Способ контроля эффективности защитной отработки выбросоопасных угольных пластов

 

Использование: горнодобывающая промышленность , подземная разработка выбросоопасных угольных пластов, контроль технологических параметров разработки. Сущность изобретения: на защищаемом пласте бурят шпуры по длине очистного забоя, отбирают буровую мелочь и определяют остаточную газоносность, затем по поостиранию пласта определяют размеры разгруженной зоны (х) по зависимости х - L- h где: L - расстояние от забоя лавы на защищаемом пласте до створа с забоем лавы на защитном пласте: h - расстояние по нормали между защищаемым и защитным пластами, в указанной зоне определяют остаточную после надрзОотки или подработки газоносность пласта и при остаточной газоносности менее 5 м3/т.б.м. защитную отработку считают эффективной. 5 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ -ВЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 F5/00

1 (21) 4806392/03 (22) 26.03.90 (46) 15.08.92. Бюл. М 30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (71) Донецкий политехнический институт (72) М,И.Большинский, Б.А.Лысиков;

A,В.Першин, С.B.Борщевский; В.Ф,Формос и О.В.Маевский (56) Методика определения природной газоносности угольных пластов действующих и строящихся шахт Донбасса, Макеевка-Донбасс, 1981, с.40-45.

Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. М„

1989, с.66-70. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОЙ ОТРАБОТКИ ВЫБРОСООПАСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Изобретение относится к горному делу, а более конкретно к безопасному ведению горных работ по выбросоопасным угольнйм пластам, когда расстояние по нормам между защитным и защищаемым пластами превышает безопасное.

Известна опережающая разработка защитных пластов, заключающаяся в том, ч о если в свите часть пластов подвержена внезапным выбросам, то сначала разрабатывают пласты, не склонные к выбросам (защитные). В результате опасные пласты будучи подработаны или надработаны, теряют склонность к внезапным выбросам, когда расстояние между защитным и защищаемым не превышает безопасное, Если все пласты в свите являются склонными к выбросам, то в качестве защитного пласта принимаются один из них, менее склонный к выбросам и перспективный,,!Ы,, 1754905 А1 (57) Использование: горнодобывающая промышленность; подземная разработка выбросоопасных угольных пластов, контроль технологических параметров разработки, Сущность изобретения: на защищаемом пласте бурят шпуры — по длине очистнего забоя. отбирают буровую мелочь и определяют остаточную газойосность, затем по поостиранию пласта определяют размеры разгруженной зоны (x) по зависимости x = I==h где: L — расстояние от забоя лавы на защищаемом пласте до створа с забоем лавы на защитном пласте; h — расстояние по нормали между защищаемым и защитным пластами, в указанной зоне определяют остаточную после надргботки или подработки газоносность пласта и при остаточной газоносности менее 5 м /т.б.м. защитную отработку считают эффективной. 5 ил, с точки зрения защитного действия, который отрабатывается как одиночный пласт.

Предохранительное действие защитно- " го пласта заключается в том, что в результате опережающей его выемки уменьшается напряженное состояние выбросоопасного пласта и вмещающих его пород.

Это приводит к образованию трещин, Qj расширению пор в пласте и к увеличению в десятки раз газопроницаемости, что способствуетт снижению горного и газового дав-,гйв ления, т.е. ликвидации двух (из трех) основных факторов (напряженности и газоносности), развязывающих выброс.

Если расстояние между защитным и защищаемым плартом превышает расчетное, то необходимо для безопасной выемки пласта применять трудоемкие методы контроля эффективности защитной отработки выбро1754905 соопасных угольных пластов или противовыбросные мероприятия,.

Недостатком известного способа являются большие трудоемкость и затраты времени на выполнение противовыбросных мероприятий; резко снйжающих объем добычи угля в очистных выработках и темпы проведения подготовительных выработок угла падения и расположения защитного пласта по отношению к опасному эащйщаемому.

В отдельных случаях, когда расстояние между защитным и защищаемым пластами превышает безопасное и практикой установлено расширение (по сравнению с рас.четными значениями) защитйого действия пласта, допускается ведение горных работ в этйх зонах, но с непрерывным контролем эффективности защитного пласта.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ контроля эффектйвности защитной отработки угольных пластов, когда расстояние между защитным и выбросоопасным (эащищаемым) пластом превышает безопасное расстояние, заключающийся в непрерывном определении эффективности защитного действия опережающей отработки на выбросоопасный угольный пласт. Оценка эффективности защитного действия включает анализ ойыта разработки пласта и экспериментальную оценку изменения напряженного и газоди— намического состояний пластов по вйходу буровой мелочи и начальной скорости газовыделения. Выход буровой мелочи и начальную скорость газовыделения измеряют на двух участках: не подвержен н ых надработке (подработке) и s надработанных (подработанных) зонах. Непрерывный контроль эффективности защитной отработки выбросоопасййх угольных пластов производят по выходу буровой мелочи из шпуров, а на шахтах Донбасса дополнительно измеряют начальную скорость газовыделения в тех же шпурах. Контроль эффектйвности предусматривает периодическое (через 10 м подвигания горных работ) бурение шпуров в направлении ведения горных работ, В подrîTîâéòåëüíûõ выработках бурят по два шпура в углах забоя,- в очистных забояхчерез 10-20 м, но не более чем через 30 м друг от друга по всей длине лавы, Таким .образом, с учетом подготовительных выработок и существующих длин лавы (100-200) бурение шпуров производят в 8-10 точках

rio длйне лавы.

Замеры выхода буровой мелочи производят поинтервально с каждого метра шпура,в объемном измерении (и/м). Измерение значения выхода буровой мелочи по длине шпура сопоставляют с их безопасными значениями, установленными в соответствии с существующей номограммой

Измерение начальной скорости газовыделения выполняют через каждый метр по длине шпуров на глубину 3,0 м.

Измеренные значения начальной скорости газовыделения по длине шпура сопо10 ставляют с их безопасными значениями, установленными в соответствии с существующими номограммами, Если зона разгрузки больше зоны выемки, предусмотренной горными работами на цикл, защитная отработ15 ка пласта эффективна, если меньше — не эффективна, пласт считается незащищенным и необходимо применение противовыбросных мероприятий.

Недостатком данного способа является

20 большая трудоемкость и продолжительность контроля эффективности опережающей разработки защитных пластов, так как контроль выполйяется периодически не ра- нее чем через 10 м подвигайия забоя, требует остановки процессов производственного

25 цикла по крайней мере на сутки, что существенно снижает технико-экономические показатели ведения горных работ.

Систематические остановки забоя подгото30 вительной выработки или лавы для контроля эффективности защитной отработки делают способ малоэффективным.

Цель изобретения — снижение трудоемкости и повышение точности контроля эф35 фективности защитной отработки в разгруженной зоне защищаемого пласта, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля эффективности разработки защищаемого пласта в разгру40 женной зоне-определяют остаточную после надработки или подработки газоносность, сравнивают ее с критической и если величина этой остаточной газоносности защищаемого пласта меньше 5 м /т.б.м„то

x=-Н, M (1) где L- расстояние забоя лавы защищаемого

50 пласта от створа защитной лавы, м;

h — расстояние по нормам между защитным и защищаемым пластам, м, На фиг.1 изображен вид сбоку крутых

55 пластов Центрального района Донбасса; на фиг.2 — разрез А-А на фиг,1; на фиг,3 — разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 — аксонометрическое изображение пластов по стрелке на фиг.3; на фйг.5 — график критической газоносности, 45 защитную отработку считают эффективной, Протяжейность разгруженной зоны х по простиранию определяют по формуле

1754905

На фиг.1-4 обозначены: защищаемый пласт 1, защитный пласт 2, защищенная (разгруженная) зона 3, защищаемой лавы 4, защитная (разгрузочная) лава 5, створ 6 защитной лавы, откаточный 7 и вентиляционный 8 штреки защищаемой лавы.4, вйшележащий (отработанный) горизонт 9, шпуры 10 и 11 для контроля эффективности опережающей отработки защитного пласта

2, выработанное пространство 12 разгру. зочной лавы 5.

Пример, Защищаемый пласт 1 (К7" — Пугачевка) в условиях Центрального района Донбасса является опасным по выбросам угля и газа. Он разрабатывается под защитой пласта 2 (К7 — Юльевский), Расчетное безопасное расстояние между ...ними (Я1) — 32 м. Фактически защищаемый пласт 1 находится на расстоянии (h) от защитного пласта, равном 40 м, Иэ опыта ведения горных работ известно, что защйтный пласт 2 (K7 — Юльевский) в данном случае оказывает влияние и на защищаемый йласт 1 (К7" — Пугачевка), на: ходящийся на расстоянии от защитного Ilflaста, равном 40 м и превышающем расчетное безопасное расстояние (Si), равное 32 м.

В таком случае существующая инструкция работ на пластах, опасных по внезап ным выбросам угля, породы и газа разрешает разработку защищаемого

: пласта 1 под контролем эффективности защитного действия в разгруженной (защищенной) зоне 3, которая расположена впереди забоя защищаемой лавы 4. Размер х по простиранию зоны 3 должен быть не менее 5 м и больше глубины шпуров 10, 11, в которых устанавливается остаточная по.сле надработкй газоносность, и определяет- ся по формуле х=Н,: " .: (2) где L- расстояние забоя лавы защищаемого пласта 1 от створа 6 защитной лавы 5, м.

h — расстояние по нормали между защитным 2 и защищаемым 1 пластами, м.

Подставляя цифровые значения указан: ных параметров в формулу (2), определяем размер защищенной эоны 3 по простиранию: х=48-40=8 м.т,е. > 5, что соответствует требуемым условиям..

Размер по падению защищенной эоны

3 ограничивается откаточным 7 и вентиляционным 8 штреками защищенного пласта

1 при условии отработки защитного пласта

2 на вышележащем горизонте 9.

Для контроля эффективности опережающей разработки использован метод, основанный на определении остаточной после надработки газоносности защищаемого угольного выбросоопасного пласта 1 сравнении полученной остаточной после надработки газоносности с ее крйтическим значением.

5 Остаточная после надработки гаэоносность определялась по существующей методике, Для определения остаточной после надработки газоносности в забое защйщаемой

10 лавы 4 выбросоопасного пласта 1 (можно в забоях подготовительных выработок 7 и 8) в направлейии подвигая 1я работ были пробурены два шпура 10 и 11 диаметром 76 мм на глубину 1 м, расположенных по длине лавы

15 в разных ее частях, чтобы исключйть влияние одного шнура на другой.

Пробуренный шпур 10 очищают от штыба и вставляют в него корпус устройства для определения газоносности пласта. К корпу20 су подсоединяют гаэосчетчик, штыбоуловитель и приспособление для герметизации штанги, В дальнейшем бурение осуществляют коронкой диаметром 42 мм. По окончании подготовительных работ перед

25 дальнейшим бурением шпура проверяют известным способом качество герметизации прибора. Затем производят бурение шпура 10 на глубину 1 м и определяют объем газа, выделившегося при бурении и стаби30 лизации газовыделейия в течение 9-10 мин . после окончания бурения шпура 10. 3а стабилизировавшееся принимают газовыделение, которое за 1 мин изменяется в пределах погрешности газосчетчика.

35 В процессе бурения метрового отрезка шпура 10 фиксируют время бурения, время стабилизации газовыделения, стабилизировавшееся газовыделение и массу штыба, Время фиксируют по секундомеру с точно40 стьюдо1 с.

Измерив газовыделение после бурения метрового отрезка шйура 10, штыбоуловитель снимают, штыб взвешивают в колбе, отбирают пробы штыба для определения ос45 таточной газоносности штыба. После этого штыбоулавливатель подсоединяют к воронке.

Остаточную после надработки газоносность разрабатываемого (защищенного)

50 пласта 1 на каждом метровом интервале определяют по формуле

I 11+Ь

XM =Xp.c. + — (V — T)—

А .ш, 2

100,(3)

55 2 2 ) 1OO А „ где x« — средняя остаточная газоносность штыба, при давлении 0,1 МПа, м /т.б.м;

1.г + г,1 + г.0

Ap.c. 3

1754905

=2 м /т,б.м, (4)

Xpc — остаточная газоносность штыба каждой пробы, в данном случае 1,9; 2,1; 2,0 м /т.б,м„

flpp — число проб штыба, набранных для определения остаточной газоносности, п=3;

Ч- объем газа, выделившегося за время бурения и: стабилизации газовыделения, 13,5 л;

l1 — газовыделение из шпура перед бурением, 1,2 л/мин.

12 — стабилизировавшееся газовыделение из шпура после бурения, 1,4 л/мин;

T> — время бурения метрового отрезка шпура, 3 мин.

Tz — время стабилизации газовыделения,2 мин;

А„.ш — масса штыба, 2,7 кг;

Ам.m — зольность угля, 1,8%.

Подставляя цифровые значения в формулу (3), определяют остаточную после надработки газоносность метрового интервала хм=4,2 м /т.б,м, з

Затем. бурят следующий метровый отре" зок шпура 10 и в дальнейшем порядок измерений повторяют. Было пробурено в первом шпуре 10 еще два интервала. Результаты определения остаточной после набработки газоносности: 3,9 и 4,1 м /т.б.м;

Аналогичным способом определяют остаточную после надработки газоносность угольного пласта 1 во втором шпуре 11 на глубину 1 м.

Результаты определения: 4,3-4,04,2 м /т.б.м. Глубина бурения шпуров принята 4 м.

Таким образом, среднее значение остаточной после надработки газоносности защищаемого пласта 1 в разгруженной зоне 3, определенной по трем интервалам в двух шпурах 10 и 11, составило 4,1 м /т.б;м.

Полученное значение остаточной после надработки газоносности сравнивают с критическим значением.

На фиг,5 представлен график зависимости критической газоносности (xmin) от степени метаморфизма (Ч,%), полученный в результате статической обработки эксйериментальных данных угольных пластов Донбасса. Линия критической газоносности разделяет график на две зоны контроля эффективности защитной отработки: "Эффективно" и "Неэффективно". При этом критическая газоносность (xmin) для углей различной степени метаморфиэма составила 5 м /т.б,м. Поэтому в соответствии с граз фиком на фиг.5 во всех случаях, когда остаточная после надработки или подработ10

25

30 только в случае изменения горногеологиче35

h — расстояние по нормали между защитным и защищаемым пластами, в укаэанной зоне определяют остаточную после надработки или подработки газоносность

55 пласта и при остаточной газоносности менее 5м /т.б.м. защитную отработку считают з эффективной.

45 ки газоносность защищаемого пласта меньше 5 м /т,б.м., защита является эффективной и дальнейшая отработка защищаемого пласта осуществляется без применения противовыбросных мероприятий, Например, по результатам определения остаточной после надработки газоносности по двум шпурам 10 и 11 получено среднее значение

4.1 м /т.б.м.; что существенно меньше кри3 тического значения, следовательно в данном случае защитная отработка эффективна и имеется воэможность производить выемку выбросоопасного защищаемого пласта

Кт" беэ противовыбросных мероприятий, Установленное критическое значение газоносности может быть распространено и на другие угольные бассейны страны, Продолжительность контроля эффективности опережающей разработки эащитного пласта 2 предложенным способом составила 5 ч 20 мин (в прототипе — 24 ч), причем работа была выполнена в ремонтную смену, что не повлекло специальной остановки технологических процессов, В предлагаемом способе повторное определение остаточной после надработки йли подработки газоносности с целью контроля эффективности опережающей отработки защитных пластов необходимо производить ских условий, в прототипе — через каждый

10-20 м (не ранее чем через 30.м) подвигания забоя.

Формула изобретения

Способ контроля эффективности защитной отработки выбросоопасных.угольных пластов, включающий бурение шпуров по длине очистного забоя на защищаемом пласте, отбор буровой мелочи и определение остаточной газоносности, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью, снижения трудоемкости и повышения точности контроля, опре- . деляют по простиранию пласта размеры х разгруженной зоны в соответствии с зависимостью

x=-1= где L — расстояние от забоя лавы на защи- щаемом пласте до створа с забоем лавы на защитном пласте;

1754905

1754905

° ) 4с5

1 с

Составитель Б. Лысиков

Редактор Л. Веселовская Техред М,Моргентал . Корректор 3. Салко

Заказ 2875 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям йри ГКНТ СССР

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

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