Способ предотвращения динамических и газодинамическх явлений в массиве горных пород

О П И С А Н И Е и 883504ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик(22) Заявлено 06.12.78 (2) 2694019/22-03 с присоединением заявки РЙ Ъаударстаенный комитет СССР(72) Авторы изобретен Всесоюзный ордена Трудового Красного 3(7) Заявительисследовательский институт горной геомехи маркшейдерского дела 4) СПОСОБ ПРЕДОТВРАШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД Изобретение относи мышленности и может но для предотвращения газодинамических явле тся к горной пробыть использовах по ний. от динамических иний в массиве горовышение е тврашеческих о предозодинами ных пород Извес т здания з х пород оследуюш особ утем лько гв масс перерасе горных узки в массиве горнрения скважины и иразрыва пласта 1 ород, Поставленная цель д игается тем, од определяйствуюшего апряжения и что в массиве горных по ют направление вектора максимального главного направление выраженной сных пород, разгрузочнуюсиве горных пород распол лоистости горолость в мас агают относи ра действуюш о напряжения тельно направления векто го максимального главног нойпо Ъ =+ рму угол наклона длиннои оси иречного сечения полости; Недостатком данного способа является небольшая зона разгрузки,Известен также способ лредотврашениядинамических и газодинамических явлений в массиве горных пород, включающийбурение скважины в массив горных пород, создание из скважины в массивегорных пород ориентированной разгрузочной полости для образования зоны разгрузки, герметизацию скважины и воз-действие на физико -механические свойства массива горных пород 1 2 ,Недостатком известного способа является относительно невысокая степень згрузки массива горньвуюших в нем напряжБель изобретения -явности мероприятий ию динамических и галений за счет рационеделения напряженчй и направление выраженной слоистост горных пород, а угол наклона продо оси разгрузочной полости определяю. - угол наклона вектора максимального главного напряжения;1;, - угол наклона выраженной слоистости горных пород,При этом направление вектора действующего максимального главного напряжения определяют методом разгрузкиили методом глубинных реперов.Кроме того, разгрузочную полость вмассиве горных пород выполняют в виде щели или в виде сближенных скважин,расположенных в одной плоскости, приэтом расстояние между скважинами принимают минимально возможным и неболее трех диаметров скважины.На фиг, 1 приведена схема формирования и герметизации разгрузочной полости в массиве горных пород; на фиг. 2 -схемы ориентирования разгрузочных полостей в пластах горных пород; на фиг. 3 -графики, характеризующие разгрузку горных пород при различном ориентировании щели относительно вектора максимального главного напряжения; на фиг, 4 -зоны разгрузки около разгрузочных полостей при различном их ориентировании;на фиг, 5 - одна из технологических схемприменения способа,В массиве горных пород, например вугольном пласте 1, пробуривают скважину 2 круглого сечения, В стенках еена определенной длине, называемой рабочей частью полости, разделывают разгрузочную полость, например в виде щели3. Устье скважины оставляют круглогосечения и герметизируют его с помощьюгерметизатора 4. Рабочую часть полости через трубопровод 5 подключают кдегазационному ставу (дегазация пласта) или насосу (нагнетание воды в пласт),б - 54, где б- действующие в массиФюхве напряжения,Разделку щели осуществляют, например, с применением гидравлической отбойки, форму щели задают вытянутой, но не обязательно плоской. Могут испольэовать эллипсообразные щели. Соотношение длинной и короткой осей в сечении полости принимают два и более,Вместо щели можно использовать серию взаимодействующих скважин круглого сечения, располагаемых в одной плоскости. В этом случае расстояние между скважинами принимают минимально возможным, но не более Зс, где 13- диаметр скважины. Колйчество скважин не менее трехГерметизацию осуществляют.во всех скважинах, а к нагнетатель 20 15 30 35 40 45 50 4ному или дегаэационному ставу подключают лищь часть из них,Дегазацию проводят до тех пор, покане достигают критерия безопасного состояния, в качестве которого принимаютостаточную газоносность.,При использовании скважин для увлажнения массива горных пород, опасного по динамическим явлениям степеньувлажнения устанавливают в соответствии с "Инструкцией по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, опасных по горным удараь,Ориентирование разгрузочной щели вмассиве горных пород выполняют с учетом направленности скважин относительно плоскости пласта, На фиг. 2 а приведены расчетные схемы ориентирования плоскопараллельных щелей или заменяющихих серий скважин, располагаемых по простиранию пласта; на фиг, 26 и в - схемыориентирования шелеи в скважинах повосстанию или пересекающих пласт гснормали. На разрезах А-А и Б-Б видно,что в этих случаях щель ориентируютнормально к пластованию, так как направ.ление слоистости С= О, а угол 3 на разрезе по простиранию всегда равен 90 .оПри этом не имеет значения наклон вектора максимальных главных напряженийна разрезе по падению, Это относится кпластам, например, угля со спокойнымзалеганием, В нарушенных участках и впородах не угольного состава направление максимального напряжения, как ислоистость, могут быть иными,Угол ф, определяющий направлениемаксимального главного напряжения, зависитот многих факторов, в том числе от углападения, структуры и прочностных свойстввмещающих пород, тектонической нарушенности, рельефа земной поверхности.Определяют уголэкспериментально,например методом разгрузки.Разделка плоской щели обеспечивает разгрузку пород в определенном направлении, перпендикулярном ее плоскости и концентрацию напряжений в местахзаделки - в области, прилегающей к торцам щели, Таким образом, в направлении, перпендикулярном плоскости щели,образуется "коридор" разгруженных отдавления пород, в котором обнаруженаповышенная проницаемость флюидов газа или воды. Однако степень разгрузкии повышения фильтрационной способностигорных пород зависит от ориентации разгрузочной полости относительно действую( 2 аГ1(УБ иего максимального гланпого напряжения, Прн орионтиромнии разгрузочнойполости вдоль максимального главногонапряжения разгрузка пород в прилегающей к скважине области повышается(кривая 1 на фиг. 3), При расположениискважины по нормали к максимальномунапряжению разгрузка снижается.На фиг. 4 приведены схемы, характеризующие сравнительный эффект разгрузки и повышенной гаэоводопроницаемости в идентичных условиях неравнокомпонентного нагружения массива. Вектор максимального главного напряженияпринят по вертикали, На фиг. 4 а показана область разгрузки около круглойскважины. Эта область имеет место ираспространяется в вертикальном направлении. Но размеры ее чрезвычайно малыи не могут дать практического эффекта.При разделке разгрузочной полости в направлении, перпендикулярном напряжению б, эта область увеличивается (фиг.4 б). Но расширение это обязано главнымобразом геометрическому размеру и новой форме полости, т, е, переходу от круглоформы к плоской, Главный эффект можетбыть получен за счет механизма деформирования пород в окрестности щели,Наиболее выгодным образом с образованием максимального разгружающего действия это достигается при ориентировании щели параллельно напряжению Я(фиг. 4 в)В массиве, например, осадочных пород существенное влияние на газопроницаемость оказывает также направленная слоистость, которая, например, вугольном пласте совпадает с плоскостьюнапластования. Наибольший эффект повышения газопронипаемости за счетпроявления слоистости достигается принормальном к выраженной слоистостинаправлении щели,Эффект повышения газопронипаемостив окрестности полости может быть достигнут и применением скважин круглойформы при условии сближенности их натакое расстояние, что перемычки мемеду скважинами под действием горногодавления приходят в предельное состояние и деформируются. Серия таких скважин имитирует щель,Условие перехода перемычек угля впредельное состояние может быть записано 83504 Ьгде (, - расстояние между скважинами;Д - диаметр скважин;(3 - действующие в массиве, нормальные к плоскости, расположения3 скважин напряжения;0прочность на сжатие образцовугля кубической формы.В условиях глубины работ 600 м ипрочности угля 60 кгс/см предельно1 я допустимое расстояние между скважинами составляет 5 Д. С учетом коэффициента запаса в нашем подходе это расстоя, ние принято Зд .П р и м е р . Применительно х ус15 ловиям разработки пластов угля в Карагандинском бассейне, где по причинемалой эффективности и больших сроковдегаэации существенно затруднена разработка выбросоопасных газоносных плас 20 тов, осуществляют дегазацию пологогоо(с(.= 20 ) опасного по газодинамическим явлениям пласта угля, разрабатываемого по системе длинными столбамипо падению (фиг. 5). Из уклона 6 пробуривают длинные горизонтальные скважины 2, обеспечивающие дегаэацию выемочного столба, в том числе и полосыугля, по которой проходят передовой уклон 7,ЭО Основным недостатком является большойсрок дегазации 8-12 месяцев, Прохождение уклона 7 откладывается на этотсрок и участок опаздывает с подготовкой фронта очистных работ.С использованием предлагаемого способа можно ускорить срок дегазациистолба в целом либо лишь полосы дляпрохождения уклона 7 (фиг, 5). В этомслучае разделку разгрузочных полостей3 выполняют лишь на участке длиной10-12 м в призабойной части скважин,Направление максимальных напряжений устанавливают экспериментельно.Примем, по аналогии с имеющимися панными,= 100 . Тогда Ь = .100 + - == 110 О.Наклон щели принимают равным 110,Размер разгрузочной полости при диаметре скважин 150 мм принимают неменее 300 мм.Способ обеспечивает сокращение срока дегазации полосы угля 8 в 3-4 разаи уклон 7 может быть пройден своевременно и в безопасных по гаэодинамичесМким явлениям условиях. формула изобретения1, Способ предотвращения динамических и газодинамических явлений в мас 883504сиве горных пород, включающий бурениескважины в массив горных пород, создание из скважины в массиве горных пород ориентированной разгрузочной полости для образования зоны разгрузки, герметизацию скважины и воздействие нафизико-механические свойства массивагорных пород, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения эффективности предотвращения динамических игазодинамических явлений эа счет рационального перераспределения напряжений в массиве горных пород, в массивегорных пород определяют направлениевектора действующего максимальногоглавного напряжения и направление выраженной слоистости горных пород, разгрузочную полость в массиве горныхпород ориентируют относительно направления вектора действующего максималь-ного главного напряжения и направлениявыраженной слоистости горных пород, аугол наклона продольной оси разгрузочной полости определяют по формуле где- угол наклона оси поперечного сечения полости; у - угол наклона вектора максимального главного напряжения;с( - угол наклона выраженной слоистости горных пород.2.Способпоп. 1,отличаюш и й с я тем, что направление вектора действующего максимального главногонапряжения определяют методом разгрузки.3, Способ по пп. 1 и 2, о т л и 1 О ч а ю ш и й с я тем, что направлениевектора, действующего максимальногоглавного напряжения определяют методом глубинных реперов.4. Способ по пп, 1 - 3, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что разгрузочную полость в массиве горных породвыполняют в виде щели,5, Способ по пп. 1 - 4, о т л ич а ю ш и й с я тем, что разгрузочную полость в массиве горных породвыполняют в виде сближенных скважин,расположенных в одной плоскости, приэтом расстояние между скважинами принимают минимально возможным и не более трех диаметров скважины,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Руководство по дегазации угольных шахт. М., "Недра, 1975, с, 40-57.2. Авторское свидетельство СССР655839, кл. Е 21 Г 5/00, 1977.Составитель А, ДудчТехред З,фанта Редактор А. Шандо аз 10 16 1/5 Подписно комитета СС и открытийушская наб.,. 4/5 илиал ППЛ фПатент", г, Ужгород, ул, Проектная 4 Тираж 466 ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений 130351 Москваф Жт Ра о Корректор Г, Назарова