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 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 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 3 ] --

Доказано, в соответствии с рис. 2, что рост скорости подвигания забоев с до 10 м/сут приводит к снижению их относительной метанообильности в 2- раза, но с одновременным ростом динамики провоцируемых газопроявлений, ухудшая газовую обстановку в целом. Причем влияние этого технологического параметра достаточно ярко для всех рассмотренных участков в диапазоне скоро­ стей до 15 м/сут и более. Для условий Кузбасса получена эмпирическая зависи­ мость для приведения значений газовыделения при переменной скорости подви­ гания очистного забоя к скорости в 1 м/сут.

•• у 1 1 - 1 " " 1"..... О 1 2 3 4 у, м/сут 6 7 8 Рис. 2. Влияние скорости подвигания очистного забоя Г на реализацию газового потенциала массива в пределах выемочного участка (Шелканское месторождение, Кузбасс) Нормирование метанообильности выемочного участка относительно функции скорости подвигания забоя обеспечило получение характеристик газо­ кинетических процессов в зонах техногенных возмущений.

Впервые установлена и аналитически обоснована волнообразная перио­ дичность интенсивности газопритока в выработанное пространство действую­ щего выемочного участка. Эта особенность определяется нами как газокинети­ ческий паттерн (иначе волновая подпись) разрабатываемого газоносного масси­ ва, как показано на рис. 3.

Параметры паттерна - его период и амплитуда. Они количественно связа­ ны с процессами разгрузки и сдвижения вмещающих пород. Соизмеримость длин лав с глубиной залегания пластов исключает возможность формирования устойчивого свода подрабатываемых пород. Процесс их сдвижения уже на ста­ дии отработки столба охватывает горный массив вплоть до дневной поверхно­ сти с образованием активного стока метана в этом направлении. Включение ис­ точников вмещающего массива в газокинетические процессы на выемочном участке после отхода лавы от монтажной камеры резко увеличивает метано обильность участка. Формируются, в общепринятой терминологии, квазистати -69 ческая и динамическая составляющие. Первая в большей мере связана с оста­ точным газоистощением пород в зоне сдвижений и выделением газа из зоны разгрузки надрабатываемого массива. Здесь нет сдвижений и, следовательно, рост газопритока в выработанное пространство плавно возрастает.

Отход лавы от монтажной камеры, м “ “ глубина разработки, ч '-уго л полных сдвижений подрабатываемого массива горных пород.

Нормированная метанообильностъ:

— — квазистатическая......... динамическая —— суммарная.

Рис. 3. Газокинетический паттерн массива горных пород Динамическая часть газопритока характеризует начальную газокинетиче­ скую реакцию подрабатываемого массива, резко меняющего фильтрационные и коллекторные свойства в результате интенсивных сдвижений пород. Именно задержка сдвижений и их последующая реализация обуславливают резкий вы­ плеск газа из подрабатываемого массива в выработанное пространство с практи­ чески неуправляемым распространением по вентиляционной сети газового им­ пульса (технологическое загазирование вплоть до внезапного выброса газа в вы­ работанное пространство).

Явно выраженная симметрия полуволн динамической составляющей пат­ терна позволяет пренебречь изменениями газокинетических и фильтрационных характеристик массива пород за пределами свода сдвижений. Но в его пределах существенное снижение скоростей разгрузки и свижений пород по мере удале­ ния от разрабатываемого пласта и особенностей формы фронта этих процессов обуславливают быстрое сокращение доли реализации газового потенциала ис­ точника по направлению к выемочному участку с приближением к контуру сво­ да. И только после достижения им дневной поверхности газокинетическая ак­ тивность источников возрастает. Но в этот период уже вскрыто второе направ­ ление стока газа из источника к поверхности, и интенсивность притока метана в горные выработки дополнительно снизится. При традиционном для современ­ ных шахт нагнетательно-всасывающем способе проветривания выемочных уча­ стков, когда в выработанном пространстве создается значительная депрессия, это снижение будет менее существенным.

-70 При алгоритмизации этой схемы развития газокинетических процессов учитывается, что источники, расположенные в зонах беспорядочного и крупно­ блочного обрушения (8-12 вынимаемых мощностей пласта) свой газовый по­ тенциал, за вычетом сорбционной составляющей, реализуют только на выемоч­ ный участок, а минимальный период устойчивого свода разгрузки и сдвижений всегда больше длины очистного забоя.

Исследования в этом направлении позволили выявить эмпирическую связь периода динамической составляющей паттерна со стратиграфическими особен­ ностями участка месторождения. При этом максимум динамической состав­ ляющей приходится на половину периода.

Изложенный метод с учетом возможностей современных компьютерных технологий вполне приемлем и надежен, но подобная степень детализации свойств и состояний среды необходима больше при решении исследовательских задач. Поскольку в горной практике оценка газокинетических следствий техно­ логических решений даже на действующем выемочном участке ориентирована на интегральные показатели, то необходимое для этих целей значение амплиту­ ды динамической составляющей паттерна можно с достаточной надежностью рассчитывать по эмпирической зависимости, полученной авторами.

Напомним, все приведенные данные о динамике метанообильности вы­ емочных участков характеризуют процессы при скорости подвигания очистного забоя 1 м/сут, что позволяет проводить их количественное сопоставление. Оцен­ ки для больших скоростей достаточно просты, так как площади полуволн дина­ мической составляющей паттерна не зависят от скорости подвигания. Следова­ тельно, сокращение времени отработки интервала выемочного столба приводит к пропорциональному росту динамической составляющей абсолютной метано­ обильности участка, как показано на рис. 4.

|уч, м3/мин Рис. 4. Результаты прогноза метанообильности выемочного участка (Ленинское месторождение, Кузбасс) Таким образом, применение современных методов информационного обеспечения задач рудничной аэрогазодинамики позволяет выполнять оценку -71 газокинетических следствий технологических решений на принципиально ином уровне и снять с технолога огромную часть нагрузки по обобщению многообра­ зия свойств и состояний массива горных пород в зоне технологических возму­ щений. Этот результат позволяет уточнить целесообразность применения ком­ плексной схемы управления газовыделением на выемочном участке и опреде­ лить требующиеся коэффициенты эффективности ее составляющих;

', Уровень полученных знаний о газодинамике разрабатываемых углемета­ новых месторождений позволяет рассматривать в качестве ближайшей перспек­ тивы создание методических и программных средств управления газовой обста­ новкой на действующем выемочном участке путем приведения в соответствие параметров и режимов добычи угля и попутного газа.

Внедрение этих разработок - основа для опережающего предупреждения горно-технологических ситуаций, обуславливающих загазирование выработок даже на шахтах первой категории, внезапные выбросы угля и газа при проведе­ нии подготовительных выработок, внезапные выбросы газа из вмещающего мас­ сива на очистных участках.

2005 ВНПМП УДК 622.831.322:622.831. В. С. ЗЫКОВ (Кузбасский государственный технический университет) С О С ТО Я Н И Е И З А Д А Ч И ПО Р ЕШ ЕН И Ю П Р О Б Л ЕМ Ы БО РЬБЫ С Г А З О Д И Н А М И Ч Е С К И М И Я В Л Е Н И Я М И Н А Ш А Х Т А Х КУЗБ А С С А Чтобы охарактеризовать состояние какой-либо проблемы, необходимо сделать оценку достигнутых результатов, выяснить, какие основные задачи по данной проблеме предстоит решать сейчас, и попытаться наметить перспектив­ ные и, по возможности, реальные пути их решения. По этой схеме составлен на­ стоящий доклад.

История решения проблемы борьбы с внезапными выбросами угля и газа в Кузбассе начинается практически с 1953 г., когда работы по данной проблеме возглавил выдающийся ученый, профессор, доктор технический наук О. И. Чер­ нов. Под его руководством были выполнены основополагающие исследования, позволившие разработать комплекс мер по предупреждению внезапных выбро­ сов угля и газа и их негативных последствий на угольных шахтах восточных и северных бассейнов России и, в первую очередь, в Кузбассе, и снять остроту проблемы. Эти работы были продолжены после перехода О. И. Чернова в 1976 г.

в Институт горного дела АН СССР, под руководством известных ныне ученых В. Н. Пузырева, В. И. Мурашева, Е. С. Розанцева и других. Значение результатов выполненных в дореформенный период работ трудно переоценить, ими была заложена основа комплексного подхода к решению проблемы борьбы с внезап­ ными выбросами угля и газа на шахтах России. Многие из них, как показало время, имели перспективное значение и продолжают использоваться при реше­ нии вопросов предупреждения проявления выбросоопасности на шахтах. Ре­ зультаты работ этих ученых широко известны.

В докладе же я хотел бы остановиться на результатах работ по проблеме, выполненных в более поздний период, с 1991 по 2003 гг., совпавший с тяжелым временем реформ в угольной промышленности. В целом его можно назвать пе­ риодом комплексного решения проблемы газодинамической опасности по всем ее видам и объектам проявления в условиях темпов ведения горных работ, обес­ печивающих рентабельность шахт. Это время, несмотря на многие трудности в проведении научных исследований, было достаточно плодотворным на резуль­ таты работ в области предупреждения на шахтах внезапных выбросов и других газодинамических явлений.

-73 По направлениям проблемы, в кратком перечислении, выполнено следующее:

1. Разработана классификация газодинамических явлений (ГДЯ), проис дящих на угольных шахтах России, специалистами МакНИИ, ВНИМИ, ННЦ ГП ИГД им. А. А. Скочинского, НЦ ВостНИИ, Минуглепрома СССР и Госгортех­ надзора РСФСР и УССР на основе принципиальных подходов и решений, при­ нятых в результате научной дискуссии на состоявшемся в 1989 г. в г. Остраве (ЧССР) международном симпозиуме по прогнозированию и предупреждению горных ударов и внезапных выбросов угля, породы и газа. В табл. 1 перечисле­ ны основные, происходящие на шахтах России, составляющие классификацию явления и их определения. Разработанная классификация позволяет установить вид происшедшего в шахте ГДЯ, а соответственно и правильно выбрать меро­ приятия по предупреждению в дальнейшем газодинамической опасности.

Та б л ица I Виды составляющих классификацию газодинамических явлений Но­ Наименование явления Определение явления мер 1 Суфляр Высокое стабильное выделение газа из видимых пустот и трещин Внезапный прорыв газа Интенсивное кратковременное выделение большого объема газа 2 из зоны геологического из прилежащей к тектоническому нарушению зоны угольного нарушения пласта Внезапное разрушение Быстропротекающее разрушение пород почвы (кровли) выработ­ 3 пород почвы (кровли) с ки с интенсивным выделением газа выносом метана и угля Внезапный выброс угля Быстропротекающий лавинообразный процесс разрушения уголь­ 4 и газа ного массива горным и газовым давлением и отброса тонкоизмель ченного угля газом в выработку Внезапный выброс по­ Лавинообразный процесс разрушения породного массива с выносом роды и газа и перемещением породы по выработке потоком выделяющегося газа Внезапное выдавливание Быстропротекающий процесс отжима угля горным и газовым (отжим) угля с повышен­ давлением из призабойной части пласта в выработку ным газовыделением Внезапное обрушение Разрушение под действием собственного веса и частично давле­ (высыпание) угля с по­ ния газа нависающей призабойной части угольного массива, со­ вышенным газовыделе­ провождающееся загазированием выработки сверх допустимой нием концентрации Горный удар Мгновенное хрупкое разрушение целика или краевой части массива 8 с отбросом угля в выработку и попутным выделением газа, приво­ дящим к загазированию выработки сверх допустимой концентрации Толчок (горный удар Мгновенное хрупкое разрушение угля в глубине массива без по­ внутреннего действия) следующего выноса в выработку разрушенного материала (ино­ гда внезапное выдвижение части массива в выработку без види­ мого разрушения) Г орно-тектонический Мгновенное хрупкое разрушение породы или угля в глубине масси­ удар ва с возникновением сейсмической волны с энергией 103 Ю1 Дж и — более, вызывающей хрупкое разрушение краевой части массива или целика угля в форме горного удара Горный удар с разруше­ Мгновенное хрупкое разрушение слоя породы или угля в почве нием пород (угля) почвы (кровле) подготовительной выработки, сопровождающееся частич­ (кровли) выработки ным или полным заполнением выработки разрушенной породой (углем), сотрясением массива, резким звуком и пылеобразованием -74 2. Усовершенствован метод прогноза опасности по газодинамическим лениям при проведении подготовительных выработок, первый вариант которого был создан в 1979 г. Метод позволяет прогнозировать зоны, опасные по внезап­ ным выбросам угля и газа, внезапным выдавливаниям угля с повышенным газо выделением, внезапным обрушениям угля с повышенным газовыделением, суф­ лярам, повышенным газовыделениям при отбойке угля (рис. 1). Поскольку од­ ним из измеряемых параметров является выход бурового штыба в интервалах шпура длиной 1 м, то в случаях проведения выработок в зонах повышенного горного давления может оцениваться и удароопасность по номограмме ВНИМИ.

Рис. 1. Разграничение опасных по различным видам газодинамических явлений зон по показателям газовой активности R r и динамической устойчивости /?у и уточняющим пока­ зателям В, ng, ns Впервые для определения опасности зоны по внезапным выбросам в под­ готовительных выработках предложен показатель, структура которого в упро­ щенной форме отражает силовое условие развязывания внезапного выброса:

_,,_ н. шах ~ н.з /в & 8 / Вп - 1,25, /, (1) V гэ где g Н )ах - максимальное по длине шпура приведенное значение начальной П скорости газовыделения;

g*H - приведенное значение начальной скорости газо выделения в ближайшем к забою интервале шпура;

lg - расстояние от устья шпура до середины интервала, для которого получено g H ax;

гэ - эквивалентный.m полурадиус обнажения потенциально выбросоопасной пачки угля;

/ в - коэффи­ циент крепости данной пачки по М. М. Протодьяконову.

В приведенной формуле показателя числитель дроби характеризует гради­ ент изменения начальной скорости газовыделения по длине прогнозного шпура -75 от забоя в глубь массива и отражает активную силу выброса. Знаменатель пред­ ставляет собой отношение показателя прочности потенциально выбросоопасной пачки угля к эквивалентному полурадиусу площади ее обнажения, которое от­ ражает силу, препятствующую началу процесса выброса угля - пассивную силу.

Найден способ приведения измеренной в интервалах скважин начальной скорости газовыделения к диаметру бурового резца, делающий сопоставимыми значения данного параметра, определенные при разных физических параметрах массива. Использование в формуле (1) приведенного газовыделения значитель­ но увеличивает во многих случаях точность прогнозирования.

Использование показателя В„ позволяет повысить точность выделения на пластах выбросоопасных зон (при применении показателя от 50 до 70 % зон, отнесенных при использовании предыдущего показателя к выбросоопасным, относятся к невыбросоопасным при сохранении надежности прогноза) и сокра­ тить лишние затраты на применение дорогих способов предотвращения внезап­ ных выбросов угля и газа.

Повышена точность выявления опасных по суфлярам и загазированиям при отбойке угля зон применением дополнительного показателя - максимальной ожидаемой концентрации метана при отбойке угля в забое С°пих, рассчитывае­ мой по формуле:

_ I К ф)(& ~ 8. шах~^ к ) ( # н ~ (~ ч р r j) (р /) '-'m ~ '-Ф "г ax — ' 8 -8 /3 8 'я - 8 \ Опасность по этим двум явлениям учитывается только в тех случаях, ко­ гда С°Па превышает допустимый предел, т. е. имеет практическое значение. В 1х принципе всегда из угольного пласта выделяется газ в виде множества мелких суфляров, но это не значит, что для борьбы с ними нужно применять специаль­ ные, дополнительно к проветриванию выработки, меры.

Для применения при прогнозе ГДЯ разработан совместно с ННЦ ГП-ИГД им. А. А. Скочинского инструментальный метод выявления наиболее слабой (в том числе потенциально выбросоопасной) структуры угля в сечении забоя с ис­ пользованием прочностномера П-1 [1].

В результате выполненных по данному направлению работ разработан от­ раслевой нормативный документ - «Временная методика текущего прогноза газо­ динамической опасности при проведении подготовительных выработок по уголь­ ным пластам» [2]. Приоритетность работ подтверждена полученным патентом на способ прогноза опасности возникновения газодинамических явлений [3].

Использование показателя Вп не только повышает точность прогноза, но и обещает сделать текущий прогноз более надежным, чем сейчас. Этот вывод проистекает из того, что, несмотря на высокую надежность разграничения зон пластов на опасные и неопасные по критерию gH 42 л/мин, есть сомнения в r= том, что во всех выбросоопасных зонах величина начального газовыделения со­ ставляет более 4 л/мин. При проведении с моим участием в Донбассе всесоюз­ ных промышленных испытаний методов текущего прогноза выбросоопасности в 1972 г. было отмечено, что начальная скорость газовыделения в интервалах скважин в зонах, где после выполнения цикла прогноза произошли внезапные -76 выбросы, имела в некоторых случаях относительно невысокие значения. При прогнозе по методу ВостНИИ (т. е. при измерении gHв интервалах шпуров дли­ ной 1 м) ее значения были равными в данных зонах в 2-3 случаях от 4,5 до л/мин. А при прогнозе методом МакНИИ (т. е. измерении gHв интервалах дли­ ной 1 м) ее значения были иногда ниже 2 л/мин, т. е., если пересчитать на мет­ ровые интервалы, ее величина была ниже 4 л/мин.

Это сомнение исключается при использовании показателя В„. При высокой величине градиента начального газовыделения и низкой величине знаменателя формулы (1) зона может быть опасной и при величине gH 4 л/мин, если В„ 1.

.r Несмотря на многие описанные преимущества применения при текущем прогнозе выбросоопасности показателя В,„ он применяется пока только в иссле­ довательских целях, хотя инструкция по выбросам позволяет использовать его под авторским надзором ВостНИИ повсеместно. В частности, применять дан­ ный показатель предлагалось выданными в 2004 г. МНОЦ КузГТУ «Рекоменда­ циями по предупреждению газодинамических явлений при проведении штреков по пласту XXVII в уклонном поле № 3 ОАО «Шахта «Первомайская» и «Заклю­ чением о потенциальной выбросоопасности участка проведения уклонов № 3 по пласту XXVII ОАО «Шахта «Первомайская».

3. Разработаны рекомендации по выбору технологии приведения при бойной части пласта в неопасное состояние в зависимости от вида опасности или при наложении опасностей, установленных методом текущего прогноза опасности газодинамических явлений при проведении подготовительных выра­ боток (табл. 2).

Таблица Рекомендации по предотвращ ению газодинамических явлений при различных видах опасности Рекомендуемая технология предотвращения газодинамических явлений (рим­ Вид угрожающего ГДЯ скими цифрами обозначены различные варианты технологии) Внезапный выброс угля I. Выполняется один из локальных способов предотвращения газоди­ и газа намических явлений:

1. Бурение опережающих скважин.

2. Гидроотжим пласта.

3. Гидроотжим пласта с предварительным увлажнением.

4. Гидрорыхление пласта.

5. Низконапорная пропитка.

6. Н изконапорное увлажнение.

7. А втоконтрольный способ.

8. Гидровымывание опережающих полостей II. П роходка с невыбросоопасными параметрами подвигания забоя III. Заблаговременная дегазация угольного массива в зоне проходки Суфляр Дегазация массива в зоне проходки Загазирование выра­ I. Усиление проветривания ботки при отбойке угля II. Выполняется один из локальных способов:

1. Низконапорная пропитка.

2. Н изконапорное увлажнение.

3. Гидроотжим пласта с предварительным увлажнением.

4. А втоконтрольный способ III. Дегазация угольного массива в зоне проходки - 77 Окончание табл. Рекомендуемая технология предотвращения газодинамических явлений (рим­ Вид угрожающего ГДЯ скими цифрами обозначены различные варианты технологии) Внезапное обрушение Мероприятия по уменьшению поверхности нависающего массива и (высыпание) угля с по­ его упрочнению вышенным газовыделе нием Внезапный выброс угля I. Выполняется локальный способ - бурение опережающих скважин.

и газа и суфляр Дополнительно производится дегазация угольного массива в зоне про­ ходки II. Заблаговременная дегазация угольного массива в зоне проходки.

При необходимости проходка ведется с невыбросоопасными парамет­ рами подвигания забоя Внезапный выброс угля I. Выполняется один из локальных способов:

и газа и загазирование 1. Бурение опережающих скважин.

выработки при отбойке 2. Низконапорная пропитка.

угля 3. Автоконтрольный способ II. Заблаговременная дегазация угольного массива в зоне проходки.

При необходимости проходка ведется с невыбросоопасными парамет­ рами подвигания Внезапное обрушение Выполняются мероприятия по уменьшению поверхности нависающего (высыпание) угля с по­ угольного массива с целью предупреждения внезапных обрушений путным газовыделением (высыпаний). Затем выполняется способ предотвращения других явле­ и другие виды явлений ний. После этого при необходимости производится упрочнение приза­ бойного массива, исключающее обрушения (высыпания) в процессе выемки угля 4. Выполнены исследования и разработан региональный нормативный до­ кумент по прогнозированию опасности внезапных разрушений пород почвы (кровли) с выносом метана и угля и предотвращению ее проявления [4]. Эти яв­ ления происходят пока довольно редко. Но увеличение их частоты не поставит в трудное положение ИТР шахт.

5. Выполнены работы по совершенствованию региональных методов про­ гноза выбросоопасности.

По данному направлению совместно с ННЦ ГП-ИГД им. А. А. Скочин ского проведены исследования и разработан метод определения степени (кате­ гории) выбросоопасности угольных пластов и забоев горных выработок на ос­ нове оценки их геоэнергии по фактору газа и горного давления [5]. Данная раз­ работка позволяет уточнять для шахтопластов критические по внезапным выбросам глубины, выявлять опасные и не опасные по внезапным выбросам участки и забои ниже критических глубин, а также рассчитывать с использова­ нием данных инструментальных замеров невыбросоопасные скорости подвига­ ния забоев. Разработка применяется при оценке выбросоопасности подготов­ ленных выемочных столбов.

6. Разработан ускоренный прогноз выбросоопасности при вскрытии угольных пластов.

Разработан и защищен авторским свидетельством способ оперативного измерения природного давления газа Р0 в угольном пласте через скважину, за­ -78 ключающийся в ступенчатом сбросе или увеличении давления Рн предваритель­ но закачанной в замерную камеру воды до момента его стабилизации на уровне, соответствующем величине давления газа в пласте (рис. 2) [6]. Измерение дав­ ления газа в пласте данным способом осуществляется в течение примерно 30 мин. Разработан экспериментальный образец герметизатора для реализации этого способа на основе выпускаемого ранее в Венгрии гидравлического герме­ тизатора «Таурус». Разработка не внедряется в настоящее время из-за отсутст­ вия серийного или хотя бы партиями производства герметизатора.

Р» Ро РнРо Рис. 2. Схема оперативного измерения давления газа в пласте 7. Разработана уникальная технология предупреждения внезапных выбро угля и газа в очистных забоях. Эта технология позволяет осуществлять противо выбросные мероприятия для исключения внезапных выбросов при очистной выем­ ке угля без существенного сдерживания темпов угледобычи. Это обеспечивается предварительной разведкой с помощью измерений характеристик газодинамиче­ ской опасности в забоях оконтуривающих лаву выработок и геофизических измере­ ний и установлением по данным этой разведки тектонически нарушенных зон угольного пласта, определением до начала очистных работ потенциальной выбро­ соопасности этих зон (рис. 3) и заблаговременным приведением их в невыбросо­ опасное состояние, использованием расчетного метода определения невыбросо­ опасных параметров подвигания забоя, применением локальных способов предот­ вращения выбросов исключительно в случаях невозможности обеспечить приведение в невыбросоопасное состояние участков пластов региональной обра­ боткой и применением невыбросоопасного режима подвигания забоя, использова­ нием оперативных измерений активности ЭМИ для оценки результатов противо выбросного воздействия на массив. В 2002 г. в установленном порядке согласовано и утверждено руководство, регламентирующее применение данной технологии [7].

-79 Условные обозначения:

- потенциально выбросоопасные зоны (ПВЗ), выявленные в оконтуривающих выра­ ботках по результатам текущего прогноза выбросоопасности;

- ПВЗ, выявленные в очистном забое;

- установленные по результатам геофизической доразведки границы ПВЗ в пределах выемочного блока;

- границы разделения ПВЗ на участки (обозначены римскими цифрами) при контроле эффективности дегазации и определении невыбросоопасных параметров подвигания забоя • Рис. 3. У с т а н о в л е н и е зон п л аста в выемочном б л о к е с п о т е н ц и а л ь н о в ы б р о с о о п а с н о й ст р у к т у р о й и р азд ел е н и е их н а у ч а с тк и д л я о ц е н к и в ы б р о с о о п а сн о с т и :

а - по н ал и ч и ю зон пласта с потенциально выбросоопасными пачками в оконтуриваю щ их подготовительных выработках и результатам геофизической доразведки;

6 - при обнаружении выбросоопасных пачек или сово­ купности пачек в процессе подвигания забоя и по результатам геофизической доразведки 8. Выполнены работы по повышению безопасности, технологичност оперативности локальных способов предотвращения газодинамических явлений.

При выполнении наиболее широко применяемых локальных способов предотвращения ГДЯ - бурения опережающих скважин и гидроотжима возмож­ ны опасные газодинамические проявления реакции массива, результатом кото­ рых может быть загазирование выработки сверх допустимой концентрации и даже развязывание внезапного выброса или другого явления. В НЦ ВостНИИ созданы технологии предотвращения таких проявлений [8]. Разработан защи­ щенный авторским свидетельством локальный способ - гидроотжим с предвари­ 80 тельным увлажнением, который может безопасно применяться в значительно большем диапазоне условий, чем обычный гидроотжим. При его применении можно достигнуть снижения пика газовыделения в момент отжима в несколько раз. Разработана методика расчета параметров предварительного увлажнения в зависимости от ожидаемой максимальной концентрации метана в выработке.

Разработаны новые, более технологичные и оперативные локальные спо­ собы предотвращения ГДЯ - низконапорная пропитка, разгрузочное бурение, автоконтрольный способ. Последний защищен авторским свидетельством.

9. Выполнены разработки по повышению оперативности и надежно методов контроля эффективности противовыбросной обработки угольного мас­ сива. Осуществлен принципиально новый подход к выполнению контроля эф­ фективности, позволивший повысить надежность данного мероприятия. Если раньше контроль эффективности выполнялся только в остановленном забое сра­ зу после выполнения локального способа и далее через каждые 4-5 м также в остановленном забое, то сейчас предложен двухэтапный контроль эффективно­ сти, при котором ситуация контролируется как в остановленном забое (первый этап), так и при его подвигании (второй этап) автоматизированными способами с помощью аппаратуры АКМ по газовому фактору (разработан ИУУ СО РАН) или с применением аппаратуры АК-1 по амплитудно-частотным характеристи­ кам искусственного сигнала (разработан Днепропетровским горным институтом и ННЦ ГП-ИГД им. А. А. Скочинского). Это позволяет следить за состоянием обработанного массива при подвигании выработки, что позволяет повысить на­ дежность контроля и при необходимости остановить забой для дополнительной противовыбросной обработки.

Результаты выполненных работ активно внедряются и применяются на предприятиях России и особенно Кузбасса, разрабатывающего наибольшее чис­ ло опасных и угрожаемых по внезапным выбросам угля и газа шахтопластов.

Всего за этот период разработано 22 нормативно-методических документа от­ раслевого и регионального значения. В 2001 г. научно-исследовательские и практические работы по проблеме ГДЯ завершились изданием новой редакции «Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа» (РД 05-350-00) с существенными изменениями и дополнениями по отношению к предыдущей Инструкции.

Следует сказать, что разработанный к настоящему времени комплекс мер борьбы с ГДЯ позволяет при полном и правильном его применении решать за­ дачи прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа и других газо­ динамических явлений.

Тем не менее современная ситуация с проявлениями ГДЯ на шахтах ставит перед нами вопросы, которые должны немедленно решаться. Рассмотрим их ниже.

Первое. Комплекс мероприятий по предупреждению внезапных выбросов и других ГДЯ создавался для условий качественного рамного крепления горных выработок со сплошной перетяжкой забоя. Сейчас же независимо от ситуации применяется анкерная крепь. Часто из-за несоответствия анкеров геологическим условиям они держатся в массиве недостаточно прочно. Сплошь и рядом пере­ тяжка бортов делается некачественно или вообще отсутствует. Если при этом -81 выработкой пересекается выбросоопасная зона, то применение в ней противо выбросных мероприятий бессмысленно. Выполнение противовыбросной обра­ ботки массива вызывает активную ответную его газодинамическую реакцию, грозящую развязыванием ГДЯ. Кроме того, отсутствие прочной крепи провоци­ рует интенсивное развитие напряжений и деформаций в зонах влияния тектони­ ческих нарушений, а следовательно, способствует повышению газодинамиче­ ской опасности. Должно быть аксиомой, что при первом проявлении признаков нарушенности угольного пласта и опасности ГДЯ должен быть осуществлен пе­ реход на качественное крепление не только с прочной сплошной перетяжкой бортов, но и с забутовкой свободного пространства между крепью и массивом.

Может быть, возможна какая-то специальная арочная крепь, удовлетворяющая отмеченным выше требованиям, но над этим нужно работать. Серьезность дан­ ного вопроса подтверждается последними внезапными выбросами на шахтах «Первомайская» и «Абашевская».

Второе. Современные темпы проведения подготовительных выработок требуют более оперативного прогноза выбросоопасности. К настоящему време­ ни разработаны оперативные методы оценки выбросоопасности с использовани­ ем аппаратуры контроля метана АКМ ИГД им. А. А. Скочинского (Иванов Б. М., Хейфец А. Г) и ИУУ СО РАН (Полевщиков Г. Я.). Применение этих методов в дополнение к регламентированному инструкцией рекомендовалось НЦ ВостНИИ, МНОЦ КузГТУ, ИУУ СО РАН начиная с 1991 г. Предполагалось, что, апроби­ ровав методы параллельно с методом, уже проверенным многолетней практи­ кой, удастся применять их самостоятельно как более оперативные и менее субъ­ ективные. Но шахты, в частности шахта «Первомайская», не создала для этого условий. Таким образом, повышение оперативности текущего прогноза не со­ стоялось. Единственным шагом в этом направлении является разработка и при­ менение автоматизированного прогноза выбросоопасности для нисходящих подготовительных выработок на крутых пластах, что позволило решить для них проблему текущего прогноза, поскольку бурение в этих выработках контроль­ ных шпуров невозможно из-за слишком большого наклона вниз.

Третье. Известно, что не всегда подход забоя к зоне выброса сопровож­ дался аномальными изменениями концентрации метана, которые могли бы быть зафиксированы АКМ. То есть полностью доверять основанным на ее примене­ нии методам пока невозможно. Нужны более надежные признаки входа выра­ ботки в выбросоопасную зону. В результате многих лет изучения механизма развязывания внезапных выбросов [8] я пришел к выводу, что перед данным яв­ лением вследствие того, что призабойная часть массива постоянно находится в «живом», динамичном состоянии, кинетическая энергия смещений массива и энергия сорбции метана переходят в потенциальную энергию нарушенной пачки или совокупности пачек массива (идет энергонасыщение массива). К этой пачке (совокупности пачек) как нельзя лучше подходит термин «потенциально выбро­ соопасная пачка угля». Мне кажется, нужно использовать возникшую идею для нового шага в направлении прогноза выбросоопасности. Нужно при проведении горных выработок с помощью определенной геофизической аппаратуры пытать­ ся улавливать признаки высокой энергонасыщенности массива, свидетельст -82 вующей о высокой газодинамической опасности зоны. Это не просто. Нужна определенная аппаратура и определенный диапазон улавливания геофизических характеристик массива. Но первые шаги в данном направлении имеются.

Экспериментальными исследованиями на шахтах «Чертинская» и «Новая»

показано, что по увеличению показателя активности электромагнитного излуче­ ния А приближение к выбросоопасной зоне устанавливается раньше, чем по из­ менению других характеризующих выбросоопасность параметров: увеличению максимальной начальной скорости газовыделения из контрольных шпуров g;

увеличению концентрации метана при отбойке угля в забое с;

снижению проч­ ности угля q (рис. 4).

б Д И 'М /М Н Ас имп./мш С,% 1,7* ffl 6,04 4 7,С 8,( 5.04 9,04 10,04 11, 2. 87 2.0. 2. ш Рис. 4. Сопоставительные графики изменения характеристик выбросоопасности в исследуемых зонах пластов:

а - конвейерный штрек 416, ш ахта «Новая»;

б - вентиляционный штрек 414, ш ахта «Чертинская»

-83 Этот результат является пионерным, поскольку считалось, что первыми на изменение ситуации реагируют параметры (например, начальная скорость газо­ выделения), измеряемые по опережающим забой контрольным шпурам. Он оз­ начает, что бесконтактные способы, позволяющие осуществлять непрерывный, оперативный и технологичный контроль за состоянием массива, к тому же могут быть и более точными, чем способы, основанные на бурении шпуров. Для про­ ведения исследований в данном направлении нужны современные приборы и научные кадры.

Четвертое. Наиболее серьезным вопросом является повышение опера­ тивности локальной противовыбросной обработки.

Но мы знаем, что очень оперативным, однако сложным в управлении яв­ ляется применение в качестве локального способа гидроотжима пласта. Нужно развивать этот способ далее, а не бояться его, тем более, что он может выпол­ няться без присутствия людей в забое.

. Очень оперативно применялся на шахте «Чертинская» автоконтрольный способ. Но после выброса он был заменен на гораздо более затратный по трудо­ емкости и времени способ - бурение разгрузочных скважин. Но какой смысл менять способ, если явление произошло из-за несоблюдения паспортных пара­ метров скважин? Другое дело, что нужно было подумать о переходе при авто контрольном способе с бурения ручным электросверлом на бурение станком, например, БЖ-45, что исключило бы недобуривание скважин.

Пятое. Газодинамические явления сложны и познать их до конца практи­ чески невозможно. Поэтому процесс борьбы с этими явлениями всегда будет оставаться творческим. Здесь нельзя по пунктам расписать все мероприятия и уложить их строго в рамки нормативно-методических документов. В то же вре­ мя успех борьбы с ГДЯ будет тем значительнее, чем более творчески мы будем решать возникающие сложные вопросы.

Считаю, что было, например, недопустимым переводить текущий прогноз только на оценку выбросоопасности по шпурам, не считаясь с результатами оцен­ ки тектонической нарушенное™ пачек угля. Ведь доказано, что выбросы проис­ ходят всегда в тектонически нарушенных структурах. Пустое применение прогно­ за расхолаживает рабочих, снижает их бдительность, и окажется, что в действи­ тельно опасной зоне они не проявят должного внимания и оперативности.

В то же время нужно узаконить и визуальное выявление тектонически на­ рушенных пачек. Иногда опытный геолог и просто горняк могут установить та­ кую пачку и без прочностномера. Кстати, при применении последнего может быть получена ошибка из-за попадания пики в локальное прочное включение, а визуальное наблюдение может при этом исправить ошибку.

Шестое. Половина успеха в борьбе с ГДЯ - это своевременное выявление тектонических нарушений в угольно-породном массиве. Очень много говорится о возможности прогнозирования нарушений с помощью геофизической аппара­ туры, но мало для этого делается. Хорошей надежной аппаратуры практически нет. НЦ ВостНИИ купил аппаратуру СЭР-1 у ВНИМИ почти три года назад, но так и не смог ее отладить, она не работает. Поэтому лаборатория выбросов поль­ зуется старой громоздкой аппаратурой «ШЭРС-1», к тому же тяжелой. Чтобы ее -84 носить по шахте, нужно пять человек, а хорошую зарубежную аппаратуру пере­ носит один человек.

Нужна хорошая аппаратура и программы к ней, которые могут быть даже дороже аппаратуры. А после ее приобретения должна быть разработана единая стандартная методика наблюдений, которая должна выполняться всеми иссле­ дователями, иначе по-прежнему все будут делать измерения кустарными прибо­ рами, измерять только что-то лично своими методами, на свой лад, и нельзя бу­ дет совместить результаты и разработать надежный метод выявления зон текто­ нических нарушений.

Мне кажется, должны быть выделены на перечисленные исследования серьезные средства и создан мощный центр по борьбе с ГДЯ, без разделения про­ блемы на внезапные выбросы угля и газа и горные удары. Целесообразно создать такой центр в Кузбассе, самом большом угольном бассейне, на базе Кемеровского представительства ВНИМИ, специализирующегося на данной проблеме, под ку­ раторством ОАО ВНИМИ и Маркшейдерского научно-образовательного центра МНОЦ КузГТУ. В этом случае будет решен вопрос и с научным руководством проблемой, и с обеспечением Кемеровского представительства ВНИМИ моло­ дыми кадрами исследователей за счет выпускников вуза и аспирантов. Будет создан научно-учебный центр по решению проблемы. Положительный преце­ дент создания таких центров имеется. При этом будет решаться и проблема борьбы с ГДЯ, и будет внесен вклад в повышение роли вузовской науки и соз­ дание инновационных вузовских образований.

Седьмое. МНОЦ КузГТУ сейчас работает над проблемой разделения уча­ стков угольных пластов по их геодинамической активности, включая сюда, кро­ ме проявления геодинамических явлений, и особенности поведения кровли. На­ ми применен при постановке задачи термин «Геодинамическое зонирование участков угольных пластов». Термин использован по аналогии с термином «Геодинамическое районирование». Но, в отличие от масштабности райониро­ вания, мы собираемся выделять зоны на весьма ограниченных участках пласта, планируемых к отработке. Идеей является применение компьютерных ГИС технологий для разделения участков пластов по видам и степени геодинамиче­ ской активности на основе создания и обработки банка данных горно-геомет­ рических, геологических и горнотехнических характеристик участка.

ЛИТЕРАТУРА 1. Методика выявления выбросоопасной угольной пачки при текущем прогнозе выбросоопасности / В. С, Зыков, Г. Н. Фейт. - Кемерово: ВостНИИ, 1992. - 11 с.

2. Временная методика текущего прогноза газодинамической опасности при проведении подготовительных выработок по угольным пластам / В. С. Зыков, В. С. Луд зиш, В. С. Черкасов и др. - Кемерово: ВостНИИ, 1996. - 16 с.

3. Патент РФ № 2064590. Способ прогноза опасности возникновения газодина­ мических явлений при проходке подготовительных выработок по угольным пластам / В. С. Зыков, В. С. Черкасов, В. И. Крючков // Изобретения. - 1996. -№ 21. - С. 186.

-85 4. Р ук оводство по предупреждению внезапных загазирований выемочных участ­ ков при прорывах и экстремальных выделениях метана / В. С. Зыков, Г. Г. Стекольщи­ ков, В. А. Рудаков и др. - Кемерово: ВостНИИ, 2000. - 36 с.

5. Руководство по определению степени (категории) выбросоопасности угольных пластов и забоев горных выработок с учетом глубины и технологии ведения горных работ / Г. Н. Фейт, В. С. Зыков, О. Н. Малинникова и др. - Кемерово: ВостНИИ, 1999. - 8 с.

6. А. с. № 1815329. Способ определения истинного начального давления газа в газонасыщенном угольном пласте / В. С. Зыков, В. В. Славолюбов, Ю. П. Осокин // Изо­ бретения. - 1993.-№ 18.- С. 70.

7. Руководство по предупреждению внезапных выбросов угля и газа в очистных забоях угольных шахт. 2-е изд., испр. / В. С. Зыков, В. И. Мурашев, П. В. Потапов и др. Кемерово: НЦ ВостНИИ, 2002. - 34 с.

8. Зы к ов В. С. Некоторые новые представления о формировании выбросоопасно­ го состояния угольного массива // Безопасность угольных предприятий: Сб. науч. тр. / НЦ ВостНИИ. - Кемерово, 2001. - С. 9-15.

ВНПМП УДК [622.831.322 + 622. 831. 325]: 622. 831. Д. В. ЯКОВЛЕВ, Б. Г. ТАРАСОВ (ВНИМИ), О. Г. ИШХНЕЛИ (ФГУП «Арктикуголь»), М. В. ШВАНКИН (ВНИМИ) С О В Р Е М Е Н Н Ы Е П РО Б Л Е М Ы Б Е ЗО П А С Н О ГО В ЕД ЕН И Я ГО РН Ы Х РА Б О Т НА Ш А Х Т А Х Т Р Е С Т А «А Р КТИ КУГО Л Ь »

Трест «Арктикуголь» ведет работы на Баренцбургском угольном место­ рождении с начала 30-х годов XX века. Баренцбургское угольное месторожде­ ние находится на острове Западный Шпицберген. Район месторождения сложен горным массивом высотой до 500-600 м над уровнем моря, по периферии кото­ рого располагается плато, опускающееся к берегу залива. Угленосная толща со­ держит два рабочих пласта угля - Верхний и Нижний.

Проблема геодинамической безопасности разработки этих пластов суще­ ствует более 35-ти лет. До разработки пласта Верхнего высокая степень ударо опасности Баренцбургского месторождения отмечалась с 1967 г., при отработке пласта Нижнего (расположенного в 25-30 м ниже Верхнего) на участках «Соб­ ственный» и «Контрактный район». Так, за период 1967-1974 гг. зарегистриро­ вано 19 горных ударов как в целиках, так и в очистных забоях.

С началом ведения горных работ на пласте Верхнем на участке «Собствен­ ном» удароопасность нарастала быстро. Первые ее признаки появились уже в пери­ од подготовки шахтного поля, при проведении одиночных горнокапитальных и подготовительных выработок, а впоследствии и в очистных забоях. С увеличением площадей выработанного пространства динамические явления стали протекать с сильным толчком со стороны почвы и ее внезапным разрушением. Данное явление было классифицировано как внезапное разрушение пород почвы (ВРПП). На шах­ тах Шпицбергена такие явления ранее не происходили. Всего за период с 1998 по 2005 гг. на шахте зарегистрировано 16 динамических явлений.

Можно отметить следующие основные факторы нарастания напряженно­ сти разрабатываемого пласта Верхнего и его удароопасности:

- наличие «тяжелой», склонной к зависанию кровли, представленной прочными кварцевыми песчаниками мощностью до 170 м;

- большая глубина разработки (600 м);

- склонность угля к накоплению упругой энергии;

- наличие разнопрочных, невыдержанных по мощности слоев песчаника в почве пласта;

- отсутствие слабых пластичных прослоев, способных релаксировать часть нагрузок;

-87 - наличие геологических нарушений, в которых удароопасность усиливается;

- относительно молодой геологический возраст месторождения и его вы­ сокая (до 7 баллов) сейсмичность, предполагающая активное современное раз­ витие района.

Кровля пласта Верхнего представлена прочными (150-200 МПа) песчани­ ками мощностью до 170 м.

Схематический геологический разрез толщи пород, вмещающих пласт Верх­ ний, показан на рис. 1. Песчаник основной кровли имеет мощность более 130 м.

Выше по разрезу также залегают мощные (до 200 м) слои песчаника и прочного алевролита. При залегании песчаника в непосредственной кровле, как это наблю­ дается на пласте Верхнем (отработка которого началась в 1996 г.), его удароопас­ ность, с учетом физико-механических свойств угля, была предопределена. Об этом в 1990 г. институтом ВНИМИ было выдано соответствующее заключение.

Основными геологическими факторами, определяющими безопасность ведения горных работ, являются:

1) структурно-морфологические условия возникновения Баренцбургского месторождения;

2) особенности тектонического строения месторождения;

3) литолого-фациальная обстановка месторождения;

4) высокая сейсмичность района месторождения в настоящее время (аль­ пийская складчатость);

5) достоверность установления направления действий региональных тек­ тонических напряжений и реставрация локальных палеонапряжений, опреде­ ляющих ориентировку малоамплитудных нарушений и трещиноватость массива горных пород.

Анализ геологической обстановки по Баренцбургскому месторождению, где произошли геодинамические явления, показывает, что они территориально приурочены к местам, обуславливающим изменения структурно-морфоло гической обстановки отрабатываемых пластов Нижнего и Верхнего, таким как утонение пластов до полного выклинивания, увеличение мощности пластов, уменьшение крепости угля, залегание в основной почве алевролитов и пропла стков угля, подстилаемых кварцевыми песчаниками и конгломератами.

Диагональная ориентировка к линии очистного забоя полостей разрушенно­ го угля на пласте Нижнем согласуется с ориентировкой региональных, локальных напряжений, выявленных в процессе натурных наблюдений по пласту Верхнему.

Анализируя тектоническую схему по территориальной приуроченности горных ударов к тектоническим блокам, можно сделать следующие выводы.

Места, где произошли горные удары, находятся на периферии тектониче­ ских блоков. На границах тектонических блоков имеются ослабленные зоны, пространственно совпадающие с зонами влияния нарушений.

Вблизи разрывных нарушений отмечается устойчивое изменение следую­ щих факторов: уменьшение прочности угля и вмещающих пород;

увеличение напряженности массива пород, конвергенции кровли (почвы) горных выработок, трещиноватости угля и вмещающих пород. Именно здесь могут создаваться ус­ ловия для геодинамической опасности в системе "кровля-пласт-почва".

Рассмотрим особенности расслоения налегающей толщи пород при их подработке.

Уникальность Баренцбургского месторождения заключается в том, что разрабатываемый пласт Верхний находится как бы под воздействием пресса.

Верхняя перекрывающая толща основной труднообрушающейся кровли пред­ ставлена прочными песчаниками (мощность их только в пределах баренцбург ской угленосной толщи более 130 м, при глубине отработки более 600 м). По данным натурных исследований, анализа материалов геологических разрезов на­ легающей толщи пород монолитные мощные слои, представленные песчани­ ком, расположены на высоте 12 м в кровле пласта. Мощность этих слоев после­ довательно возрастает и соответственно составляет около 15, 40 и 60 м.

Процесс деформирования труднообрушающейся кровли включает три стадии:

- упругого прогиба (трещин в кровле и отжима угля от забоя не наблю­ дается);

- интенсивного прогиба (появление трещин в кровле пласта и эпизодиче­ ский отжим угля от забоя);

-89 - разрушения (развитие в кровле системы трещин, значительный отж угля от забоя, образование заколов в кровле).

Изменение несущей способности кровли на различных стадиях ее дефор­ мирования имеет стабильные значения отношения эквивалентного пролета к предельному. На стадии упругого прогиба - 0,63-0,75, интенсивного - 0,75- 0, и на стадии разрушения - 0,9-1,0. Чем больше величина этого отношения на участке упругого прогиба, тем интенсивнее проявление первичных осадок ос­ новной кровли, сопровождающееся динамическим ударом на крепь и значитель­ ным опусканием кровли.

Вопрос определения характера деформирования пород налегающей толщи при наличии нескольких мощных слоев практически не исследован, также как во­ прос деформирования при этом целиков различного назначения. Это одна из про­ блем, которую необходимо решать при разработке руководства по предупрежде­ нию горно-динамических явлений на шахтах Баренцбургского месторождения.

Общий обзор сейсмичности архипелага Шпицберген приведен ниже.

За период с апреля по октябрь 2004 г. сейсмическими станциями КРСЦ ГС РАН на руднике «Баренцбург» зафиксировано около 500 сейсмических событий в районе архипелага, значительное количество которых дислоцировалось на по­ ле шахты № 1-5 (рис. 2).

Сопоставляя особенности временного распределения горных ударов и сейсмических событий в районе шахты рудника «Баренцбург» по часам суток, можно заключить, что приведенные потоки событий подвержены влиянию об­ щей закономерности (рис. 3).

-90 ал в 4.s а гг.з т Время в часах C M GT Рис. 3. Распределение горных ударов (1998-2004 гг.) и сейсмических событий (GMT - 2004 г.) по часам суток В распределениях по времени суток заметен резкий провал с 9 до 13 ч, что, вероятно, связано с тектонической разгрузкой дневной стороны Земли под воздействием солнечного ветра (солнечной плазмы).

Наиболее опасными периодами планетарно-космической активизации яв­ ляются ночные, утренние и вечерние часы суток, границы и середины фаз лун­ ного месяца, дни равноденствий в марте (23.03), сентябре (23.09) и солнцестоя­ ний в июне (23.06) и декабре (23.12) годового цикла. Анализ техногенной сейс­ мичности, проявлявшейся на руднике «Баренцбург», показывает, что горные удары происходят в периоды планетарных флуктуаций и энерготрансформаций.


В регламентации мероприятий по прогнозу и предотвращению динамических явлений необходимо учитывать взаимосвязи этих и сейсмических явлений, для чего нужно определить закономерности и параметры изменения сейсмической активности, выделить временные периоды повышенных рисков и предусмот­ реть их в «Руководстве по предупреждению горно-динамических явлений на шахтах Баренцбургского месторождения».

Мероприятия по предупреждению динамических явлений можно разде­ лить на группы:

1. Выбор схем вскрытия, способов подготовки и систем разработки, пре­ дусматривающих оставление минимального числа целиков, которые являются наиболее опасными очагами горных ударов в шахтах.

2. Управление горным давлением в пределах разрабатываемых участков, т. е. его перераспределение для снижения динамической опасности (защитные пласты при разработке свит, принудительное обрушение основной кровли).

3. Проведение мероприятий по воздействию на краевую часть угольного массива, повышающих его псевдопластичность и уменьшающих прочность (на­ гнетание воды в различных режимах, обработка пластификаторами, камуфлет ное взрывание, бурение скважин разгрузки или другие возможные способы рых­ ления, в результате которого она теряет способность накапливать упругую энергию, становится неопасной).

Все три группы мероприятий могут применяться в различных сочетаниях.

Однако для горно-геологических условий рудника мероприятия второй группы не применимы.

-91 Рассмотрим схемы подготовки и отработки выемочных столбов, приме­ няемые на удароопасных пластах:

- бесцеликовая схема отработки, в том числе с отработкой через выемо ный столб;

- схема отработки с оставлением оконтуренного дополнительной выра боткой целика;

- схема отработки с временным оставлением оконтуренного дополнитель ной выработкой целика с последующим его частичным или полным извлечением.

ScwSSsS nScsl mi ;

•• ;

•• -. f, ••. v-"" - X i,T.

V •V • hi В соответствии с инструкцией по горным ударам на шахте № 1-5 рудника «Баренцбург» применялась бесцеликовая схема отработки. С 2001г. с целью снижения горного давления в отрабатываемых лавах на шахте № 1-5 при отра­ ботке пласта Верхнего применена технологическая схема с оставлением на гра­ нице с выработанным пространством целиков угля шириной не менее 30 м. Це­ лики играют роль промежуточных опор и препятствуют передаче опорных на­ грузок на лавы со стороны вышерасположенного выработанного пространства.

Единственной целью оставления целиков на границе с выработанным про­ странством является защита действующих очистных забоев от опорного давле­ ния со стороны отработанных выше лав для снижения удароопасности в них.

При отработке лав все действующие выработки за лавами должны погашаться.

-92 Данная схема применена как вынужденная, вследствие проявления ранее серии динамических явлений в 27-й северной и 28-й южной лавах с разрушени­ ем пласта и пород почвы. Вместе с тем, оставляемые целики являются мощными концентраторами напряжений и удароопасны. Поэтому изменения в планирова­ нии горных работ или недостаточные меры по профилактике горных ударов в целиках могут привести к аварийным ситуациям. Этот фактор всегда присутст­ вует при работе с целиками.

Рекомендации по отработке лав должны основываться на изучении и кон­ троле геомеханических процессов. Оставление охранных целиков приводит к перераспределению напряжений на больших площадях отрабатываемого масси­ ва. В условиях неизученное™ процессов расслоения тяжелой кровли и сдвиже­ ния пород подрабатываемого массива невозможно было спрогнозировать по­ следствия применения данной схемы при дальнейшем развитии горных работ.

Так, в 2002-2003 гг. при отработке 28-й северной лавы прошла серия динамиче­ ских явлений с разрушением охранного целика.

Переход в 29-й южной лаве на технологию с временным оставлением це­ лика и последующим его извлечением произошел без проведения комплекса не­ обходимых исследований. При внедрении этой технологии в опытно-экспе риментальном варианте необходимо было перераспределить нагрузки из забоя на оконтуренные временные целики, приобретающие регулируемую частотой разгрузочных скважин податливость, и обеспечить безопасные по горным уда­ рам условия в очистном забое и штреках, находящихся в зоне опорного давле­ ния впереди лавы. Вместе с тем, последующее вовлечение в отработку временно оставленных целиков предотвращало формирование в выработанном простран­ стве объектов горных ударов, сохраняло технологическую цикличность работы очистного забоя длиной равной ширине выемочного столба, и исключало потери угля. Однако перераспределение нагрузок на оконтуренный целик вызывает пригрузку пород почвы и при напряжениях, достигающих предела прочности, возникает опасность ее динамических разломов. Вероятность проявления таких динамических явлений, из-за близости выработанных пространств от выемки по восстанию смежных столбов, возрастает при ширине оконтуренного целика, со­ измеримой с половиной ширины зоны опорного давления. Кроме того, при труднообрушающейся кровле часто происходит ее зависание, сопровождающее­ ся пригрузкой участков оконтуренного целика за границей зоны опорного дав­ ления, где без бурения разгрузочных скважин в целик отсутствует достаточная податливость и сохраняется опасность разрушения в динамической форме.

Технология с частичной выемкой целика предусматривает регулирование передачи давления на почву пласта. Столб отрабатывают смежными участками, для чего определяют геометрическую модель защемления основной кровли пла­ ста, устанавливают предельный пролет обрушения основной кровли пласта и принимают предельный пролет ее допустимого прогиба. Промежуточный штрек оконтуривает ленточную полосу столба шириной, превышающей ширину опас­ ной зоны опорного давления от очистного забоя. Отрабатывают участок столба угольного пласта на длину принятого предельного прогиба совместно с оконту­ ренной ленточной полосой. После этого укорачивают очистной забой на ширину ленточной полосы и укороченным забоем проводят отработку смежного участка -93 столба. Чередуя выемки смежных участков очистным забоем длиной на всю ши­ рину столба и укороченным - на ширину ленточной полосы, отрабатывают вы­ емочный столб на всю его длину. Выполнение этих работ требует проведения экспериментальных исследований, с обязательным выполнением работ по ис­ следованию закономерностей и характера деформирования и разрушения пород основной кровли.

Обобщим круг задач, которые необходимо решить для предотвращения динамических явлений на шахтах ГТ «Арктикуголь» и предусмотреть при раз­ работке «Руководства по предупреждению горно-динамических явлений на шахтах Баренцбургского месторождения»:

1. Определить характер деформирования пород налегающей толщи и охранных целиков.

2. Выполнить анализ сейсмической активности района в увязке с геодина мическими явлениями при различных горнотехнических условиях ведения работ на шахте.

3. Разработать регламент выбора схем подготовки и отработки выемочных столбов.

4. Выдать рекомендации по прогнозу и предотвращению горно-динами­ ческих явлений при ведении горных работ и для расчета целиков различного назначения.

5. Определить возможность и порядок применения анкерной крепи в вы­ работках, которые находятся вне зоны влияния опорного давления от очистных работ и срок службы которых превышает два года.

ЛИТЕРАТУРА 1. Я к ов л ев Д. В., Тарасов Б. Г. О в за и м о св я зи г е о д и н а м и ч е с к и х с о б ы т и й в ш ах ­ т ах и р у д н и к а х с ц и к л ам и со л н е ч н о й а к т и в н о с т и // Г е о д и н а м и к а и н а п р я ж е н н о е с о с т о я ­ н и е н ед р З е м л и // Т р. М еж д у н ар о д н о й к о н ф е р е н ц и и 2 - 4 о к тяб р я 2001 г., Н о во с и б и р ск о е отделен ие РА Н.

2. Я к овлев Д. В., Тарасов Б. Г. Г о д о во й ц и кл ге о д и н а м и ч е с к о й ак т и в н о с т и //Т е з.

д о к л. н а К о н г р е с с е -2 0 0 4. Ф у н д а м е н т а л ь н ы е п р о б л е м ы ес т е с т в о зн а н и я и тех н и к и. С П б., 2 0 0 4.

3. П атент РФ № 2 1 4 3 0 7 4, 6 Е 21 С 4 1 /1 8. С п о с о б р а зр а б о т к и м о щ н о го н а к л о н н о ­ го у д а р о о п а с н о г о п л ас та /Я. А. Б и ч, М. В. Ш в а н к и н, А. В. К о х а л ь н и к о в и др. 9 8 1 0 5 8 5 2 /0 3. О п уб л. 2 0.1 2.9 9. - Б. И. № 35.

4. П атент РФ № 2 2 2 4 8 9 0, 7 Е 21 С 4 1 /1 8. С п о с о б р а зр а б о т к и п о л о ги х и н ак л о н ­ н ы х у д а р о о п а с н ы х п ласто в /М.В.Ш в а н к и н, А.В.К у зн е ц о в, Ю.Я.М и н и н. -2 0 0 2 1 2 4 5 4 0 /0 3.

О п у б л. 2 7.0 2.0 4. - Б. И. № 6.

5. Бич Я. А., Золоты х С. С., Ш ванкин М. В. Р а зр а б о т к а м о щ н ы х п о л о ги х п л а ­ сто в, п о д в е р ж е н н ы х горн ы м у д ар ам. - М.: Н едр а, 1994. - 170 с.

6. Р азработать рекомендации по п о в ы ш е н и ю э ф ф е к т и в н о с ти п р и м е н е н и я о ч и ­ с т н о го м е х а н и зи р о в а н н о г о к о м п л е к са К М -1 3 8 при о т р а б о т к е п л а с та В ер х н и й в у с л о в и ­ ях с в е р х т я ж е л о й к р о вл и / О тч е т о Н И Р по д о г о в о р у № У Н -0 6 0 -0 4. - С П б.: В Н И М И, 2 0 0 4. - 73 с.

94 7. Инструкция по безо п асн о м у веден ию горны х работ на ш ахтах, разраб аты ваю щ и х пласты, склонны е к горны м ударам (Р Д 05-328-99). - М., 2000. - 320 с.

8. Провести горно-экспериментальные исследования на ш ах те № 1 -5 и р а зр а ­ б о тать р ек о м ен д ац и и по п р е д о т в р а щ е н и ю д и н ам и ч е с к и х я в л ен и й в 2 9 ю ж н о й л а в е на у ч а с тк е о т Ю Ф С до ц е н т р а л ь н ы х у к л о н о в / О тч ет о Н И Р по д о г о в о р у № У Н -0 1 2 -0 4. С П б.: В Н И М И, 2 0 0 5, - 123 с.

9. Асминг В. Э., Баранов С. В., Виноградов А. Н. С е й с м и ч н о с т ь а р х и п е л а г а Ш п и ц б е р ге н и п р и л е г а ю щ и х т е р р и т о р и й в 2 0 0 4 г. - А п ати ты, М у р м а н ск а я обл.: К о л ь ­ ск и й р еги о н ал ьн ы й се й с м о л о ги ч е с к и й ц ен т р Г е о ф и зи ч ес к о й сл у ж б ы Р А Н, 2 0 0 5.


2005 ВНПМП УДК 622.831.32:622.833. Я В. КРОТОВ, В. П. К0СТР0М ИН ( 0 А 0 ”ВНИМИ”), А. И. ВОВК, А. А. ВЬЮНИКОВ (ОАО “Воркутауголь”), А. Н. ОСИПОВ (ПМУ по ТЭН) А Н А Л И З И ТИ П И ЗА Ц И Я О С О Б О С Л О Ж Н Ы Х У С Л О В И Й В Е Д Е Н И Я ГО РН Ы Х РА БО Т НА Ш А ХТА Х О А О «В О Р КУТ А У Г О Л Ь »

В соответствии с Федеральным законом № 116-ФЗ “О промышленной безопасности опасных производственных объектов” угольные шахты отнесены к таким объектам, к которым предъявлены требования по всесторонней оценке риска аварий, анализу достаточности принятых профилактических мероприятий и готовности организации к эксплуатации опасного объекта [1].

По определению Федерального закона, авариями считаются разрушения сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производ­ ственном объекте, а также неконтролируемые взрывы и (или) выбросы опасных веществ. Для этих условий рекомендованы стандартные методические подходы к проведению анализа риска аварий на стационарно расположенных производ­ ственных объектах [2]. К авариям в горнодобывающей промышленности отне­ сены горные удары [3] - геодинамические явления с нелинейным механизмом деформирования и разрушения участков угольного пласта. Угольная шахта представляет сложную природно-техногенную систему, а горно-геологические условия разработки удароопасных пластов характеризуются специфическими закономерностями накопления и реализации энергии горного и газового давле­ ния. Выявление местоположения очага формирования удароопасности и време­ ни проявления горных ударов на угольных шахтах представляет трудную зада­ чу, и прямое применение известных решений [2] для анализа риска удароопас­ ности не всегда приемлемо.

Далее приведены результаты анализа риска удароопасности при разработ­ ке угольных пластов на шахтах ОАО “Воркутауголь”. Основной целью исследо­ ваний являлось выделение типовых особо сложных условий ведений горно­ проходческих и очистных работ с установлением границ опасных зон, в которых повышается риск проявления удароопасности угольных пластов.

96 В связи с этим, прежде всего, следует отметить, что в мировой практике для определения опасности сложных явлений применяют системный подход и опасность представляют как процесс, т. е. совокупность неблагоприятных соче­ таний внутренних и внешних факторов, угрожающих жизнедеятельности чело­ века или функционированию объекта. Из этих представлений обеспечение безо­ пасности - это применение профилактических мероприятий или по исключению неблагоприятных сочетаний факторов или по изменению их по отдельности. В зависимости от вида факторов понятие «опасность» приобретает характерный смысл. В нашем случае внутренними являются природные (исходные) факторы и внешними факторами - техногенное влияние горных работ, оцениваемые че­ рез геомеханическое состояние. В инженерной практике для количественной и качественной оценки опасности используется показатель риска, а сама процеду­ ра установления этого показателя производится методом риск-анализа. Большая часть методик оценки риска основана на ранжировании факторов, способст­ вующих повышению опасности, и суммировании баллов. Такого рода подходы имеют большую погрешность в оценке риска опасных явлений, формирующихся при сочетании нескольких факторов. В анализе риска удароопасности неблаго­ приятные сочетания природных и техногенных факторов оценивались через на­ пряженно-деформированное состояние краевой части пласта в пределах границ зоны опорного давления. Именно в этой области формируются условия для хрупкого разрушения предельно напряженного участка угольного пласта и про­ гнозируется удароопасность инструментальными методами.

Анализ риска удароопасности включает методические подходы, принци­ пы и требования к представлению информации для составления геомеханиче ской характеристики угольных пластов и вмещающих пород на участке ведения горных работ, идентификации опасных горно-геологических условий, установ­ ления вероятности возникновения опасного явления, анализа эффективности имеющегося арсенала способов и средств предотвращения горных ударов и вы­ бора оптимальных защитных мер. Сама процедура риск-анализа включает сле­ дующие этапы:

1. Геодинамическое районирование недр (III уровень) [4].

2. Прогноз удароопасности (горно-геологический).

3. Оценка степени удароопасности.

4. Установление меры (величины) риска удароопасности.

5. Разработка мероприятий по полному устранению (или минимиза­ ции) риска.

По результатам геодинамического районирования определяются природ­ ные (исходные) факторы в пределах рассматриваемого участка шахтного поля, производится горно-геологический анализ с целью выделения в массиве горных пород зон с различным уровнем горного и газового давления и т. п.

Техногенные факторы оцениваются по результатам изучения уровня на­ пряжений и деформаций, формирующихся при производстве горных работ. При этом используются геомеханические модели вариантов эксплуатации рассмат­ риваемого при риск-анализе участка удароопасного угольного пласта. Выявля­ ются основные влияющие на геомеханические условия и ударопасность пласта -97 факторы. Определяются те из них, на которые могут быть оперативно направле­ ны профилактические мероприятия.

Оценка опасного состояния (нарушение устойчивости) участков угольных пластов и соответственно прогноз удароопасности производятся из анализа ус­ ловий формирования и параметров напряжений в зонах опорного горного дав­ ления в области влияния забоя горной выработки. Опасные по динамическим формам проявления горного и газового давления участки в угольных пластах возникают при неблагоприятных сочетаниях напряжений в зоне опорного дав­ ления от движущихся забоев и существующих в пласте до начала влияния выра­ ботки. Поэтому при установлении степени удароопасности исследовались пара­ метры зоны опорного давления (уровень напряжений в точке максимума, рас­ стояние до точки максимума, коэффициент интенсивности напряжений) при текущем прогнозе, выполняемом при моделировании каждого шага подвигания забоя (подготовительного или очистного).

Из анализа горно-геологических, горно-технологических и геомеханиче ских условий производства горнопроходческих и очистных работ, предусмот­ ренных в Проектах первоочередной отработки (2004-2008 гг.) запасов шахт “Северная”, “Комсомольская”, “Заполярная ”и “Воркутинская” ОАО ’’Воркута­ уголь”, по месторасположению выделены участки угольных пластов, в границах которых прогнозируется повышенная степень удароопасности. Эти участки ха­ рактеризуются определенными параметрами, пригодными для типизации. Всего было выделено 12 основных типов особо сложных условий ведения горных ра­ бот, а именно:

1. Влияние дизъюнктивов.

2. Влияние зон повышенного горного давления (ПГД) от целиков и крае­ вых частей смежных пластов.

3. Переход передовых выработок в выемочном поле лавы.

4.Ведение проходческих работ в охранном целике.

5. Ведение горных работ на опасных пластах в зонах, где срок защитного действия подработки превышает допустимый.

6. Взаимное влияние горных работ на одном пласте.

7. Наличие незащищенных зон на опасном пласте.

8. Ведение горных работ на выработанное пространство.

9. Ведение горных работ вблизи расщепления пласта угля.

10. Ведение горных работ в зоне опорного давления.

11. Влияние слоя песчаника, залегающего во вмещающих породах.

12. Отход лавы от монтажной камеры при труднообрушаемых кровлях.

Каждый тип включает несколько подтипов. Например, особо сложные ус­ ловия ведения горных работ вблизи расщепления пласта (тип 9) для подготови­ тельной выработки схематично представлены на рис. 1 и имеют семь подтипов.

В ОАО “Воркутауголь” разрабатываемый пласт Мощный расщепляется на пла­ сты Тройной и Четвертый. Варианты проведения подготовительной выработки в зоне влияния расщепления и соответственно подтипы особо сложных условий приведены в т аб л.1.

-98 Типовые условия проведения подготовительной выработки относительно зоны влияния расщепления пласта Мощного Условия Направление проведения выработки Вдоль линии расщепления по пласту Мощному в пределах зоны влия­ А ния расщепления Вдоль линии расщепления по пласту Тройному в пределах зоны влия­ ния расщепления В Вдоль линии расщепления по пласту Четвертому в пределах зоны влияния расщепления 1 В направлении с пласта Мощного на пласт Тройной С 2 В направлении с пласта Мощного на пласт Четвертый 1 В направлении с пласта Тройного на пласт Мощный D 2 В направлении с пласта Четвертого на пласт Мощный Для установления меры риска удароопасности расчетным путем опреде лялся коэффициент R, характеризующий геомеханическое состояние удароопас ных пластов в типовых условиях. Коэффициент опасности R показывает увели чение уровня напряжений в зоне опорного давления в краевой части подготови­ тельной или очистной выработки, проводимой на участке с особо сложными ус­ ловиями, к значению напряжений при ведении горных работ в нормальных ус­ ловиях разработки одиночного пласта. На рис. 2 приведены средние значения коэффициента R, установленные по результатам прогноза напряженного состоя­ ния угольных пластов Пятого, Четвертого, Тройного и Мощного в типовых ус­ ловиях разработки на глубине 900 м. Сводные данные по количеству забоев с вышеперечисленными типовыми условиями, осложняющими производство гор­ ных работ на удароопасных пластах, для каждой шахты ОАО “Воркутауголь” с указанием величины опасности (Лш и Л3- соответственно суммарная по шахте и удельная по забою) приведены в табл. 1. Основные природные факторы (при про­ чих равных условиях), повышающие уровень потенциальной удароопасности, связаны с участками влияния дизъюнктивов (34,7 %) и расщепления (24,9 %) уда­ роопасных пластов.

Рис. Роль техногенного фактора в общей геомеханической картине на рассмат­ риваемых аномальных участках (например, для типов 2, 4, 8 и 10) массива воз­ растает по причине нелинейного характера деформирования горных пород, по­ падающих в зоны влияния очистных выработок с различным уровнем напряже­ ний. Например, учет при установлении параметров зон опорного давления, разгрузки и зон ПГД нелинейной связи между деформациями и напряжениями приводит к существенному изменению их границ. На интенсивность пригру женности горных пород в области влияния целиков и краевых частей и, следова­ тельно, на размеры зон ПГД существенно влияет изменчивость деформацион­ ных характеристик (модуля деформаций) при переходе из зон разгрузки в зоны ПГД. Анализ результатов инструментальных наблюдений за изменением де­ формаций и перемещений горного массива в зонах под- и надработки и в зонах ПГД показал, что в зависимости от мощности пород междупластья модуль де­ формаций при переходе из зон разгрузки в зоны ПГД увеличивается в 1,5 3 раза, что приводит, в свою очередь, к увеличению коэффициента концентра­ ции напряжений в зонах ПГД в 1,3-1,5 раза при расстоянии по нормали от ис­ - 100 точника ПГД 20-40 м;

в 1,2-1,3 раза - при расстоянии 40-80 м;

в 1,1-1,2 раза при расстоянии 80-120 м. Такое изменение коэффициента концентрации напря­ жений в зонах ПГД приводит, в свою очередь, к увеличению их размеров: в сто­ рону кровли в 1,4-1,6 раза, в сторону почвы в 1,2-1,4 раза.

Большой процент уровня опасности приходится на шахту “Комсомоль­ ская” (табл. 2). Это связано в основном с сочетанием условий ведения горных Таблица Уровень опасности горных работ на шахтах ОАО «Воркутауголь»

(на период 2005-2008 гг.) Уровень Тип особо сложных условий опасности Шахта R, I 2 3 4 5 6 7 8 10 11 Яш 6 5 7 2 2 2 3 «Воркутинская» - 52, - 1, 7,8 4, 10,2 11,5 2,9 6,8 2,8 2,5 3, б 1 2 3 2 «Северная» 22, - - - - 1, 8,6 3, 3,8 4,3 1, 1, б 1 6 2 «Комсомольская» 2, - 57, - - - 9,2 2,8 13,6 4,0 2, 2, 1 3 3 1 1 2 1 2 «Заполярная» 28,8 1, 6, 6,5 3, 2,5 3, 1,9 1,4 1, 1, 1, итого 34,7 19,4 24, 11,1 4,2 11,3 3,9 10,9 2, 4,1 11, в том числе в % 25 14 8 8 3 3 18 8 3 работ на пластах Тройном, Четвертом и Мощном в зоне влияния расщепления (тип 9) и тектонического разрыва Е2 (тип 1). Регламент проведения мероприя­ тий (периодичность прогноза и глубина прогнозных шпуров) по предупрежде­ нию удароопасности при проведении подготовительных выработок в этих осо­ бо сложных условиях представлен в табл. 3. Входящие в таблицу параметры Таблица Регламент прогноза удароопасности при проведении подготовительной выработки в зоне влияния линии расщепления (JIP) пласта М ощного Расстояние L до Тип Периодичность про­ Параметры Глубина прогноза условий гноза ЛР Как для одиночного я и / - для пл. М ощ­ Через 10 м 1 0,5 / ного 1,2 /» в напр. JIP 5м 9А / 2 - 0,2 / 1,2 я 2м L 0,2 / п и / - для пл. Трой­ Как для одиночного 10 м L i 0, ного 9ВI 1,2 я в напр. ЛР 5м 0,5 / /.2 : 0, 2 / 1,2 я 2м L 0,2 Как для одиночного я и / - для пл. Чет­ L 0,5 / 10 м 9В2 вертого 1,2 л в напр. ЛР 5м 0,5 / 0,2 / L 0,2 / 2м 1,2 я 101 Окончание табл. Тип Расстояние L до Периодичность про­ Глубина прогноза Параметры гноза условий ЛР Как для одиночного /I и / - для пл. Мощ­ Через 10 м L 0,5 / ного 1,2 п -"- 5 м 0,5 / Z. 0,2 / 1,3 п -"- 2 м 0 L 0,2 / 9СI п и / - д л я пл. Трой­ 1,5 п -" - 2 м 0 - L 0,2 / ного 1,3 п 5м 0,5 / - /. 0,2 / Как для одиночного Юм н и / - для пл. Мощ­ L 0,5 / ного 1,2 п -"- 5 м 0,5 / Z, 0,2 / 1,3 п 2м 9С2 0 L 0,2 / п и ! -д л я пл. Чет­ 1,5 п -"- 2 м 0 - L 0,2 / вертого 1,3 п - " - 10 м 0,5 / - 0, 2 / п и / - для пл. Трой­ Как для одиночного — 10 м L 0,5 / ного 5м 1,3 я 0,2 / I 0,5 / 1,5 п -"- 2 м 0 L 0,2 / 9DI » и / —для пл. Мощ­ 1,2 п 2м 0,2 1 - L ного Как для одиночного Юм - L 0,2 / - " - Юм Как для одиночного п и / - для пл. Чет­ L 0,5 / вертого 1,3 п 5м 0,2 / L 0,5 / 1,5 п 2м 9D2 0 L 0,2 / п и / - для пл. Мощ­ 1,2 п -"- 2 м 0,2 / - L ного Юм Как для одиночного - L 0,2 / ширины защитной зоны п и ширины зоны опорного давления / определяются в соответствии с Инструкцией [5].

ЛИТЕРАТУРА 1. Правила экспертизы декларации промышленной безопасности. Утв. постанов­ лением Госгортехнадзора России 07.09.99 г.

2. Методические указания по проведению анализа риска опасных промышлен­ ных объектов. - М.: Госгортехнадзор России, 1996.

3. Положение о порядке технического расследования причин аварий на опасных производственных объектах. Утв. постановлением Госгортехнадзора России 08.06.99 г.

4. Природа крупных аварий последних лет и современные методы и средства решения проблемы прогноза и предотвращения геодинамических явлений на шахтах России / Шабаров А. Н., Лазаревич Т. И., Кротов Н. В., Карелин Н. Н. (а настоящем сборнике).

5. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатываю­ щих угольные пласты, склонные к горным ударам (РД 05-328-99). - М.: НТЦ “Промыш­ ленная безопасность”, 2004.

2005 ВНПМП УДК [622.267.53:622.831,322]:550. В. А. РУДАКОВt П. В. ПОТАПОВ, В. В. СЛАВОЛЮБОВ (НЦ ВостНИИ), В.

(филиал «Шахта Осинниковская»), Р. А. ЗАЛЕНДИНОВ (Кузнецкое управление Ростехнадзора РФ) О С О Б Е Н Н О С Т И П Р О Я В Л ЕН И Я Г А З О Д И Н А М И Ч Е С КО Й А КТИ В Н О С Т И ПРИ П О Д ГО ТО В КЕ И О ТР А Б О ТКЕ В Ы Е М О Ч Н Ы Х УЧ А С ТКО В ПО П Л А С Т У Е- В П Р Е Д Е Л А Х ПОЛЯ Ф И Л И А Л А «Ш А Х Т А О С И Н Н И К О В С КА Я »

О А О О У К «Ю Ж КУ ЗБ А С С У ГО Л Ь »

Существующие методы прогноза условий отработки угольных пластов и проходки горных выработок для подготовки выемочных полей часто не соответ­ ствуют требованиям, предъявляемым угледобывающими предприятиями. При­ чина в том, что прогноз, как правило, основан на использовании данных разве­ дочного бурения, частота бурения скважин при котором не обеспечивает необ­ ходимой детальности. Подготовительные горные выработки, вскрывающие угольный пласт, еще не используются в полной мере для прогноза горно­ геологических условий. Исследования по ним ведутся только на основе геологи­ ческой документации, которая зачастую носит схематичный характер.

В связи с этим актуальны исследования, направленные на развитие и со­ вершенствование методов прогнозирования тектонических нарушений в уголь­ ных пластах, и особенно трудно выявляемых мелкоамплитудных нарушений, с которыми часто связаны проявление газодинамических явлений и экстремаль­ ные газовыделения в выработки. Несомненную перспективу в этом аспекте представляет разработка методических подходов к выявлению нарушенных зон, основанных на применении геофизической аппаратуры. Преимуществами гео­ физических методов перед другими является то, что они не требуют дорого­ стоящего бурения скважин, отличаются невысокими трудозатратами и позволя­ ют осуществлять оценку состояния массива не точечно, как при использовании скважин, а сразу в значительном объеме пространства.

В соответствии с п.2.4.22 «Инструкции по безопасному ведению горных ра­ бот на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. РД 05-350-00, -103 2000», НЦ ВостНИИ были проведены геофизические исследования в пределах выемочного поля пласта Е-5м в интервале между пройденными конвейерным и вентиляционным штреками выемочного блока 1-1-5-5 на выбросоопасной глу­ бине в филиале «Шахта Осинниковская».

В 2005 г. согласно «Комплексу мер по борьбе с внезапными выбросами угля и газа при разработке выбросоопасных и угрожаемых шахтопластов на 2005 г. по филиалу «Шахта Осинниковская» осуществляется проходка комбайнами ГПКС вентиляционных штреков 1-1-5-5 и 1-1-5-5бис встречными забоями в интервале между разведочными линиями IX, X и (X-XI).

На 06.07.2005 г. забой вентиляционного штрека 1-1-5-5 находился в окре­ стности отметки -375 м (абс.) на глубине 735 м от дневной поверхности. Забой вентиляционного штрека 1-1-5-5бис находился в окрестности отметки -300 м (абс.) на глубине 670 м от дневной поверхности. Расстояние между забоями вентиляционных штреков 1-1-5-5 и 1-1-5-5бис составляет 680 м, средний угол падения пласта Е-5 составляет 6,3°.

Углы заложения вентиляционных штреков 1-1-5-5 и 1-1-5-5бис соответст­ вуют углам залегания пласта Е-5 с учетом диагонального расположения трассы проведения вентиляционных штреков 1-1-5-5 и 1-1-5-5бис по отношению к изо­ гипсам пласта Е-5.

В пределах горного отвода филиала «Шахта Осинниковская» по фактам регистрации внезапных выбросов угля и газа, выявления текущим прогнозом при проведении пластовых выработок опасных зон пласт Е-5 являлся угрожае­ мым по внезапным выбросам угля и газа с глубины 620 м от дневной поверхно­ сти в пределах поля шахты «Тайжина» (I район) и 490 м от дневной поверхности в пределах поля филиала «Шахта Осинниковская» (II район).

При проведении вентиляционного штрека 1-1-5-5бис со стороны 1 района в 370 м от монтажной камеры (в 40 м от маркшейдерской точки 253) текущим про­ гнозом 06.07.2005 г. были выявлены выбросоопасные значения начальной скорости газоотдачи gniax = 4,5 л/мин. При последующих двух циклах определения показателя выбросоопасности их опасный уровень возрос до = 6,0 л/мин (таблица).

Пласт Е-5 по результатам текущего прогноза выбросоопасности при про­ ведении вентиляционного штрека 1-1-5-5бис отнесен к опасным по внезапным выбросам с глубины 490 м от дневной поверхности.

В забоях вентиляционных штреков 1-1-5-5 и 1-1-5-5бис с июля по сен­ тябрь 2005 г. проведены мониторинговые комплексные геофизические исследо­ вания с целью выявления потенциально выбросоопасных зон впереди забоя и составления рекомендаций по применению противовыбросных мероприятий при проходке.

Для работ в подземных условиях применялась аппаратура «СЭР-1», ШЭРС-5м, «Волна», изготовленные во взрывобезопасном исполнении.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 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.