В. И. Николин С. В. Подкопаев О. Г. Худолей


Особенности проявлений выбросоопасности при разработке крутых и крутонаклонных угольных пластов на больших глубинах



страница3/12
Дата17.07.2016
Размер2.6 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

2.3. Особенности проявлений выбросоопасности при разработке крутых и крутонаклонных угольных пластов на больших глубинах
Разработка крутых и крутонаклонных пластов включает одну из сложнейших этапов – вскрытие, которое производится по единой технологической схеме, заключающейся в следующем [13]. При приближении полевой выработки к пласту прогнозируется его выбросоопасность в месте вскрытия, затем в зависимости от результатов устанавливается необходимость применения конкретного способа предотвращения выброса, производится вскрытие пласта сотрясательным взрыванием и только тогда продолжается проведение выработок.

В этой технологической схеме не учитывалась одна следующая принципиальная и забытая (или не прочитанная) особенность разработки крутых и крутонаклонных пластов. Более 50 лет тому назад под научным руководством проф. Артемова А.В. исследовалась зависимость прочности угля призабойной части лав крутых пластов при загазировании выработок. Тогда, при проведении экспериментов в шахтных условиях, впервые, было установлено снижение в 3-5 раз, прочности угля призабойной части пласта при загазировании лавы, выражавшееся в уменьшении скорости свежей воздушной струи до величины менее 1 м/с. При этом наблюдалось интенсивное отслаивание угля, перераставшее в высыпание – обрушение (ГДЯ). Описанное явление имело обратимый характер при изменении режима проветривания. Под изменением режима проветривания понималось увеличение скорости свежей воздушной струи в призабойной части лав крутых пластов до величины не менее 1,5-2,0 м/с. Было так же установлено, что при скорости воздушной струи более 1,0-1,5 м/с поступающий из массива на поверхность забоя метан воздушной струей может срываться, не приводя к снижению прочности угля и не вызывая его отслоений.

Достоверность и опасность описанного явления, дополнительно доказывалось в [3] на примерах двух обрушений – высыпаний, происшедших при разработке крутого пласта m5 Куцый на шахте им. Гаевого.

Акты комиссий, выполнявших специальные расследования, были дополнены инструментальными измерениями концентраций метана.

Комиссии квалифицировали оба ГДЯ, при каждом из которых погибал забойщик, как обрушения, которых, казалось бы, не должно бы быть, так как пласт разрабатывался под полной и эффективной защитой пласта m5 "Грицынка" при мощности пород междупластья М = 11,6-14,5 м.

По данным актов специального расследования констатируется, что в первом случае (01.12.2000г.) выемка угля не производилась. Был только выпущен разрушенный уголь на сопряжении уступов №9 и №8 ("ножка" уступа №9). Причиной несчастного случая названо несвоевременное – запоздалое возведение крепи в полости, обнажившейся после выпуска разрушенного угля.

М
ощность пласта в условиях шахты выдержанная т = 1,2-1,4 м. Очистная линия лавы имеет потолкоуступную форму, Х = 20-25м3/т.с.б.м., Vdaf = 19-21%. Строение сложное, многопачечное (рис. 2.2 б, в).

Рис. 2.2 – Стратеграфическая колонка пласта т5 Куцый шахты им. Гаевого на восточном (а) и западном (б) крыле и пласта l3 Мазурка (в) шахты им. К.Маркса

По данным акта специального расследования было установлено, что причиной аварии, произошедшей при разработке пласта т5 в западном крыле шахтного поля, было несвоевременное – запоздалое возведение крепи в полости, обнажившейся после выпуска разрушенного угля. При этом выемка угля на аварийном участке не производилась. Выпуск разрушенного угля был произведен на сопряжении уступов № 9 и № 8. Никакая связь с газовой обстановкой в лаве в акте, к сожалению, не отмечалось.

Комиссия, расследовавшая вторую аварию, произошедшую в восточном крыле шахтного поля 23.12.99 г., отметила, что в рассматриваемом случае наряд предусматривал выемку угля в уступах № 6 и № 7. На момент аварии лава пласта m5 находилась на участке, характеризующимся максимальным газовыделением. Акты комиссий, выполнявших специальные расследования, были дополнены инструментальными измерениями концентраций метана. Из анализа приведенных графиков следует, что общий объем выделившегося газа от 21 к 23 декабря (день аварии, 1999г.) непрерывно возрастал. Если принять уровень первого дня за единицу, то к третьему дню он возрос в 2,4 раза. Было установлено, что через несколько минут после начала выемки произошло обрушение нависающего массива. На основании анализа был сделан вывод о том, что изменение режима проветривания в обычной технологической ситуации он может рассматриваться как низкозатратный способ предотвращения обрушений, а их причина в лавах крутых выбросоопасных пластов не должна рассматриваться без учета газового фактора – изменения режима проветривания.

К природному явлению, вскрытому и объясненному проф. Артемовым В.Г еще в середине прошлого века, следует добавить открытие ДонНТУ нового явления – деформаций генетического возврата, возникающих и развивающихся после разгрузки углепородного массива. Оно, естественно, относится к той части угольного пласта, которая находится непосредственно над подготовительной выработкой крутопадающих массивов и увеличивает склонность угля нависающего массива к обрушениям – высыпаниям. Изложенное заставляет Нас, исповедующих обязательность заботы о жизни шахтеров, очень просить технических руководителей угольных шахт, особенно горнотехнической инспекции требовать соблюдение ПБ, в том числе научить производственников читать технические журналы и разумно использовать предлагаемые в них технические новинки.

Для раскрытия некоторых особенностей предотвращения выбросов угля при разработке крутых и крутонаклонных угольных пластов, с учетом изложенных нами положений, рассмотрим последние аварии, произошедшие на шахте им. К.Маркса ГП "Орджоникидзеуголь" при разработке пласта l3 Мазурка.

По состоянию на 01.09.2009г. по данным МакНИИ при разработке шахтопласта зарегистрировано 15 выбросов угля и газа, 8 обрушений угля. Пласт l3 склонен к самовозгоранию. Стратеграфическая колонка пласта l3 представлена на рис. 2.2 в.

Первый внезапный выброс при разработке пласта l3 на ш. им. К.Маркса произошел при ведении горных работ на гор. 500м при его спокойном залегании и угле падения 68-70°. Мощность пласта колебалась в пределах 1,13-2,5 м и в среднем составляла т = 1,6 м, Ас = 9,6%, Vdaf = 23%, Wа = 1,3%.

В 2001г. пласт l3 Мазурка был вскрыт восточным фланговым квершлагом гор. 1000 м. Вскрытие внезапным выбросом не сопровождалось. Однако при отходе забоя пласта всего на 1м, но через 20 суток, когда нависающий массив оставался обнаженным и никакие работы по проведению квершлага не производились, произошел выброс угля интенсивностью 700 т. По мнению комиссии, расследовавшей аварию, причиной выброса явилось "обрушение угля нависающего массива из-за нарушения параметров и технологии возведения каркасной крепи".

В связи с этим и в соответствии с [8] пласт l3 Мазурка – запад был отнесен в месте вскрытия к выбросоопасным (= 6,38л/мин), а для предотвращения выброса угля и газа была применена каркасная крепь.

На момент последней аварии запасы разрабатывались на гор. 1000м, вентиляционным горизонтом являлся гор. 875м. Горные работы велись в пяти лавах и 11 подготовительных выработках.

Вскрытие выбросоопасного и склонного к самовозгоранию пласта в 2008г. производилось сотрясательным взрыванием и выбросом угля и газа не сопровождалось. После вскрытия, для предотвращения эндогенного пожара установлена бетонная перемычка. Работы по возведению продолжались 10 суток. В это время произошло обрушение угля нависающего массива, что привело к образованию в угольном пласте "купола" высотой по восстанию примерно 0,5 м, по мощности пласта 1,8 м, т.е. объемом примерно 3 м3. Образовавшаяся пустота негорючими материалами заполнена не была, в результате чего из нависающего высокогазоносного пласта продолжительное время выделялся метан. Можно предположить, что в западном фланговом квершлаге площадью поперечного сечения в свету 9м2 увеличение площади примерно на 2-3м2 неизбежно привело к уменьшению скорости свежей вентиляционной струи. Совсем не исключено, что в какой-то период времени она вполне могла оказаться менее 1 м/с, что проявилось в склонности крутого пласта к высыпанию – обрушению. Вполне очевидно, что при разработке мер, направленных на предотвращение обрушений угля, необходимо учитывать влияние на устойчивость обнаженного нависающего массива природы и закономерностей выделения из него метана, обусловливающихся как метаноносностью пласта, так и количеством подаваемого в выработку воздуха, скоростью вентиляционной струи.

Таким образом, из изложенного можно сделать следующие выводы, направленные на повышение безопасности труда при разработке выбросоопасных крутых пластов на больших глубинах:


  • обязательное заполнение пустот над вскрывающей полевой выработкой, даже если вскрытие не сопровождается выбросом угля и газа.

  • работы по заполнению пустот над полевой выработкой следует производить под контролем скорости движения свежей вентиляционной струи, которая должна быть не менее 1,5-2,0 м/с у наиболее удаленной части забоя нависающего массива.


2.4. Новый критерий дегазации призабойной части выбросоопасных пластов
В начале семидесятых годов прошлого века ДПИ совместно с МакНИИ разрабатывал способ оценки дегазации призабойной части выбросоопасного пласта. До начала проведения промышленных испытаний на шахте им.М.И.Калинина было зарегистрировано 185 выбросов угля и газа, в том числе во 2-й восточной лаве гор. 570м 19.03.1971 при выемке угля узкозахватным комбайном 1К-101 с шириной захвата 0,63 м; 21.10.1972г. в нижней нише 4-й восточной лавы силой 400 т при бурении шпура глубиной 3,5 м; 04.01.1973 г. при продувке шпура глубиной 1,8 м силой 100т.

Общее число выбросов угля и газа, включая последние 3 случая, убедительно доказывали особую выбросоопасность шахтопласта до глубины 1000 м.

Мощность пласта h10 "Ливенский" 1,22-1,33 м, угол падения 22-29°, объемный вес – 1,31 т/м3, Ас = 11,4 %, Vdaf = 19,3%, Х = 23-32 м3/т.с.б.м.

В соответствии с методикой промышленных испытаний к основным критериям оценки степени выбросоопасности призабойной части пласта в лаве отнесены нормативные величины безопасной зоны разгрузки (lp, м) и поинтервально измеряемая начальная скорость газовыделения (динамика газовыделения, gH, л/мин.).

В совместных исследованиях (МакНИИ и позже ДонНТУ) наряду с использованием нормативных критериев оценки выбросоопасности изучалась идея оценки изменения степени выбросоопасности призабойной части пласта по изменению содержания в их газах инертного гелия, известного своими особыми свойствами.

Физическая сущность этого критерия отражает степень природно-технологической дегазации: чем она выше, тем меньше остаточная газоносность, меньше выбросоопасность. Но в различных пластах, свитах пластов исходное (природное) содержание гелия может быть разным, поэтому сопоставление их по этому критерию выбросоопасности может оказаться ошибочным.

При содействии генерального директора ГП "Орджоникидзеуголь" Н.Ф.Семченко для определения сравнительного содержания гелия в составе газов призабойной части разрабатываемых пластов были использованы приборы ИНГЕМ (индикатор гелия) любезно разработанные и предоставленные МакНИИ летчиком-космонавтом Береговым Г.Т.

В шпурах глубиной до 3,5 м было отобрано 488 проб газов для измерения содержания в них гелия. Это пласты h8 и h10 Смоляниновской свиты и пласт т3 Горловской свиты, разрабатывавшиеся тринадцатью шахтами (приложение А, Б).

Анализ полученных результатов позволил утверждать, что содержание гелия в них различается более чем на порядки и не зависит от глубины разработки (450-900 м).

На шахтах ПО "Донецкуголь" ("Глубокая", им. М.И.Калинина, им. газеты "Социалистический Донбасс") в условиях отсутствия существенного различия по Vdaf (15-17 %) содержание гелия различается в 5 раз (0,15-0,03%). Количество зарегистрированных выбросов на первой и третьей шахтах соответственно 136 и 302.

В пласте h10 (Vdaf = 7,0-28,0 %) содержание гелия на шести шахтах ("Юнком", "Углегорская", им. 60-летия Украины, им. газеты "Социалистический Донбасс", им. М.И.Калинина, им. Горького) изменялось в пределах 0,012-0,121, т.е. различалось в 10,8 раз. На шахте им. М.И.Калинина зарегистрировано 137 выбросов угля и газа (среднее содержание гелия составило 0,075%), а на шахте им. газеты "Социалистический Донбасс" 106 выбросов при содержании гелия 0,121%.

В пласте т3 на шести шахтах ("Красный Октябрь", им. Изотова, им. Румянцева, им. Артема, им. Калинина, им. Бажанова) на глубинах разработки 730-898 м (Vdaf =16,0-32,1 %) содержание гелия изменялось в пределах 0,027-0,043%, т.е. больше чем в 1,5 раза. Близкими было и число выбросов (3-6).

Описываемые промышленные испытания проводились в 4-й восточной лаве, которая отрабатывалась на глубине 1070 м по сплошной системе. Выемка угля производилась узкозахватным комбайном 1К-101 с шириной захвата 0,63 м. Конвейерный штрек проводился сотрясательным взрыванием одним забоем по углю и породе.

На втором этапе промышленных испытаний подвигание лавы составило 182 м, произведено 30 циклов контрольных измерений глубины безопасной зоны разгрузки, содержавших 297 поинтервальных измерений gн, отобрано 37 проб газов пласта для определения содержания в них гелия. Подвигание конвейерного штрека составило 179 м, произведено 30 циклов контрольных измерений gH, отобрано из шпуров 24 пробы газов.

При длине шпуров для буровзрывных работ 2,5 м, предусмотренной паспортом, произошли три выброса: 27.07.91 г., 24.10.91 г., 09.12.91 г. и один микровыброс 25.05.91 г.

Среднее содержание гелия в пределах безопасной зоны разгрузки (lp) составило 0,0004 %, а глубже нее – 0,0017 %. Оно было в 4,3 раза выше и хорошо подтвердило сам факт, названный нами "технологической дегазацией". Под ним предлагается пони­мать сложный геомеханический, как бы двухэтапный процесс.

Первый заключается в том, что ближайшая к выработанному пространству призабойная часть лавы во время выемки очередной полосы (ленты, стружки) разгружается. В ней становятся реальными деформации генетического возврата, включающие в том числе и деформации упругого восстановления, совместно обусловливающие дегазацию – выделение газов, которое количественно можно оценить по уменьшению содержания гелия. Именно этот процесс приводит к устранению выбросоопасности и назван нами формированием зоны отжима. По изменению содержания гелия в составе газов призабойной части пласта – безопасной зоны разгрузки и за ее пределами вполне можно рассчитать уровень дегазации Д, необходимой для предотвращения внезапных выбросов:
. (2.5)
В нашем конкретном случае снижение природной газоносности составило практически 5 раз.

Второй процесс, происходящий одновременно с первым, характеризуется тем, что в нем разгрузка призабойной части напряженного угольного пласта, в том числе и ДГВ, не происходит и потому концентрация гелия в составе газов пласта не уменьшается.

При рассмотрении и утверждении результатов исследований компетентная комиссия констатировала, что допустимая глубина выемки ни в одном случае не была меньше предусмотренной паспортом (0,63 м), что в соответствии с "Методикой..." доказывает положительный результат промышленных испытаний. Акт приемки "Способа отнесения лав выбросоопасных и особовыбросоопасных шахтопластов на больших глубинах к условно выбросоопасным" подписан девятью членами комиссии, утвержден техническим директором ПО "Донецкуголь" В.В.Пудаком, и способ рекомендован к внедрению (приложения А, Б). Согласование МакНИИ и отмена применения для предотвращения внезапных выбросов угля и газа гидрорыхления произведено 19.06.97 г. Почти за четырнадцатилетний период применения способа при разработке пласта h10 "Ливенский" на шахте им. М.И.Калинина не зарегистрировано ни одной ошибки, что оценивается нами как доказательство роста зоны отжима на глубинах более 1000 м.

В соответствии со стандартом Минуглепрома Украины и нашим изобретением [8, 14] рост или снижение поинтервально измеряемой начальной скорости газовыделения для расчета lp производится при gn ≥ 0,8 л/мин. По данным работников ВТБ шахты им. М.И.Калинина при глубине шпуров до 1,5 м и даже иногда до 2 м она, как правило < 0,8 л/мин. Для примера – доказательства в таблице 2.2 сведены результаты измерений в первой панельной лаве ЦПУ пласта h10 в январе-марте 2009 г.


Таблица 2.2 – Результаты поинтервальных измерений начальной скорости


Месяцы

2009 г


Номера шпуров

Начальная скорость газовыделения gн,

л/мин на глубине, м



Безопасная глубина выемки lв, м

2

2,5

3




Январь

1

0,04

0,04

0,04

4,0




2

0,04

0,08

0,11

4,0




3

0,28

0,50

0,73

4,0




4

0,19

0,68

1,05

4,0

Февраль

1

0

0

0

4,0




2

0,05

0,13

0,15

4,0




3

0,25

0,60

0,99

2,2




4

0,33

0,89

1,47

2,2

Март

1

0,00

0,00

0,00

4,0




2

0,00

0,90

0,27

4,0




3

0,10

0,31

0,51

4,0




4




0,37

0,69

4,0

В соответствии с [8, 10] допустимая глубина выемки выбросоопасных шахтопластов определялась по динамике газовыделения, измеряемых во время бурения шпуров. Критерий достижения возможной выбросоопасности определен достаточно четко: это прекращение роста начальной скорости газовыделения, ее уменьшение.

В сложившейся ситуации ДонНТУ предложил МакНИИ осуществить творчески совместное объединение двух подходов к оценке выбросоопасности призабойной части пластов для выработок глубоких шахт с целью конкретизации допустимой глубины выемки угля, исключающей возникновение внезапного выброса. Предложенный подход должен содержать два одновременно выполняемых этапа – разновидности измерений, исключающих влияние на регистрацию информации т.н. "человеческого" (а по существу античеловеческого) фактора.

Условно первый этап: по динамике газовыделения измеряется глубина безопасной зоны разгрузки lр, м, на которой из-за природно-технологической дегазации отсутствует выбросоопасность, происходит рост начальной скорости газовыделения, переходящий (перерастающий) в ее снижение [3].

Условно второй этап: при бурении уже названных шпуров в зоне lp регистрируется энергия акустических сигналов Е, соответствующая отсутствию опасности возникновения внезапного выброса.

Государственный департамент интеллектуальной собственности Украины в 2009 г. выдал ДонНТУ патент на "Способ определения безопасной глубины выемки угля выбросоопасного пласта" (см. главу 5). В настоящее время в соответствии с решением Центральной комиссии по вопросам вентиляции, дегазации, и борьбы с ГДЯ в шахтах угольной промышленности от 25.08.2009 г. на шахте "Щегловская-Глубокая" ШУ "Донбасс" в 3-й восточной лаве пласта т3 на горизонте 1220 м завершены горно-экспериментальные работы по проверке названного «Способа…» (приложение В).



Каталог: jspui -> bitstream -> 123456789
123456789 -> Задачах: а определение терминов «концепт» и«концепто-сфера»
123456789 -> Моделирование нагрузок при экспериментальном исследовании подшипников
123456789 -> Реферат: Статья посвящена анализу «философии практики»
123456789 -> C. И. Побожий (г. Сумы) музыка в жизни и творчестве в. А. Серова многогранное творчество В. А. Серова принадлежит не только русской, но и украинской культуре
123456789 -> Ресурсное обеспечение экономического развития промышленных регионов в кризисных условиях
123456789 -> Система видеонаблюдения для машиниста шахтного электровоза
123456789 -> Увеличение количества уровней выходного напряжения двухуровневого автономного инвертора напряжения
123456789 -> Расчет емкости конденсаторов гибридного многоуровневого преобразователя частоты на базе четырехуровневого инвертора Афендикова М. Н., студент; Шавёлкин А. А., доц., к т. н
123456789 -> Сборник трудов VIII международной научно-практической конференции-выставки
123456789 -> Главное управление образования, науки и кадров


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница