Способ предотвращения выбросов угля и газа

 

1,. СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫБРОСОВ УГЛЯ И ГАЗА, включа1ациЙ бурение в кутках и по длине забой вы работки скважин, установку в них вибраторов и воздействие на массив виброимпульсной нагрузкой, о т л ич а. ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности и безопасности работ по предотвращению выбросов путем увеличения равномерности и глубины развития сети фипьтрационтдх тршцин, бурят контрольный omypi пош тервально определяют при его бурении скорость газовьщеления и устанавливают зону максимума скорости в каждом цикле выемки, начиная с цент-: ральной части забоя, скважнны по длине забоя.бурят параллельно оси выг работки за: зону максимума скорости газовьщелеиия, а в кутках скважины бурят под углом к оси выработки до /пересечения контура выработки с линией максимума скорости газовьделекия , при этом выбраторы устанавливают в зоне макс)мума скорости газовьаделения и производят воздействие Ю1брс)импульсиой нагрузкой вначале в скважинах, расположенных в центральной части забоя, а-затем в скважинаХ ( расположенных по всему забою, с частотами не более 0,5 -0,8 величины собственных частот колебаний t -тона пласта, а расстоянне между скважинами t определяют по формуле . где (J(|). V,0,55C, Л Л .Jj - поверхностная энергия угля; Е- мбдуль упругости угля; Q - характерный размер видимых трещин; сскорость звука в угле; О V- скорость развития трещии в уг:D ле. :о х ГСпособ по П.1, о т л и ч а Ю- щ и it с ц тем, что, с целью повы о ;о шения эффективности, и безопасности работ Б процессе бурения скважин, скважины первоначальио бурят найме нее возможным диаметром, а затем разбуривают До сечения вибратора, при этом скважииу наименьшего диаметра бурят на глубину, превышающую глубину установки вибратора на .величину выемки угля за цикл.

COOS СОВЕТСНИХ

Х

РЕСПУБЛИК

6% Ol) щ) Е 21 Р 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ,пересечения контура выработки с ли-. .нией максимума скорости газовыделения, при этом выбраторы устанавливают в зоне максимума скорости газовыделения и производят воздействие виброимпульсной нагрузкой вначале в скважинах, расположенных в центральной части забоя, а.затем в сква" жинах, расположенньюс по всему забою,. с частотами не более 0,5 -0,8 величины собственных частот колебаний

-тона пласта, а расстояние между скважинами IL определяют по формуле

1 с2.Способ по п.l, о т л и ч а,юшийся тем, что, с целью повышения эффективности и безопасности работ в процессе бурения скважин, скважины первоначально бурят наиме нее возможным диаметром, а затем разбуривают до сечения вибратора, при этом скважину наименьшего диаметра бурят на глубйну, превышающую глубину -установки вибратора на величину выемки угля sa цикл.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССОР

ЛЮ МВ Ю В OIN IINa (21) 3583514/22-03 (22) 22.04.83 (46) 23.05.84. Вюл.9I9 (72) А.Н. Зорин, В F. Колесников, С.П. Иииеев, В.В. Репецкий и А.И. Короткий (7l) В»ститут геотехнической механики АН Украинской CCP (53) 622.832(088.8) (56) 1. Инструкция по безопасному ведению работ на пластах,.склонных к внезапным.выбросам угля, породи и газа, И., "Недра", 1977, с.81-82.

2. Авторское свйдетельство.СССР

N- 994770, кл, Е 21 F 5/00 1981 (прототип). (54)($7) 1 . СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ

ВЫБРОСОВ УГЛЯ И ГАЗА, включающий бурение в кутках и по длине забоя выработки скважин, установку в иих вибраторов и воздействие на массив виброимпульсиой нагрузкой, о т л ич а.ющий с я тем, что, с целью повышения эффективности и безопасности. работ по предотвращению выбросов путем увеличения равномерности и глубины развития сети фильтрационных трещин, бурят контрольньв» »»»nyy„ поинтервально определяют при его бурении скорость газовццеления и уста-. навливают зону максимума скорости в .каждом цикле выемки, начиная с цент- ральной части забоя, скважины по длине забоя .бурят параллельно оси вы-. работки эа зону максимума скорости гаэовццеления, а в кутках скважины бурят под углом к оси выработки до

®+ "() > v--омс, 2чй Фд поверхностная энергия угля; модуль упругости угля; характерный размер видимых трещин 3 скорость звука в угле; скорость развития трещин в угле.

1093829

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке выбросоопасных пластов.

Известен способ предотвращения выброса угля и газа, включакнций бурение в пласте шпуров, глубиной не более 2,5 м, плоскость которых перпендикулярна кровле (почве) пласта, образование разгрузочйыхйазов и щелей CI3

Недостатками способа являются бурение большого числа шпуров при образовании пазов методом выбуривания 15 и сложность ведения работ по ориентации плоскости пазов перпендикулярно к почве в различных горно-.геологических условиях,. Кроме того, при выполнении способа изменение напряженного состояния призабойной части пласта происходит неравномерно и в процессе вьпюлнения работ возникают внеэанные выбросы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ борьбы с газодинамическими явлениями, включающий бурение в кутках и по длине забоя выработки скважин, установку в них вибраторов и воздействие на массив виброимпульсной нагрузкой по всей длине скважины t23 .

Недостатком известного способа является то, что при создании виб- M роимпульсной нагрузки по всей длине скважйны глубина и равномерность трешинообраэования в зоне опорного давления недостаточно эффективна, так как часть энергии расходуется на об- 4О разование сети трещин в зоне разгрузки, процесс трещииообраэования происходит неравномерно и по длине скважины образуются зоны концентрации напряжений, вызывающие внезапные выб-4> росы угля и газа.

Цель изобретения - повышение эффективности и безопасности работ по предотвращению внезапных выбросов угля и газа путем увеличения равномерности и глубины развития фильтра: ционных трещин.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему бу- . рение в кутках и по длине забоя вы.И работки скважин, установку в них виб" раторов и воздействие на массив виброимпульсной нагрузкой, бурят конт-. рольный шпур, поинтервально определяют при его бурении скорость газовы" деления и устанавливают зону максимума скорости в каждом цикле выемки, начиная с центральной части забоя, скважины по длине забоя бурения параллельно осн выработки эа зону максимума скорости газовыделения, а в кутках скважины бурят под углом к оси выработки до пересечения конту-, ра выработки с линией максимума скорости газовыделения, при этом вибраторы устанавливают в зоне максимума скорости газовыделения и производят воздействие виброимпульсной нагрузкой вначале в скважинах, расположенных в центральной части забоя, а за ем в скважинах, расположеннных по всему забою, с частотами не более 0,5 — 0,8 величины собственных частот колебаний i -тона пласта, а расстояние между скважинами 1 определяют по формуле где 6"Д = (ЯЮ вЂ” )"4 . V=oь5 за, P

- поверхностная энергия угля;

Š— модуль упругости угля;

Π— характерный размер видимых трещин; с - скорость звука в угле;

Ч вЂ” скорость развития трещин в угле.

С целью повышения эффективности и безопасности работ в процессе бурения скважин, скважины первоначально бурят наимнее возможным диаметром, а затем раэбуривают до сечения вибратора, при этом скважину наименьшего диаметра бурят на глубину, превышающую глубину установки вибратора на величину выемки угля за цикл.

Способ осуществляется следующим образом.

В забое бурят шпур, поинтервально замеряют скорость газовыделения и устанавливают зону максимума скорости газовыделения. Затем в кутках и по длине забоя, начиная с централь" ных, .бурят скважины, в кутках скважины бурят по углам к оси выработки до пересечения контура выработки с линией максимума скорости газовыделения, а в центральной части забоя скважины бурят параллельно оси выра10Я3829

6 = a,< u, )(Ь (3 } ми.»

BHIEHI Ванна 3396/29 Таран 427 Понононое

Филиал ППП "Патент", г.Уигород, ул.Проектная, 4 ботки эа зону максимума скорости газовыделения. Скважины бурят в два этапа: вначале наименее возможным диаметром на глубину, превышающую глубину установки вибратора, на величину выемки угля за цикл, а затем скважины раэбуривают до сечения вибратора на глубину его установки.

Вибраторы устанавливают в точке пересечения будущего контура и максимума скорости газовыделения, так как установка вибратора в разгруженной зоне неэффективна из-эа рассеивания энергии вибрации, .а установка впбраторов эа зоной опорного давления, где скорость газовыделения резко снижается может привести к выбросу.

Затем угольный пласт подвергают вибрационному воздействию, подключая скважины поочередно, начиная с центральных, которые расположены в наиболее разгруженной и безопасной зоне забоя. При этом параметры вибрационного воздействия должны быть такими, чтобы развивались видимые магистральные трещины, размером 10 см и более.

Для развития трещин порядка 10 см необходимо, чтобы напряжения в виб" роимпульсе и их длительность состав" ляли величины порядка

Т„.(24ЕyI i t,2, ()) )где )(4 — поверхностная активная энергия угля;

Š— модуль упругости;

a — - размеры трещин; с — скорость волны звука в угле.

Для воздействия на спектр трещин, расположенных в угле хаотично, необ"ходимо создавать импульсы с определенной граничной частотой сГ9 опрецеляемой иэ уравнения

, а пч ф о»" о19 -2 - (2)

Расстояние между скважинами устанавливается с учетом обеспечения раэгрузки в непосредственной близости от,поверхности забоя и определяется .-пб формуле где V 0935 с -.скорость развития трещин в угле.

Наибольший эффект разгрузки и де1газации пласта с целью повышения бе10 зопасных условий .. его отработки наблюдается при равномерной и достаточно густой сети трещин, для обеспечения которой необходимо в обрабатываемой вибрационными нагрузками области добиваться развития ие только магистральных трещин, но и мелких трещин, располагающихся вокруг и вблизи магистральных что возможно при воздействии на них короткими импуль о сами малой длительности, т.е. импульсами высоких частот.

Поскольку угольный пласт является сложной нелинейной колебательной сис" темой, имеет множество собственных

25 резонансных частот (ъ -тонов), .ко-, торые имеют более высокие, по срав нению с первым основным тоном, собственные частоты.

Частоты, необходимые для многочасЗО тотного вибровоэдействия на уголь, определяются собственными резонансными частотами пласта с учетом различных тонов и составляют 0,5-0,8 веЛИчины собственных частот колеба35 ний ъ -тона пласта. После виброобработки массива производится контроль эффективности способа предотвращения выбросов одним из известных способов и выемкапласта на глубину, обеспечи" вающую неснижаемое опережение зоны разгрузки.

Осуществление предлагаемого способа позволяет повысить эффективность и безопасность работ при отработке выбросоопасных пластов и в процессе выполнения способа, при этом затраты на его проведение по сравнению с известными способами снижаются в

1,5 раза. Кроме того, способ можно применять во всех подготовительных и очистных забоях, отрабатывающих выбросоопасные пласты с прочными и средней крепости вмещающими порода