Способ борьбы с газодинамическими явлениями при разработке угольных пластов

(19) 51)5 Е 21 Р 5 0 ЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ ышение безопасния работ путем арактера дефора и нарушения твенной почвой. хема подготовки льных пластов; промышвано при сны х по сам угля и хараккровляОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯЬ.ПРИ ГНКТ СССР ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ(71) Филиал Ленинградского горного института в г. Воркуте и Воркутинское производственное объединение по добыче угля Воркутауголь(54) СПОСОБ БОРЬБЫ С ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМИ ЯВЛЕНИЯМИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ(57) Изобретение относится к горной промсти и м. б. использовано при разработке угольных пластов, опасных по горным уларам и внезапным выбросам угля и газа, имеющих пласты-спутники и характеризующихся труднообрушаемыми кровлями и крепкой почвой. Цель изобретенияповышение безопасности и эффективности ведения работ путем обеспечения равномерного характера деформирования угольного пласта и нарушения спайки пласта с непосредственной почвой. Впереди очистного забоя за зоной опорного давления под угольным пласгом создают разупрочненный слой (РС) в непосредственной почве (НП) расчетной Изобретение относится к горной ,пнности и может быть использо разработке угольных пластов, оп горным ударам и внезапным выбро и газа, имеющих пласты-спутники теризующихся труднообрушаемым ми и крепкой почвой. 652614 А 1 2величины, равной 0,2 - 0,4 длины защищенной зоны. Для этого бурят скважины (С) до контакта пород НП с разрабатываемым пластом. Обсаживают С до нижней границы РС и цементируют у этой границы, заряды взрывчатых веществ размещают на контакте пород НП. Высоконапорное увлажнение РС производят по С, пробуренным со стороны неотработанного угольного массива. Чередование циклов высоконапорного увлажнения, сброса жидкости и отсоса газа производят по Г, пробуренным со стороны отработанного одиночными или спаренными лавами выемочного столба. Начинают чередование со сброса жидкости, заканчивают высоко- напорным увлажнением через две С, которые проводяг одновременно не менее чем через протяженность зоны высоконапорного увлажнения и время чередования циклов определяют в зависимости от числа С, их диаметра, радиуса влияния, длины фильтрующей части С, произв-сти насоса и относительной частоты эндокливажа НП. Высоко- напорное увлажнение, сброс жидкости и отсос газа заканчивают до перехода очистным забоем забоев С на величину не менее половины шага вторичной осадки основной кровли. При отработке спаренными лавами чередование циклов производят одновременно ио С со стороны смежного спаренного выемочного столба и со стороны неотработанного угольного пласта. 2 з. п. ф-лы, 8 ил. Цель изобретения - пов ности и эффективности веде обеспечения равномерного х ми рова ния угольного пласт спайки пласта с непосредсНа фиг. 1 представлена с и система разработки угоца фи. 2сечение А А ца фа. 1; цафиг. 3 - сечение Б.Б на фи. 2; цд фцг. 4схема бурения скважин лля измерения упру.гих леформдций почвы в зпснтзои оне;нд фиг. 5 -- схема соединения скважин слегаздццоцным и высоконацорннм лавами;на фиг. 6 -- схема подготовки и система раз.работки угольных пластов с применениемспаренных лав; на фиг. 7 -- сечение В.В нафиг. 6; на фнг. 8 - - схема заложения сква.жин при разработке одиночного улароопас.ного угольного пласта,По олному из вариантов реализации способа еыемочный столб 1 полготдвлцвдютпутем провеления конвейерного штрека 2параллельно вентиляционному штр.ку 3,а затем отрабатывают очистным лабом 4.Впереди очистного забоя 4 расположенаэона максимума опорного лавления 5, эонавлияния опорного давления 6, разупрочняемый слой .7 непосредственной почвы 8, контакт 9 разупрочняемого слоя 7 цецосрелст.венной почвы 8 с угольным пластом 10, апозади очистного забоя 4 - зона упругогосдвижения 11 непосредственной почвы 8,расположенная в зоне разгрузки2 выработанного пространства3. На схеме показаны граница цементации 14, зона геостатических напряжений ч 1 Н 15, скважины 1 Г,угольные пропластки-спутники 17, зарядыВВ 18, основная кровля 19, линия 20 расположения зарядов ВВ, трещины 2 в разупрочняемом слое 7 непосредственной почвы 8,соответственно вентиляционный и конвейерный штреки 22 и 23 иа сближенном пласте 24,дегазационный став 25, водоотделитель 26,высокоиапорный став 27, забой 28 скважины,защитная зона 29, высоконапорный насос 30,манометр 31, неотработанный угольный массив 32, отработанный выемочный столб 33,запорный вентиль 34 высоконапорного става 27; запорный вентиль 35 дегазационногостава 25; второй отрабатываемый выемочный столб 36, выемочные штреки 37 и 38разрабатываемого и сближенного угольных пластов 10 и 24; неотработанныйугольный массив 39, граничащий со вторым отрабатываемый выемочным столбом; НО - низконапорный трубопровод;механизированный комплекс 41 в очистномзабое 4; тензолеформометр 42, измерительная скважина 43.Способ борьбы с газодина ми чески миявлениями осуществляют следуюгцим образом,С конвейерного штрека 23 и вентиляционного штрека 22 сближенного пласта 24 помере подяигания очистного забоя 4 (фиг. 1 -3) в зоне геостатических напряжений5бурят скважины 16 до контакта 9 рдзуцрочняемого слоя 7 непосредственной почвы 8с угольным пластом 1 О. Скважины 16 обсаживдют ло границы 14, являющейся нижнейгдницей рдзупрочняемого слоя 7 поред.ственной почвы 8, цементируют ураниць 14, а затем заряжают зарялами 8, располагая их ца контакте 9 разупрочцяемого слоя 7 непосредственной почвы 8 с угольным пластм 10 по линии 21, параллельно о истно:у забою 4 ЗарядЙ взрывают ло подхода к ним зоны влияния опорного лавлеция 6.В защитной зоне 29, гле угольный пласт 0 теряет свою и уцую способность, а его непосредственная почва 8 перхолит от трехосного состояния к двухосному и приближается к олноосному, голятие цепогрелст,венной почвы 8 пол угольным пластом О иЛи ее упругое восстановление, по показа. ниям глубинных гензолеформомтров 42, происходит с критической глубины 1, кото. ра я соответсч вует мощност и раз уп роф цяемот о слоя 7, опреде.чяемой оотцошием1=(0,2 - 0,4)1 р, мгде 1 ширина защитной зоны 29 угольного пласта О, м.Численное значение величины 1 измеряли по упругому восстановлению пород почвы 8 в защитной зоне 29. Залдча исследований рецалдсь путем установки глубинных тецзолеформометров 42 цо ллине измрительной скважины 43, пробуренной в лдве в породы почвы 8 по схеме (фиг. 4), показания глубинных тенэодеформометров 42 снимались с помощью измерителя деформаций ИИД-З. Точность измерений составляла 0,001 мм, Величина упругих деформаций в защитной зоне 29 уменьшается по мере улалеция от угольного пласта 10 в породы почвы 8 и стабилизируется на глубине 0,21 и 0,41 соответственно до и после вторичной осадки основной кровли 19.Расстояние между скважинами 6 вдоль выемочного столба 1 и по длине очистного забоя 4 определяется из условия обеспечения равномерного разрушения непосредственной почвы 8 и образования в ней трещин 21 как параллельных, так и перпенликулярных напластованию пород. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Заряды 18 взрывают в зоне геостдтических напряжений 15. После взрывания за. рядов8 скважины 16, пробуренные из коц. вейерного штрека 23 и вентиляционного штрека 22, подсоединяют к дегаэационцому ставу 25 и начинают дегазацию разрабатываемого пласта 10, а также порол непо. средственцой почвы 8 и угольных проплдстков.спутников7. Десорбцця или переход газа метана нэ молекулярного в свободное состояние в зоне опорного лддлеция 6 из разрабатываемого угольного пласта 1 О и углепородного массива обусловлена сдвиже. нием пород непосредстцццй почвы 8 и процластков-спутников7 в результате взрывания зарялов 8, созданием нустойчивого слоя 7 заданной толшццы, хдрдкгеризую. аегося повышенной тхцлогцеской нарушенистью и гдзоцршццаемотью. Трещины 21. ориеитировдцыпери цлцкулярно и параллельно напластованию, лужат в50 55 слое 7 газопроводящими каналами для отсоса газа по скважинам 16.По мере сокращения расстояния междуочистным забоем 4 и ближайшей вперединего скважиной 16, используемой для отсосагаза, напряженное состояние горного массива возрастает, что приводит постепенно кзакрытию в нем трещин 21, снижению газопроницаемости до минимума. При падениидавления газа метана и в скважинах 16 до1 МПа приступают к выполнению второгоэтапа - высоконапорному увлажнениюразупрочненного слоя 7 непосредственнойпочвы 8 со стороны неотработанного угольного массива 32 и чередованию циклов высоконапорного увлажнения непосредственнойпочвы 8 и сброса жидкости и отсоса газапо скважинам 16 - со стороны отработанного выемочного столба 33.Высоконапорное увлажнение со сторонынеотработанного угольного массива 32 ичередование циклов высоконапорного увлажнения и сброса жидкости и отсоса газа поскважинам 16 со стороны отработанноговыемочного столба 33 осуществляют не менее, чем через две смежные скважины 16.Данное условие определяется зоной высоконапорного увлажнения, протяженностькоторой определяется из условия1=0,3 - 0,5)а О,где л - число скважин в опорной зоне;0 - диаметр скважин.Протяженность зоны высоконапорногоувлажнения определялась по поя влени южидкости в очистном забое 4 или по просачиванию ее в очистной забой 4 вследствиенарушения спайки на контакте 9 междуугольным пластом 10 и разупрочненнымслоем 7 пород почвы 8. Высокондпорноеувлажнение производили по скважинам 16,количество которых при одновременном нагнетании в них жидкости изменяли от однойдо пяти.Для реализации высоконапорного увлажнения скважины 16, пробуренные с конвейерного штрека 23, отсоединяют от дегазационного става 25 и подсоединяют к высокондпорному насосу 30 через высокондпорныйстав 27. Скважины 16, пробуренные из вентиляционного штрека 22, дополнительноподсоединяют к высоконапорному насосу 30через высоконапорный став 27. При этомк дегазационному стдву 25 на вентиляционном штреке 22 подсоединяют водоотделитель 26. Таким образом, с конвейерного штрека 23 по скважинам 6 осуществляют высоконапорное увлажнение, а с вентиляционного штрека 22 чередуют циклы высокондпорного увлажнения и сброса жидкости и отсоса газа. Водоотделитель 26 служит для отделения сбрасываемой жидкости по скважн. нам 16 от газовоздушной смеси, поступающей в дегазационный став 25, Регулировка 5 10 15 20 25 30 35 40 45 циклами осуществляется путем открывания и закрывания запорных вентилей 34 и 35 (фиг. 5). Запорный вентиль 35 дегазационного става 25 закрывают перед высоконапорным увлажнением, а вентиль 34 высоко- напорного става 27 открывают. И наоборот. Перед сбросом жидкости и отсосом газа запорный вентиль 34 закрывают, а вентиль 35 открывают,Под действием высоконапорного увлажнения происходит дополнительное снижение прочностных свойств разупрочняемого слоя 7 непосредственной почвы 8, заполнение трещин 21 жидкостью, работающей в этом случае подобно гидроклину, их раздвижка, а в зоне максимума опорного давления 5 образование дополнительных трещин 21, что приводит породы слоя 7 в этой области в псевдопластическое состояние и обеспечивает их равномерное совместно с пластом 10 перемещение в сторону выработанного пространства 3. Взрывание зарядов 18 на контакте 9 с угольным пластом 10 нарушает его спайку с непосредственной почвой 8, что способствует также и его самостоятельному перемещению в сторону выработанного пространства 13 по ширине защитной зоны 29, а такой характер перемещения угольного пласта 10 представляет глубинный отжим углепородного массива и сопровождается смещением от забоя 4 в глубину массива зоны максимума опорного давления 5 и, следовательно, увеличением ширины защитной оны 29. Отмеченные изменения физико- механических свойств пород почвы 8 исключают, таким образом, синхронные колебания вмещающих пород. Перемещению пород разупрочняемого слоя 7 совместно с угольным пластом 10 в сторону выработанного пространства 13 способствует также влияние высокого коэффициента концентрации ндпряженнй, достигающего на удароопасных пластах 5 -8 уН в зоне максимума опорного ддв гения 5. Этому перемещению способствует также направленное в сторону выработанного пространства3 давление газа, переходящего из сорбировднного в свободное состояние в результате трещинообразо. вдния н сдвижения пород непосредственной почвы 8 и оттесняемого фронтом жидкости от зоны максимума опорного давления 5 в сторону выработанного пространства 13 для отсосд по скважинам 6 Выбор пробуренных со стороны отработанного выемочного столба 33 скважин 16 для отсоса газа в случае отработки угольного пласта 10 одинарным очистным забоем 4 (фиг. 8) определяется диффузией газовых процессов, протекающих в угольном массиве. Диффузия сопровождается выравниванием газового давления в углепородном массиве по ширине отрабатываемого выемочного столба 1. Выравнивание газового давления происходит в направлении от менееформула изобретения 45 50 55 нагруженных площадей к более нагруженным горным давлением площадям пласта 10.В случае одновременной отработки выемочных столбов 1 и 36 (фиг. 6, 7), т. е. приотработке спаренных очистных забоев 4 чередование циклов высоконапорного увлажнения непосредственной почвы 8 и сбросажидкости и отсоса газа применительно квыемочному столбу 1 выполняют по скважина м 16, пробуренным из вентиляционногоштрека 22 со стороны отработанного выемочного столба 33, а применительно к выемочному столбу 36 - одновременно по скважинам 16, пробуренным из штреков 23 и 38,т. е. со стороны смежного спаренного выемочного столба 1 и со стороны неотработанного угольного массива 39. В последнемслучае двусторонняя раскачка углепородного массива обусловлена тем, что выемочныйстолб 36 находится в относительно равномерном напряженном состоянии по сравнению с выемочным столбом 1, граничащимс отработанным выемочным столбом 33.Высоконапорное увлажнение со сторонынеотработанного угольного массива 32(фиг. 1, 2, 3, 7) и чередование высоконапорного увлажнения и сброса жидкости иотсоса газа по скважинам 16 со стороныотработанного выемочного столба 33 осуществляют не менее, чем через две смежныес к в а жи ны 16.Периодичность чередования циклов высоконапорного увлажнения разупрочненногослоя 7 непосредственной почвы 8 и сбросажидкости и отсоса газа устанавливают опытным путем. Периодичность чередованияуказанных операций определяют по формулеЙл/ т/= -- й - , мин,где Р средний . радиус влияния скважин 16, м;1 - длина фильтрующей части скважин 16, м;д - производительность насоса 30 высоконапорного увлажнения, м/мин;т - относительная частота трещин эндокливажа непосредственной почвы 8, приходящаяся на 1 м, принимается равной 0,5 - 0,7 при работескважин в защитной зоне 29 и т==1 - за зоной максимума опорного давления 5.Чередование циклов высоконапорногоувлажнения и сброса жидкости и отсоса газапроизводят в добычные смены, т. е. при выемке угля в очистном забое 4, а заканчиваютсерию чередований циклов перекрываниемскважин 16 после окончания очередного цикла высоконапорного увлажнения непосредственной почвы 8. Скважины 16 перекрывают в конце добычной смены перед началомремонтной, т. е. после окончания выемкиугля. Начинают серию чередований цикловпосле окончания ремонтной смены, т. е. после 5 10 15 20 25 30 35 40 начала новой добычной смены, причем начинают с операции сброса жидкости и отсосагаза. После перехода очистным забоем 4 забоев 28 скважин 16 на величину не менее половины шага вторичной осадки основной кровли 19 операцию высоконапорного увлажнения разупрочненного слоя 7 непосредственной почвы 8 прекращают, и скважины 16, пробуренные как со стороны неотработанного угольного массива 32, так и со стороны отработанного выемочного столба 33, подсоединяют к дегазационному ставу 25 для отсоса газа.Третий вариант применения данного способа борьбы с динамическими явлениями представлен в условиях отработки угольного пласта 10 спаренными лавами (фиг. 6, 7).Нагнетание жидкости в скважины 16 производят высоконапорным насосом типа УГН-ЗО, а давление контролируют манометром 31. Скважины 16 бурят с помощью бурового станка СБГМ, а заряжают патронами ВВ типа6-ЖВ или Т, помещая патроны в торпеды длиной 3 м. Соединение отдельных торпед между собой в монозаряд, дос ылку монозаряда в скважину осуществляют по известной технологии выполнения гидромикроторпедирования. Цикл профилактических работ по данному способу составляет 15 - 20 м по простиранию пласта. На один цикл обработки пород почвы в пределах выемочного столба расходуется 72 кг. Высоконапорное увлажнение производят с помощью насосов УГН, которые устанавливают на конвейерном и вентиляционном штреках 23 и 22, подсоединяя их к скважинам 16.Второй вариант применения данного технического решения представлен на фиг. 8. Скважины 16 в этом случае бурят вблизи угольного пласта 10 непосредственно из выработок 2 и 3, пройденных по угольному пласту 10. 1. Способ борьбы с газодинамическими явлениями при разработке угольных пластов, включающий определение протяженности зоны опорного давления, бурение скважин впереди забоя за зоной опорного давления в горный массив со стороны неотработанного угольного массива и отработанного выемочного столба до зоны контакта пород непосредственной почвы с разрабатываемым пластом, определение параметров нагнетания жидкости в скважины и радиуса увлажнения, обсадку и цементацию скважин, размещение зарядов взрывчатых веществ в скважинах, формирование разупрочненного слоя взрыванием этих зарядов до подхода зоны опорного давления, подсоединение скважин к высоконапорному и дегазацион1652614 л фт где й -5 10 Р - lф - т -25 ФО Л 22 2 1 272Фиг 1 ному ставам, высоконапорное увлажнение, сброс жидкости газочередующимися циклами по скважинам до начала стабилизации давления газа по скважинам, дегазацию горного массива, от,гичающийся тем, что. с целью повышения безопасности и эффективности ведения работ путем обеспечения равномерного характера деформирования угольного пласта и нарушения спайки пласта с непосредственной почвой, предварительно определяют шаг вторичной осадки непосредственной кровли, ширину защитной зоны разрабатываемого пласта и относительную частоту трещин эндокливажа непосредственной почвы, и заряды взрывчатых веществ размещают на контакте пород непосредственной почвы с разрабатываемым пластом, а скважины обсаживают до нижней границы разупрочненного слоя порол непосредственной почвы и цементируют у этой границы, при этом высоконаиорное увлажнение разупрочненного слоя непосредственной почвы производят по скважинам, пробуренным со стороны неотработанного утольного массива, а чередование циклов высоконаиорно. го увлажнения, сброса жидкости и отсоса газа производят по скважинам, пробуренным со стороны отработанного выемочного пласта, причем начинают чередование цик. лов со сброса жидкости и отсоса газа, а заканчивают высоконаиорным увлажнением, ири этом мощность разупрочцнного слоя непосредственной почвьг, прогяжеццзсть зо ны высоконапорного увлажнения и р мя чередования циклов оггреде.гянгг соотвстственно по формулам/г=0,2 - 0,4)1; (=(0,3 - 0,5) ц О; мощность разуирочнеццого с, он:ширина защитной зоны разр;Гг.тываемого пласта;число скважин в опорной зоне,протяженность зоны высокона пор.ного увлажнения:диаметр скважин;время чередования циклов;средний радиус влияния скважин;длина фильтрующей части скважин;производительность насоса;относительная частота эндокл и ва жанепосредственной почвы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, чтовысоконапорное увлажнение производят одновременно не менее чем через две скважины причем высоконапорное увлажнение разуирочненного слоя и чередование циклов высоконапорного увлажнения, сброса жидкости и отсоса газа заканчивают до перехода очистным забоем забоев скважин на величину не менее половины шага вторичной 25 осадки основной кровли, а после этого перехода производят только отсос газа.3. Способ по и. 1, огличающайгя тем, чточередование циклов высоконаиорцогс увлажнения, сброса жидкости и отсоса газа при системе разработки угольных илалв ЗО спаренными лавами производя одцовр меццо по скважинам, пробуренным со лороны смежного спаренного выемочноо л лба и со стороны неотраб танного уг,лиого массиваЪ ъьФ17 8 Фиг В ВНИИ 14 Государств нного комитеа но иаЖретенняч и открнтиям при ГК 1К 11 Т ;(;Р13035, Москва, Ж -35, Рауеиская наст, д 4/5Призвсдсгвено издательский комдонат 1 атентъ г. Ужгород, ул ", рл ",аа нна, 11 Редактор Л ХодаковаЗакал 2186