способ проведения подготовительных выработок на удароопасных и выбросоопасных пластах

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК НА УДАРООПАСНЫХ И ВЫБРОСООПАСНЫХ ПЛАСТАХ, включающий предварительное проведение локального прогноза и осуществление защитных мероприятий путем бурения разгрузочных опережающих скважин на расстоянии друг от друга, не превышающем четырех их диаметров, отличающийся тем, что разгрузочные скважины бурят на расстоянии от удаленной границы выбросоопасной пачки, определяемом нормально к простиранию и не превышающем семикратного диаметра скважины, после проведения защитных мероприятий проводят повторный локальный прогноз выбросоопасной пачки, по результатам которого судят о необходимости дополнительных защитных мероприятий и осуществляют их или начинают проходку подготовительной выработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве дополнительного защитного мероприятия по выбросоопасной пачке осуществляют бурение разгрузочных опережающих скважин до достижения объема выхода штыба, удовлетворяющего условию

P P(d/d)²n,

где P и P объем шайбы, выбуренного при проведении нормативной и разгрузочной скважины соответственно с каждого из первых пяти метров;

d и d диаметры нормативной и разгрузочной скважин соответственно;

n коэффициент запаса, зависящий от структурной неоднородности выбросоопасной пачки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подготовке и разработке газоносных, выбросоопасных и удароопасных пластов.

Известен способ локальной выемки защитных пластов с последующей проходкой в защищенной зоне выработок по пластам, склонным к газодинамическим явлениям [1] Над и под трассой планируемого проведения выработки на участке, удаленном от защищаемого, при выемке на нем защитной щели или выработки образуются разгрузка и дегазация пород, обеспечивающие безопасность последующей проходки основной выработки на защищаемом пласте. Способ реализуется следующим образом. Над или под трассой планируемого проведения выработки на удалении, обеспечивающем разгрузку от горного давления и дегазацию участка пласта, где впоследствии осуществляют проходку, проводят защитную выемку, образуя щель или защитную полость. Затем проводят основную выработку по защищенному участку пласта.

Однако проведение защитных выработок, щелей, полостей является трудоемкой, непроизводительной операцией, которая не вписывается в технологический цикл и сдерживает темпы проходки основных выработок.

Известен способ проведения подготовительных выработок [2] включающий локальный прогноз выбросо- и удароопасности с последующим проведением защитных локальных мероприятий (в частности, гидроотжима, гидрорыхления) и проходкой выработки на удалении от проведенных мероприятий, обусловленном радиусом их действия. Этот способ позволяет предотвращать горные удары и выбросы, чего не предусматривает ни одна другая методика.

В то же время использование этого способа требует значительных трудозатрат и времени на проведение мероприятий, при том что после гидрообработки невозможно объективно оценить эффективность устранения выбросо- или удароопасности в сложных горно-геологических условиях, а проведение защитных мероприятий само может инициировать внезапный выброс или иные динамические явления, вызванные перераспределением напряжений в горных породах.

Наиболее близким к изобретению является способ проведения на удароопасных и выбросоопасных пластах [3] включающий предварительное проведение локального прогноза и осуществление защитных мероприятий, проводимых путем бурения разгрузочных опережающих скважин в удароопасной пачке на расстоянии друг от друга, не превышающем четырех их диаметров.

Способ также не позволяет объективно оценить эффективность выбросоопасности.

Задачей изобретения является обеспечение безопасности проходки и проведения защитных мероприятий в сложных горно-геологических условиях при сокращении трудозатрат на их проведение и повышение темпов проходки.

Для этого разгрузочные опережающие скважины бурят в удароопасной пачке на расстоянии друг от друга, не превышающем четырех их диаметров, и на расстоянии от удаленной границы выбросоопасной пачки, определяемом нормально к ее простиранию, не превышающем семикратного диаметра скважины, после чего повторно проводят локальный прогноз выбросоопасной пачки, по результатам которого судят о необходимости защитных мероприятий, и снова осуществляют их или начинают проходку подготовительных выработок. Кроме того, в качестве защитного мероприятия по выбросоопасной пачке осуществляют бурение разгрузочных опережающих скважин до достижения объема выхода штыба, удовлетворяющего условию

P Pn где Р и Р" объем штыба при проведении шпура нормативного диаметра (43 мм) и проводимой разгрузочной скважины соответственно с каждого из первых 5 м;

d и d" диаметры нормативного шпура (43 мм) и разгрузочной скважины соответственно;

n коэффициент запаса, зависящий от структурной неоднородности выбросоопасной пачки.

Сущность изобретения заключается в следующем. Предлагаемая последовательность операций базируется на принципе создания локального защитного действия, подобного действию защитной щели. Для того, чтобы обеспечить это, расстояние между разгрузочными скважинами выбрано с таким расчетом, чтобы середина этого расстояния оказалась в области максимальной концентрации напряжений, что ведет к разрушению уже при бурении и выносу максимального объема угля (в виде штыба) удароопасной пачки. Нахождение максимума напряжений в середине зоны, ограниченной четырехкратным диаметром скважины (двукратный от одной скважины и столько же от соседней), обосновано экспериментально и теоретически (Петухов И.М. Марморштейн Л.М. и др. Методические указания по щелевой разгрузке прискважинной зоны. Л. ВНИМИ, 1987, с.8-15). Бурение разгрузочных скважин приводит к разгрузке от горного давления выбросоопасные пачки. Однако действие разгрузочных скважин не во всем подобно действию разгрузочной щели или полости. Кроме снижения горного давления необходимо гарантированное дренирование выбросоопасных пачек от метана. Поэтому удаление самых удаленных точек выбросоопасных пачек от разгрузочных скважин не должно превышать семикратного диаметра этих скважин, т.е. области, в которых вокруг скважин образуется сеть газопроводящих трещин, включая мелкие "волосяные". Этот параметр также подтвержден шахтными исследованиями ([1] с.18). Повторное проведение локального прогноза после бурения разгрузочных скважин не предусмотрено ни одним из известных источников, но при такой последовательности операций эта операция вполне корректна и выполнима, тогда как после проведения гидрорыхления, гидровымыва или гидроотжима прогноз состояния горных пород выполнить не удается (не возможно). Это позволяет объективно судить об эффективности разгрузки и дегазации и разрешается инструкцией Госгортехнадзора.

Когда локальный прогноз дает опасные значения в особо сложных горно-геологических условиях, защитные мероприятия по выбросоопасным пачкам проводятся в более безопасных условиях, когда они разгружены от горного давления, значительно дегазированы. Это обеспечивает безопасность проведения мероприятий (особенно при проведении гидровымыва, бурении разгрузочных скважин и т. п.), исключает динамические проявления, инициирование выбросов, прихватов инструментов и других опасных динамических явлений. При этом при применении в качестве защитного мероприятия бурения разгрузочных опережающих скважин (см. Инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа. М. Недра, 1977, с. 83-87) по первым 5 м их проведения можно судить о завершении формирования безопасных условий, сравнивая объем Р" выбуриваемого штыба с нормативным объемом Р, образующимся при бурении шпура диаметром 43 мм, предусмотренного вышеупомянутой инструкцией для проведения прогноза.

Нормативный объем штыба Р определяется формулой

P l где l длина пробуренного шпура.

Объем выбуриваемого штыба при бурении разгрузочной скважины определяется аналогично:

P= l где d" диаметр разгрузочной опережающей скважины.

Сравнивая два эти объема, получают

; d 43 мм откуда о безопасности условий проведения выработок судят при условии

P PnPn где n коэффициент запаса, составляющий 0,1-0,15 и зависящий от структурной неоднородности угольной пачки.

Таким образом, предлагаемый способ является совокупностью реально осуществимых операций, целесообразность которых обоснована выше.

Применение независимых мероприятий отдельно против горных ударов и против внезапных выбросов, т.е. механическое суммирование известных операций, без соблюдения указанных последовательностей и параметров приводит к увеличению опасности и может явиться причиной катастрофического проявления горного и газового давления, пример которого катастрофа при отработке пласта Тройного, одновременно опасного по выбросам и ударам, на шахте "Северная" ПО "Воркутауголь", повлекшая за собой человеческие жертвы.

На чертеже схематично показано расположение разгрузочных скважин при разработке пласта, одновременно склонного к горным ударам и внезапным выбросам.

По пласту 1 проводят выработку 2. Пласт 1 состоит из удароопасной пачки 3 и выбросоопасных пачек 4 и 5, расположенных, например, ниже и выше удароопасной. Удароопасность и выбросоопасность перед началом проведения мероприятий подтверждают проведением локального прогноза, шпуры 6 для проведения которого показаны на чертеже. Затем осуществляют бурение разгрузочных скважин 7 по удароопасной пачке 3, выбирая их число и расположение таким образом, чтобы расстояние между ними не превышало четырехкратного диаметра разгрузочной скважины 7, а удаление от кровли вышележащей выбросоопасной пачки 4 или почвы нижележащей пачки 5 не превышало семикратный диаметр скважины 7. После бурения разгрузочных скважин повторно осуществляют операции локального прогноза, для которого бурят шпуры 8, и в случае безопасного значения результатов прогноза начинают проходку. В случае опасного значения проводят защитное локальное мероприятие, например гидровымыв, увлажнение, бурение разгрузочных скважин и т.п. При этом бурение разгрузочных скважин ведут со сравнением объема выбуриваемого штыба Р" со значением нормативного объема P Pn и если значения этого объема удовлетворяют условию

P P0,85 то состояние окружающего массива считают безопасным и бурение разгрузочных скважин прекращают.

Способ поясняется примером из практики работы шахты "Воркутинская" ПО"Воркутауголь".

Штрек сечением 9 м², шириной 3,5 м проводили по пласту Тройной, состоящему из удароопасной пачки 3 мощностью 1,2 м, разделенной прослойками углистого аргиллита 0,2 м, и выбросоопасных пачек 4 и 5, залегающих одна в почве мощностью 0,5 м, а другая в кровле мощностью 0,3 м.

Для обеспечения безопасности проходки осуществляли бурение разгрузочных скважин 7 диаметром 200 мм по середине удароопасной пачки 3. Для обеспечения надежности создания разгрузки на выбросоопасных пачках 4 и 5 бурили ряд скважин через расстояние, равное четырем диаметрам, через 0,8 м. Удаление до кровли вышележащей пачки составило 1,1-1,4 м (семикратный размер скважины 7), а в почву 1,3-1,4 м, что позволило судить об эффективной разгрузке и дегазации выбросоопасных пачек. Для подтверждения этого повторяли локальный прогноз, который во всех случаях, кроме одного, в месте пликативного тектонического нарушения в верхней выбросоопасной пачке пласта давал безопасные значения. В месте, где локальный прогноз дал опасное значение, начали бурить опережающие скважины в соответствии с 267 инструкции диаметром 200 м. Пробурили две скважины глубиной по 5 м, так как значение набуриваемого штыба составляли 87 м с второго метра, 140 м с четвертого метра, что в пересчете на диаметр 43 мм составило на 2 м

870,85 3 л/м 4л/м а на 4 м

1400,85 4,7 л/м 6л/м приведенные по номограмме в инструкции. Скорость проведения выработки увеличилась в 2 раза, при бурении разгрузочных и опережающих скважин не было зажатий инструмента, динамических и газодинамических явлений.

Таким образом, реализация способа обеспечивает безопасность проходки и проведения защитных мероприятий, сокращает трудозатраты на них и увеличивает темпы проходки.