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 |   ...   | 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 6 ] --

относительные вертикальные смещения (мм) а- б- в На данном частном примере проиллюстрированы инструментарий (средство исследования), и в некотором виде методология изучения дос­ таточно сложного вопроса о поведении (сдвижении) массива горных по­ род с учетом высоких скоростей разработки угольных пластов, решение которого необходимо.

ЛИТЕРАТУРА 1. П р ав и л а охр а н ы с о о р у ж ен и й и п ри р о д н ы х о бъ ек то в о т в р едн о го вли яни я п од­ зем н ы х горны х р азраб ото к н а у го л ь н ы х м есто р о ж ден и ях. - С П б.: В Н И М И, 1998. - 291 с.

2. С таврогин А. Н., Т арасов Б. Г. Э к сп е р и м ен та л ь н ая ф и з и к а и м е х ан и к а го р н ы х п ород. - С П б.: « Н ау к а», 2 0 0 1. - 343 с.

3. Баклаш ов И. В. Д е ф о р м и р о в а н и е и р а зр у ш е н и е п о р о д н ы х м ас с и в о в. - М.: Н е­ д р а, 1988.

4. М устаф ин М. Г., П етухов И. М. М ех ан и зм и эн ер ги я р азр у ш е н и я п р о чн о го слоя в п очве п о д г о т о в и т е л ь н о й в ы р а б о т к и. // Г о р н ы й и н ф о р м а ц и о н н о -а н а л и т и ч е с к и й б ю л л етен ь. - М.: М Г Г У, 2 0 0 2. - № 10.

2005 ВНПМП УДК 622.2: [550.3 + 551.24] Д. В. ЯКОВЛЕВ (ВНИМИ), Т. И. ЛАЗАРЕВИЧ (Кемеровское представительство ВНИМИ), А. П. СКАКУН, С. Н. МУЛЕВ (ВНИМИ) С И С ТЕ М Ы Р Е ГИ О Н А Л Ь Н О ГО КО Н ТРО Л Я ГЕ О Д И Н А М И Ч Е С КО Й Б Е ЗО П А С Н О С ТИ Д ЛЯ УГО Л Ь Н Ы Х М Е С ТО Р О Ж Д Е Н И Й Более 30-ти лет ВНИМИ проводит исследования причин возникновения опасных зон в горном массиве, связанных с геодинамическими процессами, по­ иском закономерностей динамики гетерогенных систем. При этом мы исходим из следующих основных положений:

1. Земная кора представляет собой блочно-иерархическую структуру, эле­ ментами которой являются как собственно структурно-вещественные комплек­ сы - блоки, так и связующие их элементы, служащие системообразующими свя­ зями - разломы.

2. Эволюция свойств и состояния горного массива происходит под действием сил гравитационного и электромагнитного взаимодействий, которые проявляются в полях напряжений, силе тяжести, фильтрации, тепловом, электрическом и магнит­ ном полях. Эти поля, по сути, и являются системообразующими связями. Эволюция этих полей является признаком эволюции состояния геологической среды.

3. Особенно заметная эволюция свойств и состояния горного массива про­ исходит в энергоактивных областях земной коры - естественных и искусствен­ ных зонах энергомассообмена. В структуре земной коры именно крупные блоки и глубинные разломы, их ограничивающие, являются генераторами и проводни­ ками интенсивного энергомассопереноса. По разломам в расчлененную трещи­ нами земную кору извне втекают жидкости и газы, поступает энергия в виде те­ пла. Силы упругости, возникающие в блочном массиве при геотектонических движениях, создают тектонически-напряженные зоны (ТНЗ) и т. п.

Важным обстоятельством является то, что процессы, протекающие в гео­ физической среде, происходят вблизи от некоторого положения равновесия, оп­ ределяемого неким средним состоянием ее энергоемкости. Это состояние для такого огромного тела, каким является Земля, практически со временем не меня­ ется (постоянно по крайней мере в течение миллионов лет). Об этом свидетель­ ствует постоянное местоположение сейсмических очагов, обнаруживаемое из исторических данных (примерно за два тысячелетия).

-178 Очаги приурочены к местам концентрации и интенсивного изменения энер­ гии геологической среды. Основываясь на принципе автомодельности и подобии геодинамических процессов, для их изучения наиболее перспективной следует счи­ тать постановку геофизических наблюдений в энергоактивных областях.

Преобразование потенциальной энергии в другие виды энергии при де­ формировании и разрушении горных пород сопровождается возникновением аномалий тепловых, сейсмических, электромагнитных и других полей. Это соз­ дает предпосылки для изучения геодинамических процессов путем инструмен­ тальных наблюдений геофизических полей. Для эффективного контроля и про­ гнозирования состояния горного массива на основе таких наблюдений требует­ ся, чтобы они базировались на системе распределенных по площади и по глубине пунктов установки датчиков, работающих в режиме непрерывной реги­ страции (или в «ждущем» режиме).

На основе разработанного во ВНИМИ методического, аппаратурного и про­ граммного обеспечения выпускается и постоянно совершенствуется станция GITS, в качестве базы для организации геодинамического контроля на угольных предпри­ ятиях. В базовом варианте основным элементом станции является сеть трехкомпо­ нентных датчиков (8, 12 или 24) в искробезопасном исполнении для непрерывной регистрации микросейсмических колебаний в диапазоне от 5 до 1000 Гц.

Разработанный и изготовленный в 2000 г. комплект станции GITS - сис­ тема на восемь сейсмопунктов (с программным обеспечением GITS) - уста­ новлен на геодинамическом полигоне в районе г.Анжеро-Судженска;

на рис. представлена схема расположения сейсмопунктов (обозначены треугольника­ ми) на полях шахт «Анжерская» и «Судженская». Датчики распределены по площади 3 x 8 км. Линии связи сейсмопунктов (датчик и блок телеметрии) с сейсмостанцией имеют длину до 8 км. Поля шахт обозначены сплошной лини­ ей, границы блоков - пунктирной. Сеть позволяет определить координаты оча­ га сейсмического события при соблюдении условия выявления вызванных им колебаний не менее, чем в четырех пунктах сети. В связи с низкой плотностью расположения датчиков по площади, это возможно только для высокоэнерге­ тических событий. Распределение суммарной сейсмической энергии в преде­ лах шахтных полей, по данным регистрации событий с 2000 по 2003 гг., пока­ зано изолиниями. Каждый из датчиков может также работать в режиме регист­ рации микросейсмических колебаний от событий малой мощности, происходящих в зоне его приема, без оценки координат.

В 2002-2003 гг. в условиях рудников НГМК испытан новый вариант сис­ темы G1TS на 24 сейсмопункта с программным обеспечением Wingits с базой данных на SQL-сервере. На плане шахтного поля рудника «Октябрьский»

(рис. 2) показаны расположение сейсмопунктов, изолинии активности событий и зональность по уровню опасности. За счет высокой концентрации пунктов (в районе размером 2x3 км), ввода в схемное решение и ПО более эффективных средств подавления помех и новых алгоритмов расчета появилась возможность выявления событий с малой энергией и более точного определения их коорди­ нат. Внешний вид блоков станции (поверхностный и подземный модули, трех­ компонентный датчик) показан на рис. 3.

179 Рис. 1. Система сейсмических наблюдений на геодинамиче­ ском полигоне в районе г. Анжеро-Судженска. Зоны суммар­ ной сейсмической энергии с 2000 по 2003 гг.

Рис. 2. Система геодинамического мониторинга на основе сейсмостанции в г. Но­ рильске (рудники «Октябрьский» и «Таймырский», 20 июля - 20 августа 2005 г.) Рис. 3. Блоки сейсмостанции GITS 23000I 2 2 50 20* 210ОО 20 5 0 18 50 Рис. 4, Система сейсмического мониторинга на шахте «Комсомольская»

(14 января - 13 февраля 2006 г.) В 2005 г. на шахте «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь» введен в опыт­ ную эксплуатацию искробезопасный вариант системы GITS на 12 сейсмопунк­ тов с программным обеспечением Winl2gits. За время опытной эксплуатации наряду со слабыми событиями выявлено две зоны с повышенной сейсмоактив -181 ностью: одна в месте начала отработки лавы при отходе от монтажной камеры, вторая в целике, охраняющем транспортные выработки. На схеме поля шахты «Комсомольская» на (рис. 4) показано расположение сейсмопунктов. На схеме кружками показаны места событий и зоны их влияния (чем больше энергия со­ бытия, тем больше размер кружка), а изолиниями - площадное распределение событий по энергиям.

В ближайшие два года планируется установить аналогичные станции (по 12-16 сейсмопунктов) на шахтах «Северная», «Воркутинская» и «Заполярная».

Для объединения сейсмостанций в единое информационное пространство будут созданы специальная локальная вычислительная сеть и ситуационный центр с базой данных на SQL-сервере.

Результаты сейсмического мониторинга представляют в виде прогноза по местоположению напряженных зон в горном массиве и динамике их миграции.

Необходима проверка реальной степени опасности участков выработок в про­ гнозных зонах локальными методами - визуальным, нормативным шпуровым и шахтными геофизическими. Во ВНИМИ разработано методическое и программ­ ное обеспечение геофизических экспресс-методов для обследования и контроля участков горного массива вблизи выработок, в том числе методов, не требую­ щих бурения контрольнызх скважин. Для реализации этих методов во ВНИМИ налажено производство переносной многофункциональной искробезопасной аппаратуры с микропроцессорным управлением.

В связи с высокой мобильностью и оперативностью наблюдений геофизи­ ческими методами, они наиболее удобны для быстрого инструментального об­ следования участков выработок при появлении признаков опасности, в том чис­ ле сразу после обнаружения в пределах шахтного поля очагов сейсмических со­ бытий с высокой энергией. Геофизические экспресс-методы незаменимы при постановке периодического контроля состояния выработок большой протяжен­ ности (например, транспортных, защищенных целиками). Здесь они, локальные по обследуемому в одном пункте объему массива, приобретают свойства, близ­ кие к свойствам регионального прогноза, позволяя обследовать за смену не­ сколько километров выработок с требуемым по обстановке шагом между пунк­ тами (от 2 до 10-20 м).

Таким образом, оптимальным является сочетание непрерывного сейсми­ ческого мониторинга на основе стационарных сейсмостанций, направленного на региональную оценку местоположения энергоактивных зон, и периодического или избирательного локального мониторинга в этих зонах на основе переносной геофизической аппаратуры.

Накопленный опыт пуско-наладки и эксплуатации сейсмостанций, науч но-методическое, аппаратурное и программное обеспечение - планируется при­ менить при создании региональной сейсмической системы мониторинга на сети геодинамических полигонов в Кемеровской области в рамках программы «Сейсмобезопасность Кузбасса». Сеть полигонов направлена на организацию сейсмологического и геодинамического мониторинга недр Кемеровской области и привязана к энергоактивным зонам, которые являются узловыми в структуре взаимосвязанной блочной среды, своего рода сенсорными зонами, расположен­ ными на путях энергомассапереноса.

182 Благодаря компактному расположению территории Кузбасса и зон круп­ ных промышленных агломератов Кемеровской области, программой предусмот­ рено образование инженерной сейсмологической сети из четырех сейсмостан­ ций в городах Анжеро-Судженск, Кемерово, Салаир и Междуреченск (базового четырехугольника с длинами сторон 180-230 км). В радиусе 100 км от мест раз­ мещения сейсмостанций находятся все угледобывающие предприятия Кузбасса, все его города и крупные рабочие поселки (рис. 5). Центр сбора и обработки ин­ формации инженерной сейсмологической сети Кузбасса будет размещен на сейсмостанции г. Кемерово.

84 85 86 87 88 89 Рис, 5. Схема размещения сейсмостанций инженерной сейсмо­ логической сети Кузбасса (станции сети показаны квадратами) и ее расширенная конфигурация при дополнительном включе­ нии в сеть сейсмостанций «Таштагол», «Берчикуль», «Ельцовка»

В перспективе инженерная сейсмологическая сеть Кузбасса может быть расширена за счет расположенных в Кузбассе и его окрестностях сейсмостанций «Таштагол», «Берчикуль», «Ельцовка», принадлежащих Таштагол ьс ко му рудни­ ку и Алтае-Саянской опытно-методической сейсмологической экспедиции.

Включение их в создаваемую сеть позволяет обеспечить избирательную регист­ рацию событий в Кузнецкой котловине и повысить локационные возможности.

Сейсмологические наблюдения на данной территории планируется соче­ тать с периодическими геодезическими, гидрогеологическими, наземными гео­ физическими наблюдениями на протяженных контрольных профилях.

- 183 Создание и эксплуатация инженерной сейсмологической сети предусмат­ ривает выполнение следующих этапов работ:

а. Изучение геологического строения сенсорных зон, выбор мест базиро­ вания сейсмостанций в окрестностях годов Кемерово, Салаир и Междуреченск;

обязательным требованием является установка сейсмостанций на скальном ос­ новании в достаточно удаленном от промышленных шумов месте. Планирова­ ние сети сейсмических наблюдений. От размера и конфигурации площади кон­ троля, требований к уровню чувствительности по энергии регистрируемых со­ бытий, зависит выбор местоположения и плотность установки сейсмопунктов.

б. Строительство сейсмопавильонов. Выбор и приобретение технических средств комплексного мониторинга, телеметрии, каналов связи, обработки и ви­ зуализации результатов наблюдений. Монтаж сейсмооборудования. Сейсмо­ станции должны иметь электросеть, средства связи для оперативной передачи информации, автодороги.

в. Выполнение отладочных работ на сейсмостанциях, проведение серий опытных регистраций сейсмических событий, уточнение скоростной модели среды.

г. Разработка и организация структуры баз данных для учета, хранения, оперативной обработки сейсмических событий и формата передачи сейсмологи­ ческой информации в региональный центр ее сбора и обработки. Разработка регламента передачи информации директивным органам и ведомствам опера­ тивного реагирования.

д. Разработка специализированных программных блоков целевого анализа сейсмологической и геофизической информации для построения модели прогно­ зов естественных и техногенных землетрясений.

е. Разработка регламента взаимодействия инженерной сейсмологической сети с центром мониторинга МЧС Кемеровской области и федеральными сейс­ мологическими центрами (Красноярск, Новосибирск, Обнинск).

Ожидаемыми результатами от организации сейсмологической сети являются:

- мониторинг геодинамической безопасности на объектах угледобычи (по техногенным землетрясениям, затоплению шахт, горным ударам и внезапным выбросам);

- разработка и ведение паспортов сейсмической активности недр в окрестно­ стях наиболее ответственных промышленных объектов области, крупных гидро­ технических сооружений, трубопроводов и опасных химических производств.

2005 ВИПМП УДК 622.831.32. КРОТОВ Н. В С И Д О Р О В В. С., СИДОРОВ Д. В., КОСТРОМИН В. П.

(ОАО «ВНИМИ»), ВЬЮНИКОВ А. А. (ОАО «Воркутауголь»), ОСИПОВА. И. (ПМУ по ТЭН) П О В Ы Ш Е Н И Е Э Ф Ф Е КТИ В Н О С ТИ П Р О Ф И Л А К Т И Ч Е С К И Х М Е Р О П Р И Я ТИ Й ПРИ О ТР А Б О ТКЕ У Д А Р О - И В Ы Б Р О С О О П А С Н Ы Х У ГО Л Ь Н Ы Х П Л А С ТО В В ЗО Н А Х ПГД При бурении скважин в угольных пластах на участках с высоким уровнем действующих напряжений наблюдается повышенный выход штыба, зачастую превышающий номинальный объем выбуренной угольной мелочи в два-три раза. При этом область разгружающего влияния и зона повышенной трещинова­ тости в пласте вокруг скважин существенно увеличиваются. Это предопредели­ ло возможность вместе с разгрузкой от высоких напряжений и снятия ударо­ опасности использовать скважины большого диаметра для снижения газового давления на пластах, являющихся одновременно склонными к горным ударам и внезапным выбросам.

Исследования параметров эффективной разгрузки угольных пластов от высоких напряжений путем бурения разгрузочно-дегазационных скважин (РДС) проводились в условиях разработки удароопасного и выбросоопасного пласта Тройного на шахте «Воркутинская» ОАО «Воркутауголь».

Для опытно-экспериментальных исследований был выбран участок дора­ ботки выемочного поля лавы 822-ю пласта Тройного, который находился в зоне повышенного горного давления (зоны ПГД), сформированной краевыми частя­ ми лав защитного пласта Четвертого.

Границы зоны ПГД установлены в соответствии с Инструкциями [1,2] и скорректированы на плане горных выработок по результатам расчета с учетом пространственной геометрии границ краевых частей пласта Четвертого. Протя­ женность зоны ПГД и незащищенной зоны в верхней части лавы составляет 129 м по простиранию и 76 м по падению. Протяженность незащищенной зоны, расположенной в средней и нижней частях выемочного столба, составляет 69 м по простиранию и 208 м по падению. Общая протяженность обеих зон - 129 м по простиранию и 208 м по падению.

-185 Пласт Тройной сложного строения средней мощностью 2,9 м и состоит из двух пачек угля, разделенных прослоем слабого углистого аргиллита средней мощностью 0,2 м. Верхняя пачка представлена углем средней крепости мощно­ стью 1,4 м. В пределах верхней пачки ниже кровли на 0,3 м находится потенциаль­ но выбросоопасный прослой угля, представленный слабым, перемятым, сажистым углем. Нижняя пачка представлена полосчатым углем средней крепости с прослоем сильно перемятого (до чешуйчатого) сажистого угля. Средняя мощность пачки со­ ставляет 1,5 м.Природная газоносность пласта 25-35 м на тонну угля.

Непосредственная почва представлена мелкозернистым, средней крепо­ сти, устойчивым алевролитовым аргиллитом.

Основная кровля мощностью до 25 м представлена алевролитами и тонко­ мелкозернистыми песчаниками, ослабленными прослоями аргиллита, средней и выше средней устойчивости и обрушаемости. В непосредственной кровле пла­ ста залегают аргиллиты алевритовые мелкозернистые, слоистые, средней крепо­ сти, средней устойчивости и обрушаемости мощностью до 7,5 м.

Максимальная глубина ведения горных работ в выемочном столбе 822-ю составляет 790 м. При средней мощности пласта равной 2,9 м на данной глубине в соответствии с Инструкцией [1] ширина зоны влияния опорного давления очи­ стного забоя составляет 92 м, ширина защитной зоны - 7,0 м.

В соответствии с действующими нормативными документами зона ПГД должна приводиться в неудароопасное состояние из выработок, пройденных па­ раллельно границам этих зон, с дополнительными мероприятиями по дегазации пласта. При этом профилактическая обработка зоны должна быть закончена до подхода к ней лавы на расстояние не менее ширины зоны влияния опорного давле­ ния очистного забоя, так как обработка участка, находящегося в зоне ПГД и допол­ нительно подвергающегося воздействию опорного давления очистного забоя, будет весьма трудоемка и небезопасна. От эффективности мероприятий по дегазации и разгрузке угольного пласта во многом зависят объемы, параметры и эффективность прогнозных и локальных профилактических мероприятий, которые будут выпол­ няться из лавы при подвигании очистного забоя в зоне ПГД. Комплекс мероприя­ тий по скважинной разгрузке от высоких напряжений и сопутствующей дегазации по времени был разделен на два этапа, выполняемых:

- заблаговременно, до подхода очистного забоя к зоне ПГД на расстояние не менее ширины зоны влияния опорного давления очистного забоя;

- при подвигании очистного забоя в зоне ПГД из лавы и оконтуривающих ее штреков.

Для исключения влияния повышенного горного и газового давлений на участке поля лавы 822-ю пласта Тройного от начала зоны ПГД и до границы от­ работки лавы по первому этапу профилактических работ в качестве эксперимен­ та был применен способ РДС, пробуренных из вентиляционного и конвейерного штреков. Ширина обрабатываемого участка со стороны вентиляционного (в на­ правлении вниз) и конвейерного (в направлении вверх) штреков по проекту со­ ставляла 80 м. Скважины диаметром 76 мм бурились станками СБГ-1М с воз­ душной продувкой скважин в процессе бурения. Фактически скважины бури­ лись на максимально возможную по горно-геологическим условиям и -186 технической характеристике станка глубину - от 55 до 100 м. Всего пробурено свыше 250 РДС. Под обсадные трубы диаметром 108 мм скважины разбурива­ лись до 132 мм. Длина кондуктора принималась 2-3 м, на конце его был фланец для крепления герметизатора. Последующая цементация кондуктора являлась основным способом герметизации устья скважин.

В связи с необходимостью оценки напряженного состояния угольного пласта по мере роста площади обработки скважинами была сформулирована общая постановка пространственной задачи и рассматривалась геомеханическая модель на базе решения граничных интегральных уравнений.

При численном моделировании геомеханического состояния пласта Тройно­ го на участке лавы 822-ю использовался программный комплекс «Press 3D». Были приняты следующие общие исходные данные: коэффициент Пуассона v = 0,3, мо­ дуль упругости углевмещающих пород (песчаники, алевролиты) Еп = 2Т04 МПа, модуль упругости угольного пласта Еу = 2-103 МПа, предел прочности угольного пласта а сж= 11 МПа.

Общая расчетная схема к оценке напряженного состояния угольного пла­ ста Тройного представлена на рис. 1.

Здйл Правка Змд База данных ГЪ**още j 1в Iв !g lfeLjgJJfeiJbJ \1 51PJ BlA ljJ ОI Я DJ '"М/ 1 9н нН “ Ы^ i LIDla ~ ai Рис.1. Участок опытно-экспериментальных исследований разгрузочно-дегазационных скважин (пл. Тройной, лава 822-ю, шахта «Воркутинская», ОАО «Воркутауголь») При исследовании геомеханического состояния пласта выполнялась реа­ лизация следующих расчетных вариантов:

а) расчет величин нормальных к напластованию напряжений, действу щих в угольном пласте Тройном до осуществления мероприятий по бурению -187 РДС (исходное состояние). Результаты расчетов численного моделирования представлены на рис. 2. На этой стадии уточнялись границы зоны ПГД;

б) текущий расчет величин нормальных к напластованию напряжений, действующих в угольном пласте Тройном при последовательном осуществлении скважинной разгрузки и дегазации из вентиляционного и конвейерного штреков 822-ю. На этой стадии корректировались параметры (расстояние между РДС).

Tи «6м fT w cM'лаеая^йpj^afei') p m ? ротве e [ Рис. 2. Распределение величин нормальных к напластованию напряжений, действующих в угольном пласте «Тройной» до осуществления скважиной разгрузки Средний объем выхода штыба V с 1 м2 обрабатываемой площади, заме­ ренный при бурении РДС в выемочном поле лавы 822-ю, пласта Тройного с вен­ тиляционного штрека 822-ю составил 33,5 л. Величина искусственной (техно­ генной) податливости Дш принимаемая к расчетам, со стороны вентиляционного, штрека 822-ю, на основании данных промышленных испытаний замеров выхода штыба, равна: Дщ = 0,024 м. Результаты расчетов численного моделирования представлены на рис. 3.

Средний объем выхода штыба V с 1 м2 обрабатываемой площади, заме­ ренный при бурении РДС в выемочном поле лавы 822-ю, пласта Тройного с конвейерного штрека 822-ю составил 47,0 л. Величина искусственной (техно­ генной) податливости Дш принимаемая к расчетам, со стороны конвейерного, штрека 822-ю, на основании данных замеров выхода штыба, Дщ = 0,034 м. Ре­ зультаты расчетов численного моделирования представлены на рис. 4.

-188 •Г ПК [Р езу л ь таты р а с ч е т а НД(. и у д ар е в г тс н о сг м Ш И) аайл Правка б*л помощь 1a j B l a j Wjftl tel sUa.1 П 01 ч! й!

m «si (%jgfS faimi «и m « 1 A i«1 u»i viwi [..................

Табяимрмультагм i W w»g^np«BCtatn»HH рчц/»т«гЩ l Пк jР р»| л мв * •л х и* АА* х,'Л а жа 1 Я я » я » а я а ! ш я а доза з з в а э н з а о з х и * * * » -л й 'а а я -х » и зз»зз»эаааззлэамазаааз^ ззд аазааа^ я& зззаааззм азззз.га-яаааааааааааааааэааааааа /:ааааа J J J 3 J J J 1аа»1а».аа за;

х;

ааааз;

«я*;

х» '.......

л : з.. :

• з » а з а а а й л а.- ;

а а г ':- м г 2 5 л а з э - ' л р л. а з з з з з п - 'з - а а з ^ а х » а а з - ;

а а а э а а 1 ^ а а а а э а а а э ^^гааатяааа^ аааэааааа^ аэ ^7 4 3 '. з з з з '. з з з з з з а а з. з з з з ‘^ / ^ э з з ^ з з з э з а з а ^ ^ л а э а э з ^ 1'П 'л а а а а а а а а з а ^ а а а а а а а а.зг,;

л а г.а а а ^ а а а а а а а ъ а а э а а а а а а а з з з з з а з з а з з з * ;

а з з з з з з з з з з аааа^ааааааа^аааааааааааа j;

.i3J33J3J3333.333333333333a a -".' J J ^ 3 3 J 3 3 3 J 3 3 J 3 3 3 3 3 3 3 3 J j.;

j;

a a a a a a a » a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a r ja a a a a v a a a a a a a a a a a a a a a a нл н ааазаглаазаэзаааааэаааа a « a a a a a a a a : ia a a a a a a a a a a a a a a a a i a n a a a a. ia a a a a a a a a a a a a a a a a ?

;

ja | а з а г.а а а э а а а з а а а а а а з э а ;

/ а :ia a a a a ;

ia a a a a a a a a a a a a a a a a ;

ia з з з э а э :]з з з з э а э а а э з а а з з а а ;

1э j;

3J33333a333J33a3333333.i as а а а г ^ а а а а а а а а а а а а а а а а а а н а а ;

| а э а.и а а э а з а а а а а а а з а а а а а :

a s ia a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a : ia a a a ^ a a a a a a a a a a a a a a a a a a a л ааааэлааэзззазаэзаэзззэз.1 а ;

'а а а а а и г : ? а з а з а а а а а а а а а а ] з а ^ 1 з э з а а а а з а ^ : : = : : г зг! : :

2 а а ^ 1 а а а а а м ^ ;

= ::= л з а а а а Рис. 3. Распределение величин нормальных к напластыванию напряжений, действующих в угольном пласте «Тройной» после осуществления скважинной раз­ грузки из вентиляционного штрека 822-ю ПК [Результаты расчета НДС м удароопасности М Г ГП] оайч Правка Вид Похоть а |Н |а !# Ш й 1 Ы ®.| ®.l Dl Dl ч 1 й \ 4S|s*l4Sl4Sl»*l«l u»|v*|u»i.

! 8 1 6 * 1 6 8 1 1 8 1 ^ 1 4. 0.1^1 / !«с1 i.Ijei..............................................................

[ !.

ТбиарзлттвГыижо пвсалиарзлттв «лц еуьао Прчжа ратяви еуьао]] Па jPa e | ли apj Э - -- ’..5Й ’ ~У РмЗ?-'.~ а.:• V а а ^ а а а а ' а а з ^ а ? а а а а ? = :: * а а а а а а Ш «.ia p ;

.a a a ;

^ a a a a a a a a a '.

а а % а а а а ? а а а а а а а а а а г.а ’ зa i'a a а а а а а а а а а а а а а а а п а а а а зллааааааааЯааааааааап аааа - пла а аа а а аа а аа а аа а а ал а а а ак’а.^ э. 'з з а з с г а а а а а а а а а а ^ а а л л э а з э з а - а г - 'э э э з э а з э а ;

-за га а а аа а аа яа ам ?аа & а - 4 » :« « а ^ а ^ а ь а а р а а а а а а л ^ а а ^ а о a n j j a....: • «за з зззу а за з з я а а а э з з Л а Ы Р з з а з з з з г г г г з.'к а а a a a a a a a s ^ a.^ a ^ a a a a a s u ia w хгд а t o w w л Рис. 4. Распределение величин нормальных к напластыванию напряжений, действующих в угольном пласте «Тройной» после осуществления скважинной раз­ грузки из вентиляционного штрека 822-ю и конвейерного штрека 822-ю Из результатов расчетов (на рис. 5 представлен разрез по линии D-D) сле­ дует, что влияние РДС на снижение напряжений в зонах опорного давления пла­ ста Тройного сказывается по-разному, в зависимости от исходного уровня на­ пряжений, действующих в угольном пласте до осуществления бурения скважин.

кайл Правка Эщ Поиошъ zJd& U kl J i i l М, a J3, Ш Ш л Ш Т4бгм4 ое5чпйтвтов ГГрвФическоопрвдставпююреау^тагов!;

План P«sp«j j е:с « л х ;

г г;

-с 'в «se-* * * : ът:ль“ е с -л»сч Too -ciV после pes';

-,w-'*xueoo'cunvw и: е*"т-гац,-оигсго и »с"вв1*о«сгсш-ре»е влемвч-сго стэл$«&?«-о Р а зр е з го ли я ш D-D Иге штаб 1 : Рис. 5. Эпюра распределения величин нормальных к напластыванию напряжений, дей­ ствующих в угольном пласте «Тройной» по линии разреза D -D после осуществления скважинной разгрузки из вентиляционного штрека 822-ю и конвейерного штрека 822-ю Анализ выполненных расчетов показывает, что наибольшая разгрузка произошла в нижней части выемочного столба. Так, разгрузка на участках угольного пласта Тройного со стороны вентиляционного штрека 822-ю приво­ дит к снижению напряжений примерно на 10-15 % (с 29,2 МПа до 24,6 МПа) от исходного уровня действующих напряжений. Разгрузка же на участках угольно­ го пласта Тройного со стороны конвейерного штрека 822-ю приводит к сниже­ нию напряжений примерно на 25-30 % (с 25,0 до 17,6 МПа) от исходного уровня действующих напряжений. Это объясняется тем, что на участках угольного пла­ ста в районе вентиляционного штрека 822-ю исходный уровень напряжений примерно на 50 % превышает уровень напряжений, действующих на участках угольного пласта со стороны конвейерного штрека 822-ю.

В то же время наблюдается эффект дополнительной пригрузки необра­ ботанной скважинами площади, где по всему периметру ее контактов с обра­ ботанными участками напряжения незначительно возросли, примерно на 5 % (с 27,8 до 29,0 МПа).

Согласно Инструкции [1] доля упругих деформаций, восстанавливающих­ ся при разгрузке удароопасных пластов (ev составляет 75 %-85 % от величины ) - 190 общей деформации. Учитывая наличие в ударо- и выбросоопасном пласте Трой­ ном двух пачек угля суммарной мощностью от 0,19 до 0,51 м, не склонного к упру­ гим деформациям, коэффициент упругих деформаций принимается равным 0,8. То­ гда, минимальный объем угля, который необходимо извлечь из пласта при бурении первых РДС, при начальном расстоянии между ними, равном 1,0 м, приходящийся на 1 м2 обрабатываемой площади участка, для создания эффекта разгрузки, соста­ вит: V= 1,4-еу - 1,4-17,6-10-3 = 24,6-10-3 м3=24,6 л, где 1,4 - коэффициент разрых­ ления угля. Величина искусственно созданной (техногенной) податливости при за­ данном (необходимом) выходе штыба будет равна 1,76 см.

Расстояние между скважинами определялось с учетом следующих факторов:

а) выход штыба с 1 м2 обрабатываемой площади должен обеспечить фор­ мирование параметра техногенной податливости, достаточной для упругого вос­ становления и разгрузки угольного пласта. С учетом шага установки крепи в штреках, а также того, что при бурении первых скважин на вентиляционном штреке фактический выход штыба с 1 м составлял более 24,6 л/м, проектное расстояние между скважинами было принято равным 1 м;

б) формирующиеся в процессе бурения скважин межскважинные целички должны быть устойчивыми и исключать взаимовлияние смежных скважин, ко­ торое может существенно осложнить бурение каждой последующей скважины.

Минимальное значение ширины устойчивого целичка между скважинами срав­ нивалось с параметром, устанавливаемым по Инструкции [2].

При фактических значениях параметров минимальная ширина устойчиво­ го целичка между скважинами равна /кр = 0,36 м. Полученная величина /кр почти втрое меньше принятого проектом расстояния между скважинами, что позволи­ ло бы (при необходимости) сгустить сеть скважин, уменьшив расстояние между ними, однако этого не потребовалось, т. к. фактический выход штыба составил 33,5 и 47,0 л/м на вентиляционном и конвейерном штреках, соответственно.

Результаты расчетов и компьютерного моделирования показывают, что при фактически достигнутом среднем выходе бурового штыба с одного метра длины РДС, равного 33,5 л/м на вентиляционном штреке и 47,0 л/м при бурении с конвейерного штрека при расстоянии между скважинами 1 м достигается эф­ фективная разгрузка обработанных участков зон ПГД. В то же время наблюда­ ется дополнительная пригрузка необработанной площади в центральной части выемочного столба.

С целью изучения интенсивности естественной дегазации пласта Тройно­ го, сопутствующей деформационным процессам при разгрузке пласта от высо­ ких напряжений, на свежих струях вентиляционного и конвейерного штреков были установлены приборы, контролирующие изменение содержания метана в воздухе после его прохождения через участки, обрабатываемые РДС.

Заметное выделение метана из скважин началось одновременно с началом их бурения, но его содержание в струе в это время не превышало 0,1 %. По мере увеличения количества пробуренных скважин, и соответственно расширения площади обработки, содержание метана в атмосфере штреков увеличивалось и когда на вентиляционном штреке было уже пробурено 85 скважин, а на конвей­ ерном -4 1 скважина, концентрация метана повысилась до 0,2 %.

191 При производительности вентилятора 600 м3 /мин и постоянном содержа­ нии метана в струе 0,2 % за все время проветривания, что составило-438 сут, объем выделившегося метана составил 760 тыс. м3, что свидетельствует о пред­ варительной дегазации пласта Тройного.

Учитывая, что часть площади выемочного столба 822-ю, расположенная в зоне ПГД и незащищенной зоне, заблаговременно обработана бурением РДС, перечень прогнозных и профилактических мероприятий для обработанных и необработанных участков принят различным.

К эффективно обработанным и разгруженным от высоких концентраций горного давления отнесены два участка, расположенные в верхней части вы­ емочного столба на протяжении 58 м по падению от вентиляционного штрека и в нижней части столба на протяжении 80 м по восстанию от конвейерного штре­ ка. Протяженность обоих участков по простиранию - от границы зоны ПГД и до границы остановки лавы. Согласно результатам компьютерного моделирования и длительному сроку истечения метана из пробуренных скважин, на указанных участках бурением РДС достигнуты положительные эффекты: разгрузка массива от опасных напряжений и его частичная дегазация.

При отработке лавы 822-ю на этих участках производилось бурение про­ гнозных шпуров с целью контроля эффективности выполненного ранее бурения РДС. На необработанных РДС участках в средней части лавы комплекс про­ гнозных, профилактических и контрольных мероприятий выполнялся как для особо сложных условий зоны ПГД.

Результаты опытно-экспериментальных исследований позволили сделать следующие выводы.

Бурение РДС весьма эффективно на участках с высокой концентрацией напряжений, к которым относятся зоны ПГД. Одновременно с интенсивной раз­ грузкой пласта от опасных напряжений происходит его дегазация, процесс кото­ рой интенсифицируется при воздействии на обработанный участок зоны опор­ ного давления от движущегося очистного забоя.

Совместное влияние разгрузки и дегазации пласта в течение длительного промежутка времени устраняет зону ПГД и в качестве локальных профилакти­ ческих мероприятий при подвигании лавы достаточно применять только буре­ ние прогнозных шпуров в порядке контроля эффективности выполненного ранее бурения РДС. Успешная отработка лавы 822-ю в границах зоны ПГД подтвер­ дила эффективность разработанного комплекса профилактических мероприятий.

ЛИТЕРАТУРА 1. Инструкция по б е зо п а сн о м у в е д е н и ю г о р н ы х р а б о т н а ш ах тах, р а зр а б а т ы в а ю ­ щ и х у г о л ь н ы е п л асты, ск л о н н ы е к го р н ы м у д а р а м (Р Д 0 5 -3 2 8 -9 9 ). - М.: Г о с го р т е х н а д зо р Р о с с и и, 2 0 0 0. - 1 2 0 с.

2. Инструкция по б е зо п а с н о м у в ед е н и ю г о р н ы х р а б о т на п л ас тах, о п а с н ы х по в н е за п н ы м в ы б р о сам у гля (п о р о д ы ) и г а за (Р Д 0 5 -3 5 0 -0 0 ). - М.: Г о с го р т е х н а д зо р Р о сси и, 2 0 0 0. - 185 с.

2005 ВНПМП УДК: 622.831.325. Ф. П. ИВЧЕНКО, Я. В. КРОТОВ (ВНИМИ), В. А. ЛУКЬЯНОВ (ОАО «ОУК «ЮЖКУЗБАССУГОЛЬ») О РАЦИО НАЛЬНО М ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГО Р Н О ГО Д А В Л Е Н И Я ПРИ В Ы Б О Р Е Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К И Х Р Е Ш Е Н И Й ПО Р А З Р А Б О Т К Е У Г О Л Ь Н Ы Х П Л А С ТО В, С К Л О Н Н Ы Х К ГО РН Ы М УД А Р А М Основным требованием эффективной разработки угольных пластов явля­ ется обеспечение минимальных затрат на их извлечение и снижение потерь угля в недрах при высоком уровне безопасного ведения горных работ.

Внедрение современных технологий и технических средств разработки пластовых месторождений направлено на увеличение темпов добычи угля. Дос­ тижение наивысших показателей, как правило, планируется за счет использова­ ния максимально допустимых возможностей применяемых средств добычи угля или проходки горных выработок.

Интенсификация горного производства неизбежно связана с активизацией процесса деформирования массива горных пород. Одним из видов ответной ре­ акции горного массива на изменение его напряженно-деформированного со­ стояния является проявление горного давления.

Согласно общепризнанной гипотезе хрупкое разрушение горной породы (угля) возможно в том случае, когда изменение напряженно-деформированного состояния происходит со скоростью, значение которой превышает максимально допустимую величину пластического деформирования. Диапазон его проявле­ ния - от стреляний кусков угля до горного удара - будет зависеть от величины опорной нагрузки. При незначительных глубинах разработки ее значения не достигали максимально допустимых величин. Проявления горного давления но­ сили локальный характер, были незначительны и не оказывали существенного влияния на условия безопасного и эффективного ведения горных работ.

В существующих условиях разработки, когда произошло значительное увеличение ее глубины, характер и степень его проявления оказывают негатив­ ное влияние на ведение очистных и подготовительных работ. Уровень напря­ женного состояния нетронутого массива горных пород достиг таких величин, когда при проходке горной выработки возникают горнотехнические условия, при которых прогноз удароопасности по выходу буровой мелочи выявляет кате­ горию «опасно». Наиболее проблемным является зависание в выработанном пространстве мощных и крепких слоев пород кровли.

- /9 5 Поэтому знание величин параметров, характеризующих напряженно деформированное состояние краевой части пласта, очистного или подготови­ тельного забоя при разработке технологических решений безопасного ведения горных работ имеет большое значение. Оно позволит, например, не только оп­ тимизировать процессы ведения очистных или подготовительных работ, добить­ ся эффективного и рационального применения профилактических мероприятий, но и уменьшить степень проявления горного давления в динамической форме.

Наличие целиков угля различного назначения неизбежно при любом способе подземной разработки, поэтому обоснование их размеров становится актуаль­ ным. Однако выполнение требований нормативных документов вызывает про­ тиворечие при определении ширины целиков с учетом поддержания горных вы­ работок и предотвращения горных ударов.

Анализ всех случаев горных ударов показал, что ряд динамических явле­ ний происходил и после проведения профилактических мероприятий. Известно, что при горном ударе наибольшая часть выделенной энергии из горных пород и разрушаемого угольного пласта расходуется на разрушение угля на куски и перемещение их в выработанное пространство.

Проведение локальных мероприятий должно быть направлено на устране­ ние причин, а не на борьбу с последствиями проявления повышенного горного давления. Поэтому эффективность и рациональность применения мероприятий по предотвращению опасных форм проявления горного давления также должны повышаться.

Все это вместе взятое требует разработки согласованных нормативных документов и технологических решений, направленных на повышение эффек­ тивных и безопасных условий ведения горных работ.

Примером рационального использования напряженно-деформированного состояния массива горных пород является применение камерно-столбовой сис­ темы разработки с гидромониторной выемкой угля короткими очистными за­ боями при отработке пл. Наддягилевского на шахте «Инская» ООО «Белово уголь» в Кузнецком угольном бассейне. Разработанное технологическое реше­ ние включало изменение ширины заходки в процессе отработки выемочных столбов - целиков угля. При этом оптимальный размер принимался каждый раз с учетом формирования опорной нагрузки в очистном забое. Это позволило не только эффективно использовать энергию горных пород в процессе гидроотбой­ ки угля, но и снизить степень проявления горного давления как при проходке передовых выработок, так и при обрушении пород кровли путем уменьшения площади их зависания в выработанном пространстве. На экспериментальном участке не было зафиксировано проявлений повышенного горного давления в опасной форме и было достигнуто значительное снижение потерь угля.

Данный пример указывает на перспективность применения камерно­ столбовой системы разработки на пластах, склонных к горным ударам, с учетом рационального использования напряженно-деформированного состояния масси­ ва горных пород при решении вопросов безопасного и эффективного ведения горных работ за счет применения технологических решений, исключающих проведение дополнительных профилактических мероприятий.

2005 ВНПМП УДК [622.831.32:622.831,322]:622.831. В. П. КОСТРОМИН (ВНИМИ) О П Ы Т П Р Е Д О ТВ Р А Щ Е Н И Я ГО РН Ы Х У Д А Р О В НА Ш А Х Т А Х ВО РКУТЫ На достигнутых, глубинах разработки все угольные пласты Воркутинского месторождения: Мощный, Тройной, Четвертый и Пятый - в различной степени по­ тенциально опасны по динамическим формам проявления горного давления - гор­ ным ударам и внезапным выбросам угля и газа, так как способны накапливать энер­ гию упругих деформаций и хрупко разрушаться под нагрузкой, характеризуются высокой газоносностью и содержат (кроме пласта Четвертого) в своей структуре рыхлые пачки, провоцирующие развитие внезапных выбросов угля и газа.

Из-за того, что в границах месторождения пласт Мощный расщепляется на пласты Тройной и Четвертый, в шахтных блоках представлены два типа свит, представленных пластами Мощным и Пятым или Тройным, Четвертым и Пя­ тым. На шахтах «Северной» и «Комсомольской» представлены оба типа свит, на шахтах «Воркутинской» и «Заполярной» только второй тип.

Наиболее опасными по горным ударам и внезапным выбросам угля и газа являются пласты Мощный и Тройной. Пласты Четвертый (опасный только по горным ударам) и Пятый (угрожаемый по горным ударам только на шахте «Се­ верной») по геометрическим построениям могут использоваться как защитные по отношению к вышележащим пластам свиты - Мощному, Тройному и Четвер­ тому. В то же время из-за высокой тектонической нарушенное™ и невыдержан­ ности по мощности пласт Пятый на значительной площади месторождения от­ несен к забалансовым и в настоящее время разрабатывается как защитный по отношению к пласту Мощному только на шахте «Северной». По этой же причи­ не пласт Мощный на шахте «Комсомольской» разрабатывается как одиночный с локальными способами предотвращения горных ударов.

В свите пластов Тройной-Четвертый-Пятый первым отрабатывается пласт Четвертый как защитный по отношению к Тройному, опасному как по горным ударам, так и по внезапным выбросам угля и газа, с выполнением соот­ ветствующих требований Инструкции по горным ударам.

Очистные работы по пласту Тройному ведутся в условиях его полной за­ щитной подработки пластом Четвертым, что позволяет не предусматривать спе­ циальных мер по предотвращению горных ударов. Исключения составляют уча­ стки подвигания выработок пласта Тройного от фланговых выработок к вы­ -195 емочным столбам через незащищенные зоны и зоны ПГД, сформированные на границах очистных работ по пласту Четвертому. Для обеспечения безопасных условий проведения выработок в вышеуказанных зонах институтом ВНИМИ совместно с соответствующими службами шахт, объединения «Воркутауголь» и Печорского округа ГГТН РФ был разработан, апробирован и утвержден в уста­ новленном порядке комплекс прогнозных и профилактических мероприятий по предотвращению как горных ударов, так и внезапных выбросов угля и газа, включенный в действующую Инструкцию по горным ударам.

Комплекс профилактических мероприятий разработан с учетом результа­ тов анализа причин и обстоятельств внезапного выброса угля и газа, происшед­ шего на шахте «Северной» в январе 1991 г. при проведении квершлага 12-с пла­ ста Тройного в зоне ПГД.

Выброс произошел во время выполнения профилактического мероприятия по его предотвращению способом гидровымывания опережающих полостей.

Вышеуказанный комплекс включает в себя первоочередное бурение разгрузоч­ ных скважин как способ предотвращения горных ударов и частичной дегазации краевой части пласта и гидровымывание опережающих полостей как способ предотвращения внезапных выбросов угля и газа, которое выполняется после снижения уровня напряжений в краевой части пласта до категории «не опасно».

В процессе выполнения профилактических мероприятий их эффективность оце­ нивается штатными инструктивными способами.

В случае неэффективности вышеуказанного комплекса мероприятий про­ ходка выработок осуществляется в режиме сотрясательного взрывания, являю­ щегося профилактическим способом предотвращения как горных ударов, так и внезапных выбросов угля и газа.

Многолетний опыт ведения горных работ на защищаемом пласте Тройном свидетельствует об эффективности защитного действия его подработки пластом Четвертым даже при сроках подработки более пяти лет назад. Условия возмож­ ного восстановления опасных нагрузок и удароопасности пласта Тройного в подработанных зонах контролируются обязательным инструментальным про­ гнозом, частота и порядок проведения которого принимаются в соответствии с вышеуказанной Инструкцией.

Таким образом, отработка ударо- и выбросоопасного пласта Тройного обеспечивается его опережающей защитной подработкой пластом Четвертым.

В настоящее время на шахте «Северной» впервые в бассейне реализуется опережающая защитная подработка ударо- и выбросоопасного пласта Мощного очистными работами по пласту Пятому. Есть все основания предполагать, что она также будет эффективной.

При принятом порядке отработки пластов в свитах наиболее опасным по проявлению горных ударов является пласт Мощный. Первые горные удары про­ изошли в период с 1966 по 1974 гг. в целиках этого пласта, которые были остав­ лены для охраны магистральных и вентиляционных выработок на глубине около 400 м от земной поверхности в условиях, когда фронт очистных работ перемес­ тился на большую глубину, площадь нависавшей над целиками толщи, подрабо­ танной с обеих сторон, увеличилась и нагрузки на целики возросли. При ширине 196 зоны влияния опорного давления очистного забоя пласта Мощного, равной 70 м, ширина целиков составляла 15-30 м, что не соответствовало требованиям Инст­ рукции по горным ударам.

В вышеуказанный период времени только на шахте «Комсомольской»

произошло 25 горных ударов в целиках пласта Мощного.

После внедрения в практику борьбы с горными ударами комплекса эффек­ тивных способов прогноза, профилактических и технологических мер, проблема в значительной степени утратила свою остроту, и в период с 1975 по 1987 гг.

горные удары не происходили.

Наиболее эффективным способом прогноза степени удароопасности крае­ вых частей пласта оказался способ поинтервального замера выхода буровой мело­ чи при бурении прогнозных шпуров диаметром 43 мм на ширину защитной зоны.

Наиболее эффективной региональной мерой предотвращения горных уда­ ров оказалась опережающая защитная подработка пласта Тройного пластом Четвертым, а локальной - бурение разгрузочных скважин.

Наиболее эффективными из комплекса технологических мер оказались односторонняя отработка панелей и блоков в общем направлении на массив, бесцеликовая, безнишевая отработка выемочных столбов длинными прямоли­ нейными забоями, выемка пласта Мощного на полную мощность механизиро­ ванными комплексами с узкозахватными комбайнами, управление кровлей пол­ ным обрушением.

К концу 80-х годов с увеличением глубины ведения горных работ до 1000 м и более и приближением их к донной части месторождения на фоне естествен­ ного увеличения горного давления резко возросла тектоническая нарушенность и природная газоносность массива, осложнившие горно-геологические условия ведения горных работ и увеличившие вероятность проявления горных ударов.

Всего с 1988 г. по настоящее время произошло шесть горных ударов.

Контактные взаимодействия тектонических блоков создают высокую кон­ центрацию напряжений на прилегающих к сместителям участках, по размерам превышающих расчетную ширину зон влияния геологических нарушений в 2,0 2,5 раза, т. е. тектонически-напряженные зоны (ТНЗ). Для этих зон характерно неоднократное восстановление опасных напряжений на участках, находящихся вне зоны влияния очистных работ, даже после их профилактической обработки бурением разгрузочных скважин. При наложении на уже существующие в мас­ сиве тектонические напряжения опорного давления движущегося забоя очист­ ной или подготовительной выработки условия ведения горных работ еще более усложняются.

В таких условиях 31,03.95 г. произошли один горный удар в лаве 613-ю пласта Четвертого на шахте «Воркутинской» и три горных удара на шахте «Ком­ сомольской» на пласте Мощном: в конвейерном уклоне 12-с, в конвейерном штреке 1421-с и в целике между водосборником и конвейерным штреком 322-с при воздействии на него опорного давления очистных забоев 322-с и 422-с.

Из-за несоответствия технической характеристики бурового станка «Старт»

горно-геологическим условиям участка, подлежащего профилактической обра­ ботке, целик не был обработан разгрузочными скважинами по всей площади.

- 197 При природной газоносности до 30 м3 и более на тонну горючей массы не­ гативная роль высокого пластового давления газа отмечается:

- в загазировании выработок во всех случаях проявления горных ударов;

- в длительных загазированиях подготовительных выработок при их про­ ведении;

- при бурении прогнозных шпуров и разгрузочных скважин, высокое пла­ стовое давление газа способствует проявлению толчков, развитию микровыбро­ сов в полости прогнозных шпуров и скважин, интенсивному обрушению их сте­ нок и образованию шламовых пробок с последующим «прихватом» бурового инструмента, что существенно затрудняет, а иногда исключает достижение про­ ектных глубин шпуров и скважин.


Наиболее высокая газодинамическая активность пласта Мощного наблю­ далась на северном фланге южного блока шахты «Комсомольской» при прове­ дении конвейерного штрека 212-с пластов Мощного-Тройного на участке зоны расщепления пласта Мощного на пласты Тройной и Четвертый, когда после трех загазирований произошло газодинамическое явление регионального типа - гор­ нотектонический удар в глубине массива с выдавливанием краевых частей пла­ ста и разрушением крепи на трех участках, расположенных на расстоянии до 80 м один от другого, и выделением метана в объеме 24000 м3. • Совместное влияние тектонических нарушений, высокого пластового дав­ ления и техногенных факторов отмечено также и при проведении людского ход­ ка 12-с на участке выемочного столба 322-с, когда в течение двух месяцев забой не двигался в результате невозможности бурения разгрузочных скважин на про­ ектную глубину из-за несоответствия технической характеристики бурового станка «Старт» горно-геологическим условиям участка.

В этот же период на пласте Мощном, разрабатываемом в северном блоке шахты «Комсомольской» без его защитной подработки, появился новый для шахт Воркуты вид горных ударов - горные удары с разрушением пород почвы подготовительных выработок (ГУРПВ), которые произошли в конвейерных штреках 222-с и 322-с при подходе лав к передовым выработкам.

Формирование зон, опасных по ГУРПВ, происходит под влиянием как природных, так и техногенных факторов.

Характерной особенностью разреза пород почвы пласта Мощного на шах­ те «Комсомольской» является частая смена и линзовидный характер залегания литотипов пород, обладающих различными прочностными и реологическими свойствами, что определяет появление концентраторов напряжений на участках залегания более прочных пород.

Напряжения в породах почвы еще более возрастают при подходе очист­ ных забоев к передовым выработкам из-за продавливающего действия сокра­ щающихся по ширине целиков, расположенных между очистными забоями и передовыми выработками и передающих давление на породы почвы. По мере приближения очистного забоя к передовой выработке ширина целиков умень­ шается, а концентрация напряжений в них увеличивается. Наложение на уже существующие в массиве тектонические напряжения опорного давления дви­ жущегося очистного забоя и сокращающегося целика вызывает перераспределе­ 198 ние напряжений в массиве. При этом залегающие в почве оконтуривающих лаву выработок линзы песчаников, отличаясь от алевролитов более высокими проч­ ностными характеристиками и резко изменяясь по форме и мощности, являются концентраторами локальных напряжений.

При определенных соотношениях ширины выработки, мощности песчани­ ка, залегающего в ее почве, и удаленности последнего от почвы выработки про­ цесс плавного прогиба пород почвы в сторону выработки может завершиться их динамическим разрушением (ГУРПВ), сдвижением разрушенных пород в сто­ рону выработки и заполнением ими ее сечения.

В настоящее время прогнозирование и мероприятия по предотвращению ГУРПВ осуществляются в соответствии с положениями прил. 10 Инструкции по горным ударам, разработанными ВНИМИ совместно с соответствующими служ­ бами ОАО «Воркутауголь», шахты «Комсомольской» и сотрудниками Печорского округа ГГТН РФ. Их эффективность подтверждается отсутствием ГУРПВ при отработке последующих лав блока.

Анализ горно-геологических и горнотехнических условий, причин и об­ стоятельств происшедших на шахтах Воркуты газодинамических явлений и ус­ ловий выполнения прогнозно-профилактических мероприятий по предотвраще­ нию горных ударов позволяет сделать следующие выводы.

С ростом глубины горных работ до 1000 м и более и приближением их к донной части Воркутинского месторождения на фоне естественного увеличения горного давления резко возросла тектоническая нарушенность и природная га­ зоносность массива, что повсеместно привело к усилению газодинамической активности пластов и появлению газодинамических явлений промежуточного типа, реализация которых происходит под воздействием сил как горного, так и газового давления в пласте.

Отмечается также тенденция происходящих газодинамических явлений к региональным формам проявления, когда источник опасных напряжений (упру­ гое ядро) находится в глубине массива, недоступной для бурения прогнозных шпуров и разгрузочных скважин.

Выполнение прогнозных и профилактических мероприятий лишь в крае­ вых частях пласта, удаленных от упругого ядра, не только не может предотвра­ тить горный удар, но и не позволяет прогнозировать его.

Совместное влияние горного и газового давления на механизм протекания газодинамических явлений промежуточного типа стало характерным как для локальных, так и для региональных форм их проявления.

Опасные напряжения в пласте с последующим развитием горных ударов возникают при совместном влиянии двух или всех трех вышеперечисленных факторов, совместное негативное влияние которых способствует усилению ди­ намической активности пластов в процессе приведения их краевых частей в не­ удароопасное состояние.

Практика показывает, что в особо сложных горно-геологических условиях (зоны ПГД, зоны влияния геологических нарушений, подход к передовым выра­ боткам) способы профилактической обработки краевых частей пласта, основан­ ные на нагнетании воды в различных режимах, неэффективны, а способ бурения - 199 разгрузочных скважин, обеспечивающий в случае его реализации разгрузку и частичную дегазацию обрабатываемых участков, в данных условиях весьма тру­ доемок, а иногда практически не осуществим. Становится нормой ситуация, ко­ гда затраты времени на профилактическую обработку забоев в два-три раза больше, чем на производительные операции. Иногда забои долго (до двух меся­ цев) простаивают из-за того, что при высокой газодинамической активности пласта, когда в процессе бурения разгрузочных скважин в их полостях происхо­ дят микровыбросы угля и газа, обрушение стенок с образованием шламовых пробок с «прихватами» бурового става и интенсивным газовыделением, дости­ жение их проектной глубины не представляется возможным.

Аналогичная ситуация наблюдается и при бурении прогнозных шпуров.

Еще одной причиной сложившейся ситуации является то, что технические характеристики используемого для бурения прогнозных шпуров и разгрузочных скважин оборудования (ручное сверло СЭР-19 и буровой станок «Старт») не со­ ответствуют горно-геологическим условиям его применения. Другое оборудова­ ние, предназначенное для выполнения столь специфических работ, в России не выпускается.

При этом проектные мероприятия по предотвращению горных ударов приобретают экспериментальный характер, разрабатываются по заключениям ВНИМИ и рассматриваются на региональной комиссии по динамическим явле­ ниям по Печорскому бассейну.

Таким образом, в условиях высокой газодинамической активности пластов и существующего оснащения шахт буровым оборудованием, прогнозно-профи­ лактические мероприятия по предотвращению газодинамических явлений не только весьма трудоемки, но и опасны. Это подтверждается последствиями вне­ запного выброса угля и газа, произошедшего на шахте «Северной» в квершлаге 12-с пласта Тройного во время выполнения профилактических мероприятий по его предотвращению способом гидровымывания опережающих полостей.

При дальнейшей отработке запасов в донной части месторождения влия­ ние вышеперечисленных негативных факторов еще более усилится. Кроме того, при принятой на всех шахтах системе разработки в общем направлении от выра­ ботанного пространства на массив, будет происходить сокращение площади ос­ тавшихся запасов угля и дальнейшее увеличение площади оконтуривающих ее выработанных пространств, что вызовет увеличение напряжений во всем остав­ шемся углепородном массиве и их концентрацию в его краевых частях по всему периметру, вплоть до момента, когда будет происходить взаимовлияние вырабо­ танных пространств, расположенных на противоположных сторонах площади оставшихся запасов. В этом случае по условиям нагружения вся площадь остав­ шихся запасов будет являться единой зоной ПГД. При этом ширина зон влияния опорного давления очистных забоев и ширина защитных зон, необходимых для обеспечения безопасного подвигания забоев, увеличатся.

В результате постоянно будет увеличиваться количество участков, где на уже существующие в массиве напряжения будет накладываться опорное дав­ ление очистных забоев, формируя опасные зоны. В соответствии с п. 6.1 Инст­ рукции по горным ударам такие зоны должны заблаговременно приводиться в -200 неудароопасное состояние до возникновения в них высокой степени ударо­ опасности.

Для обеспечения безопасной и производительной отработки оставшихся запасов донной части Воркутинского месторождения уже в ближайшие два-три года необходимо выполнить следующее.

Приобрести технику для бурения прогнозных шпуров на глубину до 50 м и разгрузочных скважин диаметром 120-160 мм глубиной до 160 м.

На базе вышеуказанной техники выполнить опытно-экспериментальные работы в рамках НИР по разработке методики параметров, критериев и техниче­ ского регламента на выполнение прогнозных, профилактических и контрольных мероприятий по предотвращению газодинамических явлений в особо сложных горно-геологических и горнотехнических условиях отработки донной части Воркутинского месторождения.

Внедрить мониторинговый контроль за изменениями напряженно-дефор мированного состояния углепородного массива в донной части Воркутинского месторождения с помощью регионального центра геодинамического и сейсми­ ческого контроля.


Приобрести проходческие комбайны для скоростного проведения полевых выработок взамен пластовых.

2005 ВНПМП УДК 622.24:622.833. С. П. ДАВИДЧУК, А. А. ВЬЮНИКО (ОАО «Воркутауголь»), Л. М. ГУСЕЛЬНИКОВ, А. А. ПОДОСЕНОВ (ПечорНИИпроект) О Б О Ц Е Н КЕ Э Ф Ф Е К ТИ В Н О С ТИ П Р И М Е Н Е Н И Я Р А ЗГР УЗ О Ч Н Ы Х С КВ А Ж И Н ПРИ П Р О В Е Д Е Н И И В Ы Р А Б О ТО К В ОСОБО СЛОЖ НЫ Х УСЛОВИЯХ Бурение разгрузочных скважин по углю для предотвращения газодинами­ ческих проявлений горного давления (ГДЯ) осуществлялось при проведении выработок в особо сложных условиях на шахте «Комсомольская» ОАО «Ворку­ тауголь» в зонах влияния крупноамлитудного тектонического нарушения Е2, частично тектонического разрыва Д-Е, оперяющих нарушений, зоны расщепле­ ния пласта и зоны ПГД. Выработки проводились по пластам, опасным по ГДЯ:

Мощному, Тройному и Четвертому. Особенностью отрабатываемого участка является расщепление пласта Мощного на пласты Тройной и Четвертый. Пласт Мощный имеет среднюю мощность 3,6-3,8 м ;

Тройной - 2,3 м и Четвертый 1,5 м. Средняя мощность междупластья Тройной-Четвертый составляет 15-20 м.

Углы падения пластов 4-6°, глубина расположения выработок 980-1030 м. В кровле пластов залегают аргиллиты на высоту до 1,2-2 м, выше располагаются алевролиты, песчаники. Прочность на сжатие аргиллитов составляет 30— 40, алевролитов 70-80 и песчаников 70-100 МПа. В почве расположены алевролиты и песчаники, прочность которых соответственно равна 50-60 и 75-90 МПа. На протяженных участках в почве непосредственно располагаются линзы песчани­ ка мощностью свыше 10-20 м. Сечение выработок в свету 12,8 м2, пройдены комбайнами типа ГПКС, крепь - КМП-АЗ.

Для предотвращения ГДЯ бурились разгрузочные скважины: диаметром 300 мм - станками «Старт», диаметром 150 мм - станками СБГ, приспособлен­ ными для бурения шнеками. Диаметр, проектная длина разгрузочных скважин и тип применяемого станка определялись с учетом напряженного состояния угле­ породного массива. Количество опережающих скважин изменялось от шести до восьми, в зонах повышенных напряжений дополнительно бурилось по две-три скважины в забое и производилось бурение боковых скважин на глубину рав­ ную защитной зоне. Опережающие скважины бурились длиной не более 10 м, так как их длина ограничивалась высокими напряжениями массива.

-202 Для изучения природы и механизма газодинамических явлений с разру­ шением угля и породы в глубине массива при проведении выработок в зонах повышенных напряжений и оценки эффективности применения разгрузочных скважин для предотвращения ГДЯ - выполнены инструментальные наблюдения за изменением напряженно-деформированного состояния (НДС) массива при проведении северного флангового вентиляционного уклона (СФВУ). На участке наблюдения в СФВУ на формирование НДС массива оказывали дополнительное влияние не только напряжения зоны расслоения пласта, но и тектонические на­ рушения различного характера и техногенные напряжения. Поэтому при прове­ дении выработки влияние каждого из факторов рассматривалось дифференци­ рованно, и анализировались участки наблюдения с учетом преобладающего фактора. За основу результатов по замерам напряженно-деформированного со­ стояния угольного массива, прилегающего к выработке, приняты показатели, полученные при бурении прогнозных скважин: выход штыба, изменения темпе­ ратуры массива, скорости деформации контуров скважин, разгрузочных и про­ гнозных, с помощью деформометров.

На рисунке представлены результаты замеров напряженно-деформиро­ ванного состояния массива при проведении северного флангового вентиляцион­ ного уклона (СФВУ) Мощного-Четвертого в зонах влияния тектонического на­ рушения с амплитудой 1,2 м (участок 1), одновременного влияния тектониче­ ского нарушения Е2 (с амплитудой до 30 м) и зоны расщепления (участок 2) и влияния зоны расщепления (участок 3). Согласно результатам замера напряже­ ний по контуру выработки наиболее высокие напряжения наблюдались со сто­ роны ближнего расположения тектонического нарушения, линии расщепления.

а С, МПа 0 2 А 6 8 9 10 I, м Результаты замеров изменения напряженно-деформированного состояния массива при проведении выработки в зонах влияния тектонических нарушений и линии расслоения пласта Мощного (а - НДС массива впереди забоя;

б - распределение напряжений по контуру выработки) В зависимости от положения выработки относительно пластов, использова­ ны две схемы бурения разгрузочных скважин. На участке выработки, располо­ женном по пласту Мощному, в забой бурилось шесть скважин длиной по 10 м, в бока выработки - длиной по 9 м, через 2 м. При проведении выработки по пласту Четвертому в забой бурилось восемь скважин длиной по 10 м, в бока выработки длиной по 4 м через 1,5 м. Применяемые схемы обеспечивали при опережении скважин забоя выработки на 6,2 м подвигание забоя за цикл бурения 3,8 м.

При бурении прогнозных скважин установлено, что повышенные напря­ жения с проявлением признаков удароопасности при проведении выработки имели место на всех трех участках, за исключением участков выхода выработки на пласт Четвертый при увеличении междупластья до 4-5 м.

На участке влияния тектонического нарушения Е2 согласно замерам мак­ симальные напряжения впереди забоя в интервале 5-6 м достигали 30-50 МПа, в интервале 7-8 м - 56-65 МПа и на 9-10 м - 90-110 МПа. Признаки удароопас­ ности сохранялись в пределах защитной зоны или возникали после подвигания забоя на 1,5-2,0 м после бурения разгрузочных скважин на разгрузочный цикл.

На втором участке повышенные напряжения впереди забоя возникали в интервале 4-6 м в пределах 40-55 МПа, редко достигали признаков удароопас­ ности со значением «опасно». На седьмом-восьмом метре напряжения составля­ ли 64-70 МПа, на 9-10 м достигали 116 МПа. Напряженное состояние массива на втором участке по результатам замеров несколько выше, чем на первом, что обусловлено дополнительным влиянием на НДС массива зоны расщепления пласта. На третьем участке напряжения несколько меньше, хотя признаки «опасно» отмечены на 6 м, максимальные напряжения в интервале 5-6 м в сред­ нем составляли 35 МПа, на 7-8 м они достигали 50 МПа и на 9-10 м - 70 МПа.

Следует отметить, что максимальные напряжения и показатели ударо­ опасности с признаками «опасно» имели проявления по северной стороне выра­ ботки со стороны нарушения Е2, поэтому бурение разгрузочных скважин для ликвидации удароопасности производилось как опережающих забой, так и бо­ ковых преимущественно по правой стороне выработки.

Из приведенных на рисунке графиков видно, что напряженность на участке 2 выше, чем на участке 1. Это объясняется дополнительным наложением на есте­ ственные напряжения массива напряжений зоны влияния линии расщепления. По северной стороне выработки напряжения достигают концентрации 4,6 уН, что указывает на удароопасное состояние массива между выработкой и тектониче­ ским нарушением Ег и, соответственно, на необходимость периодического кон­ троля при эксплуатации СФВУ № 3 на этих участках.

На основании принципа (ВНИМИ) перераспределения напряжений в виде «перетоков упругой энергии» из массива, прилегающего к ТНЗ, повышенных напряжений в сторону техногенного пространства [1] получено выражение по определению радиуса перемещения потока упругой энергии R„ в массиве при толчкообразном перераспределении напряжений от участка с максимальными значениями а м в сторону участков с меньшими напряжениями а 0 [2]. При радиу­ се перетока 70-100 м, радиус восстановления нагрузки /?вс массива, прилегаю­ щего к выработкам и разгруженного буровыми скважинами, за четыре-пять лет 204 достигает 11-15 м, что необходимо учитывать при эксплуатации. Радиус восста­ новления определяем из выражения:

RB = 0,\R„ е°'и, м, C где t - период пригрузки от момента бурения разгрузочных скважин, в годах.

Для рассматриваемых условий радиус перетока упругой энергии Rn =80 м, тогда радиус восстановления за три года составит 10-11 м, что потребует на от­ дельных участках проводить повторные работы по разгрузке массива.

Изменение характера газовыделения при выполнении основных техноло­ гических операций при бурении разгрузочных скважин и работе комбайна уста­ навливались на основании обработки диаграмм АГЗ при совмещении их с ис­ полнительным графиком. Анализ диаграмм подтвердил ранее установленную закономерность связи газовыделений с величиной напряжений массива.

Инструментальные наблюдения при проведении СФВУ позволили уточ­ нить параметры влияния линии расщепления, согласно которым наибольшие напряжения в массиве проявляются на расстоянии 15-20 м от положения услов­ ной линии расщепления и соответствуют установленной величине зоны влия­ ния, принятой 0,2 /, м, по интенсивности газовыделения влияние линии расслое­ ния определяется мощностью прослоя-междупластья, в рассматриваемом случае снижение величины газовыделения имело место при увеличении мощности ме ждупластья от 3 до 5 м.

Таким образом, исследования по применению разгрузочных скважин в особо сложных геодинамических условиях, показали их достаточную эффектив­ ность по надежному предотвращению газодинамических явлений при проведе­ нии выработок в тектонически напряженных зонах.

ЛИТЕРАТУРА 1. Ш абаров А. Н. Геодинамические аспекты, опыт и перспектива решения про­ блем геодинамической безопасности на предприятиях топливно-энергетического ком­ плекса // Проблемы геодинамической безопасности Международное рабочее совеща­ ние 24-27 июня 1997 г.-СПб.: ВНИМИ, 1997.-С. 19-32.

2. Бочаров И. П., Г усельн ик ов Л. М. Об основных геодинамических принципах концепции безопасной отработки Воркутского месторождения // Сб. докл. - Ч. I. Рес­ публиканская научно-практическая конференция. - Сыктывкар, 2001. - С. 36-42.

2005 ВНПМП УДК 662.831.32:622.831. Т. И. ЛАЗАРЕВИЧ (Кемеровское представительство ВНИМИ) ГЕ О Д И Н А М И Ч Е С К И Е Я В Л Е Н И Я В КУ ЗБ А С С Е И ИХ К Л А С С И Ф И КА Ц И Я ПО В Е Л И Ч И Н Е В Ы Д Е Л Я Е М О Й Э Н ЕРГИ И Как показывает практика ведения подземных горных работ, в условиях увеличения глубины разработки, постоянно возрастающих размеров выработан­ ного пространства и применения новых высокоэффективных технологий добычи наблюдается рост количества опасных форм проявления горного давления в ви­ де внезапных обрушений угля и вмещающих пород, горных ударов, внезапных выбросов угля и газа и появление таких весьма опасных геодинамических явле­ ний, как горно-тектонические удары.

В Кузбассе такие явления происходят при разработке как угольных, так и рудных месторождений [1].

На угольных шахтах геодинамические явления создают катастрофические ситуации, когда в процесс разрушения вовлекаются массивы угля и вмещающих пород на значительных участках, разбросанных по всему шахтному полю, так как к таким авариям, как правило, присоединяются взрывы газа и пыли. Приме­ ром таких аварий с тяжелыми жертвами являются аварии в Кузбассе на шахтах "Зыряновская" (1997 г.) и "Тайжина" (2004 г.).

В этих трудно классифицируемых авариях, как правило, велика роль гео­ динамических факторов, к сожалению, не всегда учитываемых. Под такими фак­ торами следует понимать наличие геодинамически активных разломов в местах проведения горных работ, пликативной нарушенное™, перепад глубин, контакт разнопрочных литологических слоев, резкое увеличение мощности слоев проч­ ных песчаников, приводящее к зависанию кровли на больших площадях выра­ ботанного пространства и создающее огромные напряжения в массивах, прояв­ ляющиеся затем как горно-тектонические удары, как внезапные обрушения кровли и горные удары, как внезапные выбросы угля и газа.

На достигнутых в Кузбассе глубинах разработки, составляющих на уголь­ ных шахтах максимально до 800 м, а на рудных до 1050 м, все эти явления усу­ губились и стали приобретать форму геодинамических явлений, протекающих со значительным сейсмическим эффектом (до 2,5-108 Дж) и вовлечением в про­ цесс разрушения огромных объемов горных пород. Этому способствовала, в ус­ ловиях сложного геодинамического режима Кузбасса, интенсивная разработка -206 подземным и открытым способами угольных и рудных месторождений с высо­ чайшей концентрацией горнодобывающих предприятий. Следствием явились активизация неотектонических процессов и целый комплекс геодинамических проблем, заключающихся в проявлениях:

- горных ударов на шахтах и рудниках;

- внезапных выбросов угля и газа;

- сотрясений массива от промышленных взрывов;

- горно-тектонических ударов и выбросов угля и газа;

- техногенных землетрясений;

- естественных землетрясений.

По состоянию на 01.11.2005 г. при отработке угольных и рудных место­ рождений Кузбасса зарегистрировано около двух тысяч горных ударов и вне­ запных выбросов, более тысячи естественных землетрясений энергетического класса К1 и десятки тысяч очагов техногенных землетрясений от промышлен­ ных взрывов, энергетический класс которых фиксируется на уровне естествен­ ных землетрясений [2].

Статистика геодинамических явлений, зарегистрированных в Кузбассе за период с 1943 по 2005 гг. представлена в табл. 1.

Та б л и ц а Количество зарегистрированных геодинамических явлений в Кузбассе (1943-2005 гг.) На рудных шахтах На угольных шахтах Земле­ Внезапные выбросы Горные удары Горно- трясе­ угля и газа Стреляя Горные Микро­ тектон. Толчки ния удары ния удары Внезап. Горно- Горные Горно- удары тектон.

выброс тектон. удары Более 4 4 42 206 I 196 Итого: 207 Значительный рост числа землетрясений отмечается с 1976 г. С этого же периода идет наращивание объемов добычи угля и руды в Кузбассе подземным и открытым способом. Не снижается количество динамических явлений, не­ смотря на применяемые региональные и локальные профилактические меро­ приятия по их предупреждению.

Более того, значительно изменился характер газодинамических и сейсми­ ческих явлений в сторону их катастрофичности.

Для контроля и прогноза геодинамических процессов в отдельных рай­ онах Кузбасса ВНИМИ организованы постоянно действующие системы непре­ рывных и режимных наблюдений и к настоящему времени за сорокалетний пе­ риод исследований накоплен значительный опыт мониторинговых наблюдений [3]. Кроме того, использовались результаты сейсмологических наблюдений ре­ гиональных сейсмостанций (Новосибирской, Заринской, Залесово, Берчикуль), -207 результаты микролокальных сейсмических наблюдений рудничной сейсмостан­ ции (Таштагол) и геодинамического полигона в г. Анжеро-Судженске.

Многолетние исследования позволили оценить фактические объемы раз­ рушений и величину фиксируемой сейсмической энергии Е при различных ви­ дах геодинамических явлений.

Данные по проявлению горных ударов содержатся в табл. 2.

Таблица Объемы разрушения и сейсмическая энергия горных ударов на угольных шахтах Кузбасса, Энергетический Форма проявления Количество горных Объем разрушения горных ударов ударов(всего - 200) класс К, Дж До 2 м3 0,5-1, Стреляние Более 1,5-2, 29 1-2 т Микроудар 2-50 т 2,0-8, Горный удар Небольшие де­ 3,0-5, Толчок Более 30 формации крепле­ ния До 300 т, разру­ Горно­ шения выработок 3,0-10, тектонический на протяжении удар более 500 м Фактические объемы разрушения и величина сейсмической энергии Е, со­ ответствующая энергетическому классу К, от горных ударов на рудных место­ рождениях Горной Шории представлены в табл. 3.

Таблица Объемы разрушения и сейсмическая энергия горных ударов на рудных шахтах Кузбасса Количество Формы проявле­ Энергетический горных уда­ Объем разрушения ния горных уда­ класс К, Дж ров ров (всего - 5063) Стреляние Более 1400 0,5-1, До 1 м 3,0-6, М икроудар 42 До 10 м 6,0- Более 10 м Горный удар Часто без заметного разруше­ 3,0-7, Толчок ния Поднятие почвы от 10 до 160 см 6,0-12, Горно-текто 4 на протяжении более 200 м вы­ 106- 1 0 нический удар работок На угольных шахтах существенное влияние на динамическую обстановку оказывают промышленные взрывы на крупных разрезах.

-208 В Кузбассе 55 действующих шахт (до 1995 г. - 78 шахт) расположены по соседству с 26-ю мощными угольными разрезами, добыча из которых составляет около 50 % от общего объема. Заряды взрывания составляют по 200-400 т, а расстояние от разреза до шахты нередко составляет 1,0-1,5 км. При этом про­ мышленные взрывы ориентированы практически со всех сторон, отсюда идет наложение сейсмических волн и их влияния на действующие забои.

Сейсмический эффект от промышленных (технологических) взрывов на разрезах оценивается сейсмостанциями как "события" энергетического класса К до 10-11. Ежегодно таких "событий" в Кузбассе регистрируется около 1000.

Анализ данных региональных и локальных сейсмостанций по массовым и технологическим взрывам за период с 1988 по 2005 гг. вместе с учетом геодина­ мической обстановки на разрабатываемых угольных и рудных месторождениях Кузбасса, позволил установить влияние основных горно-технических и горно­ геологических факторов на частоту и энергию геодинамических явлений.

Установлено, что изменения напряженного состояния массивов, а отсюда и изменение геодинамической обстановки на шахтах и рудниках, определяется не только наложением зон опорного давления от горных работ и тектоникой, но и геометрией расположения очагов и величиной заряда массовых и технологи­ ческих взрывов.

Так, на рудниках Горной Шории за период с 1961 по 2005 гг. 78 % от чис­ ла всех динамических проявлений, количество которых составляет около 5063, связано с проведением специальных и технологических взрывов. Специальный массовый взрыв на руднике с зарядом взрывания до 400-500 т ВВ вызывает в среднем в семь-восемь раз больше динамических проявлений, чем технологиче­ ский взрыв, и влияет на динамическую обстановку в течение 5-6 сут после его производства [4].

Некоторые данные по величинам сейсмической энергии от массовых и технологических взрывов на угольных разрезах и рудных шахтах при разных величинах заряда ВВ и данные по геодинамическим последствиям от взрывов представлены в табл. 4.

Таблица Сейсмический эффект от взрывов и сейсмический эффект динамических явлений, вызванных взрывом Сейсмический эффект Интервал времени после взрыва до Сейсмический эффект от динам ических явлений проявления динам ических явле­ взрывов K=lg, Дж Заряд после взрывов K=lg, Дж ний, мин взрыва­ технологи­ массовых и ния, т ческих на технологи­ на угольных на рудни­ на угольных на рудниках угольных ческих на ш ахтах ках шахтах разрезах рудниках 1,0 -5 0 3,5 2,0 2,0 1,0 -1 0,0 1,0 - 3 0, 100 4.6 2,0 2,5 1,0 -1 0,0 1,0 -3 0, 4, 150 6,2 5,0 4,4 5,2 1,0 -1 5,0 1,0 -5 0, 200 8,0 6,0 8,2 1 м и н -2 сут 1 м и н - 3 су т 6, 250 8,5 6,7 8,5 9,2 1,0 -5 0,0 1 м и н - 5 су т 300 9,0 7,0 4,0 9,8 5 м и н -2 сут 2 м и н -6 сут 400 10,0 8,0 5,0 8,6 5,0 - 6 0,0 1 м и н -5 сут 500 11,0 10,0 9,0 10,9 5 м и н -2 сут 1 м и н - 6 су т 209 Из табл. 4 видно, что уровень сейсмической энергии от динамических яв­ лений, происходящих в шахтах после взрывов, нередко превышает уровень энергии взрыва [5].

С учетом накопленных за длительный период исследований результатов по величинам выделяемой энергии от различных форм геодинамических явле­ ний, имевших место в Кузбассе, представилась возможность расширить сущест­ вующую энергетически-силовую классификацию динамических явлений И. М. Петухова [6], дополнив ее геодинамическими явлениями, такими как сейсмическое воздействие взрывов на массивы горных пород, воздействие тех­ ногенных и естественных землетрясений. Автором настоящей статьи представ­ лена такая классификация (табл. 5).



Pages:     | 1 |   ...   | 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.