходимо дополнительно устанавливать щит ограждающего типа. В этом случае назначение щита состоит в торможении процесса выброса и защите людей и оборудования от последствий возникающих выбросов.

Необходимо отметить, что если в варианте «активного» щита нагрузка на щит определяется реакцией пласта на внедрение выработки (сила, с которой происходит отжим угля), то в вари-

анте «пассивного» щита величина нагрузок определяется суммар­ ным действием сил выносимого угля и давления газа. При этом, если рассматривать щит в положении, в котором может происхо­ дить торможение выброса', можно отметить следующее.

Величина нагрузок, обусловленных массой движущегося угля, определяется энергией движения

9

от давления газа при различных зазорах между щитом и забоем.

ботки на щит будет действовать незначительная сила, обусловлен­ ная давлением газа. Объясняется это тем, что площадь дрениро­ вания газа из пласта в начальный момент значительно меньше площади реальных зазоров между щитом и контуром выработки.

Если применять щит решетчатого типа, при незначительных

3) желательно, чтобы проводимая выработка имела сводча­ тое пли круглое.сечение;

4) комбайн должен иметь автоматическое регулирование ско­ рости подачи п резания в зависимости от крепости угля;

5)должно иметься устройство для распора комбайна, предот­ вращающее его смещение при внезапном выбросе;

6)комбайн должен быть универсальным: обеспечивать прове­ дение выработок различного сечения, иметь приспособления для осуществления мер по борьбе с внезапными выбросами и должна быть предусмотрена возможность установки навесного крепеукладчпка;

7)конструкция комбайна должна позволять применять авто­ матическую газовую защиту и быстродействующее опережающее отключение электрических цепей.

Для повышения средних темпов подвигания подготовительных забоев необходимо, чтобы способы борьбы с внезапными выбро.- сами (помимо их надежности и эффективности) отвечали следую­ щим требованиям: их разгружающее и дегазирующее действиедолжно проявляться в возможно более краткий срок, время на профилактическую обработку массива должно быть минимальным. Исходя из этих требований лучшим вариантом является тот, при котором профилактика выбросов осуществляется одновременно с проведением выработки.

Спозиций применимости на выбросоопасных пластах проходче­ ские комбайны целесообразно делить по форме сечения проводи­ мой выработки и по способу, каким исполнительный орган машины обрабатывает поверхность забоя. По последнему признаку можно выделить:

1)комбайны, исполнительный орган которых обрабатывает за­ бой одновременно на полное сечение проводимой выработки;

2) комбайны, исполнительный орган которых обрабатывает по­ верхность забоя по частям.

Между этими двумя группами имеется существенное разли­ чие. При обработке забоя на полное сечение вся машина либо ее подвижная часть непрерывно подается на забой. При обработке же забоя по частям сама машина стоит на месте, а ее исполни­ тельный орган, занимающий небольшую часть сечения выработки, перемещается по поверхности забоя.

Проходческие комбайны, работающие на полное сечение выра­ ботки, в силу своих конструктивных особенностей имеют ряд недо­ статков. Исполнительный орган и сама машина, занимающие все сечение выработки, преграждают доступ к забою, и возводить крепь можно только позади машины. С другой стороны, комбайны этого типа проще раскрепить между стенками выработки, напри­ мер для восприятия реакции рабочего органа или для регулиро­ вания усилия подачи на забой при работе в различных неблаго­ приятных условиях.

У комбайнов, обрабатывающих забой по частям, отсутствуют указанные недостатки, однако при необходимости дополнительного раскрепления машины для повышения устойчивости сделать это затруднительно из-за большого расстояния между машиной и стенками выработки.

Известно, что выбросоопасиые пласты отличаются сложностью •строения, что вынуждает производить раздельную выемку отдель­ ных пачек или прослойков. Для подобных условий наиболее при­ емлем комбайн с исполнительным органом, находящимся на стреле

вести раздельную выемку угля в сложных горногеологических ус­ ловиях с минимальным отставанием крепления от забоя.

При достаточной мощности пласта и простой структуре угля могут быть применены комбайны, работающие на полное сечение (комбайны •— щиты).

При.работе комбайнов с выемкой угля одновременно на пол­

тельно к способам предупреждения выбросов, основанным на бу­ рении скважин) следующие конструктивные схемы:

1. Комбайн с навесным буровым станком. Буровой станок, от которого используются редуктор и электродвигатель, крепится на кронштейнах поворотной стрелы проходческого комбайна. Направ­ ление скважин задается путем поворота рукояти исполнительного органа комбайна (рис. 89).

2. Комбайн, обеспечивающий замену исполнительного органа (коронки) на буровой инструмент. В этом случае поворотная стре­ ла должна иметь телескопическую подачу, а отбойная вращаю­ щаяся коронка должна заменяться буровым инструментом.

Тесным образом с типом исполнительного органа связана и форма сечения проводимой выработки.

Из механики горных пород известно, что напряженное состоя­ ние массива вокруг проводимой выработки крайне неравномерно. Концентрация напряжений в определенных местах контура сече­ ния выработки приводит к разрушению пород в этих местах, что сказывается на устойчивости обнажений. Основными напряжения­ ми, под действием которых происходит разрушение пород, являются максимальные касательные напряжения, зависящие от разности главных напряжений.

В выработках с незакругленными углами наблюдается значи­ тельная концентрация напряжений. Установлено, что выбросы в подготовительных выработках, как правило, происходят из верх­ них или нижних углов забоя выработки, а в очистных забоях — из