USD 63.6336

-0.13

EUR 70.9196

-0.25

BRENT 61.05

+1.45

AИ-92 42.28

0

AИ-95 46.05

+0.01

AИ-98 51.7

-0.05

ДТ 46.26

+0.01

9 мин
61

Технология управления состоянием горного массива

Отработка угольных месторождений ведется в сложных условиях, что предопределяет новые подходы к созданию многофункциональных систем безопасности на угольных шахтах. Системы должны обеспечивать предотвращение опасности.

При выявлении опасных зон системой мониторинга горного массива необходимо предусмотреть алгоритм действий, предупреждающих развитие опасных событий, который включает в себя идентификацию опасной зоны в части возможных рисков (горный удар, внезапный выброс, повышенное горное давление, мелкоамплитудное геологическое нарушение, выклинивание угольного пласта и др.).

Современные угольные шахты оснащены высокопроизводительной горной техникой, для безопасной и эффективной работы которой необходимо создавать условия, позволяющие достигать высоких нагрузок на очистные забои. Это обстоятельство предопределяет необходимость сокращения комплекса локальных мер прогноза и предупреждения динамических и газодинамических явлений, применяемых из очистных и проходческих забоев, в пользу более широкого применения комплекса региональных мероприятий. Например, приведение горного массива в безопасное состояние с применением региональных (дистанционных) способов, при постоянном мониторинге напряженно-деформированного состояния массива многофункциональной системой безопасности, с последующей интерпретацией результатов разгружающего воздействия на массив и выдачей разрешения на возобновление горных работ.

Данное направление является наиболее перспективным, поскольку исключает присутствие людей в опасных зонах, сопряженных с проявлениями горного давления в различных динамических формах в процессе выполнения локальных (прогнозных, профилактических) мероприятий и не ограничивает технические возможности высокопроизводительной горной техники. В настоящее время имеются активные технологии управления напряженно-деформированным состоянием углепородного массива, апробированными и наиболее эффективными из них (в том числе и их сочетание) являются:

- региональное увлажнение через скважины, пробуренные из выработок смежных пластов в свите с низконапорным и высоконапорным режимами нагнетания воды, поочередным подключением скважин в кусте поднагнетания воды и к дегазационному трубопроводу (или истечение метана в смесительную камеру);

- региональное увлажнение через скважины, пробуренные из выработок смежных пластов в свите с низконапорным режимом нагнетания воды и последующим гидроразрывом;

- гидромикроторпедирование вмещающих пород с гидрообработкой в различных режимах и последующим гидроразрывом;

- гидромикроторпедирование угольных пропластков в междупластьях с последующей гидрообработкой в различных режимах и гидроразрывом;

- увлажнение через скважины, пробуренные с поверхности и последующим гидроразрывом вмещающих пород;

- управление состоянием горного массива через скважины, пробуренные с поверхности (например, гидроразрыв для снятия напряжений в области высоких напряжений, применяемый ранее на подземных рудниках) и другие.

Положительный опыт управления напряженно-деформированным состоянием горных пород с применением технологии активного воздействия на угольные пласты, накопленный на шахтах Печорского угольного бассейна в 1980–1990-е годы, может стать полезным руководством для планирования соответствующих работ на других объектах.

На шахтах Печорского угольного бассейна использовали активные технологии управления напряженно-деформированным состоянием углепородного массива, которые применяются в качестве мероприятий по предупреждению горных ударов и внезапных выбросов, а также при разупрочнении труднообрушаемой кровли, но переориентированные в целях снижения концентрации напряжений в зонах повышенного горного давления (далее – зона ПГД) и предварительной дегазации угольного массива. Особенно этот подход был актуален при отработке свит угольных пластов, опасных по горным ударам и внезапным выбросам угля (породы) и газа, поскольку такие участки отрабатываются в зонах незащищенных надработкой или подработкой.

Отрабатываемые свиты угольных пластов на шахтах Воркутского месторождения классифицируются как опасные по горным ударам и внезапным выбросам, поэтому при выборе способов воздействия на углепородный массив руководствовались минимальным применением взрывных работ и максимальным использованием гидродинамического воздействия для разгрузки массива.

При формировании первых подходов к применению технологий активного воздействия на угольные пласты была применена безопасная для газовых шахт технология регионального увлажнения с параметрами, рассчитанными в соответствии с Инструкцией по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам.

Поскольку торпедирование только песчаников основной кровли не приводило к снижению концентрации напряжений в зоне повышенного горного давления, было принято решение о расположении торпедозарядов в угольных прослойках междупластья, что и явилось одним из основных параметров, определяющих эффективность управления состоянием массива в зонах повышенного горного давления с применением технологии гидромикроторпедирования.

Так, до проведения мероприятий по управлению состоянием массива в выемочном поле 234-з пласта Пятого шахты «Юр-Шор» в зоне ПГД от вышележащего пласта Мощного прогнозом степени удароопасности по выходу буровой мелочи были установлены I и II категории по Инструкции, то есть в зоне повышенного горного давления пласт Пятый из угрожаемого перешел в категорию опасного по горным ударам.

В целях безопасной отработки лавы 234-з пласта Пятого были приняты двухсторонняя и односторонняя схемы расположения скважин, пробуренных из выемочных выработок.

 Рис. 1 Диаграмма гидроимпульсного воздействия.jpg

Рис.1. Диаграмма гидроимпульсного воздействия Р, МПа

 

На рисунке 1 приведена диаграмма гидроимпульсного воздействия, взрывогидрообработки и последующей гидрообработки, в соответствии с которой применялись следующие параметры воздействия на углепородный массив:

1. Предварительная низконапорная гидрообработка от пожарно-оросительного трубопровода при давлении до 1,5 МПа;

2. Гидроимпульсное воздействие с импульсным (ступенчатым) нагнетанием воды по 0,2–0,4 ρgH и последующим внезапным сбросом давления на 1,0 МПа, с временными промежутками (15–20 мин.) между последующими сериями нагнетаний.

3. Взрывогидродинамическое воздействие по технологии ГМТ;

4. Последующая гидрообработка при давлениях (0,2–0,4) ρgH, исключающих прорыв воды в соседние скважины.

Рис. 2 Диаграмма режима гидроразрыва.jpg 

Рис. 2 Диаграмма режима гидроразрыва Р, МПа

 

На рисунке 2 приведена диаграмма режимов гидроразрыва углепородного массива при давлениях 0,5–1,1 ρgH, в некоторых случаях давление гидроразрыва происходило при давлениях 21,0–25,0 МПа (1,4–1,6 ρgH). Объем закачиваемой воды в скважины до производства гидроразрыва в среднем составлял в 8,0 м³.

На приведенных диаграммах не указано время гидрообработки массива, так как из-за заполнения скважин углисто-аргиллитовой пластической массой давление в скважинах возрастало и появлялась угроза прорыва воды в соседние скважины. С целью исключения прорывов воды скважины прочищались – по два-три раза – буровым снарядом при помощи бурового станка СБГ-1М, затем продолжалась гидрообработка массива до закачивания расчетного количества воды.

 

Результаты применения активных технологий управления напряженно-деформированным состоянием углепородного в зоне ПГД:

- концентрация напряжений снизилась в 1,6 раза;

- массив горных пород приведен в неудароопасное состояние;

- исключены вывалы пород непосредственной кровли;

- исключен производственный травматизм по причине обрушения пород;

- до 0,5% снижена концентрация метана в исходящей струе выемочного участка;

- в 2,4 раза возросла суточная добыча очистного забоя;

- вовлечены в отработку около 400 тыс. тонн дополнительных запасов угля;

- исключены затраты по демонтажу-монтажу очистного механизированного комплекса до и после зоны ПГД, соответственно.

 

 

Предварительная дегазация с применением технологий активного воздействия на угольные пласты

 

 

При формировании первых подходов к предварительной дегазации угольного пласта «Мощный» была применена безопасная для газовых шахт технология регионального увлажнения с параметрами, рассчитанными в соответствии с действующими нормативными документами.

Применение технологии активного воздействия на угольный пласт было вызвано необходимостью своевременного и безопасного проведения конвейерного штрека 334-з с переходом границы особовыбросоопасной зоны приуроченной к линии расслоения пласта «Мощный», опасного по внезапным выбросам и горным ударам, в западном крыле шахты «Юр-Шор» производственного объединения «Воркутауголь».

Природная газоносность пласта «Мощный» составляла в среднем 48м3/т, средняя мощность пласта m=3,9м, угол падения от 7 до 13, гипсометрия – слабопологоволнистая.

Конвейерный штрек 334-з по пласту «Мощный» проводился сечением в свету 12,8м2. Проветривание забоя осуществлялось по двум вентиляционным трубопроводам диаметром 0,8 м двумя рабочими центробежными вентиляторами местного проветривания (ВМП) ВМЦГ-7 и ВМЦ-8. В качестве резервных ВМП применялись два вентилятора ВМЦ-8. Минимальная скорость движения воздуха превышала нормируемые 0,5м/с. Тем не менее, каждую рабочую смену происходили случаи загазирований забоя метаном до опасных концентраций (2,0% и более), что ставило под угрозу безопасность работающих и своевременную подготовку нового выемочного столба 334-з пласта «Мощный».

Поскольку пласт «Мощный» отрабатывался как одиночный, с применением предварительного регионального увлажнения из конвейерных штреков 234-з и 334-з нижележащего пласта «Пятый», было принято решение произвести первоочередное бурение скважин в районе линии расслоения пласта «Мощный» по восстанию и по падению из конвейерного штрека 334-з пласта «Мощный» (Рис. 3). 

Рис. 3. Схема регионального увлажнения при пересечении конвейерным штреком 334-з пласта «Мощный» особовыбросоопасной зоны.png

Рис. 3. Схема регионального увлажнения при пересечении конвейерным штреком 334-з пласта «Мощный» особовыбросоопасной зоны

 

Бурение кустов скважин осуществлялось станком СБГ-1М из буровых камер, пройденных по падению и восстанию. Расстояние между скважинами С=2Rэф. составляло в среднем 30м, расстояние между скважиной и сечением конвейерного штрека 334-з пласта «Мощный» в черне - не менее 1,5 Rэф., угол наклона скважин к горизонту варьировал от 5º до 75º, длина скважин – от 39 м до 112 м.

Схема расположения скважин регионального увлажнения пробуренных из конвейерного штрека 334-з пласта Пятого на пласт «Мощный», на разрезе вкрест простирания, приведена на Рис. 4.


Рис. 4. Схема расположения скважин регионального увлажнения пробуренных из конвейерного штрека 334-з пласта Пятого на пласт «Мощный»

Скважины подключались к пожарно-оросительному трубопроводу и увлажнение пласта «Мощный» осуществлялось в низконапорном режиме при давлении до 1,5 МПа. Основная цель заключалась в дегазации участка пласта «Мощный» с целью предупреждения загазирований и внезапных выбросов в забое конвейерного штрека 334-з пласта «Мощный».

Для реализации поставленной цели нагнетание воды в скважины  осуществлялось поочередно высоконапорной насосной установкой УНГ с темпом нагнетания 10-15 л/мин. Выпуск исходящей из скважин метановоздушной смеси осуществлялся в смесительные камеры, оборудованные на сопряжениях с буровыми камерами.

Окончанием работ по предварительной дегазации участка пласта «Мощный» явилось снижение концентрации метана на выходе из смесительных камер с 2,0% до 0,5 % в конвейерном штреке 334-з нижележащего пласта «Пятый».

По прошествии месяца, комплекс работ по дегазации был завершен и возобновилась проходка конвейерного штрека 334-з пласта «Мощный» без загазирований, проветривание осуществлялось одним рабочим вентилятором местного проветривания ВМЦ-8.

Приведенный опыт показывает, что способы управления состоянием массива, предназначенные для борьбы с горными ударами, могут успешно применяться и для предварительной дегазации угольного массива.

Действующими нормативными требованиями в области промышленной безопасности предусмотрен порядок внедрения новых методов прогноза или предотвращения динамических явлений, поэтому данный опыт может оказать методическую помощь научным и проектным организациям, угольным компаниям в вопросах безопасной отработки угольных пластов опасных по газодинамическим явлениям.

 2.jpg

Литература:

1. Федеральные нормы и правила «Правила безопасности в

угольных шахтах» (п. 22).

2. Вернигор В. М. О проблеме управления напряженно-дефор-

мированным состоянием горного массива при подземной раз-

работке свиты угольных пластов на глубоких горизонтах шахт

Воркутского месторождения: Народное хозяйство Республики

Коми. № 1–2, т. 4, 1995. – С. 91–95.

 3. Вернигор В. М., Субботин А. И., Гусельников Л. М.,

Осипов А.Н. Повышение безопасности горных работ в

зонах ПГД: Безопасность труда в промышленности. № 11,

1997. – С. 25–27.

4. Вернигор В. М., Кульчицкий В. Б., Кульчицкий С. В.

Предупреждение горных ударов и внезапных выбросов в

горнодобывающей промышленности: Горная промышленность.

№ 4, 2006. – С. 4–9.

5. Вернигор В. М., Шабаров А. Н., Кротов Н. В.,

В. В. Варшавский. Принципы построения и реализации много-

функциональных систем безопасности в угольных шахтах

по обеспечению контроля напряженно-деформированного

состояния горного массива. ISSN 0135-3500. Записки Горного

института. Санкт-Петербург, 2014. – С. 141–144.

6. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам, 1988.                        3.  Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. М.: Недра, 1986.

7. Руководство по безопасности «Рекомендации по безопасному ведению горных работ на склонных к динамическим явлениям угольных пластах» (приложение 5). Утверждено приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору РФ от 21.08.2017 г. № 327.

Полная версия доступна после покупки

Авторизироваться
Система Orphus