Способ предотвращения горных ударов, внезапных выбросов и подавления угольной пыли

 

(19) SU (11) (51) Е21F5 06

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических РесттуБлик оййслййк изокркткни

К HATKHTY. (23) 3854559/ОЗ (22) 30.1284 (46) 163133 Биа Na 41-42 (71) Всесоюзный науао-иссаедовательсний институт горной геомеханиии и маришейдерского депе (72) Гребенциков АА; Гордезиани ЗА; Кузнецов

В.П. Лазаревич Т.и; Петухов ИМ„Филинков АА

P3) Гребенщихов М. (54) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ГОРНЬИ

УДАРОВ, ВНЕЗАПНЫХ ВЫБРОСОВ И ПОДАВЛЕНИЙ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ (57) Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с динамическими, газодинамическими явлениями и пылью в угольных шахтах, Цель изобретения — повышение эффективности предотвращения и внезапных выбросов а сложных горно-технических условиях путем учета состояния угольных пластов и совершенствования технологии ведения увлажнения, На фиг. 1 показана принципиальная схема расположения нагнетательных скважин; на фиг. 2 — картина расчетных параметров гидрообработки в осложненных горно-технических условиях, когда обрабатываемый выбросоопасный пласт подвержен влиянию горных работ на смежных пластах свитьь

Нв фигурах приняты следующие обозначения: выработка 1, пласт 2, скважины 3, фильтрующая часть 4 скважины, ьыработка

5 по угольному пласту; герметизирующее устройство б, прочный слой породы 7; надрабатываемый пласт 8., целик 9; эпюра Я напряжения; зоны 11-13 с разными условиями нагружения, Способ реализуется следу.ощим образом.

Из существующих или специально аройденны>. вблизи обра бстываемого участка выработок, пробуривают перпендикулярно или наклонно к обрзбатывземому пласту

2 скважины 3 и перебуривают пласт с таким расчетом, чтобы их фильтрующая часть 4 была расположена на расстоянии а >: 0,3

1, где 1 — зона опорного давления от бли. жайшей обнаженной кромки пласта на сопряжении с действующей выработкой 5 или выработанным пространством. Через ,пробуренную скважину выполняют оценку напряженного состояния массива любым из . существующих методов. Наиболее рациональны геофизические методы, например сейсмический.

В условиях спокойного залегания и от. сутствия горных работ на смежных пластах свиты оценку напряженного состояния выполняют по двум-трем скважинам и при хорошей сходимости распространяют результаты на весь участок или значительнуа его г1лощадь. В случае изменчивости горно-технической обстановки оценку выполняют в каждой скважине и расчеты параметров нагнетания ведут конкретно по результатам, полученным в этих скважинах.

Возможно также применение расчетных методов оценки напряженности массива в условиях, когда доверительность применения расчетных методов достаточно высока.

В процессе перебуривания скважиной угольного пласта отбирают пробы угля и до начала гидрообработки по ним определяют полную влагоемкость 04 и естественную

5 влажность угл 04

После выполнения работ по экспериментальной оценке напряженности массива и физических свойств угля скважины оборудуют нагнетательным ставом труб, при этом

10 герметиризуют скважины с таким расчетом, чтобы герметиэирующее устройство б охватывало наиболее прочный слой породы 7.

Скважинц пробуривают с расстоянием между ними, определенным из следующего под15 хода. устанавливают номинальный радиус увлажнения Lp применительно к геостатическим условиям нагружения массива (0 у- =у ). Для различных бас20 сейнов и разновидностей угля это pac. rTîÿ Hèå может быть различно и определяется экспериментальным путем или из выражен гл т

Rñm.N где Π— темп (расход) нагнетания воды, м /г;

t — время нагнетания, ч;

m — мощность пласта, м, Фактический радиус действия скважины принимают с учетом коэффициента концентрации напряжений из выражения

35 где а — эмпирический коэффициент, равный

0,25-0,5;

К вЂ” коэффициент концентрации напря46 жений, Коэффициент концентрации напряжений К определяют по ранее пробуренной ближайшей соседней скважине, в которой уже выполнена оценка напряженного состо45 яния. Расстояние между скважинами определяют согласно условию = 1.5 R с тем, чтобы области действия смежных скважин перекрывались и обеспечивали равномерное увлажнение.массива по площади.

50 Давление воды в ставе при нагнетании устанав ливают пропорционально действующим напряжениям из выражения Рн 0,74Ку Н, Норму увлажнения угля определяют

55 как разность, полной влагоемкости и естественной влажности угля из выражения

М = a(VVn- Иа), 1257225

Р g12 ъ 51 кГС/см где W> — полная влагоемкость углл, 7;

И4 — естественная влажность угля. ; а — коэффициент, учитывающий горногеологическое состояние пласта, который экспериментально принят равным 10, После производства нагнетания производят оценку эффективности увлажнения, для чего в равноудаленную между нагнетательными скважинами точку. пробуривают контрольную скважину и производят отбор проб угля на влажность.

8 качестве критерия эффективности вводится условие Юу 0,85 В4.

В случае. если влажность пробы оказывается ниже критической., через эту скважину выполняют дополнительное нагнетание воды, при этом производится последующий контроль эффективности в середине сокращенного вдвое за счет дополнительной с к важи н ы и нтер вала.. между смежными скважинами.

На фиг.2 приведенаситуация, в которой выбросоопасный пласт 2, подлежащий гид= рообработке, надрабатывается пластом 8 при помощи междупластья 24 и. На надрабатывающем пласте оставлей целйк9 шириной 50 м; Выше целика. пласт полностью отработан. Определение коэффициента .концентрации напряжений к для заданных условий выполняется расчетным методом, Результаты показаны в виде зпюры 10 нафиг,2, иэ которой видно, что концентрация напряжений под целиком достигает 1 7у Н, под выработанным пространствам вышележащегоо этажа достигает 0.5 у Н, а.под действйем лавой — 0,3 y H. На основе этой

:, оценки вйделены три- эоны с различными . ° условиями нагружения. "зона 11 под цели-ком с определенным значением k = 1,5; зона

12 — k = 0,45 и зона.13 - k 0,3..

Исходные данные для расчета параметров гидрообработки пласта следущие . глубина разработки пласта Н=500м; о ьемнйй вес вышележащих пород y= 2,5 т/и; мощность пласта m =. 2 м; естественная влажность Wc

= 3,3 ; полная влагоемкость Ж = 5,8ф. . Нагнетание воды. производится установкой НВУ-30 с номинальной производительностью 30 л/изин и фактической 15-20 л/мин или 0,9.-1,2 и /ч. Технологические условия подготовки участка требуют завершить нагнетание эа 1 месяц, при.3mf4 чистое время работы нагнетательнаго оборудования не превышает 160-180 ч. Следуя исходным данным, норма увлажнения составляет 25 n/ì . Радиус влияния нагнетаз

5 тельной скважины в одиночном пласте при

К - f,30 и. Радиус влияния с учетом коэффициента концентрации напряжений для эон

11-13 при а -0,5; Ri 23,3 и, йц - -39,4 м, йю - 425 м. Расстояние между скважинами

10 по простиранию пласта для эон 11, составляете 1 -35 и.

По падению пласта скважины располагают две под целиком при расстоянии между и Гфильтрующими частями 35 м и по

15 однойвверхнююинижнююзоныразгрузки, .

При этом расположение скважины в верхней зоне разгрузки проверяется по условию

a « О,З ) = 16,,5 м, ) " 55 м, так как вблизи имеется выработка 5. 8 примере оно выдер2О живается Еа :2=28,5м 16,5м, Для обеспечения взаимодействия скважин, расположенных в. разных зонах, расстояния между ними прикимают равным полусумме расчетных

35 +59

L 11 — 11 = —" 47M

3»". + 64

30 L 11-а =" 2 =49м.

Нормативный объем закачки воды в кажду1о из скаажин определяют исходя из нормы увлажнения. мощности маста и рас35 стояния цежду скважинами. Для зоны 11:

Чн = И пЯ LИ + 0,5{L>>-ij+ 1 tg-g " 415 м ; для зоны 12: Чя = 860 м, для эоны 13: Чн

Щ2 м . Давление нагквтаиия составляет для

Эоны влияния-целика Рят1 «» 168 «rc/ñì

40 для зон 12, 13

45 Р я1з 38 кгсlсм (56} Патент Фрайции М 1400838, in. Е

21 F, 1964.

Единые технические положения по раз50 работке угпвльйых пластов, опасных по внезапним вмбвасам угля и газа. М., 1974. с.

241--314. ч

>257225 я по и стим по б ят вкрест напластовани у урят п яженного состояФормул а изобре о ам, определение напр пересечения пласта скважинами, а

IX У АРОВ, ВНЕ ос б лее прочных слоях перебуриваемои толщи р бо и, асстояние между скважио 6o ех герметизацию ю ий бурение с них вцработок, и ами принимают о а еление напряженног р ажности угля ar e a на определение после, у е ия тественной влажн ,Ю часткФ нацряжения во ы в пласт, о и- секают пласт на ра г е1Р ® угля Нен .э ективнос ти нагнетания, о ем вы я устанавливают по форм ле ния а ов и вне И полная в 8>8 где n-с

ro но-технически нст- е-ест о состояния угольных лажнения, . а - коа и геолог выработок скважины из ранее пройденньи в

Составитель Г,Вас ючкова

Техред M.Моргентал Корректор С.Шекмар

Редактор С.Лисина

Тираж Подгысное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж 36, Раушская наб., 4/б

Заказ 3241

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101