Способ определения безопасной призабойной зоны выбросоопасного угольного пласта

 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при подземной разработке угольных пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа. Цель изобретения - повышение точности и надежности способа при его осуществлении. При бурении шпуров в призабойной зоне их постоянно ориентируют относительно кливажных трещин, бурение осуществляют по пачке с наибольшей величиной отношения мощности пачки к ее прочности, а параметры регистрируют с периодичностью, пропорциональной отношению мощности пачки к скорости бурения шпура.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке угольных пластов, опасных по газодинамическим явлениям.

Известен способ определения безопасных зон призабойной части выбросоопасного угольного пласта при ведении горных работ, заключающийся в поинтервальном замере скорости газовыделения, в котором за размер безопасной зоны принимают такое расстояние от груди забоя в глубину массива, на котором рост или постоянство скорости газовыделения сменяется ее падением [1]. Шпуры бурят по наиболее выбросоопасной (нарушенной) пачке в направлении подвигания забоя.

Недостатком данного способа является низкая точность определения безопасных зон призабойной части пласта из-за неопределенности установления наиболее выбросоопасной (нарушенной) пачки, по которой бурят шпуры для замера газовыделения, вследствие чего достоверность измерения значений начальной скорости газовыделения снижается.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения зоны разгрузки угольного пласта, включающий бурение шпуров, регистрацию упругих колебаний в массиве горных пород, определение амплитуд упругих колебаний, установление зоны разгрузки и глубины выемки угля и пород, при этом в способе измеряют средние значения амплитуд упругих колебаний при непрерывном бурении шпуров по длине лавы и по изменению устанавливают расстояние от устья шпуров до границы зоны разгрузки, при этом за величину зоны разгрузки по длине шпура принимают расстояние от устья шпура в глубину массива, на котором рост или постоянство среднего значения упругих колебаний сменяется его понижением, а глубину выемки угля принимают равной наименьшему значению величины зоны разгрузки по длине шпура [2].

Однако в этом способе не даны условия бурения шпуров, в которых определяется зона разгрузки.

Известно, что шпуры необходимо бурить по направлению подвигания забоя по наиболее выбросоопасной (нарушенной) пачке мощностью более 0,2 м [3].

Цель изобретения - повышение точности и надежности способа за счет согласования регистрируемых параметров с горногеологическими характеристиками пласта.

Для этого в способе, включающем бурение шпуров в призабойной зоне пласта, регистрацию по длине параметров состояния горного массива и определение по ним безопасной зоны выемки, шпуры бурят по пачке угля с наибольшей величиной отношения мощности пачки к прочности, шпуры в каждой выработке ориентируют перпендикулярно или пересекающими под одним углом направление кливажных трещин, а параметры состояния горного массива регистрируют с периодичностью, пропорциональной величине отношения мощности пачки к скорости бурения шпуров.

Выявленная совокупность признаков не обнаружена в известных технических решениях. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию существенные отличия.

Нормативные требования предусматривают бурение шпуров по наиболее нарушенной пачке мощностью более 0,2 м, которые не характеризуются количественными показателями. Бурение шпуров по пачкам, имеющим наибольшую величину отношения ее мощности к прочности, отражает наибольшую вероятность проявления выбросоопасности в угольном пласте, так как увеличение мощности пачки и уменьшение прочности снижает устойчивость массива.

Ориентирование шпуров относительно направления кливажных трещин стабилизирует информацию о фильтрационных потоках при определении газовыделения в шпуры и других физических характеристик массива, тем самым повышает надежность информации газодинамической характеристики массива. При этом предусматривается периодическое определение направления кливажных трещин при проведении выработки и внесения поправок в направление контрольных шпуров впереди забоя относительно направления кливажных трещин.

Регистрация параметров, характеризующих состояние угольного массива, пропорционально величине отношения мощности обследуемой пачки к скорости бурения шпуров обеспечивает более равномерное поступление информации из исследуемого объема массива. Например, при регистрации параметров по сейсмоакустической активности сигнал доходит до отражаемой плоскости междупластья и возвращается к приемнику. Чем больше мощность междупластья, тем больше времени затрачивается на прохождение сигнала и тем реже информация поступает из массива. Поэтому для повышения достоверности результатов необходимо регистрацию параметров производить в соответствии с отношением мощности пачки к скорости бурения шпуров.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В каждой выработке перед определением безопасной зоны призабойной части угольного пласта замеряют мощность и прочность каждой пачки, например, прочностномером П-1, слагающей угольный пласт, и определяют направление кливажных трещин. Шпуры бурят по пачке с наибольшим отношением мощности пачки к ее прочности и постоянно ориентируют их перпендикулярно или пересекающими под одним углом направление кливажных трещин. Регистрацию параметров, характеризующих состояние угольного массива, производят с интервалом, пропорциональным величине отношения мощности пачки, по которой производят бурение шпура, к скорости бурения шпура. В этом случае происходит равномерное поступление информации как по длине интервала бурения, так и по мощности угольной пачки при его отражении от плоскостей напластования.

П р и м е р. Исследования проводились в восточном вентиляционном ходке пл. n₈ на шахте им. газеты "Социалистический Донбасс". Пласт состоит из двух пачек: мощность верхней пачки 0,65 и нижней 0,04 м. Прочность пласта, замеренная прочностномером П-1, составила соответственно =69 у.е./ =77 у. е., а отношение мощности к прочности составили 0,94 и 0,05, поэтому бурение шпуров для определения безопасной величины призабойной зоны производилось по верхней пачке. Бурение шпуров производилось в соответствии с инструкцией по направлению подвигания выработки на расстояниях 0,5 м от стенки выработки и ориентировались под углом 30о к направлению кливажных трещин. Так как по мере подвигания забоя направление кливажных трещин по отношению к забою изменялось, направление шпуров по данному способу не всегда совпадало с направлением шпуров по нормативному способу. Исследования проведены на участке протяженностью 72 п.м. При бурении шпуров по направлению подвигания выработки среднее значение максимальной начальной скорости газовыделения составило = 5,21± 6,14 л/мин˙м, а при бурении шпуров, постоянно ориентируемых под углом 30^о к направлению кливажных трещин, = 4,72± 2,73 л/мин˙м. В результате этого повысилась надежность определения протяженности безопасной зоны выемки.

Для установления периодичности регистрации параметров при бурении шпуров проведены сравнения на пластах различной мощности. Например, на шахте им. газеты "Социалистический Донбасс" на пласте h₈ мощность нижней пачки пласта составляет 0,65 м, а скорость прохождения упругих волн составляет 1,5˙10³ м/c, отношение = = 0,45·10^-3c.

На шахте им. А.А.Скочинского на пласте h₇ мощность пласта составляет 1,28 м, а скорость прохождения волн 1,0˙10³ м/c. Тогда отношение = = 1,28·10^-3c.

Таким образом, при равной периодичности съема информации на пласте h₇ ее поступает в 2,8 раза меньше, чем на пласте h₈. Чтобы достоверность получения информации, а значит, и надежность метода были одинаковыми, при съеме информации на пласте h₈ через 50 см бурения шпура на пласте h₇съем информации должен производиться через 20 см.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ВЫБРОСООПАСНОГО УГОЛЬНОГО ПЛАСТА, включающий бурение шпуров в призабойной зоне пласта, регистрацию по их длине параметров состояния горного массива и определение по ним безопасной зоны выемки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности определения путем согласования регистрируемых параметров с горно-геологическими характеристиками пласта, шпуры бурят по пачке угля с наибольшей величиной отношения мощности пачки к ее прочности и ориентируют перпендикулярно или пересекающими под одним углом направление кливажных трещин, а параметры состояния горного массива регистрируют с периодичностью, пропорциональной величине отношения мощности пачки к скорости бурения шпура.