авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

«М И Н И С ТЕРС ТВО ПРО М Ы Ш ЛЕН НО СТИ И Э Н ЕР ГЕТ И К И РОССИЙСКО Й ФЕДЕРАЦИИ Р О С С И Й С К А Я А КА Д ЕМ И Я НАУК НАУЧ Н О -И ССЛ ЕД О ВАТЕЛ ЬСКИ ...»

-- [ Страница 2 ] --

Рис. 5. Методы и средства прогноза геодинамической опасности -36 Естественно, что изучаемые процессы, виды и способы наблюдений определяются степенью опасности и площадью контролируемого участка.

Почти пять лет ведутся постоянные наблюдения за геодинамическим состоянием горного массива при затоплении шахт на полигоне в Анжерском районе Кузбасса.

В настоящее время создается Региональный центр геодинамического и сейс­ мического контроля (РЦГСК) на Воркутском месторождении. Реализован первый этап программы - введена в опытную эксплуатацию сейсмостанция на шахте «Ком­ сомольская». Сейсмическая сеть из 12-ти датчиков установлена в соответствии с ранее выделенными ТНЗ и ГОЗ. Всего через два года в единое информационное пространство - горно-геодинамическую модель - будет поступать информация от 42-х сейсмодатчиков, расположенных на различных участках месторождения.

В обеспечении геодинамической безопасности при освоении угольных ме­ сторождений особое место занимают работы и мероприятия, осуществляемые на стадии планирования порядка и последовательности отработки пластов. Чем полнее используется информация о структурных и геодинамических особенно­ стях массива горных пород всего месторождения при рассмотрении и разработке проектно-планировочных решений для конкретной площади шахтного поля, тем выше будет эффективность и безопасность при эксплуатации. Как правило, за­ пасы угольного месторождения добываются несколькими шахтами независимо одна от другой и при этом зачастую на смежных площадях. Этим обусловливается возрастание роли регионального прогнозирования и управления геомеханическим состоянием массива горных пород в масштабах всего угольного месторождения, как эффективного способа обеспечения геодинамической безопасности недр, при­ званного обеспечить взаимное согласование высокопроизводительных горных работ на всех эксплуатируемых шахтах с устойчивостью природно-техногенной системы месторождения в целом. С учетом этого требования в проектах и схе­ мах планирования горных работ особое место должен занимать региональный уровень, на котором определяются концептуальные решения по раскройке ме­ сторождения на шахтные поля, определению их границ и порядок выемки запа­ сов, исходя из требований экономической целесообразности и геодинамической безопасности (рис. 6). Раскройка месторождения, последующее формирование и планирование развития фронта очистной выемки запасов должны быть реализо­ ваны на основе геодинамического моделирования.

После раскройки месторождения с помощью горно-геодинамических мо­ делей для каждого шахтного поля производится геометризация ГОЗ и их диффе­ ренциация по степени опасности (см. рис. 6, II уровень мероприятий). С этой целью проводятся исследования по изучению параметров газодинамического состояния отдельных выемочных блоков, строятся прогнозные карты напряже­ ний и газопроницаемости при разных вариантах развития в этих блоках очист­ ных работ.

Комплекс мер для конкретных шахт разрабатывается индивидуально с учетом геологического строения и физико-механических свойств породного массива. В его состав входят схемы и способы регионального управления со­ стоянием массива, в том числе:

37 Рис. 6. Мероприятия по обеспечению геодинамической безопасности - оптимальный, обеспечивающий наибольший эффект защитного дейст­ вия, порядок отработки пластов в свите;

- разработка стартовых защитных пластов, опасных по геодинамическим явлениям, с применением опережающей региональной гидрообработки массива;

- последовательная отработка пластов с обеспеченной полной защитой;

- очередность отработки пластов с неполной защитой с дополнительными мерами по их дегазации в зонах разгрузки или региональной гидрообработки;

- прогнозная оценка напряженного состояния массива пород около очистных выработок и состояния тектонических нарушений в зоне влияния горных работ. ' На локальном уровне выемочных участков ( см. рис. 6, Ш уровень) мероприя­ тия по обеспечению геодинамической безопасности направлены на уточнение гра­ ниц ГОЗ и выполняются с применением различных способов оценки степени ударо и выбросоопасности (геомеханические, геофизические, расчетные и т. п.).

Таким образом, созданы научно-методические основы управления геоди­ намической безопасностью. Использование комплекса мощных современных программно-технических средств позволяет на практике достаточно надежно и точно установить и контролировать геодинамическое состояние участков уголь­ ных месторождений, производить как качественные, так и количественные оценки уровня опасности геодинамических явлений. Освоенные методики про­ ведения исследований на основе объемной геодинамической модели угольного месторождения позволяют получить исчерпывающую информацию о природно­ техногенных факторах, имеющих непосредственное отношение к возникнове­ нию горных ударов и внезапных выбросов.

В современном понимании проблема обеспечения геодинамической безо­ пасности, по существу, заключается в определении множества возможных соче­ таний природно-техногенных факторов, оценке параметров их влияния и вели­ -38 чин действующих в массиве горных пород горного и газового давления, с кото­ рыми связаны проявления горных ударов и внезапных выбросов, выборе адек­ ватных профилактических мероприятий, реализации этих мероприятий с техно­ логическим контролем их выполнения и оценки эффективности. А так как ре­ шение этих взаимосвязанных вопросов осуществляется на разных уровнях в соответствии с единой системой управления геодинамической безопасностью, с мониторинговыми наблюдениями в реальном масштабе времени, то без специ­ альных средств автоматизации уже не обойтись. Поэтому актуальными являют­ ся работы по созданию автоматизированной системы управления геодинамиче­ ской безопасностью на угольной шахте.

Следует отметить, что отечественная нормативная база в части оценки геоди намического состояния недр угольных месторождений не соответствует современ­ ным требованиям обеспечения промышленной безопасности. Поэтому, с учетом изложенного, целесообразна разработка общего технического регламента для обес­ печения преемственности результатов работ в области управления геодинамиче­ ской безопасностью при разработке месторождений полезных ископаемых на раз­ ных масштабных уровнях. Также назрела необходимость в разработке специальных технических регламентов для угольных шахт и типовых технологических регламен­ тов по проблеме разработки ударо- и выбросоопасных угольных пластов.

2005 ВНПМП УДК 622.831.322:622.831. А. В. ЛЕБЕДЕВ, В. А. РУДАКОВ (НЦ ВостНИИ) П Р О ГН О З И П Р Е Д О Т В Р А Щ Е Н И Е ГА З О Д И Н А М И Ч Е С К И Х Я В Л Е Н И Й НА Ш А Х Т А Х КУЗБ А С С А В Кузбассе в период с 1943 по 2005 гг. на десяти угольных месторождени­ ях (21 шахта) при ведении горных работ произошло 196 внезапных выбросов угля и газа на 53-х шахтопластах. Динамика внезапных выбросов угля и газа на шахтах Кузбасса за период с 1995 по 2005 гг. показана в табл. 1 (в числителе количество внезапных выбросов, в знаменателе - число пострадавших).

Та б л ица Динамика внезапных вы бросов угля и газа на шахтах Кузбасса (1995-2005 гг.) Шахты 1999 2000 2004 I 1997 1998 2001 2002 2003 1995 Кольчугинской 0 0 0 0 1/1 0 2/0 1/2 4/ 0 серии Балахонской 0 0 0 1/2 1/4 1/1 7/ 2/15 2/6 0 серии 0 0 0 1/2 1/1 11/ Кузбасса 2/6 2/5 0 2/ 2/15 Как представлено в табл. 1, в Кузнецком бассейне за указанный период в пяти каменноугольных месторождениях на семи шахтах и восьми шахтопластах произошло 11 внезапных выбросов угля и газа, при этом смертельно травмиро­ ван 31 человек. По состоянию на 1 ноября 2005 г. в Кузнецком угольном бассей­ не в 13-ти каменноугольных месторождениях на 21-й шахте разрабатывалось выбросоопасных и 88 угрожаемых шахтопластов (таблицы 2, 3).

Исследование НЦ ВостНИИ газовых характеристик выбросоопасных уча­ стков угольных пластов и установление предельных значений природной газо­ носности угольных пластов позволяет оценивать верхнюю границу появления внезапных выбросов по критическим значениям газоносности [1,2].

Анализ геологических условий проявления газодинамических явлений в Кузбассе позволил установить, что угольные пласты приобретают склонность к выбросам при газоносности более 11 м3/т с. б. м., а минимальные критические значения природной газоносности зависят от степени метаморфизма, петрогра­ фического состава и прочностных свойств участка угольного пласта [3].

- 40 Таблица Количество угольны х шахт Кузбасса, разрабатывающих склонные к внезапным выбросам угля и газа пласты (по состоянию на 01.11.2005 г.) Количество шахтопластов Месторождение Количество шахт опасных угрожаемых Березово-Бирюлинское 2 3 Чертинское 1 3 Киселевское 1 2 Прокопьевское 5 30 Есаульское 1 0 Антоновское 2 0 б Байдаевское 2 3 Шелканское 1 1 Алардинское 1 0 Сибиргинское 1 0 Томское 1 1 Ольжерасское 2 1 Распадское 1 0 Кузбасс 21 44 Таблица Распределение газодинамических явлений по месторождениям, подсериям и сериям Количество Месторождение, серия шахт шахтопластов ГДЯ с ГДЯ сВВУГ с ГДЯ сВВУГ ГДЯ ВВУГ Чертинское 3 2 9 4 64 Байдаевское 2 2 5 3 8 Шелканское 2 1 3 3 6 Ильинская 7 5 17 10 17 Кольчугинская 7 5 17 10 17 Анжерское 2 1 5 2 Березово-Бирюлинское 3 3 5 23 Нижнебалахонская 5 4 9 7 40 Кемеровское 4 1 5 5 130 Киселевское 4 1 6 2 13 Прокопьевское 9 7 23 22 78 Араличевское 2 2 3 5 8 Сибиргинское 1 I Томское 1 2 Ольжерасское 2 1 2 1 15 Верхнебалахонская 23 12 42 35 247 Балахонская 28 16 51 42 287 Кузбасс 35 21 68 52 304 41 При этом просматривается статистическая связь между количеством шахт и шахтопластов, на которых регистрировались газодинамические явления со стратиграфическими структурами при сопоставимых объемах разработки уголь­ ных месторождений (см. табл. 3).

Как видно из табл. 3, более 90 % газодинамических явлений и внезапных выбросов произошло при разработке угольных пластов балахонской серии, от­ личающихся большей степенью метаморфизма и повышенным содержанием инертинига (фюзинита).

Установлена взаимосвязь природной газоносности угольных пластов, при которой произошли газодинамические явления, в том числе внезапные выбросы угля и газа, с региональными геологическими факторами.

Исходным материалом для оценки критической природной газоносности послужили данные, характеризующие выбросоопасные участки угольных пла­ стов в шахтах Анжерского, Кемеровского, Беловского, Прокопьевско-Киселев ского, Араличевского, Байдаевского, Осиновского и Томь-Усинского геолого­ экономических районов Кузбасса [4]. Эта информация характеризует весь диа­ пазон изменения геологических условий проявления внезапных выбросов, про­ изошедших в горных выработках шахт Кузбасса.

Результаты исследований позволили установить взаимосвязь критической газоносности угольных пластов со следующими региональными геологическими факторами:

Н5 - глубина залегания поверхности метановой зоны (глубина заложения изогазы 5 м3/т), м;

grad х - градиент нарастания природной газоносности угольного пласта от поверхности метановой зоны на первые 100 м, м3/т;

Vd f - выход летучих веществ из угольного пласта, залегающего в зоне ме­ a тановых газов, %;

F - содержание инертинита (фюзинита) в угольном пласте, %.

В результате статистической обработки получена зависимость критиче­ ской газоносности от совокупности геологических факторов в виде:

Полученная зависимость использована для прогноза критической газонос­ ности угольных пластов с целью выявления опасных по газодинамической актив­ ности участков угольных пластов ниже критической выбросоопасной глубины.

Анализ результатов прогноза критической газоносности и работ НЦ Вост НИИ по установлению критических глубин появления внезапных выбросов угля и газа при разработке угольных пластов на шахтах Кузбасса указывает на сопоста­ вимость оценок с фактическим проявлением выбросоопасности и возможность использования полученной зависимости для выявления опасных и неопасных уча­ стков угольных пластов ниже критической выбросоопасной глубины.

Угли балахонской серии охватывают всю гамму марок углей от газовых до антрацитов в пределах I— стадий метаморфизма с изменением значений выхо­ IX да летучих веществ от 5-7 до 35-38 %.

Уголь кольчугинской серии располагается в пределах относительно узкой группы марок Д, Г, Ж и изменяется по степени метаморфизма от I до III— с IV изменением значений выхода летучих от 27-29 до 4СМ2 %.

Сравнивая метаноносность угольных пластов балахонской и кольчугин­ ской серии, следует отметить, что на сопоставимых осваиваемых и разведывае­ мых глубинах угольные пласты балахонской серии характеризуются более вы­ сокой метаноносностью, чем угли кольчугинской серии. Повышенная метано­ носность угольных пластов балахонской серии по сравнению с кольчугинскими объясняется более высокой степенью метаморфизма.

Анализ материалов по природной газоносности угольных пластов в пределах полей шахт Кузбасса и установленных НЦ ВостНИИ для большинства шахт крити­ ческих глубин появления внезапных выбросов угля и газа при разработке угольных пластов позволил определить пределы критических значений природной газоносно­ сти для месторождений балахонской и кольчугинской серий Кузбасса.

Участки угольных пластов балахонской серии не выбросоопасны, если их природная газоносность менее Х = 13-17 м3 /тс. б. м.

Минимальные значения критической газоносности X = 13 м3/т с. б. м.

угольных пластов соответствуют угольным пластам с выходом летучих веществ из угля 20-24 % в Кемеровском и Прокопьевско-Киселевском геолого-экономи ческих районах.

Угольные пласты с отощенными углями, имеющими выход летучих 10 18 %, предельные значения природной газоносности в области критических вы­ бросоопасных глубин составляют^" = 14-16 м3/т с. б. м.

В Бунгурском, Араличевском, Шушталепском и Алардинском месторож­ дениях пласты с отощенными маркам угля при выходе летучих веществ 10-18 % имеет в области критических выбросоопасных глубин, предельные значения природной газоносности в интервале Х = 14-17 м3/т с. б. м.

Угольные пласты кольчугинской серии не выбросоопасны, если их при­ родная газоносность Х 17-24 м3/т с. б. м. При этом меньший предел природной газоносности угольных пластов X = 17-19 м3/т с. б. м соответствует месторож­ дениям казанково-маркинской свиты: Карагайлинскому, Чертинскому, Шелкан скому и Распадскому.

Более высокие критические значения природной газоносности угольных пластов Х = 20-24 м3 с. б. м соответствуют месторождениям ускатской, ленин­ /т ской и грамотеинской свит: Ленинскому, Егозово-Красноярскому, Беловскому, Есаульскому, Антоновскому, Байдаевскому и Кушеяковскому.

На основании разработанного НЦ ВостНИИ метода оценки выбросоопас ности угольных пластов по геологоразведочным данным даются заключения о потенциальной выбросоопасности как самостоятельных структурно-тектониче­ ских элементов шахтных полей, так и отдельных участков угольных пластов.

Это позволяет уточнять критическую выбросоопасную глубину как для одиноч­ ных угольных пластов, так и для свит сближенных пластов.

В девяностые годы прошлого века для действующих шахт Кузбасса по ре­ зультатам исследований НЦ ВостНИИ были дифференцированно определены критические по внезапным выбросам глубины ведения горных работ. В качестве -43 абсолютного эффекта этих НИР явился факт установления критических выбро­ соопасных глубин разработки угольных пластов в пределах полей действующих шахт Ленинского и Ерунаковского геолого-экономических районов на уровне нижних границ подсчета запасов.

Уже в новом тысячелетии по результатам исследований НЦ ВостНИИ для шахт «Сибирская», «Физкультурник», «Первомайская», «Конюхтинская Юж­ ная», «Романовская-1», «Заречная», «Листвяжная», «Грамотеинская», «Чертин ская Южная», им. Дзержинского, «Котинская», «Таллинская Западная-1», «Тал­ линская Западная-2», «Большевик», «Юбилейная», «Кушеяковская», «Распад­ ская» и «Томусинская 5-6»;

для участка подземных работ «Березовский» и разрезов «Сибиргинский» и «Ольжерасский» установлены критические выбро­ соопасные глубины по нижним границам горных отводов этих шахт.

Корректное уточнение критических выбросоопасных глубин для вышена­ званных шахт позволило исключить необоснованное применение локального и текущего прогнозов выбросоопасности при проведении горных выработок в те­ чение последних пяти лет и в ближайшем десятилетии.

Десятилетний опыт ведения горных работ с этими критическими глубина­ ми на угрожаемых и выбросоопасных пластах показал высокое совпадение ре­ зультатов регионального прогноза с фактическим проявлением газодинамиче­ ской активности угольных пластов Результаты прогноза потенциальной выбросоопасности угольных пластов используются при составлении совместных ежегодных приказов Управления по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по Кемеровской области и угольных компаний и шахт Кузбасса «Об утверждении перечня и по­ рядка отработки выбросоопасных и угрожаемых пластов».

Вторым направлением реализации разработанного НЦ ВостНИИ метода оценки выбросоопасности угольных пластов по геологоразведочным данным является выявление невыбросоопасных участков угольных пластов ниже крити­ ческих выбросоопасных глубин.

По результатам исследований НЦ ВостНИИ в последние пять лет были понижены критические глубины с 250 до 350 м и до 430 м для участков выбро­ соопасного пласта XXVII шахты «Первомайская»;

с 300 м до 600 м для участков угрожаемого по выбросам пласта Е5 шахты «Тайжина»;

участков пласта IV-V до нижних границ горных отводов шахт «Усинская» и им. Ленина.

Третьим направлением реализации разработанного НЦ ВостНИИ ком­ плексного метода оценки выбросоопасности выемочных угольных пластов явля­ ется выявление выбросоопасных зон угольных пластов в пределах оконтурен­ ных выемочных участков ниже критических выбросоопасных глубин и концен­ трации противовыбросных мероприятий в локализованных зонах.

В результате было выявлено несколько локальных выбросоопасных зон, где при ведении очистных работ необходимо применение противовыбросных мероприятий. Объем выбросоопасных зон не превысил десятипроцентного по­ рога. Предложенные противовыбросные мероприятия позволили предупредить проявление газодинамической активности в очистных забоях.

В период проводимых в угольной промышленности реформ ЦН ВостНИИ считает, что комплексное решение проблемы газодинамической опасности по -44 всем ее видам и объектам проявления возможно в условиях темпов ведения гор­ ных работ, обеспечивающих рентабельность шахт.

Наиболее значительным результатом работы является двухэтапный метод текущего контроля за выбросоопасностью при проведении подготовительных выработок. Метод разработан при участии ИУУ СО РАН и КемГУ. Позволяет обеспечить высокую надежность оценки выбросоопасности при прогнозе и по­ сле локальной противовыбросной обработки призабойной части пласта за счет измерения газодинамических характеристик не только в остановленном забое, но и в процессе его подвигания, при котором возможно увеличение степени вы­ бросоопасности.

Метод предназначен для своевременного установления впереди забоев подготовительных выработок зон, опасных по газодинамическим явлениям, с конкретизацией опасности по видам явлений: внезапным выбросам угля и газа, внезапным обрушениям угля с попутным газовыделением, суфлярным выделе­ ниям газа и аномальным газовыделениям при отбойке угля в забое. В зависимо­ сти от вида газодинамической опасности выбираются способы предотвращения газодинамических явлений.

Для оценки выбросоопасности в движущемся забое используются новые ав­ томатизированные методы контроля за газодинамическим состоянием массива - с помощью аппаратуры контроля метана АКМ или с помощью аппаратуры кон­ троля амплитудно-частотных акустических характеристик АК-1.

Метод внедрен на шахте «Первомайская» ОАО УК «Кузбассуголь» при проведении подготовительных выработок по выбросоопасному пласту XXVII в наиболее сложных горно-геологичеких условиях. Разработка защищена патен­ том России.

Разработан и внедрен комплекс мер по предупреждению внезапных вы­ бросов угля и газа при очистной выемке на опасных и угрожаемых по внезап­ ным выбросам угля и газа пластах.

Комплекс мер по предупреждению внезапных выбросов угля и газа в очи­ стных забоях угольных шахт основан на осуществлении прогноза выбросоопас­ ности и приведении выбросоопасных участков и зон в неопасное состояние пре­ имущественно на предшествующих очистной выемке этапах горных работ и ис­ пользовании геофизических методов оценки состояния массива. Благодаря этому при ведении очистных работ на опасных и угрожаемых по внезапным вы­ бросам угля и газа пластах обеспечивается сохранение высоких нагрузок на очи­ стные забои.

Выполнен также ряд других работ и в результате создана комплексная технология по прогнозу и предотвращению внезапных выбросов угля газа и дру­ гих газодинамических явлений на современных угольных шахтах. Результаты работ являются основой для дальнейшего развития исследований по проблеме борьбы с газодинамическими явлениями на угольных шахтах с увеличением глубины горных работ, требующим постановки и решения все новых задач.

Комплекс мер включает оценку потенциальной выбросоопасности участка угольного пласта в пределах конкретного выемочного столба с учетом результа­ тов текущего прогноза выбросоопасности в оконтуривающих выработках, ана­ -45 лиза динамики газовыделения по диаграммам АГЗ или авоматизированных сис­ тем типа «Микон» или «Трансмитн», корректировки горно-геологического про­ гноза и томографической обработки результатов геофизических исследований.

Шахтные геофизические исследования выполняет специализированная группа сотрудников НЦ ВостНИИ с использованием электроразведочных стан­ ций СЭР-1 или ШЭРС-5М и шахтной сейсмической станции ШСС-1 «Дружба».

Приведение потенциально выбросоопасных участков в пределах выемочно­ го столба в неопасное состояние осуществляется заблаговременно. Благодаря это­ му при ведении очистных работ на опасных и угрожаемых по внезапным выбро­ сам угля и газа пластах обеспечивается сохранение высоких темпов добычи угля.

Разработанный метод позволяет с достаточной точностью выявить текто­ нические нарушения и установить границы потенциально выбросоопасных уча­ стков в контуре выемочного столба на стадии проведения подготовительных выработок для региональной противовыбросной обработки пласта в опасной зоне, ограничения параметров подвигания забоя и локальных способов предот­ вращения внезапных выбросов угля и газа.

Исследования и опыт ведения горных работ показали, что внезапные вы­ бросы угля и газа происходят в зонах нарушенных углей (трещиноватых или перемятых), приуроченных к местам распространения пликативных и дизъюнк­ тивных нарушений [3].

Для выявления этих участков проводятся геофизических работы методами электроразведки и сейсморазведки - дипольного электропросвечивания [5] с за­ землением электродов в непосредственные кровлю и почву пласта и сейсмо­ просвечивания [6, 7], т. е. классические «активные» способы наблюдений с ис­ пользованием искусственных источников возбуждения электрического и сейс­ мического полей. При любой геометрии наблюдений требуется организация методики многократных перекрытий (МПП). Возможны как двумерная (2D), так и трехмерные (3D) наблюдения и обработка. При обработке материалов исполь­ зуются классические методы двумерной компьютерной томографии [8].

Комплекс мер по предупреждению внезапных выбросов угля и газа в очи­ стных забоях реализован в 1995-2005 гг. на 23-х шахтах (в том числе «Физкуль­ турник», «Первомайская» и «Березовская», «Новая» ОАО УК «Кузбассуголь»;

«Чертинская-Коксовая», «Листвяжная» ОАО УК «Сибирьуголь»;

«Красногор­ ская», им. Ворошилова, «Коксовая» ООО УК «Прокопьевскуголь»;

«Ульянов­ ская», «Есаульская», «Абашевская», «Юбилейная», «Кушеяковская», «Осинни ковская», «Алардинская» и «Томская» ОАО ОУК «Южкузбассуголь»;

самостоя­ тельных шахтах № 12, «Распадская», «Полосухинская» и «Антоновская») при отработке ниже критических по внезапным выбросам глубинах 96-ти выемоч­ ных столбов с суммарной добычей более 53 млн т (табл. 4).

Таким образом, за период с 1995 г. проведено геофизическое обследование 96-ти выемочных участков в пределах 46-ти шахтопластов на 23-х шахтах в 15-ти месторождениях Кузбасса на суммарной площади выемочных участков более 11 км2 с промышленными запасами более 53 млн т. Общая площадь об­ следованных выемочных участков составила более 11 км2 с промышленными запасами 53, 6 млн т. При этом в пределах кольчугинской серии обследовано - 46 Таблица Выемочные столбы, для которых производилась оценка потенциальной выбросоопасности с использованием геофизических методов исследований Промыш­ Площадь вы­ Вынимае­ ленные Пласт Выемочные участки • емочных уча­ мая мощ­ Шахта запасы, стков, м2 ность, м млн т 1, 0,030 0, «Физкультурник» Коксовый 15- 0,048 2,78 1, XXI 22, «Первомайская»

0,524 2,20 5, XXVII 726, 726, 7 3,3 1,6 1,3 0,144 3,00 0, «Бирюлинская» XXI 0,126 2,93 0, 7-10, 77, «Березовская» XII 4, 836,818 0,344 1, «Листвяжная» Сычевский 0,334 2,61 1, «Чертинская- 3 347, 359, Коксовая» 0,632 2,05 1, 563, 544, 565, 2,08 0, 515,517 0, «Новая» Квершлаги: соедини­ 4,37 0, 0, Характерный тельный север, юг;

№ Квершлаги: № 3 юг, 0,178 9,48 2, Г орелый север;

№ 5 север, юг;

№ № 1 север, юг К верш лаги:'№ 1север:

5,83 0, 0, Прокопьевский № 3 юг;

№ 5 север 8,80 0, Квершлаг № 3 север, юг 0, Мощный 8,0 0, III-IV Внутренний Квершлаг № 2 юг 0, «Красногорская»

5,5 0, I и II Внутренние Квершлаг № 2 север 0, 2, 0,016 0, II Внутренний Квершлаг № 10 север Квершлаг № 10 север, 2,44 0, Характерный юг, № 108 север, юг, 0, № Квершлаги: № 10 юг;

Им. Ворошилова 7,77 0, 0, Г орелый № 19бис, № Квершлаги: № 12 юг;

3,60 0, 0, Лутугинский № 10 юг 13, 0,021 0, Мощный Квершлаг№ 6 север Квершлаги № 1 юг, «Коксовая»

0,122 16,00 2, № 15 юг, 2 крыло 3,40 1, 3 1,3 3,3 5 0, «Антоновская» 2, 0,562 2, 29а 29, «Есаульская»

4, 1,156 2, 26а 1 7,1 9,2 1,2 0,758 2,80 2, 3 1 6,3 1 7,3 1 2, 0,086 0, «Полосухинская» 29а 2,07 1, 0, 26а 34, 2,41 0, 26-34 0, 26а 1,77 0, 0, «Абашевская» 16- 1,44 0, 0, 14 11, 0,237 1,85 0, 25- «Юбилейная»

1,56 0, 0, 16- 1, 0,296 3, 67- «Кушеяковская» 1, 0,540 2, «Ульяновская» 50 50- -47 Окончание табл. Промыш­ Площадь вы­ Вынимае­ ленные Шахта Пласт Выемочные участки емочных уча­ мая мощ­ запасы, стков, м2 ность, м млн т Е-5 4154, 1155 0,440 2,72 1, «Осинниковская» Е-1 11114, 11115 0,487 1,74 0, К -Г +н 1, 22113,22112, 22111 0,432 3, 3 -3 “ 3-1-26, 3-1-27, 3-30 0,061 3,75 2,, «Алардинская»

21 21150 запад, восток 0,077 3,90 0, 0,0 9 III 3-1-20 4,00 0, «Томская» IV -V 4-1-10 0,090 4,00 0, 6 - 1- VI 0,095 2,53 0, 03118b. 03120b Им. Ленина III 0,072 4,00 0, «Распадская» 6а-6 0, 5а-6-16 4,50 2, 42 выемочных участка в пределах 22-х шахтопластов на 12-ти шахтах в восьми каменноугольных месторождениях на суммарной площади выемочных участков более 9,0 км" с промышленными запасами более 30 млн т. В пределах балахон­ ской серии обследовано 54 выемочных участка в пределах 24-х шахтопластов на 11-ти шахтах в семи каменноугольных месторождениях на суммарной площади выемочных участков более 2 км2 с промышленными запасами более 13 млн т.

Алгоритмы и технологии обработки и интерпретации данных в сейсмиче­ ской и электроразведочной томографии, используемые в пакете прикладных программ ВостНИИ, можно разделить на четыре группы: предварительной, то­ мографической, интерпретационной обработки, и визуализации.

Алгоритмы и технологии предварительной обработки предназначены как для извлечения входных данных для томографического преобразования из ис­ ходных геофизических данных, так и необходимого расчета геометрии наблю­ дений. В эту группу можно отнести считывание исходных данных в различных форматах записи;

предварительную редакцию и фильтрацию данных;

получение исходных и вспомогательных данных (амплитуд, времен, сопротивлений гео­ метрии наблюдений) из других пакетов стандартной сейсмической обработки;

программы томографической обработки. Последнее предполагает получение томограмм с использованием итерационных алгоритмов.

Технология интерпретационной обработки включает построение карт по двумерным томограммам, направленное на эффективный визуальный анализ.

При этом пакет программ имеет собственный модуль двумерной визуализации.

На картах выделяются аномальные участки. Выделенные аномальные уча­ стки наносятся на планы горных работ и увязываются с горнотехническими и геологическими данными. Увязка материалов наблюдений с горнотехническими данными позволяет выявить трещиноватость техногенного характера, выделить зоны повышенного горного давления от целиков, оставляемых для сохранения горных выработок, влияние краевых частей угольного массива.

Отработка угольного пласта в пределах потенциально выбросоопасных участков, установленных по геофизическому фактору, осуществляется в соот -48 ветствии с «Руководством по предупреждению внезапных выбросов угля и газа в очистных забоях угольных шахт» (Кемерово: НЦ ВостНИИ, 2002. - 34 с.).

П р и м е р. По данным шахтных геофизических измерений построены томограммы, одна из которых приведена на рисунке. На томограмме в пределах контура лавы 31, пласта XXVII, ОАО «Шахта Первомайская» выявлены зоны, характеризующиеся резким изменением электросопротивления угольного пласта и вмещающих пород.

0.065 0.650 0.780 0. 0.130 0.195 0.260 0.325 0.390 0.455 0.520 0.595 0.715 0.910 0. 0.225 Конеейерный штрек лавы 31, пласта XXVII Н аруш енная зона 10.015 I Р а сст о ян и е е хм. Н енаруш енная зона Томограмма разности потенциалов, полученная по результатам электропросвечивания вто­ рой части выемочного столба 3I Анализ результатов шахтных геофизических исследований, проведенных в выемочном столбе 31, в сопоставлении с ранее полученными геофизическими материалами в выемочных столбах 726, 735 и отработки первой части выемоч­ ного столба 31 пласта XXVII, позволяет сказать следующее:

- разрывных нарушений в контуре исследованного участка второй части выемочного столба 31 нет;

- наблюдаются изменения физических свойств угля и вмещающих пород, обусловленные проявлениями пликативной тектоники и внутрипластовых дис­ локаций.

На томограмме заметны изменения структуры угля и вмещающих пород как по простиранию пласта, так и вкрест простирания. На томограммах светлые участки пласта XXVII, характеризующиеся более высокими изменениями элек­ тросопротивления, отождествляются с заметной изменчивостью прочностных и коллекторских свойств пачек угольного пласта. При отработке этих участков наблюдается повышение газообильности в два раза по сравнению с темными участками. Этот факт в дальнейшем будет использоваться для выбора опти­ мальной схемы дегазации выемочного участка.

49 ЛИТЕРАТУРА 1. Дмитриев А. М. К методике определения граничных условий выбросоопасно сти по газовому фактору / А. М. Дмитриев, Г. В. Бодня // Выбросоопасность угольных пластов / ИГД им. А. А. Скочинского. - М., 1980. - С. 98-101.

2. Зубарев Ю. П. О природной газоносности выбросоопасных угольных пластов Донбасса / Ю. П. Зубарев, Б. А. Лысиков // Разработка месторождений полезных иско­ паемых. - Киев, 1978.-С.15-17.

3. Чернов О. И. Прогноз внезапных выбросов угля и газа / О. И. Чернов, В. Н. Пу зырев. - М.: Недра, 1979. -296 с.

4. Региональный прогноз выбросоопасности угольных пластов Кузбасса / В. А. Кну ренко, В. А. Рудаков, П. В. Егоров. - Кемерово: АГН.1997. -120 с.

5. Методические указания по шахтной электроразведке малоамплитудных на­ рушений угольных пластов / Сост. В. Ф. Матюшечкин, А. М. Баженов и др. - Л., 1986.

6. Методическое руководство по разведке тектонических нарушений в Кузбассе методами шахтной сейсморазведки. - Октябрьский, БашАССР, 1981.

7. Мясников Ю. Г., Анцыферов А. В. Технология шахтной сейсморазведки с использованием цифровых суммирующих сейсморазведочных станций типа 111СС. Раз­ ведка разрывных нарушений впереди забоя одиночной подготовительной выработки. Донецк: УфВНИМИ, 1987.

8. Сейсмическая томография. С приложениями в глобальной сейсмологии и разведочной геофизике: Пер. с англ. / Под ред. Г. Нолета. - М.: Мир, 1990.

2005 ВНПМП УДК [622.831.32+622.831,322](083.75) Я Я КАРЕЛИН (Печорское межрегиональное Управление по технологическому и экологическому надзору) С О О Т В Е Т С Т В И Е Н О Р М А Т И В Н О Й БАЗЫ В О Б Л А С ТИ П Р Е Д О Т В Р А Щ Е Н И Я ГО РН Ы Х У Д А Р О В И В Н Е ЗА П Н Ы Х В Ы Б Р О С О В Ф А КТИ Ч Е С К И М У С Л О В И Я М П Е Ч О Р С К О ГО УГО Л Ь Н О ГО Б А С С Е Й Н А В настоящее время добыча угля подземных способом осуществляется в Воркутинском промышленном районе на двух каменноугольных месторождени­ ях: Воркутском, где добыча ведется четырьмя шахтами («Воркутинская», «Запо­ лярная», «Комсомольская», «Северная») ОАО «Воркутауголь» и Воргашорском ОАО «Шахта Воргашорская».

Основные отрабатываемые пласты Воркутского месторождения: Мощный (3,9— м), Тройной (2,2-2,9 м), Четвертый (1,25-1,6 м) и Пятый (0,8-1,0 м) 4, склонны к газодинамическим проявлениям. Пласты Мощный и Тройной явля­ ются опасными по внезапным выбросам угля и газа и по горным ударам. Пласт Мощный в северном блоке шахты «Комсомольская», кроме того, опасен по ди­ намическим разломам почвы подготовительных выработок (ДРПВ);

Четвертый относится к угрожаемым, а на отдельных участках шахтных полей - к опасным по горным ударам. Пласт Пятый в полях шахт «Воркутинская» и «Комсомоль­ ская» категорирован как опасный по внезапным выбросам угля и газа. Особен­ ностью Воркутского месторождения является изменчивое строение разрабаты­ ваемой угленосной толщи. Для месторождения характерно расслоение (бифур­ кация) угольных пластов на самостоятельные пласты меньшей мощности. Пласт Мощный расслаивается на пласты Тройной и Четвертый. Тройной, в свою оче­ редь, в полях шахт «Воркутинская» и «Заполярная» расслаивается на пласты Двойной и Первый, которые также являются опасными по внезапным выбросам угля и газа и по горным ударам. Все шахты месторождения, кроме «Аяч-Яга», опасны по внезапным выбросам (установленная категорийность по метану).

Месторождение отличается высокой газообильностью пластов свиты. На дос­ тигнутых глубинах ведения горных работ (900-1100 м) средняя абсолютная газо обильность шахт (с учетом каптируемого метана) составляет 105,3-167,4 м3/мин, а относительная газообильность - 65,5-94,3 м3/т.

С ростом глубины ведения горных работ и увеличением отработанных шахтных полей на Воркутском месторождении существенно изменились харак­ 51 тер и интенсивность перераспределения напряжений в горном массиве. По мере приближения горных работ к оси мульды, расположенной на глубине 1100— 1200 м, возникают интенсивные динамические разрушения горного массива в ранее не проявлявшихся формах. Основными формами газодинамических про­ явлений на достигнутых глубинах ведения горных работ являются газодинами­ ческие явления (ГДЯ) комбинированного типа с разрушением угля и породы в глубине массива, ДРПВ в подготовительных выработках при их проведении и эксплуатации в зонах повышенных напряжений и расщепления пласта, а также техногенные землетрясения при отработке выемочных столбов, окруженных выработанными пространствами.

Нормативные профилактические работы, которые выполняются на шахтах ОАО «Воркутауголь» по предотвращению ГДЯ, не всегда адекватны и эффек­ тивны ввиду одновременного взаимодействия значительного количества при­ родных и техногенных факторов, формирующих ГДЯ комбинированного типа.

В нормативных документах Госгортехнадзора России, на наш взгляд, имеются ряд положений, нуждающихся в корректировке и (или) разъяснении.

Рассмотрим «Инструкцию по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам» - РД 05-328- (Сборник документов «Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах». - М., ГП НТЦ «Промышленная безопасность», 2000).

В пунктах 1.17 и 1.18 изложены положения «по функционированию сис­ темы управления безопасностью работ (СУБР) на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам». Практика показывает, что эти пункты но­ сят декларативный характер и эффективной работы эта служба не ведет. Неясно, с какой периодичностью и перед кем отчитывается служба, на основе каких нормативных документов осуществляет свою деятельность. Необходимо разра­ ботать соответствующее приложение к Инструкции, аналогично региональной комиссии по газодинамическим явлениям.

Пункт 2.3 устанавливает, что размер охранных целиков у капитальных пластовых выработок со стороны будущих выработанных пространств должен быть не менее / (зона опорного давления) и не менее предусмотренного ПБ (пункт 11.1). Однако в Правилах безопасности о размерах целиков ничего не сказано. Вообще, при определении размеров целиков в Инструкции содержатся и другие неопределенности. Рассмотрим некоторые из них.

Размеры целиков, рассчитанные на основе пункта 2.3, для пластовых ка­ питальных выработок приемлемы лишь в том случае, когда отрабатывается оди­ ночный пласт. Если же отрабатывается свита и в первую очередь отрабатывает­ ся защитный пласт (как правило, меньшей мощности, чем над- и подрабатывае­ мые пласты), то размеры охранных целиков по каждому отрабатываемому пласту будут разными. Получается, что из-за разнесенной по времени отработки пластов в свите и из-за разных размеров целиков по каждому пласту происходит неоднократное «перетаптывание» охранных целиков. Это неизбежно ведет к существенному ухудшению условий эксплуатации выработок. Действующая инструкция этого не учитывает.

-52 Размер пластовых целиков между подготовительными выработками /ц опре­ деляется из соотношения: /ц = (/л+1). Однако по этой формуле нельзя определять размер податливого целика с точки зрения удароопасности. Для шахт Воркуты размеры податливых целиков по каждому конкретному случаю выдает ВНИМИ в своих заключениях, но уже по совершенно другой формуле, с учетом НДС массива. Данных условий в Инструкции нет.

В связи с переходом на парную подготовку по ударо- и выбросоопасным пластам размеры податливых целиков между подготовительными выработками необходимо рассчитывать с точки зрения не только удароопасности, но и охра­ ны и поддержания второй (сохраняемой после прохода лавы) выработки. При­ менение целиков не более 0,1/ при условии придания им элементов податливо­ сти на стадии их формирования (бурением пластовых скважин большого диа­ метра) в условиях шахт Воркуты неэффективно, с точки зрения вентиляции, охраны и поддержания второй парной выработки после прохода лавы (рис. 3, стр. 16, 17).

Пункт 5.3 определяет глубину бурения скважин для прогноза удароопас­ ности и оценки эффективности применяемых мер. Глубина определяется равной (п+Ь), где п - ширина защитной зоны, b - подвигание забоя за цикл.

В условиях шахт Воркуты, которые ведут горные работы по пластам Мощный и Тройной, ширина зоны п равна соответственно 9 и 7 м. При мини­ мальном подвигании забоя за цикл (в пределах 2,0 м) возникают трудности при бурении прогнозных скважин, так как необходимая глубина скважин оказывает­ ся равной 11,0 и 9,0 м. При дальнейшем увеличении b бурение прогнозных скважин при существующем выборе ручных электросверл оказывается практи­ чески невозможным. Показатель b для этих пластов является сдерживающим фактором.

Пункт 5.8 устанавливает необходимость проведения ежегодного прогноза удароопасности в капитальных выработках, пройденных по удароопасным пла­ стам. В этих выработках нередко на очень больших расстояниях отсутствует электроэнергия. Для таких случаев в Инструкции не содержится указаний о ме­ тодах прогноза. Такие методы необходимо разрабатывать.

Пункт 6.2 определяет, что ширина защитной зоны при очистных работах без оставления целиков у вентиляционных штреков должна быть равна 1,3л в верхних частях очистных забоев на протяжении 0,5/. В условиях шахт Воркуты при ведении очистных работ по пластам Мощному и Тройному ширина защит­ ной зоны равна 12,0 и 10,0 м без учета показателя Ь. В этих условиях при мини­ мальном значении показателя b бурение прогнозных скважин оказывается не­ возможным.

Пункт 7.1 предусматривает проведение подготовительных выработок по опасным пластам с помощью БВР или комбайновым способом при «дистанци­ онном включении-выключении». Неясно, является ли «дистанционное включе­ ние-выключение» дистанционным управлением комбайном.

В пункте 9.3 говорится, что «зоны ПГД следует приводить в неудароопас­ ное состояние из выработок, пройденных параллельно границам этих зон».

-53 Выполнение этого пункта объективно и существенно снижает безопас­ ность работ. Образуются две передовые выработки, которые будут переходиться очистным забоем с дополнительным комплексом профилактических мероприя­ тий. Кроме того, этот пункт противоречит пункту 4.3: «при выемке пластов, склонных к горным ударам, должно быть минимальное количество передовых выработок».

В приложения 9 и 10 необходимо внести дополнения в «Параметры меро­ приятий...» по бурению пластовых разгрузочно-дегазационных скважин в зонах ПГД и незащищенных зонах по ударо- и выброопасным пластам.

Пункт 7.4 требует «на пластах, склонных к горным ударам, применять по­ датливую металлическую арочную крепь со сплошной затяжкой и тщательной забутовкой закрепного пространства». Необходимо ввести точное определение термина «сплошная».

Вообще пункт 7.4 является одним из наиболее проблемных и туманных в Инструкции по горным ударам. Второй абзац звучит следующим образом:

«Применение деревянной и податливой анкерной крепи допускается в выработ­ ках со сроком службы до 2 лет, если в них не ожидается увеличения удароопас­ ности, при наличии положительного заключения ВНИМИ». Что такое срок службы выработки и что делать, если он превысит два года?

Неясность формулировок создает многочисленные споры и служит реаль­ ным препятствием внедрению анкерной крепи.

Рассмотрим теперь «Инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа»

(РД 05-350-00).

Пункт 4.1.1 создает ту же проблему, что и пункт 7.1 Инструкции по гор­ ным ударам. Здесь вводится понятие «дистанционное управление комбайном».

В то же время в других пунктах Инструкции применяется понятие «дистанцион­ ное включение-выключение...». Следует либо определить различие этих поня­ тий, либо ввести одинаковые термины.

Общее замечание и по Инструкции по горным ударам, и по Инструкции по внезапным выбросам: при производстве гидровымыва опережающих полос­ тей насосная установка и забой должны иметь между собой телефонную связь.

Следующий рассматриваемый документ - «Инструкция по расчету и приме­ нению анкерной крепи на угольных шахтах России» (СПб.: ВНИМИ, 2000).

Пункт 2.1 (область действия Инструкции). На подавляющем большинст­ ве шахтопластов имеется ложная кровля мощностью до 0,5 м и более, которая по обрушаемости характеризуется как крайне неустойчивая и свободно обру шается вслед за проходом очистного комбайна. Поэтому соотношение между пластья М и мощности пласта тпл необходимо записать в следующей редак­ ции: «соотношение междупластья М и технологической мощности подрабаты­ ваемого пласта тТ ».

Кроме того, в пункте 2.1 не сказано о наклонных стволах.

Пункт 2.2: «Инструкция не распространяется на применение анкерной крепи... в массивах с высокими геодинамическими... напряжениями». Необхо­ димо уточнить: распространяется ли эта формулировка на участки подготови­ -54 тельных выработок, проводимых в незащищенных зонах по ударо- и выбросо­ опасным пластам.

Пункт 2.3: «применение анкерной крепи в области действия Инструк­ ции... возможно в условиях ударо- и выбросоопасных пластов... при установке на анкерах демпфирующих податливых элементов». Этот пункт противоречит пункту 2.2, который устанавливает, что анкерная крепь не может быть примене­ на в «специфических и особо сложных условиях», к которым относятся «масси­ вы с высокими геодинамическими... напряжениями».

Пункт 3.1.6 гласит: «Расчетное сопротивление пород кровли на сжатие RCK следует определять как усредненное для всех слоев пород на высоту, равную ширине выработки...» - формула (1).

Зачем использовать в расчетах усредненное значение RC, если при прове­ K дении подготовительных выработок происходит выемка слоев пород кровли, попадающих в сечение проводимых выработок, и которые не влияют на несу­ щую способность кровли /V? Несущая способность кровли N будет зависеть от тех слоев пород кровли, которые располагаются выше высоты В проводимой выработки. Вынимаемые слои пород кровли будут оказывать влияние только на устойчивость бортов выработки. При выемке одного слоя (угля) все вышележа­ щие слои пород над пластом будут влиять на устойчивость кровли, и в этом слу­ чае следует применять усредненное значение RC.K Усредненное значение /?ск справедливо при производстве расчетов для определения степени относительной напряженности стб пород и пласта, распо­ ложенных в боках выработки, для определения необходимости установки и рас­ чета параметров боковой анкерной крепи.

Пункт 8.2 фактически противоречит, так сказать, сам себе. Этот пункт дает следующее «разрешение»: «в боках, как правило, допускается возведение анкерной крепи с отставанием от проходческого забоя». Такая норма по сути отменяет крепление бортов, так как крепить их с неопределенным (то есть лю­ бым) отставанием не имеет смысла, потому что из-за вывалов крепить стано­ вится уже нечего.

В условиях шахт Воркуты такой нормативный «допуск» оказал пагубное воздействие на состояние почти всех выработок с анкерной крепью. Одна из ос­ новных причин произошедших инцидентов (завалов) в выработках с анкерной крепью - отставание крепления боков.

В Инструкции ничего не сказано о том, в каких условиях можно эффек­ тивно применять «сухое» бурение под анкеры, а в каких - «мокрое». Примене­ ние того или иного способа бурения должно напрямую зависеть от трещинова­ тости, сложности, спайности слоев между собой, то есть учитывать не только природную нарушенность (целостность) массива, но и технологическую нару шенность, вызванную над- и подработкой.

Пункт 8.6 подразумевает, что бурение скважин под анкеры производится «с учетом устойчивости пород» и «сухим» способом бурения, так как преду­ сматривает применение средств пылеподавления. Одним из отрицательных по­ следствий «мокрого» бурения, т. е. бурения с промывкой, является существен­ ное ослабление заанкерованных слоев пород кровли, нарушение спайности сло­ -55 ев и, как следствие, ослабление трещиноватых пород (особенно на участках под­ работки). «Мокрое» бурение нарушает природную устойчивость пород. Ослабле­ ние пород по контуру шпура имеет конусное направление;

основание конуса направлено к устью шпура. К моменту установки ампул и анкерного стержня массив пород претерпевает изменения, и несущая способность его становится существенно ниже заложенной в расчете.

Инструкция также не учитывает тот факт, что вмещающие породы Вор­ кутского месторождения низкотемпературные из-за влияния вечной мерзлоты.

Температура их не превышает 12°С, поэтому реакция вспенивания ампул проте­ кает иначе.

И наконец, что касается «Инструкции по выбору способа и параметров ра­ зупрочнения кровли на выемочных участках» (Л.: ВНИМИ, 1991). В этой Инст­ рукции не содержится парная подготовка выемочных столбов и не отражено применение анкерной крепи в подготовительных выработках.

Исходя из вышеизложенного, необходимо:

1) разработать с участием ВНИМИ, ВостНИИ, бассейнового института, специалистов ОАО «Воркутауголь» и ПМУ обобщенную инструкцию по борьбе и предотвращению ГДЯ для шахт Печорского бассейна с учетом всех отмечен­ ных замечаний;

2) применительно к условиям шахт Печорского бассейна переработать или дополнить действующие Инструкцию по анкерной крепи, Инструкцию по выбо­ ру способа и параметров разупрочнения.

2005 В1ШМП УДК 622. 83: [622. 831. 325 + 622. 833. 5] А. И. ВОВК, Л. А. САФОНОВА, В. Н. СОКОЛОВ (ОАО «Воркутауголь») С О В Р Е М Е Н Н Ы Е П РО Б Л ЕМ Ы Б Е З О П А С Н О С ТИ В ЕД ЕН И Я ГО Р Н Ы Х Р А Б О Т НА Ш А Х Т А Х В О РКУТЫ Воркутское месторождение обладает достаточным запасом уникальных углей, содержащих редкоземельные элементы, обеспечивающих высокое каче­ ство кокса и, соответственно, выплавку с его использованием высококачествен­ ных сталей для внутреннего и экспортного рынков сбыта. Несмотря на увеличе­ ния спроса на рынке коксующихся углей, высокая себестоимость добычи ворку тинских углей снижает их конкурентоспособность на внутреннем рынке. Она почти в 2,5 раза превышает себестоимость углей Кузбасса.

Отработка месторождения ведется от краев мульды к оси в направлении на сокращающийся массив. В настоящее время запасы месторождения отрабо­ таны в северной части мульды и работы ведутся в основном в ее средней части четырьмя шахтами: "Комсомольская", "Северная", "Воркутинская" и "Заполяр­ ная", суммарные промышленные запасы составляют 282691 тыс.т. В зависимо­ сти от потребности рынка сбыта, указанные шахты без снижения их общей про­ изводительности 7,3-7,9 млн т/год будут находиться в работе'23-28 лет.

Промышленные запасы, расположенные в южном замыкании мульды, со­ ставляют 116812 тыс. т коксующегося угля. В настоящее время по периметру месторождения располагаются как отработанные шахты, так и продолжающие отработку месторождения перечисленные шахты до положения своих нижних границ, совпадающих с осью мульды. Шахтные поля всех шахт разделены на блоки размерами по 4-6 км. Границами блоков являются геологические наруше­ ния. Текущая ситуация развития горных работ представлена на схеме (рис. 1).


Для повышения конкурентоспособности углей ОАО "Воркутауголь" раз­ работана комплексная программа по развитию горных работ, совершенствова­ нию технологических схем шахт на основе объединения их подземных и по­ верхностных комплексов в единую систему, использования технологических возможностей высокопроизводительной добывающей техники и проходческого оборудования за счет подготовки выемочных столбов парными выработками, использования многоштрековой подготовки, внедрения сталеполимерной анкер­ ной крепи в подготовительных выработках, создания единой для шахт подзем­ ной транспортной системы за счет оборудования магистральных конвейерных линий, решения вопросов проветривания и дегазации за счет сокращения под­ -57 держиваемых выработок и использования современных высокопроизводитель­ ных схем и систем дегазации. Протяженность поддерживаемых выработок уменьшится с 420 до 180 км. Общее количество воздуха, подаваемое в шахту, уменьшится с 97000 до 60000 тыс. м3/мин. Количество очистных забоев будет сокращено до четырех-пяти, т. е. в два раза. Конечным результатом технических решений является объединение шахт в одну производственную единицу с про­ изводственной мощностью до 9 млн т /год.

СХЕМА ВС № строитель^ пш в стан о!

ШАХТА «ЗАПОЛЯРНАЯ' ЦФ О «№ МОРСКАЯ' Рис.' 1. Располож ение ш ахт при сущ ествую щ ем развити и горны х работ ЦОФ «П Е ЧОРСКАЯ»

Рис. 2. Развитие горных работ при объединении шахт в единую систему Сложность решения перечисленных технологических и организационных решений диктуется сложностью геодинамической обстановки, создающейся при доработке месторождения, необходимостью использования результатов иссле­ дований ВНИМИ, Печорниипроекта, ВостНИИ и других, не нашедших отраже­ ния в существующих нормативных документах, разработка и корректировка по -58 ложений нормативных документов по геомеханике с учетом применения высоко­ производительного оборудования, новой технологии проведения и крепления и ох­ раны выработок при прогрессивных схемах подготовки и ведения горных работ.

Простое в геологическом отношении строение Воркутского месторожде­ ния при пологом залегании, выдержанной мощности пластов, отличается высо­ кой газообильностью и характеризуется сложными геодинамическими условия­ ми. На достигнутой горными работами глубине 815-1112 м газоносность уголь­ ных пластов составляет 25-28 м3 а относительная метанообильность шахт /т, 68-96 м3 Основные отрабатываемые пласты склонны к газодинамическим яв­ /т.

лениям. Крупными тектоническими разрывными нарушениями месторождение делится на блоки. Исследования блочного строения месторождения, выполнен­ ные методом геодинамического районирования для нетронутого горными рабо­ тами массива, показали, что практически по всем участкам месторождения прояв­ ляются сжимающие напряжения в субширотном и меридиональном направлени­ ях. На отдельных участках максимальные горизонтальные напряжения, направленные в субширотном направлении, достигают 1,2-1,8уЯ, а напряжения, направленные в меридиональном направлении, изменяются от 0,7 до 1,3 уН.

Согласно выполненным замерам Печорниипроектом на достигнутых глу­ бинах напряжения в массиве вне влияния ведения горных работ составляют 1,0-1,8 уН и более. Коэффициент концентрации напряжений в зонах пригрузки, расположенных на расстоянии 0,2-0,3# от фронта очистных работ, возрастает на 1,6-2,0 уЯ, в зонах тектонических нарушений (ТНЗ) от 2,4 до 4,8 уН.

Анализ напряжений, полученных на основании замеров и методом геоди­ намического районирования, показал их достаточную сходимость, что позволяет использовать данные геодинамического районирования для прогнозной оценки ожидаемых напряжений при ведении горных работ.

Выполненная оценка НДС массива и положения горных работ на отрабаты­ ваемом участке месторождения указывают на сложную геодинамическую характе­ ристику ситуации при доработке месторождения. Осложненность Воркутской мульды тектоническими нарушениями, зонами высокой литологической изменчи­ вости и приуроченность к этим зонам современно активных полей напряжений спо­ собствует распространенности на месторождении отдельных участков с аномально высокими напряжениями. Взаимодействие таких естественных полей с техноген­ ными напряжениями способствует при технологически необоснованном планиро­ вании горных работ возникновению ГДЯ различных форм.

Высокие значения естественных напряжений способствуют проявлению газодинамических явлений различных форм практически на всех отрабатывае­ мых пластах. Так, за 1950-1993 гг. на месторождении произошло 267 внезапных выбросов, 86 % которых произошло в подготовительных выработках, остальные в очистных забоях. В течение 1950— 1967 гг. произошло 88 % от всего количества внезапных выбросов;

за 1968-1984 гг. - 11,6 %;

за 1975-1999 гг. произошел один выброс. Проявление горных ударов на месторождении отмечается с 1966 г.

Всего произошел 51 горный удар. Горные удары в основном происходили в це­ ликах, прилегающих к горным выработкам. С углублением горных работ, про­ явление горных ударов отмечается в очистных забоях с труднообрушаемыми -59 кровлями. С глубины 906-1022 м возникают горные удары в виде внезапных поднятий и разрушений почвы при проведении горных выработок и в выработ­ ках, прилегающих к очистным забоям. За 1966-1974 гг. произошло 38 горных ударов или 75 % от их общего количества, за 1975-1999 гг. - 25 %. Резкому снижению количества происходящих динамических явлений и их предотвраще­ нию при росте глубины ведения работ способствует внедрение региональных и совершенствование применяемых локальных мероприятий. В качестве основных мероприятий по предотвращению ГДЯ и на Воркутинских шахтах применяются первоочередная отработка защитных пластов в восходящем порядке и бесцели ковая выемка, которые определяют выбор схем развития горных работ.

С ростом глубины ведения горных работ и увеличения отработанных площадей шахтных полей на Воркутском месторождении существенно измени­ лись характер и интенсивность перераспределения напряжений в горном массиве.

По мере приближения горных работ к оси мульды, расположенной на глу­ бине 1050-1100 м, возникают интенсивные и динамические разрушения горного массива. Основными формами газодинамических проявлений на достигнутой глубине ведения горных работ являются: ГДЯ комбинированного типа с разру­ шением угля и породы в глубине массива, динамические разрушения почвы вы­ работок в зонах повышенных напряжений и расслоений пласта, а также техно­ генные землетрясения при отработке выемочных столбов, окруженных вырабо­ танным пространством или прилегающих к тектоническим нарушениям, при разновременной отработке их крыльев и скольжении по сместителю, а также при затоплении отработанных по границе мульды шахт.

Анализом обстоятельств возникновения динамических явлений установ­ лено, что первостепенными являются техногенные факторы, определяемые планированием развития и ведения горных работ.

Сложность геодинамической и горнотехнической обстановки, сложившейся при интенсификации технологических процессов, требует постоянного совершен­ ствования способов предотвращения ГДЯ и схем ведения горных работ, обеспе­ чивающих геодинамическую безопасность в условиях месторождения.

На основании учета при планировании развития горных работ геодинами­ ческой характеристики, принятый порядок по проекту объединения шахт, схема отработки месторождения обеспечивает выполнение минимального объема про­ филактических работ по предотвращению ГДЯ, поэтому при комплексном подходе к развитию горных работ при доработке мульдовой части месторожде­ ния этот фактор учитывается.

При создании единой производственной единицы должен учитываться фактор регионального проявления геодинамики массива горных пород. Большая глубина ведения горных работ, сложная блочная структура недр с активными разрывными нарушениями, высокая газоносность, выбросоопасность и ударо опасность угольных пластов и огромные площади выработанного пространства с большим количеством оставленных целиков, создают условия для катастро­ фических динамических разрушений. Имели место случаи, когда в пределах ра­ нее отработанных участков месторождения проявились динамические эффекты с сотрясением земной поверхности. Отмечено влияние природной сейсмичности -60 региона на инициирование газодинамических явлений в шахтах ОАО "Воркута­ уголь". Особую опасность представляют расположенные по контуру месторожде­ ния отработанные и затопленные шахты: "Южная", "Юр-Шор", "Центральная", при затоплении которых отмечена геодинамическая активность в полях дейст­ вующих шахт "Воркутинская", "Северная", "Комсомольская". Выполнены обос­ нования и расчеты величины межшахтных целиков, размеры которых отличаются от нормативных. Разработаны мероприятия по перепуску воды. Для контроля за сейсмоактивностью месторождения ведется подготовка к развертыванию регио­ нального центра геодинамического и сейсмического контроля горных ударов.

На основании анализа фактического состояния горных работ и проектных решений отработки мульдовой части месторождения установлено, что решение вопросов только геодинамической безопасности не обеспечит требований по созданию безопасных и экономически эффективных условий отработки приосе вой части мульды. При существующих способах подготовки шахтных полей и значительной газообильности шахт применяемые технологические схемы, обу­ словленные бесцеликовой отработкой выемочных столбов, являются сдержи­ вающим фактором повышения нагрузки на очистные забои, увеличения скоро­ стей подвигания и, соответственно, снижения сроков и трудоемкости поддержа­ ния выработок. Поэтому одним из основных направлений планирования работ при выемке запасов приосевого участка принято совершенствование техноло­ гических схем.


Проблема крепления и охраны подземных выработок для шахт ОАО «Воркутауголь» остается первостепенной, от успешного решения которой зави­ сят объемы добычи угля и рентабельность работы угольного предприятия. Одна из главных причин возникновения этой проблемы - несоответствие между усло­ виями работы в длинных очистных забоях и пластовых подготовительных выра­ ботках. Для длинных очистных забоев, оборудованных механизированными комплексами, обеспечивающими суточную нагрузку на забой при отработке пластов средней мощности до 10 тыс. и более, поддержание выработок средст­ вами, требующими больших материальных затрат и ручного труда, является сдерживающим фактором.

Основной системой разработки на шахтах ОАО "Воркутауголь" является столбовая с повторным использованием выемочных подготовительных вырабо­ ток при бесцеликовой отработке пластов. Выемочные пласты отрабатываются в обратном порядке - от границ к транспортной выработке с прямоточной схемой проветривания. Средняя длина выемочных столбов при бесцеликовой отработке по шахтам Воркутского месторождения составляет: по пласту Мощному 2500 м, по Тройному 1750 м, по Четвертому 1650 м, по пласту Пятому 2000 м. С углуб­ лением горных работ до 700-1000 м эффективность бесцеликовой технологии снижается. Основными факторами, влияющими на эффективность применяемых технологических схем, являются: ограничение нагрузки на очистной забой за­ щитного пласта по фактору вентиляции до 1000-1200 т/сут и до 2000-3000 т/сут по пласту Мощному;

невозможность совершенствования применяемых схем де­ газации с целью увеличения свыше 60-65 % эффективности дегазации подраба­ тываемых и надрабатываемых пластов и спутников в пределах выемочных стол­ бов;

высокие затраты на поддержание выработок на границе с отработанным -61 пространством;

ограниченная возможность использования прогрессивных видов крепи, таких как анкерная, внедрение которой позволяет значительно снизить затраты на поддержание выработок. Срок отработки выемочных столбов состав­ ляет от двух до четырех лет, а полный срок существования пластовой выработки четыре-восемь лет. Для выбора направлений совершенствования и разработки более совершенных технологических схем выполнен анализ применяемых схем вентиляции и дегазации, результатов горно-экспериментальных работ по под­ держанию выработок на границе с отработанным пространством золобетонными полосами и оставлением податливых целиков при парной подготовке лав по пласту Четвертому и на подработанных пластах. Установлено, что наиболее эф­ фективными технологическими схемами по вышеперечисленным факторам, осо­ бенно из-за сохранения прямоточной схемы проветривания и возможности применения анкерной крепи, являются технологическая схема с подготовкой выемочных столбов парными выработками с межштрековыми податливыми це­ ликами и многоштрековые схемы (рис. 3).

Рис. 3. Схема подготовки и отработки пластов Пятого и Четвертого Оптимальные скорости подвигания очистных забоев и время отработки выемочного столба определяются на основании заданной нагрузки и геомехани ческих условий рационального срока поддержания выработок с анкерной кре­ пью и времени сохранения устойчивого состояния краевой части массива и межштрекового целика при парной подготовке.

Исходя из поставленных условий, по пласту Пятому нагрузка на очистной забой должна быть не менее 80-90, по пласту Четвертому 100-120 и Тройному 250-300 тыс.т/мес.

-62 Такие параметры должны учитываться при разработке технологических схем для рассматриваемых условий и при оценке устойчивости парных вырабо­ ток в зависимости от напряженно-деформированного состояния податливых це­ ликов, нагруженных опорным давлением.

Исследования геомеханических процессов в массиве и устойчивости вы­ работок, закрепленных сталеполимерной анкерной крепью, в условиях парной подготовки на шахте "Северная" и промышленные испытания сталеполимерной анкерной крепи при проведении выработок по удароопасным пластам в различ­ ных горно-геологических условиях шахт ОАО "Воркутауголь" показали, что применение анкерной крепи при проходке способствует созданию безопасных условий, обеспечивает снижение трудоемкости работ и более высокие скорости подвигания, превышающие достигнутые с рамной крепью в 1,5-2,5 раза. На шахтах ОАО «Воркутауголь» в настоящее время до 35-40 % подготовительных выработок крепится сталеполимерной анкерной крепью.

Для повышения эффективности расширения области применения анкер­ ной крепи на основании выполненных промышленных испытаний и опыта ее применения разработаны и частично согласованы отдельные положения инст­ рукции по применению анкерной крепи применительно к условиям шахт ОАО «Воркутауголь». Необходимо разработать нормативный документ, способст­ вующий совершенствованию применяемых современных средств возведения анкерной крепи и средств контроля - мониторинга по устойчивости поддержи­ ваемых выработок по выемочному столбу, шахте.

Для обеспечения безопасных условий ведения очистных работ при высо­ ких скоростях подвигания забоев и снижения затрат на поддержание магист­ ральных транспортных вентиляционных выработок необходимо учитывать, при планировании и ведении горных работ:

- геодинамическую характеристику месторождения на рассматриваемый момент состояния горных работ;

- количественную оценку напряженно-деформированного состояния массива (НДС) и прогнозную оценку напряжений при отработке мульдового участка;

- закономерности перераспределения напряжений при ведении горных ра­ бот в пределах шахтного поля, месторождения;

- критерии геодинамической безопасности ведения и планирования гор­ ных работ;

- направления совершенствования технологических схем;

- непрерывность мониторга НДС углепородного массива.

Для успешного ведения работ на шахтах Воркуты и на других месторож­ дениях необходимо пересмотреть и откорректировать соответствующие норма­ тивные документы, в том числе по геомеханике, геодинамике, с учетом совре­ менной технологии ведения горных работ.

2005 ВНПМП УДК 622.831.32:622.831. И. М. ПЕТУХОВ (ВНИМИ) П ЕРС П ЕКТИ В Ы В Ы П О Л Н Е Н И Я М Е Ж О Т Р А С Л Е В О Й К О О Р Д И Н А Ц И О Н Н О Й П РО ГРА М М Ы «ГЕ О Д И Н А М И Ч Е С КА Я Б Е З О П А С Н О С ТЬ ПРИ О С В О Е Н И И Н ЕД Р И ЗЕ М Н О Й П О В Е Р Х Н О С ТИ »

Как известно, начиная с 1952 г., под руководством головного института ВНИМИ в нашей стране была разработана теория горных ударов и надежный комплекс мер борьбы с ними на угольных шахтах и рудниках [1, 2], за что кол­ лективы ученых и производственников удостоены Государственной премии в 1971 г. и премии Правительства РФ в 1999 г.

В процессе выполнения этих крупных научных задач получили дальней­ шее развитие работы по следующим основным направлениям:

1. Теория толчкообразного деформирования горных пород, на основе ко­ торой разработана теория горных ударов и других геодинамических явлений.

В блочном горном массиве, находящемся в предельно напряженном со­ стоянии, подвижки осуществляются в результате преодоления сил трения по поверхностям блоков. Последнее происходит толчкообразно. Отсюда возникают горные удары и другие геодинамические явления, в том числе и землетрясения.

2. Мощные зоны предельно напряженных пород возникают, прежде всего, по границам взаимодействия литосферных плит. Силовым моментом при этом служит раздвиг плит магмой, проникающей в рифтовые зоны Земли. Это проти­ воречит господствующему мнению, согласно которому механизм раздвига лито­ сферных плит заключается в конвективном течении материала в магме.

Наши представления более реальны. В местах взаимодействия плит обра­ зуются мощные зоны опорного давления - зоны предельно напряженных пород, с которыми мы сталкиваемся, например, по южной границе Евразийской плиты, в Сибири и на Дальнем Востоке.

3. Геодинамическое районирование блочного горного массива, разрабаты­ ваемое МГГУ и ВНИМИ в последние 25 лет. Опробование этих работ выполне­ но для многих районов нашей страны, а также Китайской Народной Республики.

Имеется карта геодинамического районирования, выполненная И. М. Батугиной, по территории бывшего СССР в масштабе 1:4000000.

4. Разработана научно обоснованная классификация геодинамических яв­ лений, позволяющая объединить под названием «геодинамические явления»

64 горные удары на шахтах и рудниках, внезапные выбросы угля и газа, горнотек­ тонические удары и другие подобные явления, включая техногенные и естест­ венные землетрясения [4].

Все это дало возможность, наряду с продолжением работ по дальнейшему детальному изучению проблемы горных ударов и выбросов, перейти к решению других крупных проблем науки и практики.

Межотраслевая координационная программа «Геодинамическая безопасность при освоении недр и земной поверхности» (научный руководитель - И. М. Петухов) выполняется с 1996 г.;

часть ее, выполняемая в пределах региональных про­ грамм (приложения 1-6), финансируется.

Ряд ключевых вопросов (темы 1-5), решаемых головными институтами с привлечением ряда других организаций, финансирования не имеет. На завер­ шающем этапе выполнения работ (2006-2008 гг.) необходимо предусмотреть финансирование и этих работ (темы 1-5):

Тема 1. Разработка фундаментальной теории геодинамики недр - теории толчкообразного деформирования блочного горного массива предназначена для решения основных вопросов безопасного освоения недр и земной поверхности.

Будет составлено соответствующее Руководство.

Тема 2. Создание новой теории бурения глубоких разведочных и добыч­ ных скважин в условиях трудно управляемого выделения геоэнергии.

ВНИМИ и институтом «Нефтегазтехника» (г. Пермь) около 20-ти лет на­ зад сооружена установка высокого давления, позволяющая вести испытания с имитацией глубины до 20 км. Работоспособность этой уникальной установки опробована, но она не используется из-за отсутствия финансирования, хотя мо­ жет быть запущена в работу немедленно.

Испытания пород на установке дадут возможность определить основные направления совершенствования средств бурения скважин и степень полезного участия в процессе бурения геоэнергии, окажутся полезными при формулирова­ нии теории.

Тема 3. Метод выделения разломов и «зон риска» разработан институтами ВНИМИ и МГГУ. Эти работы выполняются исследователями применительно к отдельным регионам. Необходимо добиться выполнения этих работ в целом по территории России. Эти работы будут выполнены институтами МГГУ и ВНИМИ в 2006-2008 гг.

Тема 4. В предыдущие годы институтом МГГУ выполнены работы по геодинамическому районированию по всей территории Московской области.

Осталось лишь провести районирование еще в масштабе 1:50000 с тем, чтобы сделать окончательное заключение о «зонах риска» и многих других вопросах в пределах этих территорий.

Тема 5. Геодинамическое районирование, выполненное в Северном Ледо­ витом океане, позволит выделить блочную структуру дна океана и определить в нем «зоны риска», что будет иметь большое значение для освоения месторожде­ ний полезных ископаемых шельфа.

В результате выполнения работ по темам 1-5 будет достигнута экономи­ ческая эффективность за счет:

-65 - снижения ущерба окружающей среде от возможных аварий;

уменьшения затрат на ликвидацию последствий аварий;

- снижения затрат на геологоразведочные и инженерно-геологические работы;

- улучшения социальной обстановки в районах, подверженных риску тех­ ногенных аварий;

- повышения эффективности освоения недр и земной поверхности.

Дальнейшее развитие работ по рассматриваемой программе должно обес­ печить решение вопросов теории толчкообразного деформирования блочного массива и позволит обеспечить эффективное и безопасное ведение работ на объ­ ектах освоения недр и земной поверхности.

Не исключено, что эта программа, начиная уже с 2006 г. может стать меж­ дународной: к ее выполнению могут быть привлечены отдельные страны СНГ и районы Китайской Народной Республики.

Работы по геодинамическому районированию недр должны при этом вы­ полняться под научно-методическим руководством Центра геодинамики недр МГГУ и ВНИМИ с широким привлечением научных и производственных орга­ низаций России и других стран. Опыт этих работ, накопленный в последние де­ сять лет в Китайской Народной Республике, показал хорошие результаты.

Поскольку Госгортехнадзор России ставит крупные научные проблемы по геодинамической безопасности, координирует и контролирует их решение, то возникает настоятельная необходимость создания при этой организации специ­ альной службы по геодинамической безопасности.

В заключение необходимо отметить, что выполнение работ по программе «Геодинамическая безопасность при освоении недр и земной поверхности» не имеет аналогов в мировой науке и практике.

ЛИТЕРАТУРА 1. Петухов И. М. Горны е в у гольн ы х удары ш ахтах. М.: Н едра, 1972;

2-е изд., 2004.

2. Прогноз и п р едотвр ащ ен и е го р н ы х у д а р о в на р у д н и ках / П о д общ. ред. И. М. П е­ ту х о ва, А. М. И л ьи н а, К. Н. Т р у б ец к о го. - М.: А Г Н, 1997.

3. Батугина И. М., Петухов И. М. Г е о д и н а м и ч е с к о е р а й о н и р о в а н и е м е с т о р о ж д е ­ н и й п р и п р о е к т и р о в а н и и и э к с п л у ат а ц и и р у д н и к о в. - М.: Н ед р а, 1988.

4. Петухов И. М., Батугина И. М. Г е о д и н а м и к а н едр. - 1996;

2 -е изд. 1999.

5. Геодинамическое районирование т е р р и то р и и М о с к о в с к о й о б л ас т и / А л е к с е ­ ев В. К., Б а т у ги н С. А., Б а т у ги и а И. М., Г а р а н ь к и н И. В., К ал и н и н А. М., П ету х о в И. М., Ч е л й а н П. И. - С ту п и н о : « С М Т », 2 0 0 3.

2005 ВНПМП УДК 622. 831. 322: 622. Г. Я. ПОЛЕВЩИКОВ, С. В. ЯСЮЧЕНЯ, Е. Н. КОЗЫРЕВА (Институт угля и углехимии СО РАН) ГО РН О ТЕ ХН О Л О ГИ Ч ЕС КИ Е О С О Б ЕН Н О С ТИ Д И Н А М И КИ М ЕТА Н О О Б И Л Ь Н О С ТИ В Ы С О КО П Р О И ЗВ О Д И ТЕЛ Ь Н Ы Х В Ы Е М О Ч Н Ы Х УЧА С ТКО В Актуальность проводимых авторами исследований становится очевидной, если помнить, что все катастрофы на шахтах Кузбасса произошли после внедре­ ния новых технологий на выемочных участках с производительностью не ниже мирового уровня. Об этом свидетельствует анализ причин аварий на высокопро­ изводительных участках шахт Кузбасса в период 1997-2005 гг. Взрывы метано­ воздушной смеси происходят не только от источников искрообразования в за­ бое, но и в выработанном пространстве.

Причиной подобной ситуации является, в том числе, недостаточная изу­ ченность следствий механической разгрузки и активизации газового потенциала массива в зоне технологического влияния при ведении горных работ.

В современных горнотехнологических условиях (отработка газоносных пластов с производительностью до 15000 т/сут, при длинах лав до 300 м и вы­ емочных столбов до 3500 м) многократное увеличение скоростей подвигания очистных забоев резко интенсифицировало динамику газопритоков на выемоч­ ные участки и сконцентрировало эти притоки на небольших участках вентиля­ ционной сети. При этом динамика геомеханических процессов стала столь вы­ сока, что представления о ней даже пятнадцатилетней давности выглядят очень условными. Ориентирование на значительное осреднение показателей позволя­ ло, используя правило «лава-аналог», проектировать системы управления газо выделением по устаревшему опыту. Именно на этом представлении основывает­ ся вся действующая в угольной промышленности нормативно-техническая база.

В результате, система управления газопроявлениями зачастую оказывается не в состоянии обеспечить нормальную газовую обстановку в необходимом спектре режимов, а одновременная концентрация энергонасыщенности именно этого локального участка способствует росту вероятности воспламенений. Уже более пяти лет производительность участков, а в отдельных случаях и комбайнов, ог­ раничивается горнотехнической инспекцией по факту, который не соответствует достаточно оптимистическому проекту.

Перспективы развития Кузнецкого бассейна требуют обоснования, прежде всего, новых методов прогноза метанообильности выемочных участков, устра­ няющих, во-первых, недопустимые погрешности при оценке свойств массива -67 горных пород;

во-вторых, снижение значимости опыта отработки соседней ла­ вы, а также непрогнозируемые выбросы газа вмещающего массива горных по­ род в выработанное пространство.

На этой методической основе обеспечивается объективный анализ схем управления газовыделением и поиск альтернативных решений, обеспечивающих соответствие технологических режимов и параметров угледобычи эффективному управлению потоками второй составляющей природного ресурса - попутного газа.

Отметим, что в последнее десятилетие в угольной промышленности России, и в частности Кузбасса, интенсивно совершенствуются системы мониторинга руд­ ничной атмосферы. Их компьютерная оснастка обеспечивает съем информации с очень высокой дискретностью при оптимальном хранении и обработке массивов данных. Имея соответствующие массивы данных аэрогазового контроля и распола­ гая современными знаниями о техногенных физических закономерностях, Институт угля и углехимии СО РАН разработал адаптивный метод оперативного комплекс­ ного прогноза динамики метанообильности высокопроизводительного выемочного участка при отработке пологих и наклонных пластов с полным обрушением кровли.

Его основная идея заключается в использовании закономерностей, основанных на единстве природных и техногенных процессов. Решение поставленных задач воз­ можно, если рассматривать различные виды газопроявлений в горных выработках как ответную реакцию массива на технологическое воздействие. Чем интенсивнее воздействие, тем динамичнее реакция. Комплексный показатель такой реакции изменение газопритока на выемочный участок.

Исходными данными для количественных оценок аэрогазодинамики вы­ емочного участка являются: геолого-маркшейдерская документация, оператив­ ная технологическая информация и данные систем мониторинга рудничной ат­ мосферы в шести основных точках выемочного участка за время отработки столба (6-18 месяцев).

Рассмотрим основные положения разработанного метода.

Новые технологии добычи угля необходимо адаптировать к условиям уг­ леметановых месторождений Кузбасса, газовый потенциал которых измеряется в сотнях кубометров метана на квадратный метр дневной поверхности (в соот­ ветствии с рис. 1). Причем значительную роль в этих процессах начинает играть газ, находящийся не только в угольных пластах, но и во вмещающих породах.

Г, м3/м зоо а;

------------------- * --------------------------- ------- ----------- — ------------------------------ I -------------- — ----------------------- ---- - -i !-#-_-- »----- ;

---............................... •— • --- [— —— -----'------ ------ — АА — -А ' 0 ---------I I 1 -------- -------- -------- --------1 м 0 100 2 00 300 400 500 600 700 80 0 900 L B, — — массив — о — подработка — А— надработка — х — разрабатываемый пласт Рис. 1. Изменение газового потенциала Г горного блока по длине выемочного столба L„ (Ленинское месторождение, Кузбасс) -68 Однако при ведении горных работ на выемочный участок реализуется только часть этого потенциала, которую предлагается определять как газокине­ тический показатель Р - доля реализации газового потенциала массива, рассчи­ тываемая в виде отношения фактических значений суточного притока метана на выемочный участок к его газовому потенциалу на данном интервале выемочно­ го столба.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.