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 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 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 4 ] --

Геофизические исследования проведены методом дипольного электрозонди­ рования (ДЭЗ), дипольного электропросвечивания и электропрофилирования мето­ дом ЭМИ. Результаты геофизических измерений приведены на рисунках 1,2 и 3.

При проходке текущим прогнозом не выявлено зон, опасных по внезап­ ным выбросам угля и газа.

104 Выписка из «Ж урнала по текущ ему прогнозу выбросоопасности»

при проведении вентиляционного штрека 1-1-5-5бис по пласту Е- Характеристика пачек угля в сечении забоя (от нижней к Начальная верхней) Проч­ Интер­ скорость Заключе­ Номер кон­ ность Проч­ Мощ­ Мощ­ газовыде­ ние об вал Дата, привязка выбросо­ трольного ность ность ность q ления, опасности шпура, забоя опасной шпура выбросо­ т, м м зоны S" шах»

пачки, с/ опасной л/мин пачки т 0, м.....

29.06.05, см.4 1,5 81 Не опасно 2, 1, (верхний) Т.253, 2,4 м 1, 81 01.07.05. см.4 1,5 2, 1, (верхний) Т.253. 14,4 м 1, 80 03.07.05, см. 1 1,5 1,5 1, (верхний) Т.253, 22,4 м 1, 04.07.05, см.З 80 1. 2, 1, (верхний) Т.253, 30,4 м 1. 80 0, 06.07.05, см. 1 1,5 - » 1,5 1, 81 (верхний) Т.253, 38,0 м 0, 1, 60 06.07.05, см.4 80 0, 1, 4,5 Опасно 2,5/2, (верхний) 81 Т.253, 40,0 м 0, 1, 4, 78 0,3 60 2 (верхний) 2, 07.07.05, см. 1 1, ”— 0,4 4 (нижний) Т.253, 44,0 м 2,5 82 70 2,5 — 4, 11.07.05, см.4 78 0,3 60 „ 1, 3,5 6, (нижний) 0,4 Т.253, 44,0 м 1, Рис. 1. Распределение электрического потенциала в призабойной зоне вентиляционного штрека 1-1-5-5бис пласта Е Анализ полученных геофизических данных позволяет сказать следующее:

Забой вентиляционного штрека 1-1-5-5бис со стороны квершлага № 68 находит­ ся в нарушенной зоне, которая протянулась впереди забоя на 20-30 м. Для уточнения пространственного положения нарушения необходимы дополнитель­ ные исследования.

-105 Рис. 2. Электромагнитное излучение в промежуточной печи 7 пласта Е Рис. 3. Электромагнитное излучение по вентиляционному штреку 1-1-5-5бис пласта Е Забой вентиляционного штрека 1-1-5-5 со стороны группового штрека Е находится в зоне интенсивной трещиноватости пород кровли и пласта. Мелко­ амплитудных нарушений (с амплитудой более 1/4 мощности пласта) в районе завала по вентиляционному штреку 1-1-5-5 и промежуточной печи не выявлено.

В промежуточной печи в интервале 60-100 м идет расслоение кровли, возможен завал, аналогичный тому, что имеет место в вентиляционном штреке 1-1-5-5.

Для геометризации аномальных зон необходимы были дополнительные геофи­ зические исследования с целью просвечивания выемочного столба из конвейер­ ных штреков 1-1-5-5.

В забое вентиляционного штрека 1-1-5-5бис проведены дополнительные комплексные геофизические исследования.

Геофизические исследования проведены методом дипольного электрозон­ дирования (ДЭЗ) и электропрофилирования (ЭМИ). Результаты геофизических измерений приведены на рисунках 4-6.

Повышенное излучение наблюдалось на ПК36 (360 м от сопряжения с монтажной камерой или 50 м от забоя выработки). Аномального излучения не наблюдалось, на втором канале регистрации нулевые значения.

-106 Рис. 4. Распределение электрического потенциала в вентиляционном штреке 1-1-5-5бис пласта Е5 (метод ДЭЗ) Рис. 5. Электромагнитное излучение в вентиляционном штреке 1-1-5-5бис пласта Е5 (метод ЭМИ) Рис. 6. Электромагнитное излучение в забое вентиляционного штрека 1-1-5-5бис пласта Е5 (метод ЭМИ) I Измерение электромагнитного излучения в забое показало неопасные зна­ чения, излучение ровное, без всплесков. В 30-ти замерах на втором канале реги­ страции не было отмечено аномальных показателей.

Совместный анализ всех геофизических материалов позволяет сделать следующие выводы:

- на момент измерений опасных по выбросам пороговых значений впере­ ди забоя вентиляционного штрека 1-1-5-5бис на расстоянии до 20 м нет, т. е. в настоящий момент забой вентиляционного штрека 1-1-5-5бис вышел за пределы зоны влияния тектонического нарушения;

- зона влияния мелкоамплитудного тектонического нарушения протягива­ ется под острым углом к створу проведения вентиляционного штрека 1-1-5-5бис.

Поэтому необходимо контролировать при дальнейшей проходке вентиля­ ционного штрека 1-1-5-5бис состояние крепи в правом борту и усилить крепле­ ние позади забоя вентиляционного штрека 1-1-5-5бис в зоне влияния тектониче­ ского нарушения со стороны левого борта.

Для последующей геометризации аномальных зон впереди забоев венти­ ляционных штреков 1-1-5-5 и 1-1-5-5бис необходимо проведение геофизических исследования с целью просвечивания выемочного столба 1-1-5-5 путем распо­ ложения генератора в забоях конвейерных штреков 1-1-5-5 с поочередной уста­ новкой приемников в забоях вентиляционных штреков 1-1-5-5 и 1-1-5-5бис.

Дополнительно геофизические исследования проведены методом диполь ного электропросвечивания. Часть результатов геофизических измерений при­ ведены ниже на рисунках 7, 8.

Пикеты Рис.7. Графики (1 - экспериментальный;

2. 3 - сглаженные) распределения электрического потен­ циала в конвейерном штреке 1-1-5-5 пласта Е5 (метод электропросвечивания, генератор в забое вентиляционного штрека со стороны путевого уклона 68) Рис. 8. Распределение электрического потенциала в конвейерном штреке 1-1-5-5 пласта Е5 (метод электропросвечивания, генератор в забое вентиляционного штрека со стороны уклона 42) Измерение ЭМИ в забоях показало неопасные значения, излучение ров­ ное, без всплесков. В 30-ти замерах на втором канале регистрации не было от­ мечено аномальных показателей.

Совместный анализ всех геофизических материалов позволяет сделать следующий вывод: опасных пороговых выбросоопасных значений впереди забо­ ев до 20 м в вентиляционном штреке нет.

Нарушение, вскрытое забоем вентиляционного штрека со стороны уклона 42 амплитудой 8 м, распространяется в лаве под острым углом к вентиляцион­ ному штреку и расположено в зоне а (рис. 9). В зоне 6 возможны мелкие нару­ шения, с - мелкие нарушения и слабая кровля.

По результатам электропросвечивания лавы со стороны уклона 42 интер­ вал лавы, где запланирована монтажная камера, невыбросоопасен, изменения потенциала в интервале маркшейдерской точки 281 вызваны влиянием проход­ ческого комбайна либо мелкими нарушениями амплитудой не более 1 м.

Практические рекомендации по результатам геофизических исследований совместно с учетом исходных горно-геологических и горнотехнических данных заключаются в следующем:

1. В действующих забоях подготовительных выработок, проводимых по пласту Е5 ниже критической по внезапным выбросам глубины, в соответствии с требованиями пункта 6.3.8 «Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа», обеспечить установку двух специальных датчиков контроля концентрации метана.

2. Для выявления и геометризации аномальных зон проводить геофизическое обследование призабойной зоны вентиляционных штреков 1-1-5-5 и 1-1-5-5бис с десятиметровым неснижаемым опережением.

-109 Рис. 9. Положение нарушенных зон по результатам электропросвечивания лавы 1-1-5-5 пласта Е филиала «Шахта Осинниковская»

3. Для локализации аномальных зон осуществлять бурение опережаю­ щих разгрузочных скважин диаметром 130-250 мм в количестве, определен­ ном паспортом.

4. Проведение горных выработок ниже критической по внезапным вы­ бросам глубины в зонах влияния геологических нарушений вести с примене­ нием рамного крепления со сплошной перетяжкой бортов и кровли. Вне этих зон возможно применение усиленной анкерной крепи в части крепления бор­ тов выработки.

2005 ВНПМП УДК [622.831.322:550.3]:53.082. В. А. РУДАКОВ, П. В. ПОТ (НЦ ВостНИИ) М. И. АНДРЕЕВ (ОАО ПО «Сибирь-Уголь») Р. А. ЗАЛЕНДИНОВ (Кузнецкое управление Ростехнадзора РФ) И С П О Л Ь З О В А Н И Е М Е Т О Д О В Ш А ХТН О Й ГЕ О Ф И ЗИ КИ Д Л Я У С Т А Н О В Л Е Н И Я А Н О М А Л Ь Н Ы Х ЗО Н ПО Т Е К Т О Н И Ч Е С К И М И ГА З О Д И Н А М И Ч Е С КИ М ПРОЯВЛЕНИЯМ В ПРЕДЕЛАХ ВЫ ЕМОЧНЫ Х УЧАСТКО В НА Ш А Х Т А Х О А О ПО «С И Б И Р Ь -У ГО Л Ь »

К ОАО ПО «Сибирь-Уголь» относятся шахты «Чертинская-Коксовая»

Чертинского месторождения и «Листвяжная» Егозово-Красноярского месторож­ дения. Выемочные поля вышеназванных шахт осложнены размывами, мелкоам­ плитудными разрывными и пликативными нарушениями, не установленными при геологоразведочных работах.

Опасность по газодинамическим явлениям при добыче угля представляют собой все пласты шахты «Чертинская-Коксовая», шахта «Листвяжная» не дос­ тигла границы глубины отработки, угрожаемой по внезапным выбросам.

Шахтные геофизические наблюдения проводились на шахте «Чертинская Коксовая» на пластах 3 и 5 в лавах 347, 351, 357, 544, 565, 567, находящихся ни­ же критической выбросоопасной глубины. На шахте «Листвяжная» по пласту Сычевский I в лавах 834, 836, 818 выполнен значительный объем геофизических работ (таблица).

Выемочные столбы, для которых производилось выявление аномальных зон с использованием геофизических методов исследований Промыш­ Длина, м Площадь Вынимае­ ленные Выемочный выемочного мая мощ­ Шахта Пласт по прости­ по паде­ запасы, участок участка, м2 ность, м ранию нию млн т 4,40 0, 500 836 «Листвяжная» Сычевский 1 1, 263500 4, 1550 0, 162000 2, 347 900 0, 2, 600 120 3 2,70 0, 800 125 «Чертинская 0, 2, 650 140 Коксовая»

0, 97500 2, 544 650 0, 120000 2, 800 0, 324000 2, 567 1800 -111 Для работ в подземных условиях применялась аппаратура «ШЭРС-5М», «СЭР», «Волна-2» и шахтная цифровая сейсмостанция ШСС-1 “Дружба”, изго­ товленные во взрывобезопасном исполнении. Проводился комплекс геофизиче­ ских исследований, включавший измерения естественного электромагнитного излучения (ЕЭМИ), дипольные методы электроразведки и, в редких случаях из за громоздкости аппаратуры ШСС-1, шахтной сейсморазведки.

М етоды естественного элек тром агн итного излучения (Е Э М И ) Регистрация ЭМИ проводилась одновременно по двум каналам.

На каждом пикете выполнялось по одной паре измерений ЭМИ одновре­ менно по первому (N,) и второму (N?) каналам регистрации. Ориентация ан­ тенны - параллельно боковой поверхности подготовительных выработок, оконтуривающих выемочный столб. Расстояние между точками измерений (пикетами) 10 м. При измерении в рабочем журнале при получении высоких показателей отмечались условия вблизи точки измерения (большая масса ме­ талла, включение и выключение электрооборудования, сопряжения выработок и другое). Типичное распределение ЕЭМИ по подготовительным выработкам приведено на рис. 1.

имп/сек Н ерапикет поконвейерному ш реку ом ов т Р и с. 1. График изменения естественного электромагнитного излучения в конвейерном штреке лавы Как правило, повышение естественного электромагнитного излучения про­ является в зонах влияния тектоническими нарушениями, либо в зонах со сменой литологического состава пород кровли.

-112 М етоды электроразведки Сущность метода дипольного электропрофилирования заключается в том, что электрическое поле в массиве горных пород создавалось и изучалось в од­ ной и той же выработке с помощью питающего (АВ) и приемного (MN) дипо­ лей, расположенных друг за другом. Метод электропросвечивания заключается в том, что электрическое поле создается неподвижным токовым диполем, ориен­ тированным по высоте выработки, а для приема сигнала служит ориентированный аналогично токовому измерительный диполь, перемещаемый с шагом 10 м, по другой выработке.

Заземление электродов во всех методах устанавливалось в кровле и почве угольного пласта. При проведении исследований на каждой точке осуществля­ лось измерение разности потенциалов AU на приемном диполе и тока / на пи­ тающем диполе. Исследования проводились с семикратным перекрытием участ­ ков наблюдения.

В методах дипольного электропрофилирования (ДЭП) и электропрсвечи вания (ЭП), выбросоопасные зоны, установленные нормативным методом теку­ щего прогноза по контрольным шпурам, приурочены к границам изменения раз­ ности потенциалов A U (рисунки 2, 3).

Рис. 2. График разности потенциалов дипольного электро­ профилирования (ДЭП) по конвейерному штреку № Рис. 3. График разности потенциалов электропросвечивания выемочного столба 113 По изменениям разности потенциалов AU на графиках электропросвечи­ вания (см. рис. 3) отстраивались границы потенциально выбросоопасных зон в выемочных столбах. В качестве примера приведены результаты геофизических исследований методом электропросвечивания выемочного столба 567 протя­ женностью 1800 м (рис. 4).

Расстояние от пут евого уклона, (еент. штрек) ми I X 1 1.710 1620 li30 1Н 1.350 Ш 1.170 1.080 0.990 0500 0.810 0.720 0.630 0.540 0450 0.360 0.270 0.180 0 9.

.800 О.0 U Конвейерныйш рек 56?

т Рис. 4. Томограмма разности потенциалов, полученная из материалов элек­ тропросвечивания выемочного столба 567 (большое осреднение). Цифры обозначают расстояние от блочного квершлага № 3 в километрах Выделенные по результатам шахтных геофизических наблюдений ано­ мальные зоны нанесены на план горных работ и в контуре выемочного столба 567 увязаны с горнотехническими и геологическими данными, полученными в процессе проведения подготовительных выработок, с материалами прямого га­ зового опробования.

Увязка материалов наблюдений с горнотехническими дан­ ными позволила выявить трещиноватость техногенного характера. При уверен­ ной увязке аномальных зон с техногенными факторами, не влияющими на вы­ бросоопасную ситуацию, такие зоны не рассматривались как потенциально выбросоопасные. Сопоставление с геологическими материалами позволило увя­ зать геофизические аномалии со структурными особенностями угольного пла­ ста, а также исключить аномалии, не влияющие на выбросоопасную ситуацию (наличие вскрытых выработками породных прослоев, включений, замещений литологического характера).

За потенциально выбросоопасные принимались участки, в пределах кото­ рых отмечались аномалии с низкими значениями разности потенциалов, в два раза меньшими по сравнению со средними значениями по всему выемочному столбу 567.

На границах этих участков отмечаются резкие повышения значений раз­ ности потенциалов в два раза от среднего фонового значения. При отработке пласта наибольшую опасность по газодинамическим явлениям представляли именно эти границы участков.

Анализ полученных геофизических данных выемочного столба 567 пока­ зывает следующее:

1. В пределах выемочного столба 567 наблюдаются изменения разнос потенциалов более двукратных, связанные с изменением физических свойств 114 угля и вмещающих пород. Это обусловлено приближением к разрывным нару­ шениям, которые ранее были вскрыты оконтуривающими подготовительными выработками;

проявлениями складчатости, выявленной по профилям вентиля­ ционного и конвейерного штреков 567;

зонами повышенного горного давления, от оставленных целиков на пласте 4;

гидрогеологическими особенностями угле­ вмещающего массива в окрестности выемочного столба 567 (см. рис. 4).

2. Выделено шесть зон с резкими границами физических свойств, которы представляют опасность при пересечении их механизированным комплексом (см. рис. 4):

зоны 1,1а (пикеты по конвейерному штреку от 12 до 15;

пикеты по венти­ ляционному штреку от 15 до 18) и зона 2 (пикеты по конвейерному штреку от до 28;

пикеты по вентиляционному штреку от 18 до 28) обусловлены разрывны­ ми нарушениями и зонами ПГД от целиков пласта 4;

зона 3 (пикеты по конвейерному штреку от 35 до 37;

пикеты по вентиляцион­ ному штреку от 37 до 39) связана с зонами повышенного горного давления, от ос­ тавленных целиков на пласте 4, и проявлениями микроскладчатости по пласту 5;

зона 4 (пикеты по конвейерному штреку от 38 до 44;

пикеты по вентиля­ ционному штреку от 43 до 47) и зона 5 (пикеты по конвейерному штреку от до 61;

пикеты по вентиляционному штреку от 58 до 63) вызваны проявлениями пликативной нарушенности и послойными дислокациями;

зона 6 (пикеты по вентиляционному штреку от 87 до 93) обусловлена из­ менением направления трещиноватости и сменой литологического состава по­ род кровли и почвы, следует отметить, что скорость (градиент) изменения физи­ ческих свойств в этой зоне меньше, чем в других зонах, и возможно, что она не представляет опасности по газодинамическим явлениям.

В пределах других участков выемочного столба 567 наблюдаются нерез­ кие изменения разности потенциалов (менее 1,8), указывающие на то, что в них отсутствуют напряженные зоны и при отработке лавы не будет осложнений.

При отработке выемочного столба 567 в интервале от монтажной камеры до пикета 75 подтвердилось изменение направления трещиноватости от угла встречи с линией забоя 30-40° до параллельного забою лавы 567.

Прогнозировалось различное поведение кровли лавы 567 в интервалах от монтажной камеры 567 до пикета 62 и от пикета 62 до вентиляционного уклона из-за изменчивости физических свойств (разница в уровнях сигнала - рисунки 1-3), обусловленной сменой литологического состава и мощности пород основ­ ной кровли.

На графиках естественного электромагнитного излучения изменения фи­ зических свойств, выявляемые электроразведкой, также отмечаются достаточно уверенно.

При отработке выемочного столба 567 прогнозные оценки подтвердись полностью.

М етоды сейсм оразведки Сейсморазведочные работы проводились методом проходящих волн шахтной цифровой сейсмостанцией ШСС-1 «Дружба», с целью уточнения и вы­ -115 явления тектонических нарушений. Шаг приема и возбуждения сейсмических волн в диапазоне 5-15 м при 12-24-кратном перекрытии.

Обработка проводилась стандартным образом. Исходные данные с мини­ кассет вводились в формате ШСС-1 в IBM PC/AT в соответствии со схемой ис­ следований. Каждая сейсмограмма приводилась в соответствие с пикетом в вы­ бранной системе координат. Затем исходные данные из формата ШСС-1 перево­ дились в формат SGR. Формировались единые файлы - сейсмограммы общей точки возбуждения (ОТВ).

Проводились центрирование и нормирование трасс сейсмограмм, спек­ тральный анализ сейсмограмм, редакция данных, перекомпоновка данных по общему пункту приема (ОПП).

Прослеживались годографы каналовых волн, рассчитывались динамические параметры сейсмических волн - частоты, затухания, коэффициент корреляции с формой сигнала;

рассчитывалась миграция проходящих каналовых 5-волн.

Частоты, затухания рассчитывались путем разложения регистрируемых волн по методу Прони, то есть каждая трасса представлена в виде суммы экспо­ ненциальных волн:

N U(x\t) = ^ Aie~ai'cos((oit +ф,), = где U(x\t) - функция, описывающая поведение сейсмотрассы;

расстояние;

t время;

А,, со,, а,— соответственно амплитуда, частота и затухание г-той волны;

Ф - угол смещения.

, К аэф ициент за т уха н и я.па о*.3 П икет ы IК о н в е й е о н ы й ш т о е к Рис. 5. Томограмма затухания каналовой волны, рассчитанного по методу Прони (шахта «Листвяжная», пласт Сычевский I, выемочный столб 836) Затем проводился расчет томографического изображения по выбранным динамическим параметрам и в плане отстраивались карты с изображением вы­ бранных параметров по всему исследованному участку. На данных картах выде­ - 116 лялись участки с аномальными значениями динамических параметров, по кото­ рым можно судить о распространении тектонических нарушений в контуре ла­ вы. Наиболее четко участки с нарушением стратиграфического залегания пласта выявлялись по затуханию проходящих волн (рис. 5).

Таким образом, методами шахтной геофизики в условиях полей шахт ОАО ПО «Сибирь-Уголь» можно достаточно полно оценить условия отработки выемочных столбов и заблаговременно принимать решения, исключающие мно­ гие непредвиденные остановки очистных забоев, приводящие к большим эконо­ мическим потерям.

2005 ВНПМП УДК 622.832. И В. МАХРАКОВ, В. С. ЗЫКОВ (Кузбасский государственный технический университет) З О Н И Р О В А Н И Е П Л А Н И Р У Е М Ы Х К О ТР А Б О ТКЕ У Ч А С ТК О В У Г О Л Ь Н Ы Х П Л А С ТО В ПО ГЕ О Д И Н А М И Ч Е С КО Й А К Т И В Н О С Т И Возможность проявления тех или иных техногенных геодинамических яв­ лений (ТГДЯ) при проведении горной выработки по угольному пласту в преде­ лах шахтного или рудного поля, участка этого поля зависит от геодинамики уча­ стка земной коры, на котором они расположены. Геотехнологические процессы в районе отрабатываемого участка накладываются на геодинамические процес­ сы в недрах и при соответствующем их сочетании могут привести к внезапным выбросам угля и газа, горным ударам, суфлярам, внезапным разрушениям вме­ щающих пород с выносом метана и угля и т. д.

Существует и в последнее время интенсивно развивается в горной науке направление исследований по геодинамическому районированию недр. В роли ведущей научно-исследовательской организации по геодинамическому райониро­ ванию выступает МНЦ ВНИМИ. Одной из его разработок по данному вопросу являются методические указания «Геодинамическое районирование недр» [1].

Геодинамическое районирование относится к одному из видов региональ­ ного прогноза геодинамической активности горного массива и позволяет на ста­ дии разведки и проектирования горных работ выявить наиболее потенциально опасные по ТГДЯ районы горного массива с тем, чтобы заблаговременно нара­ ботать профилактические меры предупреждения проявлений геодинамической опасности и оснастить предприятие необходимым для их осуществления обору­ дованием. Однако, учитывая крупный масштаб прогнозных оценок, применить предварительную профилактическую обработку угольных пластов затрудни­ тельно, поскольку потребуется обрабатывать пласты на слишком больших пло­ щадях, что экономически невыгодно и технологически слишком трудоемко.

В то же время существует острая производственная потребность доста­ точно детального выявления зон различной степени геодинамической активно­ сти на угольных пластах в пределах планируемых к отработке выемочных уча­ стков (столбов). Для такой оценки нами применен термин «зонирование вы­ емочных участков по степени геодинамической активности». Оно необходимо для того, чтобы были осуществлены адекватные методы локального и текущего прогноза геодинамической активности и способы предотвращения ее проявле­ -118 ний в шахтах. Чтобы сократить название данной оценки пластов, считаем допус­ тимым назвать ее по аналогии с геодинамическим районированием «геодинами ческим зонированием участков пластов» (сокращенно ГЗУП).

На чем может быть основано такое зонирование участков пластов? Оче­ видно, на характеризующих геодинамическое состояние пласта в каждой кон­ кретной точке параметрах, которые позволят выявить опасные по геодинамиче­ ским проявлениям зоны внутри выемочного участка (блока). Как известно, на степень геодинамической активности пластов влияют природные факторы, оце­ ниваемые горно-геологическими параметрами, и горнотехнические факторы, оцениваемые технологическими параметрами.

Ниже с целью использования для ГЗУП изложены результаты анализа па­ раметров, характеризующих, согласно взглядам современных исследователей [2-5 и др.], газодинамическое состояние массива. Одной из основных характе­ ристик, определяющих геодинамическую активность пласта, является тектони­ ческое строение массива. Как отмечено в работе [2], чем сложнее тектоника и больше закрытых структурных элементов, тем меньше глубина, начиная с кото­ рой возможно появление внезапных выбросов. Иногда в том месте, где произо­ шел внезапный выброс, очень трудно обнаружить смещения пласта и изменения его формы, и считают, что выброс не приурочен к тектоническому нарушению.

Но это не так, поскольку в полости выброса уголь всегда перемят и перетерт.

Воздействие тектоники на пласт подтверждается зеркалами скольжения, микро­ складчатостью и микродизъюнктивами. Принадлежность опасных участков к тектоническим структурам связана с приобретением некоторых характерных физико-механических и физико-химических свойств и условиями миграции газа в пластах. Наибольшее количество газа скапливается на участках пласта ниже сместителей дизъюнктивов и замков антиклинальных складок, которые препят­ ствуют миграции газа к поверхности. Потенциально выбросоопасными являются зоны дизъюнктивных нарушений типа взбросов, надвигов и сдвигов, сформиро­ вавшихся при сжимающих напряжениях. Сбросы, формировавшиеся при растя­ гивающих усилиях с опусканием висячих крыльев дизъюнктивов, не опасны, так как трещины сместителей сбросов в этом случае открыты и способствуют есте­ ственной дегазации пластов.

К потенциально выбросоопасным относятся тектонические структуры [6, 7], имеющие мощность в сечении забоя не менее 0,2 м и коэффициент крепости по М. М, Протодьяконову 0,86 и менее. При меньшей мощности нарушенных структур и большей их прочности выбросы в них не реализуются. С увеличени­ ем мощности и числа перемятых пачек уменьшается устойчивость пласта и уве­ личивается опасность по выбросам.

В пликативных структурах выбросы приурочены к тектонически трещи­ новатым зонам, где уголь обладает значительными запасами свободного газа и имеет пониженную прочность. В зависимости от наличия в пласте нарушенных структур и их мощности изменяется его средняя прочность. Для ее оценки при­ меняется коэффициент крепости угля по М. М. Протодьяконову. Этот показа­ тель в зависимости от целей расчета может определяться в целом для пласта, для сечения конкретной выработки или даже для смежных пачек угля. По средне­ -119 взвешенному для угольного пласта коэффициенту крепости / пл, участки уголь­ ных пластов классифицируются на следующие категории: / п 0,54 - опасные;

л / п = 0,54-1,52 - могут быть как опасными, так и неопасными;

/^ 1,52 - не­ л опасные.

Потенциальная выбросоопасность тектонически нарушенных углей связа­ на не только с низкой их прочностью, но и с особыми фильтрационными и сорб­ ционными свойствами. В нагруженном состоянии они имеют низкую проницае­ мость, препятствуют дренированию в выработку и создают высокое газовое дав­ ление вблизи забоя, обусловливающее высокую вероятность выброса. Когда же при выемке уголь в забое разрушается, сильно увеличиваются его фильтрацион­ ные свойства и способность отдавать газ, а следовательно, поддерживать про­ цесс внезапного выброса из контрольной скважины. Указанные свойства угля могут оцениваться параметрами газовыделения из скважин, пробуренных впере­ ди забоя.

Ненарушенная часть угольного пласта вблизи границ тектонически нару­ шенной зоны находится в более напряженном состоянии. Геофизические изме­ рения при подходе выработки к такой зоне показывают резкие, скачкообразные изменения скоростных параметров сейсмических волн. В данных зонах проис­ ходит процесс фильтрационных деформаций и разрушений. Пласт может быть представлен здесь в виде нелинейной трещиновато-пористой среды, насыщен­ ной свободным и связанным газом. Тензор деформации в таких средах имеет нелинейность за счет нелинейности деформации. Существует также нелиней­ ность упругих характеристик среды, обусловленная структурными особенно­ стями нарушенного угольного массива. Вследствие описанных выше факторов в нарушенных зонах угольных пластов наблюдается поглощение высокочастот­ ных составляющих и отмечается изменчивость анизотропии сейсмических и электрических свойств. Эта изменчивость положена в основу разграничения пласта на опасные и не опасные по внезапным выбросам участки.

По результатам геофизического обследования к потенциально выбросо­ опасным относятся участки с аномально низкими значениями разности потен­ циалов, с не менее чем в два раза меньшими, по сравнению со средними значе­ ниями по выемочному столбу, и пониженными не менее чем на 20 % значения­ ми скоростей пластовых волн. На границах этих участков отмечаются аномальные повышения значений разности потенциалов примерно в два раза по сравнению со средним фоном и увеличение скоростей каналовых волн на 20 %.

Наибольшую опасность будут представлять именно эти участки. Ошибка опре­ деления границ потенциально выбросоопасных участков зависит от шага изме­ рений и при принятом в методике [8] шаге длиной 10 м составляет 5 м, что вполне удовлетворяет поставленной цели.

С тектонической деятельностью и дислокациями земной толщи, а иногда с внедрением магматических масс в осадочные породы связан метаморфизм уг­ лей, влияющий на их выбросоопасность [2].

В 1970 г. в докладе С. Н. Недвиги на Всесоюзном семинаре по теории вы­ бросов угля, породы и газа, состоявшемся в Днепропетровске, было отмечено повышение выбросоопасности угольных пластов Донецкого бассейна по мере - 120 увеличения степени их метаморфизма. Результаты этих исследований с учетом природной газоносности угля впервые были применены для установления глу­ бины ведения горных работ, начиная с которой следует применять прогноз вы­ бросоопасности пластов, т. е. были первым опытом регионального прогноза вы­ бросоопасности. Выявленная в Донбассе тенденция зависимости выбросоопас­ ности от степени метаморфизма справедлива и для других угольных бассейнов, однако количественные критерии для них имеют несколько другие величины.

Для северных и восточных бассейнов России, в том числе для Кузбасса, уста­ новлено, что пласты, сложенные углями с выходом летучих более 39^Ю % и ме­ нее 2,2-2,8 %, являются невыбросоопасными. Не требуются противовыбросные мероприятия при отработке пластов с углями Д. Пласты, сложенные углем мар­ ки Г, также в основном не опасны по внезапным выбросам. Исследованиями Т. А. Киряевой [9] установлено, что наиболее выбросоопасными являются угли с выходом летучих более 17-33 %.

Контактный метаморфизм также влияет на степень выбросоопасности уг­ лей. В одних случаях под его воздействием уголь активируется, увеличивается объем пор и повышается сорбционная способность угля (Бошняковское место­ рождение острова Сахалин), в других случаях, несмотря на повышение степени метаморфизма угля, наблюдается его дезактивация и сорбционная способность снижается (Партизанское месторождение Приморского бассейна). На месторож­ дениях, где угольные пласты подвергались воздействию контактного метамор­ физма, прогноз выбросоопасных зон следует вести на пластах с выходом лету­ чих веществ даже более 39-40 %.

Газодинамические явления возможны при достаточных запасах газа в угольном пласте. Минимальные значения газоносности углей пластов Кемеров­ ского и Владимировского Кемеровского месторождения в Кузбассе, при кото­ рых возможно проявление выбросоопасности, составляет соответственно 14 и 11 м3/т. На угольных пластах Печорского бассейна выбросы происходят при га­ зоносности более 12 м3/т. Однако нельзя утверждать, что во всех случаях увели­ чение газоносности угля приводит к повышению потенциальной выбросоопас­ ности. На пласте Кемеровском шахты «Северная» выбросы происходили в цен­ тральной части поля при газоносности 14 м3/т и не происходили в левой его части при величине газоносности 18-19 м3 В целом можно сказать, что с уве­ /т.

личением глубины горных работ на каком-либо пласте и ростом газоносности при превышении некоторого ее предела становится возможным развязывание внезапных выбросов угля и газа.

С увеличением газоносности растет и давление газа. Оно определяет вели­ чину активной силы явления и, следовательно, возможность его развязывания.

Поэтому представляется перспективным постоянный контроль за давлением газа при проведении пластовых выработок, тем более, что благодаря выполненной под руководством одного из авторов доклада разработке [10], измерить его ве­ личину можно в течение 15-30 мин.

Опасные пласты в сравнении с неопасными характеризуются низкой про­ ницаемостью углей в массиве и более высокой проницаемостью при их высоко­ интенсивной разгрузке и разрушении. Первая особенность способствует сохра­ -121 нению высокого перепада газового давления в призабойной части пласта на более высоком уровне, а вторая - интенсивному газовыделению в разрушенном угле. По газопроницаемости К угольные пласты разделяются на те же категории, что и по коэффициенту крепости: К 18,7-1(Г5 мД - опасные;

К = (18,7— 81,5)* 10-5 мД - мо­ гут быть как опасными, так и неопасными;

К 81,5-1 (Г5 мД - неопасные.

Существенным показателем опасности по внезапным выбросам является влажность угля. Согласно данным практических наблюдений, в тех условиях, когда пласты были обводнены и наличие влаги наблюдалось в виде капежа в горные выработки, не произошло ни одного внезапного выброса и не отмеча­ лись их предупредительные признаки. При величине влажности более 6 % уча­ стки пласта являются не опасными по выбросам.

На проявление выбросоопасности влияют и прочностные свойства пород.

Обычно пласты с проявлениями выбросов залегают в мощной толще труднооб рушаемых песчаников. Непосредственно же зоны проявления выбросоопасности в подготовительных и очистных выработках характеризуются раздробленными тектоническими силами слабоустойчивыми породами.

Для пластов, опасных по горным ударам, также характерны крепкие мо­ нолитные песчаники мощностью 30-50 м. Если в непосредственной почве или кровле пласта залегают породы, имеющие прочность ниже прочности угля, мощность которых не менее мощности разрабатываемого пласта (слоя), воз­ можность удара на таком пласте исключается при условии, что эти породы вскрыты выработкой или попадают в зону обрушений.

Удароопасные угольные пласты имеют, как правило, простое строение.

Мощность пластов изменяется в широких пределах.

Месторождения удароопасных пластов в структурном отношении харак­ теризуются часто наличием большого числа тектонических нарушений плика тивного и дизъюнктивного характера всевозможных видов, форм и размеров.

Пликативные дислокации проявляются в виде дополнительной складчатости на крыльях основных структур, а также в виде флексур, пережимов, раздутий, раз­ личных уступов и т. д. Разрывные нарушения представлены самыми разными их видами, могут иметь большую амплитуду и идти через все шахтное поле, место­ рождение или даже бассейн. Массив может быть неоднородным за счет жестких инъективных тел (диабазовых даек, кварцевых жил и линз и др.), контактов ли­ тологических разностей пород, поверхностей ослабления, а также внезапных изменений условий залегания геологических тел.

Удароопасность пластов в очень большой степени зависит от горнотехни­ ческих факторов: наличия целиков, краевых частей соседних пластов, наложе­ ния зон опорного давления и т. д.

Опасные по суфлярным выделениям метана зоны встречаются горными работами вблизи закрытых дизъюнктивных нарушений с широко развитой се­ тью трещиноватых пород;

замков антиклиналей длиной с определенными пара­ метрами;

флексур и перегибов пласта [4]. Кроме зон тектонических нарушений, суфляры могут проявляться на участках интенсивной трещиноватости боковых пород. Вмещающие породы в суфляроопасных зонах между источником газа и разрабатываемым пластом представлены преимущественно хрупкими породами:

-122 песчаниками, алевролитами, известняками. Если междупластье сложено глини­ стыми породами, то зону можно считать не опасной по суфлярам, за исключени­ ем зон влияния крупных дизъюнктивных нарушений.

Внезапные разрушения пород почвы (кровли) с выносом метана и угля бывают приурочены к призабойной части выработок, чаще очистных, в свитах высокогазоносных пластов с небольшими углами падения на участках скопле­ ния метана в полостях дизъюнктивных нарушений или газонаполненных зон дробленых песчаников под экранирующим водоносным горизонтом или слоем глинистых слабопроницаемых пород. Разновидность данных явлений - вне­ запные прорывы газа с динамическим разломом почвы пласта (ВПРП) проис­ ходят при проведении подготовительных выработок по мощным пластам в случаях, если в почве пласта имеется пачка газоносного тектонически нару­ шенного угля.

К опасным и тормозящим производственные процессы на угольных шах­ тах геодинамическим проявлениям могут быть отнесены и нежелательные явле­ ния в кровле, приводящие к трудностям в управлении ею, зажатию мощным по­ терявшим устойчивость слоем кровли очистного комплекса в забое на площадях со сложной гипсометрией пласта, заключенных между дизъюнктивами, небла­ гоприятным направлением трещиноватости по отношению к направлению под­ вигания выработки.

Группой исследователей КузГТУ и специалистов ОАО «Шахта «Перво­ майская», которых мы представляем на данном совещании, поставлена задача своевременного выявления зон, потенциально опасных по всем перечисленным видам геодинамических явлений, с тем, чтобы можно было предупредить их проявление и вредные для людей и производства последствия.

Для решения этой задачи необходимо изучение горно-геологических и горнотехнических условий ведения горных работ и вышеописанных параметров на планируемом к отработке участке угольного пласта.

Из каких источников можно получить данные параметры? Чем больше этих источников, тем, естественно, выше будет достоверность разграничения участков пластов на зоны различной степени геодинамической активности.

Эти источники разделяются по принадлежности к этапам освоения место­ рождений.

К первому этапу относится изучение условий залегания месторождения по имеющейся информации о данном геологическом районе, в том числе и исполь­ зуемое при геодинамическом районировании изучение рельефа земной поверх­ ности, включая исследования с помощью космической и аэросъемки.

На втором этапе создается банк геологических данных по результатам геологической разведки и, если на каких-либо пластах данной свиты в пределах планируемого участка или на соседних участках уже велись горные работы, то этот банк соответственно дополняется. Эти данные также используются, как из­ вестно, и при геодинамическом районировании.

Уточнение данных об угольных пластах, полученных при геологической разведке, производится на третьем этапе - при проведении вскрывающих выра­ боток и вскрытии пластов.

-123 Еще более точная информация, касающаяся уже непосредственно плани­ руемого к отработке участка, поступает на четвертом этапе - при проведении оконтуривающих и в некоторых случаях пересекающих его подготовительных выработок в результате геологического изучения участка, геофизической раз­ ведки, учета и анализа данных о фактическом проявлении выбросоопасности при проведении оконтуривающих подготовительных выработок и результатов определения показателя выбросоопасности при текущем прогнозе в этих выра­ ботках. Это следует из результатов исследований [11]. Так, внезапному выбросу угля и газа в Кузбассе на шахте «Северная» в лаве № 3 по пласту Владимиров скому, происшедшему 08.08.78 г., предшествовало 14 выбросов при проведении выработок и шесть - при бурении скважин (рис. 1). Нормативный показатель выбросоопасности R в этих выработках часто имел значения выше критической величины ( 6), то есть говорил о проведении выработок в выбросоопасных зонах.

СКАТл/Ю -С/ V / Выброс ( выдавливание) 11.04.79г проск Ип»Р»ллель™™ т м Квершлйг * Рис. 1. Проявление выбросоопасности в прилежащих выработках перед внезапным выбросом 11.04.79 г., происшедшим в лаве № 3 по пласту Владимировскому шахты «Северная»

(«Кузбассуголь») На рис. 2 приведена кривая изменения градиента начальной скорости га­ зовыделения из контрольных шпуров, который определялся в забое вышележа­ щей лавы № 3, в зависимости от расстояния до створа с внезапным выбросом в лаве № 2. Как известно, данный параметр является надежной характеристикой выбросоопасности и применяется в нормативных методах прогноза [2, 5]. Кри­ 124 вая показывает, что максимальный градиент был измерен на расстоянии 2 м от этого створа, то есть он свидетельствовал о входе в выбросоопасную зону.

Рис. 2. Изменение градиента начального газовыделения из шпуров grad g„ в лаве № 3 по пласту Владимировскому шахты «Северная» («Кузбассуголь») в зависимо­ сти от расстояния до створа с местом внезапного выброса (08.08.78 г.) 1 в нижеле­ С жащей лаве № Внезапному выбросу угля и газа, который произошел на этой же шахте 11.04.79 г. в лаве № 2, предшествовало 20 внезапных выбросов угля и газа. Семь выбросов зарегистрировано на вышележащем горизонте, семь - в просеке II па­ раллельного штрека, проводившемся для подготовки нижележащей лавы № 2.

Шесть выбросов произошло при бурении опережающих скважин впереди лавы.

Мощность для скважинных выбросов была очень большой - 15-35 т. Внезапным выбросам угля и газа в лавах пласта Владимировского шахты «Северная» в 1958-1959 гг. также предшествовали внезапные выбросы в прилегающих подго­ товительных выработках.

Спокойному, невыбросоопасному поведению лавы № 134-з по пласту Тройному на воркутинской шахте «Юр-Шор» соответствовали невыбросоопас­ ные значения показателя выбросоопасности в соседних с лавой конвейерном и вентиляционном штреках. На пласте Модестов II шахты «Подгородненская» в Приморском бассейне 12-ти внезапным выдавливаниям угля с повышенным га зовыделением в лаве № 8 предшествовали значения показателя выбросоопасно­ сти выше критической величины в прилегающем снизу к лаве ходке транспор­ терного штрека. Данные по указанным шахтам приведены в таблице.

-7 2 5 Результаты текущего прогноза вы бросоопасности в оконтуривающих очистные забои выработках Заключение Значе­ Дата Шахта Пласт Выработка Бассейн о выбросо­ ние R опасности Конвейерный Печорский 01.03.82 г. «Юр-Шор» Тройной Неопасно -1, штрек 134-з II 10.03 То же -1, II II 06.04 4,4 Вентиляцион­ II II II ный штрек 01.03 0,0.

13 4-з 10.03 То же -1, II II II II II 06.04 2, Ходок транс­ Приморский 11.05.71 г. «Подгородненская» Модестов-П Опасно портерного 7, штрека _ II_ _ II_ _ II_ II 12.05 То же 51, II II_ 13.05 12, _ II_ _ II_ II II II 23, 13. Четвертый источник информации возникает после начала проведения оконтуривающих и промежуточных выработок на участке пласта. Полнота ин­ формации зависит от степени подготовленности участка к отработке. Если вы­ емочный блок оконтурен подготовительными выработками со всех сторон, то мы достаточно хорошо будем знать горно-геологичекие условия ведения горных работ и можем дать довольно точный прогноз на геодинамическую опасность ведения горных работ в данном блоке. Если блок оконтурен частично, то из­ вестна будет только часть информации.

И, наконец, на пятом этапе, уже непосредственно в процессе отработки пласта на выемочном участке (в выемочном столбе) идет по мере подвигания очистного забоя сопоставление прогнозных данных с фактическими и, при не­ обходимости, корректировка.

Зонированию угольных пластов по геодинамической активности может предшествовать геодинамическое районирование, при котором производится оценка геодинамической ситуации на первом и втором указанных выше этапах получения информации. При этом будет выявлена склонность к каким-либо не­ желательным проявлениям в целом для планируемого к отработке участка. За­ тем должен начаться процесс получения и анализа информационных характери­ стик геодинамической активности пласта на последующих трех этапах уже для выявления зон различной степени геодинамической активности внутри участка пласта. При этом после выполнения работ на каждом из этих трех этапов долж­ ны прогнозироваться указанные зоны, но их границы должны уточняться по ме­ ре накопления более полных и точных данных.

-126 Особой задачей является разработка комплексных показателей для разгра­ ничения выемочных участков (столбов) на не опасные и опасные зоны и послед­ них, в свою очередь, по видам опасности. Принципиально этот вопрос решен, но требуется доводка критических значений показателей.

ЛИТЕРАТУРА 1. Геодинам ическое р ай он и р ован и е недр: М етодические у к а за н и я. - Л.:

В Н И М И, 1990.

2. Ч ернов О. И., П узы рев В. И. П р о гн о з в н е за п н ы х в ы б р о со в у гля и газа. - М.:

Н ед р а, 1 9 7 9.- 2 9 6 с.

3. П етухов И. М. И зу ч е н и е г о р н ы х у д ар о в, р а зр а б о т к а и в н е д р е н и е к о м п л е к са м ер б о р ьб ы с н и м и на ш ах т ах С С С Р // Г о р н о е д а в л е н и е, с д в и ж е н и е го р н ы х п о р о д и м е ­ т о д и к а м а р к ш ей д ер ск и х р а б о т : С б. н ау ч. тр. - Л : В Н И М И, 1970. - С. 2 3 9 -2 6 0.

4. М алы ш ев Ю. Н., С агалович О. И., Л исуренко А. В. Т е х н о ге н н ая г е о д и н а м и ­ к а / К н. 1: А н а л и ти ч еск и й о б зо р. А к т у а л ь н ы е п р о б л ем ы. - М.: Н едр а, 1 9 9 5. - 4 3 0 с.

5. Зы к ов В. С., Л еб ед ев А. В., С урков А. В. П р е д у п р е ж д е н и е г а з о д и н а м и ч е ­ с к и х я в л е н и й п р и п р о в е д е н и и в ы р а б о т о к п о у г о л ь н ы м п л а с та м. - К е м е р о в о : К Р О А Г Н, 1 9 9 7. - 2 6 2 с.

6. Врем енная инструкция д л я у с т а н о в л е н и я на ш а х та х К у зб а с с а у ч а с тк о в п л а ­ стов, о п ас н ы х и н ео п асн ы х п о в н е за п н ы м в ы б р о сам у гля и газа / О. И. Ч ер н о в. - К е м е ­ р о в о : Ц Б Т И К ем е р о в с к о г о с о в н а р х о за, 1961. - 2 5 с. (В о стН И И ).

7. И нструкция п о б е з о п а с н о м у в ед е н и ю го р н ы х р а б о т н а п л ас тах, о п а сн ы х по в н еза п н ы м в ы б р о сам у гля (п о р о д ы ) и газа // П р е д у п р е ж д е н и е г а зо д и н а м и ч е с к и х я в л ен и й в у г о л ь н ы х ш ахтах: С б. д о к у м е н т о в. С ер и я 05. Н о р м а т и в н ы е д о к у м е н т ы по б е з о п а с н о ­ сти, н ад зо р н о й и р а зр е ш и т е л ь н о й д е я т е л ь н о с т и в у го л ь н о й п р о м ы ш л е н н о с т и. - В ы п. 2, 2 -е и зд., испр. / Н Т Ц « П р о м ы ш л е н н а я б езо п а сн о с т ь ». - М., 2 0 0 1. - С. 120 - 303.

8. Р уководство по п р е д у п р е ж д е н и ю в н езап н ы х в ы б р о с о в у гля и газа в о ч и с т н ы х заб о я х у го л ь н ы х ш ах т. 2 -е и зд., и сп р. / В. С. З ы ко в, Г. Н. Ф ей т, И. В. Ж е л т к о в и д р. К е м ер о в о, 2002. - 34 с. - (Н Ц В о с т Н И И ).

9. К иряева Т. А. Р а зр а б о т к а м е т о д а о ц ен к и га зо д и н а м и ч е с к о й а к т и в н о с т и у г л е ­ м ет ан о в ы х п ласто в по г е о л о г о р а зв е д о ч н ы м д ан н ы м (н а п р и м ер е К у зб а с с а): А вто р еф.

д и с.... канд. техн. н аук. - К е м е р о в о, 2 0 0 5. - 2 2 с.

10. А. с. № 1815329. С п о с о б о п р е д е л е н и я и сти н н о го н а ч а л ь н о го д а в л е н и я га за в г а зо н а с ы щ ен н о м у го л ь н о м п л а с те / В. С. З ы ко в, В. В. С л а в о л ю б о в, Ю. П. О с о к и н // И зо ­ б р ет ен и я. - 1993. —№ 18. - С. 70.

11. П рогноз и предотвращ ение внезапны х вы бросов у гл я и газа в о ч и с тн ы х за б о ­ ях уго льн ы х ш ах т / В. С. З ы к о в, П. В. Е го р о в, П. В. П о тап о в и др. - К ем ер о во : К у збассву з издат, 2 0 0 3. - 198 с.

2005 ВНПМП УДК 622.847:622.831. А. М. ЕФИМОВ (Северо-Кавказское представительство ОАО «ВНИМИ») А.

(Управление по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по Ростовской области) С. А. ЕРЕМИН (Северо-Кавказское представительство ОАО «ВНИМИ») Н О Р М А ТИ В Н О Е О Б Е С П Е Ч Е Н И Е Р А Б О Т У Г О Л Ь Н Ы Х П Р Е Д П Р И Я ТИ Й П О Д З А Т О П Л Е Н Н Ы М И ТЕ Х Н О ГЕ Н Н Ы М И М А С С И В А М И Итогом процесса реструктуризации и ликвидации нерентабельных уголь­ ных предприятий открытых акционерных обществ «Ростовуголь», «Гуковуголь»

и «Шахтуголь», расположенных в российской части Восточного Донбасса, на настоящее время является сокращение шахтного фонда более чем на 70 % и уменьшение добычи более чем на 60 % от уровня 1995 г. О масштабах ликвида­ ции свидетельствует факт: из 28 шахт ОАО «Ростовуголь» в работе осталось три, ОАО «Шахтуголь» ликвидировано полностью.

Все шахты ликвидируются так называемым «мокрым» способом, который подразумевает полное затопление выработанного пространства. В период мас­ сового закрытия шахт в Восточном Донбассе происходят достаточно сильные воздействия шахтных вод на гидрогеологическую среду, вмещающие породы, гидрографическую сеть региона. Отсюда вытекает необходимость ясного пред­ ставления о геологических, гидрогеологических и горнотехнических особенно­ стях участков шахтных полей, гидрогеологических связях ликвидируемых шахт с действующими. Для принятия эффективных инженерных решений при ликви­ дации шахт и снижения до минимума вредных последствий воздействия техно­ генных водоносных горизонтов (шахтных вод) на оставшиеся в работе угольные предприятия, природно-экологический комплекс, окружающую среду населе­ ния, проживающего на территории ликвидируемых и эксплуатируемых шахт, важно составить единую гидрогеологическую картину всего обширного участка угольного месторождения Восточного Донбасса.

К моменту ликвидации соседние шахты угольных районов по разным гор­ но-геологическим и горнотехническим причинам оказались гидравлически свя­ занными между собой, поэтому вода отдельной шахты может перетекать на дру­ гие и выходить на поверхность за десятки километров от места образования.

128 В процессе затопления сформированы определенные группы шахт, назван­ ные нами «техногенными гидрогеологическими комплексами» (ТГК), вмещаю­ щими миллионы кубических метров воды. Бессистемная ликвидация шахт ОАО «Ростовуголь» привела к неконтролируемой гидрогеологической обстановке. Са­ мая сложная ситуация возникла в настоящее время на шахте «Аютинская», при­ надлежащей ООО «Уголь-ЗУМК», которая оказалась окруженной ликвидирован­ ными шахтами, с востока - Глубоким ТГК, а с запада - Западным ТГК.

Соединенная с Глубоким ТГК единственным штреком № 14, в котором в 1999-2000 гг. была возведена водоупорная глиноцементная перемычка, шахта сегодня работает по «Мероприятиям по обеспечению безопасной работы шахты «Аютинская» на период работ по укреплению существующей в штреке № гидроизоляционной перемычки, в условиях превышения уровнем затопления шахты «Наклонная» абсолютной отметки -165,0 м», разработанным ВНИМИ, в условиях давления столба воды на упомянутую перемычку более 10 атм. Давле­ ние будет возрастать и достигнет в итоге 30 атм. Со стороны Западного ТГК возможен приход шахтных вод в объеме 400-700 м3/ч, сроки и условия перето­ ков пока не исследованы и не определены. Существующая нормативная база по ведению горных работ у затопленных выработок, под водными объектами хо­ рошо знакома специалистам, так как практически вся разработана ВНИМИ и длительное время используется на действующих предприятиях.


Прежде всего, это «Правила охраны сооружений и природных объектов...»

(СПб., 1998), в которых специальный раздел посвящен условиям выемки угля под водными объектами. В 1999 г. ВНИМИ разработаны «Рекомендации по ведению горных работ под водными объектами», предназначенные для использования при составлении проектов выемки угля под поверхностными и подземными водными объектами в случаях, когда возникнет необходимость отступления от норм, изло­ женных в Правилах охраны. Ранее (в 1978 г.) утверждена Минуглепромом СССР «Временная инструкция по безопасному ведению горных работ у затопленных выработок», действующая ввиду отсутствия иных документов.

Необходимо отметить, что в перечисленных документах водные объекты трактуются следующим образом: водотоки, водоемы, водоносные горизонты, обводненные зоны тектонических нарушений, водные объекты народнохозяйст­ венного значения. Как видно из ранее изложенного, существующие нормативы не отражают всех вариантов развития событий, особенно такого сложного ре­ гиона, как Восточный Донбасс, в них нет такого термина, как «техногенный гидрогеологический комплекс» (ТГК), не отражены сегодняшние условия скоп­ ления огромных масс воды в непосредственной близости от действующих шахт.

В «Рекомендациях по ведению горных работ под водными объектами» (п. 1.10) указано: «с целью контроля и накопления данных по опыту подработки водных объектов организуются наблюдения за:

- сдвижением горных пород с помощью глубинных реперов;

- режимом напоров в водоносных горизонтах;

- водопроявлениями в горных выработках».

Подобных наблюдений на территории российского Восточного Донбасса не ведется, подчеркиваю, российского, тогда как на территории Украины данной проблеме уделяется самое серьезное внимание.

129 Перечисленные проблемы наглядно проявились в ходе расследования причин произошедших в феврале и октябре 2003 г. аварий на шахте «Западная Капитальная», связанных с прорывом вод техногенных горизонтов через верти­ кальные стволы в действующую шахту. Доказательством такого вывода служит выдержка из акта экспертной комиссии:

«Возникновению аварийной ситуации способствовало:

1. Наличие выработки, соединяющей главный ствол № 2 с порожняковой ветвью околоствольного двора, пройденной при строительстве ствола.

2. Невыполнение рекомендаций комиссии по расследованию причин ава­ рии на вент. стволе № 1 в части оценки состояния крепи стволов и разработки мероприятий по обеспечению безопасной эксплуатации шахты.

3. Отсутствие нормативного документа, регламентирующего условия ве­ дения горных работ под затопленными шахтами, особенно в специфических ус­ ловиях Восточного Донбасса.

4. Низкое качество проектов отработки пластов под затопленными шахта­ ми, нарушение... порядка их согласования и утверждения».

Выводы пунктов 3 и 4 не оставляют сомнений в назревшей необходимости в соответствующем нормативном документе, а ранее приведенные доводы об отсутствии необходимых натурных наблюдений позволяют понять, насколько мы далеки от возможности его разработки и утверждения.

Общая ситуация в Донбассе, связанная с массовой ликвидацией угольных шахт и затоплением техногенных массивов, в скором времени может стать не­ контролируемой и, как следствие, неуправляемой. Это не запугивание и не мрачное пророчество, а реальная оценка событий по косвенным признакам.

Проект, который реализуется Центром социально-экологического мониторинга Восточного Донбасса, в значительной мере устарел и требует доработки, осо­ бенно в разделах гидрогеологии, геомеханики, газовой обстановки, необходимы серьезные проработки специализированных институтов по названным пробле­ мам. Сегодня мы ведем наблюдения за уровнями шахтных вод в отдельных скважинах (чаще всего - одна на всем шахтном поле), отсутствуют скважины пьезометры, не измеряются напоры подземных вод.

В ходе реализации раздела геомеханического и геодинамического монито­ ринга закладываются грунтовые (глубиной 1,2 м) реперы с наблюдением один раз в квартал, по которым зафиксированы определенные изменения высотных отметок, причем происходит поднятие наблюдательных станций, следовательно, и всего массива. Считаем, что достаточно быстрое затопление пустотного про­ странства на огромных площадях в сотни квадратных километров приводит к серьезному изменению геомеханического состояния геологического массива, нарушенного крупными тектоническими структурами, последствия которого изучены недостаточно.

На подработанных и прилегающих к ним территориях вероятна активиза­ ция техногенной сейсмичности, развитие опасных динамических явлений - осе­ даний и провалов поверхности. Катастрофический прорыв воды из Несветаев ских пластов в главный скиповой ствол № 2 шахты «Западная-Капитальная» октября 2003 г. по времени совпал с серией техногенных землетрясений силой 130 2-4 балла, происшедших в районе молочного комбината, нефтебазы и железно­ дорожного вокзала города Шахты. Это совпадение вряд ли можно отнести к раз­ ряду случайных. Не исключено, что мы имеем дело с единым напряженно деформированным пространством, разрядка имеющихся напряженных зон в форме техногенных землетрясений на одном участке, вероятно, повлекла за со­ бой подвижки в горном массиве на соседнем. Подтверждением этому служат события, произошедшие на фоне техногенной катастрофы, далеко за пределами территории промплощадки шахты «Западная-Капитальная».

Так, 02.11.2003 г. службой МП ПУ «Водоканал» города Новошахтинска зафиксирован порыв водовода со смещением в виде ступенчатого изгиба по ул.

Чайковского, 51. Вслед за этим, 04.11.2003 г., в 1,5 км от центральной промпло­ щадки шахты «Западная-Капитальная» произошел подземный толчок, который встревожил жителей ул. Таганрогская и привел к образованию в грунте глубо­ кой трещины раскрытием 5-10 см и порыву водовода диаметром 300 мм. При­ мечательно, что весь объем воды из порванного водовода (до 20 м3 /ч), по свиде­ тельству очевидцев, уходил в трещину, не растекаясь по поверхности.

В настоящее время происходит подъем уровня затопления техногенных комплексов под значительной по площади застроенной территорией. В городе Шахты центральная и северная часть располагаются над Глубоким ТГК. Южная часть города также подработана до выходов угольных пластов ликвидирован­ ными шахтами, входящими в Южный ТГК, затопление которых вступило в за­ вершающий этап.

Подъем уровня затопления техногенных комплексов под столь значитель­ ной по площади застроенной территорией на отдельных участках неизбежно вы­ зовет изменения в состоянии слабосвязных глинистых грунтов, являющихся ос­ нованием для фундаментов объектов поверхности.

Комплекс указанных факторов обусловливает развитие чрезвычайно слож­ ной ситуации в подработанном массиве в ходе его затопления. Только максималь­ но возможный учет состояния и свойств скальных и глинистых грунтов позволит получить объективные свидетельства происходящих в массиве изменений.

Таким образом, существенным недостатком действующей нормативной документации в области обеспечения безопасности работ угольных предприятий под затопленными техногенными массивами, как представляется, является от­ сутствие критериев и, соответственно, низкая степень достоверности оценок со­ стояния массива, «зарегулированность» регламентирующих документов на ана­ лиз гидрогеологической ситуации на отдельном, локальном участке, без ком­ плексного анализа гидрогеологической и геодинамической ситуации района.

Последнее подразумевает необходимость перехода на качественно новый уро­ вень исследований состояния горного массива и серьезное совершенствование нормативной базы.

2005 ВИПМП УДК 622. 831. 322: 622. 276. Г. Я. ПОЛЕВЩИКОВ, С. В. ЯСЮЧЕНЯ. Т. А. КИРЯЕВА (Институт угля и углехимии СО РАН) ГО Р Н О ТЕ Х Н О Л О ГИ Ч Е С КА Я О Б У С Л О В Л Е Н Н О С ТЬ ЗО Н И Р О В А Н И Я У Г О Л Ь Н Ы Х П Л А С ТО В ПО ВИДАМ И У Р О В Н Я М ГА З О Д И Н А М И Ч Е С КО Й О П А С Н О С ТИ Увеличение скоростей подвигания очистных забоев и значительный рост размеров выемочных столбов в последнее десятилетие на шахтах Кузбасса резко интенсифицировали динамику газопритоков из пласта и отбиваемого угля и значи­ тельно усилили влияние изменчивости свойств пласта на площади выемочного столба, а тем более, выемочного поля. В результате возникли серьезные затрудне­ ния при оценках перспективы развития горных работ и даже использования сырье­ вой базы. Ранее приемлемые погрешности в оценках метанообильности комплекс­ но-механизированных участков вышли за пределы резервов системы управления газовыделением даже на пластах, газоносность которых принято оценивать как пренебрежимо малую. Например, активно решается вопрос об освоении Терсинско го района с запасами коксующегося угля, но разработка именно таких пластов в Кузбассе уже с глубины 150 м от поверхности сопряжена с наиболее грозными природно-технологическими явлениями - внезапными выбросами угля и газа. Не меньшие проблемы возникают на действующих шахтах, где согласно горному опы­ ту и Правилам безопасности объемы мероприятий по снижению газовой и, особен­ но, газодинамической опасности принимаются по наиболее опасным горно­ геологическим условиям. Учитывая, что плотность фактически, например, выбро­ соопасных зон составляет около 10 %, имеем снижение эффективности горных ра­ бот в 90 % случаев и высокую вероятность аварий в остальных, так как попытка нереально завысить предупреждение об опасности приводит к обратному результа­ ту - игнорированию сигналов даже в реально опасных зонах.


Можно констатировать, что технический прогресс в угледобыче выдвинул принципиально новую задачу - количественной оценки газодинамических характе­ ристик углеметановых пластов с пространственным отображением уровней газоди­ намической активности и зон потенциально возможных видов газопроявлений. Без этой основы суждения о повышении эффективности горных работ, которая по оп­ ределению всегда включает и безопасность труда, приобретают декларативный ха­ рактер. Следствием этому стал технологический волюнтаризм, а как свидетельству­ ет мировой опыт, этот путь инженерных решений сопровождается авариями. Со­ временные экономические условия заставляют рассматривать управление газовыделением с позиции инвестиций в обеспечение ритмичной по газовому фак­ тору и, следовательно, безаварийной работы высокопроизводительного забоя, когда действуют исключающие декларации правила возврата вложенных средств.

-132 Стало настоятельно необходимо предвидеть особенности изменения газовой и газодинамической опасности пластов с единых позиций. Когда не только выход горных работ на глубину, критическую по внезапным выбросам, не является не­ ожиданным, но и выше и ниже этой границы определен характер роста опасностей, а технологические решения и технические средства ей соответствуют.

Общий недостаток известных методов, например, оценки газодинамиче­ ской опасности, - ее качественный характер, что предопределяет ориентирован­ ный на самые опасные условия комплекс мер предупреждения опасности и, как следствие, отрицательно влияет на темпы горных работ. Ориентирование мер на некоторые средние горнотехнологические показатели при длине выемочных столбов до нескольких километров и производительности забоя 10000 т/сут обу­ славливает движение забоя по «энергетическим ухабам». К тому же, оценка га­ зодинамической активности пласта по факторам метанообильности и выбросо­ опасности выполняется по несогласованным методам, что обуславливает резкую смену мероприятий на границе выбросоопасности.

В направлении создания научно-технического задела для решения этого круга прикладных задач ИУУ СО РАН в 1995-1997 гг. разработаны и апробиро­ ваны методические и программные основы адаптивной автоматизированной системы управления газовыделением. С их применением в 1998-2003 гг. (в рам­ ках фундаментальных исследований) экспериментально установлены особенно­ сти распределения газодинамической активности углеметановых месторожде­ ний и определены взаимосвязи свойств массива, технологии горных работ и ди­ намики их метанообильности. Установлено, что геологоразведочные данные (глубина залегания пласта, метаноносность, выход летучих веществ, петрогра­ фический состав, влажность, зольность) и определяемые по соответствующим методам обобщающие показатели обеспечивают выбор решений по управлению газодинамической активностью пластов в необходимом диапазоне от выделе­ ния газа при отбойке угля до внезапных выбросов.

Проблемы, связанные с содержанием газа в угольных пластах, исторически интернациональны. Например, высокопроизводительные шахты Австралии вынуж­ дены согласовывать планы развития горных работ в связи с технологическими пе­ рерывами на продолжительную дегазацию разрабатываемого пласта. В период дос­ тижения угольными компаниями США современного, очень высокого уровня газо­ вой безопасности шахт путем горно-экспериментального инженерного поиска, по данным проф. А. Т. Айруни, взрывов метана с числом погибших более 10-ти чело­ век произошло 58. В трех случаях погибло свыше 400 человек.

Для создания научно обоснованного методического обеспечения горно технологических оценок и решений не ниже мирового уровня необходимо, пре­ жде всего, разработать методы количественного определения газодинамической активности пластов, обеспечивающие единство подхода к анализу возможной динамики реализации энергии содержащегося в угле газа (метанообильность, выбросы). Эта основа гарантирует и соответствующий уровень, например, базо­ вого критерия безопасности - допускаемой текущей газоносности и соответст­ вующих ему рекомендаций по эффективной отработке пласта.

Для достижения этого уровня технологии горных работ необходимо, пре­ жде всего, оценку газодинамического состояния разрабатываемого пласта вы­ полнять с позиций распада углеметанового вещества, начинающегося на грани­ це зоны разгрузки пласта от горного давления. Установлено, что распад обу­ славливает интенсивность всех последующих газокинетических и газодинами­ -133 ческих процессов от микроразрушений в угле до образования частиц, способных перемещаться в потоке расширяющегося газа. Как научное обеспечение этого уровня к настоящему времени установлены:

- физико-химические причины потери устойчивости углеметановых мате­ риалов в приконтурной части выработок, определяющие склонность пласта к саморазрушению и выделению газа;

- эмпирические зависимости для расчета склонности пласта к саморазру­ шению за счет энергии содержащегося в угле газа;

- показатели газодинамической активности пласта, методы расчета уровня и вида газодинамической опасности, обобщающие влияние глубины залегания, газоносности, выхода летучих веществ и прочности угля при заданных техноло­ гических параметрах.

Эффективность разработанного программно-методического обеспечения технологических решений иллюстрируют представленные ниже результаты оценок свойств и состояний углеметанового пласта.

На рисунках 1-3 приведены карты газоносности, выхода летучих веществ и глубины залегания, свидетельствующие об изменчивости свойств и невозмож­ ности предвидения последствий технологических решений на стадиях как про­ ектирования, так и ведения горных работ.

Рис. 2. Карта выхода летучих веществ по угольному пласту - 134 Рис. 3. Карта абсолютной глубины залегания пласта Но наличие карты уровней газодинамической деструкции пласта при рас­ паде твердого углеметанового раствора (рис. 4), интегрирующей совокупное влияние свойств в нужном аспекте, позволяет не только выделить границу пере­ хода от газовой к газодинамической опасности, но и оценить потенциально воз­ можную их силу.

Эта карта и служит основанием для количественной адаптации параметров мероприятий по управлению свойствами пласта в направлении обеспечения за­ данного технологического режима.

Рис. 4. Карта показателя газодинамической деструкции углеметанового пласта Из представленного примера видно, что негативные изменения в газонос­ ном пласте возникают задолго до выбросоопасной глубины. А именно в этих зонах добывается основной уголь Кузбасса с соответствующими напряжениями в газовой обстановке. На рис, 5 приведены данные о газодинамической деструк­ ции пласта, надработанного длинными столбами по простиранию современным механизированным комплексом со скоростью подвигания до 12 м/сут, т. е. при 135 минимальном периоде времени на газоистощение в направлении к вышележа­ щему выработанному пространству. Переход основной части газоносности из состояния раствора в сорбированное, обеспечил резкий рост скорости газовыде­ ления при выемке угля и практически остановил очистной забой. Потребовалось не только четко обозначить основной источник метанообильности, но и соответ­ ствующим образом ориентировать параметры системы предварительной дегаза­ ции согласно реальному состоянию пласта, чтобы за три месяца каптировать около 250000 м3 метана и обеспечить достижение проектной производительно­ сти забоя 8000 т/сут.

Рис. 5. Карта показателя газодинамической деструкции пласта:

а - отработанные выемочные столбы по выш ележащ ему пласту;

Ь - выемочный столб по разрабатываемому пласту На основании изложенного можно заключить, что к настоящему времени создано научное обеспечение современных технологий подземной разработки углеметановых месторождений нового уровня. Однако пребывание отрасли в режиме научного сопровождения творчества инженеров затрудняет соответст­ вующий рост эффективности горных работ, в том числе и в области газовой безопасности шахт. Именно отрасли, а не отдельно взятой угольной компании, так как ее экономический потенциал недостаточен для финансирования работ по внедрению даже уже созданных наукоемких технологий. Необходима коопера­ ция средств и соответствующая воля.

2005 ВНПМП УДК 622. 281. М.А.РОЗЕНБАУМ (ВНИМИ) К В О П Р О С У О Б О Б Л А С ТИ П Р И М Е Н Е Н И Я А Н К Е Р Н О Й КРЕПИ Анкерную крепь на угольных шахтах России начали применять в 50-х годах прошлого столетия. При этом для определения условий применения анкерной крепи, расчета ее параметров и выбора паспортов крепления был разработан ряд отраслевых и бассейновых нормативно-методических документов. Для обеспечения эффективного применения анкерной крепи также были разрабо­ таны различные конструкции анкеров, верхняков и затяжек. Выполнение указанных работ обеспечило широкое промышленное внедрение анкерной крепи, которой в 1986 г. закреплено более 1000 км подготовительных выработок. Однако в последующие годы объем применения анкерной крепи стал уменьшаться и в 1994 г. составил всего 125 км или около 11 % от протяженности проведенных выработок.

Такое положение объясняется тем, что широко применяемые в то время различные по конструктивному исполнению клинораспорные анкеры с несущей способностью 60-70 кН обеспечивали устойчивое состояние выработок только в относительно благоприятных условиях, которые характеризовались: наличием в кровле малотрещиноватых пород прочностью свыше 30 МПа;

небольшим гор­ ным давлением;

поддержанием выработок вне зоны влияния очистных работ.

В более сложных условиях анкерную крепь рекомендовалось использовать лишь как временную при проходке и как усиливающую при рамных, бетонных или других поддерживающих крепях.

Создание и внедрение в передовых угледобывающих странах сталеполи­ мерной анкерной крепи с высокой несущей способностью и разработке эффек­ тивной технологии ее установки в корне изменили существующее представле­ ние о возможностях и области применения анкерной крепи.

Как показал мировой опыт (США, Англия, Австралия, Германия и др.), эффективное и надежное крепление и поддержание одной анкерной крепью под­ готовительных выработок и сопряжений шириной 8-9 м, в условиях залегания в кровле слабых трещиноватых пород, на больших глубинах и в различных зонах влияния очистных работ возможно, при использовании сталеполимерной анкер­ ной крепи, закрепляемых частично на длине не более 0,5 м или по всей длине скважины быстротвердеющими смолами с несущей способностью 200-250 кН.

-137 Учитывая отмеченные достоинства сталеполимерной анкерной крепи, в 2000 г. по заданию ОАО “Росуголь” и Госгортехнадзора России институтом ВНИМИ совместно с КузНИИ, ПечорНИИпроектом, производственниками и спе­ циалистами практически всех угольных бассейнов страны была разработана Ин­ струкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России”.

Инструкция предназначена для использования при проектировании и произ­ водстве работ по возведению и эксплуатации анкерной крепи на шахтах России в течение всего срока службы выработок во всех типичных для угольных шахт Рос­ сии горно-геологических и горнотехнических условиях, включая условия интен­ сивного горного давления на больших глубинах, в слабых трещиноватых породах и при различных способах охраны от влияния очистных работ целиками и без цели­ ков при поддержании выработок на границе с выработанным пространством.

Инструкция в течение пяти лет используется на шахтах России, получила положительные отзывы большинства специалистов, занимающихся вопросами анкерного крепления, в то же время практика позволила выявить и ряд недос­ татков данной Инструкции, а также необходимость её расширения и дополнения с учетом факторов, не нашедших отражения в действующей Инструкции, но по­ стоянно встречающихся в практике горного производства.

Что касается области применения данной Инструкции, то она распростра­ няется на горизонтальные капитальные выработки околоствольного двора, квершлаги, полевые и пластовые магистральные бремсберги, уклоны и штреки, пластовые выемочные выработки шириной в проходке до 6 м, а также на раз­ личные сопряжения этих выработок и монтажные рассечки (камеры) с расчет­ ной шириной в проходке до 8 м, проводимые и поддерживаемые в ненадрабо танном и неподработанном, а также полностью подработанном массивах, на расстояниях более 12-ти мощностей пласта, с углом залегания пластов до 30° при отношении глубины расположения от поверхности (Я, м) к расчетному со­ противлению пород в кровле (Rc, МПа) меньше 25.

Область действия Инструкции зависит от способа охраны выработок от влияния очистных работ и включает:

- околоствольные выработки и их сопряжения при поддержании в про­ должение всего срока службы вне влияния очистных работ при ширине охран­ ных целиков больше 0,7Я, но не менее 30 м;

- квершлаги и магистральные бремсберги, уклоны и штреки и их сопря­ жения при поддержании в продолжении всего срока службы вне влияния очист­ ных работ, а также в зоне их влияния при ширине охранных целиков больше 0,05Я, но не менее 15 м;

- пластовые выемочные выработки при различных технологиях подго­ товки и отработки пластов: с проведением выработок в массиве и погашени­ ем за лавой;

с проведением в массиве, охраной за лавой неразрушающимся целиком шириной больше 0,05Я и больше 15 м, а затем погашаемых за смеж 138 смежной лавой;

с проведением в массиве, охраной за лавой разрушающимся в выработанном пространстве целиком шириной 2,5-3 мощности пласта, а затем погашаемых за смежной лавой;

при проведении в массиве, поддержи­ ваемых без целика на границе с выработанным пространством, а затем пога­ шаемых за смежной лавой;

с проведением за лавой на расстоянии свыше 200 м вприсечку к выработанному пространству с защитной полосой угля 2-3 м, а затем погашаемых за смежной лавой.

Как видно из перечисленного, основными факторами, определяющими область применения анкерной крепи, являются: прочность пород, способ охраны выработок и ее местоположение относительного очистных работ.

Рассмотрим последовательно каждый из этих факторов. В соответствии с прочностью и строением пород кровли все их разнообразие приведено к трем типам кровли по ее устойчивости и обрушаемости. При этом расчетное сопро­ тивление пород кровли на сжатие рекомендуется определять как средневзве­ шенное по прочности и мощности каждого слоя на высоту, равную ширине выработки. Полученное значение прочности необходимо умножать на коэф­ фициент, учитывающий дополнительную нарушенность кровли трещиновато­ стью, который имеет разные значения для каждого из типов кровли по обру­ шаемости. Следует отметить, что во многих случаях при расчете паспортов об этом коэффициенте забывают, что естественно может привести к ошибкам в последующем расчете.

Кроме того, Инструкцией предусмотрено, что анкерную крепь допускает­ ся применять в тех случаях, когда отношение глубины работ к полученному расчетному, значению прочности равно или менее 25. Это непременное условие возможности применения анкерной крепи, которое также часто не учитывается.

Оно принято, чтобы обеспечить паспортную несущую способность сталеполи­ мерной анкерной крепи, так как при превышении этого соотношения она уменьшается до 60-70 кН, то есть не превышает несущую способность клино­ распорной анкерной крепи.

Вместе с тем, как показала практика, в Инструкции подход к определению расчетной прочности пород нуждается в уточнении и дополнении при ее сле­ дующем издании, в части ужесточения требований к минимальной прочности пород, высоте от кровли выработки, которой целесообразно определять средне­ взвешенную прочность пород, а также в выборе критериального значения отно­ шения глубины к средневзвешенной прочности. По нашему мнению, это отно­ шение необходимо заменить просто минимально допустимым значением проч­ ности породы в пределах высоты штангования кровли.

Другим важным условием, определяющим область применения анкерной крепи и ее параметры, является способ охраны выработки и ее расположение относительно очистного забоя.

Как предусматривает Инструкция, в зависимости от назначения выработки определяется способ её проведения и размеры охранного целика. В Инструкции -139 приведены формулы для определения смещений в выработке в зависимости от размеров охранных целиков и места расположения ее относительно очистного пространства, то есть вне зоны опорного давления, в зоне опорного давления от первой и второй лав, в выработках, проводимых вприсечку. При этом размеры охранных целиков меняются от 30 м и более до двух-трех мощностей пласта.

Здесь очень важно правильно выбрать формулу, соответствующую условиям существования выработки. Часто здесь допускаются ошибки, в результате чего неправильно определяются параметры анкеров и плотность их установки. Осо­ бенно часто допускаются нарушения ограничения в расстоянии между рабо­ тающей лавой и выработкой, проводимой вприсечку.

По нашему мнению, именно это послужило причиной нескольких серьез­ ных аварий, произошедших в последнее время. Так, выработка, в которой пара­ метры крепи рассчитаны из условий её проведения в нетронутом массиве, ока­ зывается в зоне активного сдвижения пород и опорного давления от работающей лавы, при этом параметры анкерной крепи, естественно, остаются прежними, не устанавливается также и необходимая в этих условиях крепь усиления, преду­ смотренная Инструкцией.

В Дополнениях к Инструкции в этом плане предусматривается более чет­ кая и жесткая увязка между величиной смещений кровли выработки и размера­ ми оставленных целиков, при этом кроме перечисленных факторов (размер це­ лика, глубина работ, ширина выработки и т.п.) величина смещений будет опре­ деляться в зависимости от прочности и структуры пород. Такие данные получены нами практически для всех разрабатываемых бассейнов и глубин.

Особые проблемы применения анкерной крепи возникают при отработке удароопасных пластов, здесь имеется несколько моментов. Первый - это сама возможность крепления анкерной крепью выработок на удароопасных пластах и второй - учет влияния мероприятий по снижению удароопасности на парамет­ ры и область применения анкерной крепи. В Инструкции по борьбе с горными ударами сказано, что запрещается применение анкерной крепи на удароопасных пластах для выработок со сроком службы более двух лет. Исследования, прово­ димые ВНИМИ в течение последних пяти лет, показывают, что это ограничение не имеет под собой достаточно убедительных оснований и в дополнение к Инст­ рукции, оно будет снято. Что касается мероприятий по снижению удароопасно­ сти, то здесь на возможность применения анкерной крепи влияет ряд аспектов.

Как известно, один из наиболее эффективных способов борьбы с газодинами­ ческими явлениями - это подработка опасных пластов. Инструкцией предусмотре­ на возможность применения анкерной крепи на подрабатываемых пластах в том случае, если кратность подработки (отношение мощности междупластья к мощно­ сти пласта) не менее 12. Эта величина принята из условия того, чтобы подработан­ ный пласт и проводимые по нему выработки не оказались в зоне беспорядочного обрушения пород и разрушительного влияния трещин. Как известно, высота зоны беспорядочного обрушения равна мощности подрабатываемого пласта, деленной на -140 величину коэффициента разрыхления, уменьшенного на единицу. Высота зоны раз­ рушительного влияния подработки равна высоте зоны беспорядочного обрушения, умноженной на коэффициент влияния трещин.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 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.