Способ предупреждения газодинамических проявлений в горной выработке

 

Использование: в горной промышленности при ведении горных работ на пластовых месторождениях, преимущественно выбросоопасных. Сущность изобретения: для осуществления способа проходят горные выработки в выбросоопасных зонах, определяют горно-геологические параметры отрабатываемого участка. Кроме того, дополнительно определяют уровень относительной прочности пород, расположенных по нормали к выбросоопасному пласту от проектного контура охраняемой выработки, после чего из соотношения l/h ть /ЯуН, где I - ширина безопасного пролета выработки: h - расстояние по нормали к проектному контуру выработки от выбросоопасного пласта; оъ - прочность пород, отделяющих контур выработки .от выбросоопасного пласта; уобъемный вес пород; Н - глубина залегания; А- коэффициент бокового распора определяют ширину безопасного пролета горной выработки или безопасное расстояние до выбросоопасного пласта при необходимом пролете горной выработки. 2 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я)5 Е 21 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4937845/03 (22) 20.05.91 (46) 15.04,93. Бюл. М 14 . (71) Уральский филиал Всесоюзного научно. исследовательского и проектного института галургии (72) Б,В.Лаптев (56) Домов П.В., Полянина Г.Д., Земсков

А.Н. Методы прогноза и предотвращения газодинамических явлений в калийным рудниках. Алма-Атэ: Наука, 1987, с.176.

Авторское свидетельство СССР

М 1490275, кл. Е 21 с 39/00, 1987, (54) СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЯВЛЕНИЙ В ГОРНОЙ ВЫРАБОТКЕ (57) Использование: в горной промышленности при ведении горных работ на пластовых месторождениях, преимущественно выбросоопасных. Сущность изобретения: для осуществления способа проходят горИзобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ведении горных работ на пластовых месторождениях, преимущественно выбросоопасных.

Цель изобретения — повышение безопасности горных работ.

На фиг.1 изображена схема определения параметров для предупреждения газодинамических явлений в горной выработке, где I —; h — расстояние от выработки до выбросоопасного пласта; Н вЂ” глубина расположения выработки от земной поверхности; на фиг.2 — зависимость

„„Я2 „„18091 12 А1 ные выработки в выбросоопасных зонах, определяют горно-геологические параметры отрабатываемого участка, Кроме того, дополнительно определяют уровень относительной прочности пород, расположенных по нормали к выбросоопасному пласту от проектного контура охраняемой выработки, после чего из соотношения I/h = vp /A.y Н, где I — ширина безопасного пролета выработки; h — расстояние по нормали к проектному контуру выработки от выбросоопасного пласта; ст — прочность пород, отделяющих контур выработки от выбросоопасного пласта; y — объемный вес пород; Н вЂ”; 1.— коэффициент бокового распора бпределяют ширину безопасного пролета горной выработки или безопасное расстояние до выбросоопасного пласта при необходимом пролете горной выработки. 2 ил. между опасными поперечными размерами выработок и расстоянием от контура до выбросоопасного пласта при различной относительной прочности пород в заданной зоне.

Способ осуществляется следующим образом.

Первоначально определяют прочность пород защитной пачки, расстояние по нормали от кровли выработки 1 до выбросоопасного пласта 2 и глубину горных работ (по данным разведочных скважин) по всей площади шахтного поля, в том числе в местах газодинамических проявлений (фиг.1), В ме1809112 стах газодинамических проявлений по данным актов расследований выявляют параметры горной выработки и величину мощности защитной пачки пород. После этого в пачках опробования (разведочные скважины) определяют уровень относительной прочности пород как отношение величины прочности пород в массиве (сг,ж;

pac ) к величине горного давления (у Н).

Использование относительной величины обусловлено неоднозначной изменчивостью прочности пород с изменением глубины горных работ, а также для сравнения условий (степени устойчивости), в которых находятся сооружения, в различных точках шахтных полей.

Первопричиной динамических явлений из выбросоопасного пласта на всех месторождениях является нарушение устойчивости пород, отделяющих контур выработки от выбросоопасного очага (пласта), При этом вероятность потери устойчивости пород зависит от прочностных свойств, мощности, уровня действующих нагрузок и величины обнажения со стороны опасной зоны; Месторождения в целом и каждое шахтное поле в отдельности имеют значительные размеры по площади, в пределах которых горногеологические условия не остаются постоянными, а иногда отмечаются существенные локальные отклонения — часто это бывают выбросоопасные зоны, Параметры же горных работ, размеры и местоположение относительно пластов горных выработок мало изменяются в пределах площадей шахтных полей, рассчитываются без учета возможной динамической пригрузки пород.

Глубина ведения горных работ также изменяется по площади месторождения и отдельного шахтного поля, причем изменения глубины и прочности пород не всегда идут в одном направлении.

В соответствии с законами строительной механики, теории упругости, пластичности устойчивость породных конструкций подземных сооружений (кровли, почвы, стенок) зависит от уровня отношения прочности к действующим нагрузкам и геометрических размеров элементов конструкции, Чем ниже уровень этих отношений, тем меньше по размеру должен быть поперечный размер элемента конструкции или больше его толщина (например мощность кровли), Нагрузка на породную конструкцию может создаваться одновременно горным и газовым давлениями. Все горногеологические параметры, которые формируют выбросоопасную ситуацию, варьируют по

I oo

К АуН

35 где I — ширина безопасного пролета выработки;

h — расстояние по нормали к проектному контуру выработки от выбросоопасного пласта; оо — прочность пород, определяющих контур выработки от выбросоопасного пласта;

1 — объемный вес пород;

Н вЂ” глубины залегания выработки от по верхности;

Л; коэффициент бокового распора, определяют или ширину безопасного пролета

50 горнои выработки,или безопасное расстояние до выбросоопасного пласта при необходимом пролете горной выработки.

Кроме того, на основе предложенной

55 зависимости и натурных данных, с помощью регрессионного анализа может быть соСтавлена монограмма между геологическими параметрами и поперечным пролетом выработки для каждого yöä: .84ë относительной прочности пород,-йри котоплощади месторождения и отдельного шахтного поля в широких пределах, и их сочетание может быть самым разнообразным, что затрудняет провести корректное аналитическое решение задачи.

Кроме того, на вероятность провоцирования динамических явлений оказывают влияние релаксационные процессы, соотношение жесткостей пород отрабатываемого пласта, вмещающих и вышележащих пород.

Многофакторность динамических процес.сов и отсутствие на сегодняшний день математической модели этих процессов„в которой бы учитывались все влияющие фак"5 торы, приводят к необходимости подбирать безопасные параметры горных работ экспериментальным, опытным путем.

С помощью статистических методов, например регрессионного анализа, определяют для каждого уровня относительной прочности пород зависимость между параметрами горной выработки и мощностью защитной пачки пород при происшедших я влениях.

По полученной зависимости с учетом коэффициента запаса прочности, по которой также определяется опытным путем из натурных данных в местах, где не происходили газодинамические проявления, и данным относительной прочности пород на планируемых к отработке площадях из соотношения

1809112 рых происходили газодинамические явления (фиг.2).

Получено, что для Верхнекамских рудников необходимая величина запаса прочности достигается при параметрах 5 выработок, соответствующих уровню относительной прочности меньшей на 0,5 относительных единиц предельной величины, Например, на планируемом к отработке участке по данным разведки мощность защит- 10 ной зоны составляет 2,0 м, относительная прочность 1,5-2,0. По номограмме (фиг.2) получаем, что предельная (опасная) ширина кровли, при которой возможны газодинамические явления, будет равна 7,0 м. 15

Безопасная ширина кровли выработки при той же мощности защитной зоны определяется на более низком уровне относительной напряженности (1,0) и составит

4,0 м. 20

Необходимо отметить, что требуемый запас прочности может быть достигнут не только уменьшением ширины поперечного пролета выработки в конкретных горно-геологических условиях, но и искусственным. 25 увеличением мощности защитной пачки путем неполной выемки пласта на всю мощность или оставлением, внутри выработки поддерживающих целиков определенной степени нагружения. Степень нагружения 30 поддерживающих целиков должна быть такой, чтобы они не были способы к мгновенному, хрупкому разрушению. Для Верхнекамских рудников это целики с отношением высоты к ширине не более 3,0. 35

Пример. Предполагается осуществить проходку выработки в выбросоопасной зоне на Верхнекамском месторождении по сильвинитовому пласту на глубине 340 м от земной поверхности. В 1,5 м от пласта, по 40. которому будет проходить выработка, находится выбросоопасный . некондиционный пласт. По данным геологоразведочных работ установлено также, что обьемный вес покрывающих пород равен 2,5 т/мз, проч- 45 ность пород в междупластье равна 2000,0 т/м; по данным геомеханических исследований коэффициент бокового распора на месторождении равен 1,0.

Иэ предложенного соотношения 50

1 оо определяем, что величина безопасного пролета выработки должны быть не более

55 то, 2000 1,5

А у Н 1.,0.2,5 340,0

По номограмме на фиг.2 при расстоянии до выбросоопасного пласта 1,5 м и тс ж

=-2,3 величина пролета должна быть куН равной 3,0 м. Результаты по номограмме меньше, т.к, величина пролета определена без интерполяции по прямой при

С2сж равном 2,0.

АуН

Можно определить также расстояние, на котором необходимо пройти выработки от выбросоопасного пласта в тех же геологических условиях, если по условиям транспорта или вентиляции заранее задана ширина ее, например 4,0 м.

В этом случае получим

1 Л у Н 4,0.1,0 2.5 340 )

2000 т,е. кровля выработки шириной 4,0 м должна отстоять от выбросоопасного пласта на 1,7 м, По монограмме это расстояние равно примерно 2,0 м.

Предлагаемый способ предупреждения газодинамических явлений позволяет на основе анализа горногеологической и горнотехнических условий мест проявления внезапных выбросов, знания горно-геоло- гических условий планируемых к отработке площадей по полученной зависимости между пролетом выработки и безопасной мощности защитной зоны пород определить безопасные параметры горных выработок.

Способ направлен на повышение безопасных условий горных работ.

Формула изобретения

Способ предупреждения газодинамических проявлений в горной выработке, включающий проходку выработок в выбросоопасных зонах, определение горно-геологических параметров отрабатываемого участка, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности горных работ, дополнительно определяют уровень относительной прочности пород, расположенных по нормали к выбросоопасному пласту от проектного контура охраняемой выработки, после чего из соотношения

I сло

ЛуН где I — ширина безопасного пролета выработки;

h — расстояние по нормали к проектному контуру выработки от выбросоопасного пласта;

1809112

%- прочность пород, отделяющих контур выработки от выбросоопасного пласта;

y - обьемный вес пород;

H — глубина залегания;

Х- коэффициент бокового распора, 05 РО . 15 ЕО ЕЮ ассамиив Ck ЗиГооажлижю дедддг(Ц

Фиг 2

Составитель Б. Лаптев

Техред M. Моргентал Корректор M. Петрова

Редактор

Заказ 1270 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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

1 ги або ф ф Вд

Ф 6д

b ф ф 70 определяют ширину безопасного пролета горной выработки или безопасное расстояние до выбрасоопаснога пласта при необходимом пролете горной выра5 ботки.