Способ проведения горных выработок на пластах, склонных к внезапным выбросам угля и газа

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке угольных пластов. Изобретение позволяет разгрузить угольный пласт от газа и предотвратить внезапные выбросы угля и газа. Проводят выработку по породам непосредственной кровли пласта. Разведочные шпуры бурят на глубину, опpеделяемую из соотношения. Измеряют сближение пород кровли и почвы и смещение пород почвы, определяют скорость сближения. Минимальную величину опережения выработкой по породе по отношению к забою угольного пласта при столбовой системе разработки принимают равной расстоянию от ее забоя до участка, на котором скорость сближения имеет максимальное значение, а смещение пород почвы имеет значение не менее величины, определяемой по формуле. После создания необходимого опережения вынимают угольный пласт. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проведении выработок по пологим выбросоопасным пластам, относящимся к категории особо опасных.

Известен способ двухстадийной проходки выработки (см. Кошелев К.В. Зборщик М. П. Охрана горных выработок. Учебное пособие. ДПИ, Донецк, 1978). По этому способу на 1-й стадии осуществляют проходку передовой выработки уменьшенного сечения, располагая ее в центре проектной выработки. Размеры передовой выработки выбираются с учетом сохранения контура проектного сечения в ненарушенном состоянии. Сечение передовой выработки рекомендуется принимать в пределах 5-7 м². На 2-й стадии ведутся работы по расширению выработки до проектного сечения. Время выполнения работ 2-й стадии относительно работ 1-й стадии проходки принимается равным 2-4 мес, а опережение передовой выработки 40-60 м в зависимости от прочности пород. Указанная технология обеспечивает наилучшее поддержание выработки, но не решает задачи по устранению выбросоопасности, поскольку в пластовых выработках с подрывкой боковых пород не исключается внедрение забоя передовой выработки в неразгруженный угольный массив.

Известен способ проведения пластовых выработок на пластах, склонных к внезапным выбросам угля и газа (см. а.с. СССР N 1024596, E 21 F 5/00; E 21 D 9/00, 1983).

По этому способу для предварительной разгрузки пласта от действия сил горного давления и дегазации его осуществляют проходку передовой выработки уменьшенного сечения по породам непосредственной кровли пласта. При этом проходку этой выработки осуществляют на всю проектную длину или на длину не менее 200 м. После проведения передовой выработки осуществляют проходку пластовой выработки проектного сечения со скоростью, не превышающей скорость перемещения передовой выработки по породе.

Ограничение скорости проходки выработки проектного сечения увеличивает время разгрузки и дегазации пласта передовой выработкой.

Однако и этот способ не устраняет выбросоопасности по следующей причине.

Расположение передовой выработки относительно выбросоопасного пласта в пределах мощности непосредственной кровли не ограничивается (Н). При этом величина породной толщи между подошвой выработки и пластом будет равна 0. (Н-h) (h минимальная высота передовой выработки, определяемая согласно требованиям "Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах). Согласно 37 ПБ высота h равна 1,8 м. Мощность непосредственной кровли может достигать 6. 8m (m мощность угольного пласта) для условий Донбасса (см. Краткий справочник горного инженера. М. Недра, 1971).

В условиях особо выбросоопасных пологих пластов Донбасса максимальная мощность пласта составляет 2,1 м. Тогда величина породной толщи между почвой передовой выработки и пластом согласно известному способу будет находиться в пределах 0.14,4 м.

В том случае, когда величина породной толщи равна 0, то почвой передовой выработки служит угольный пласт.

Однако при этом из-за переборов породы и неправильного оконтуривания выработок возможно внедрение забоя передовой выработки непосредственно в неразгруженный угольный массив при буровзрывном способе проходки или коронки исполнительного органа комбайна при механизированной проходке.

Кроме того, поскольку проходка передовой выработки осуществляется на расстоянии менее 4 м от выбросоопасного пласта, согласно требованиям "Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа" (М. 1989), то должно осуществляться опережающее бурение шпуров из забоя передовой выработки для разведки породной толщи и расположения пласта.

Так как выработка располагается на кровле пласта, то необходимо перебуривать пласт разведочными шпурами. Однако при бурении шпуров через породную толщу в неразгруженный угольный массив происходили выбросы угля и газа (интенсивностью до 80 т).

Исключить опасность внедрения передовой выработки в неразгруженный угольный массив можно при условии, если величину породной толщи между передовой выработкой и пластом принять равной не менее максимальной линейной величины перебура породы при проходке выработок. При буровзрывном способе проходки эта величина равна 0,7 м, а при комбайновой проходке, согласно "Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам" 0,5 м. При этом исключается опасность выбросов, обусловленная разрушением породной толщи при так называемом самовскрытии пласта (см. "Исследовать возможность создания безвзрывного (комбайнового) способа вскрытия выбросоопасных пластов". Технический отчет МакНИИ по теме 1705510000-081, N гос. регистрации 8109400, Макеевка-Донбасс, 1983).

Однако при расположении передовой выработки от пласта на расстоянии 0,5-0,7 м не исключается потеря устойчивости породной толщи между выработкой и пластом непосредственно при выемке породы в забое передовой выработки. При этом возможно спонтанно нарастающее истечение метана из пласта. Поэтому при пересечении выбросоопасных пластов проходческими комбайнами согласно известному способу забой располагается на таком расстоянии от пласта, при котором сохраняется устойчивость породной толщи между выработкой и вскрываемым пластом. При этом величина устойчивой породной толщи зависит от ширины выработки и глубины выемки породы за цикл. Величина устойчивой породной толщи, в зависимости от прочности боковых пород, находится в пределах 1,5-4,0 м (см. "Разработать способ вскрытия выбросоопасных угольных пластов проходческими комбайнами". Техотчет МакНИИ по теме 1760022103 N гос. регистрации 01840049614. МакеевкаДонбасс).

Однако если расположить передовую выработку на таком расстоянии от пласта или на расстоянии, равном верхнему пределу величины породной толщи согласно известному способу, то ухудшается условия разгрузки и дегазации пласта передовой выработкой. В этом случае эффект разгрузки пласта может быть усилен за счет выполнения локальных противовыбросных мероприятий через породную толщу бурение дегазационных скважин или нагнетание воды в режиме гидрорыхления. Контроль эффективности этих мероприятий в данном случае может осуществляться при выемке пласта в процессе проходки выработки проектного сечения по динамике газовыделения в соответствии с требованиями п. 2.5.5. "Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа". М. 1989. Однако в процессе выполнения локальных противовыбросных мероприятия происходит внедрение скважины в неразгруженный угольный массив, что создает опасность выброса угля и газа.

Помимо выполнения локальных противовыбросных мероприятий разгрузка пласта в рассматриваемом случае может происходить за счет увеличения во времени размеров зоны неупругих деформаций, образуемой вокруг передовой выработки. Однако этот процесс длителен и разгрузка пласта происходит на некотором удалении от забоя передовой выработки. При этом необходимо контролировать степени разгрузки. Как известно, безопасным считается такой уровень разгрузки выбросоопасного пласта, при котором согласно "Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа" давление газа, замеренное в этом пласте, менее 0,4 МПа. Для контроля степени разгрузки согласно техническому решению по а.с. 1550169 из передовой разгрузочной выработки по породе на пласт бурят контрольные скважины. При этом в качестве опережения разгрузочной выработки забоя по угольному пласту в соответствии с техническим решением (см. а.с. N 1550169), принимают величину, равную расстоянию от контрольной скважины, в которой зафиксирована невыбросоопасная ситуация, до забоя полевой выработки. Поскольку при бурении контрольных скважин происходит пересечение неразгруженного угольного массива, то существует опасность выбросов угля и газа.

Существуют и технические трудности для бурения скважин в неразгруженном угольном массиве. Это бурение должно осуществляться буровыми станками с дистанционным управлением с расстояния не менее 150 м или же с применением устройств для локализации выбросов в начальной стадии их развития. Указанных устройств нет, а буровыми станками с дистанционным управлением отечественная промышленность не располагает.

Известен способ, взятый за прототип (авт. свид. N 1696713), проведения горных выработок на пластах, склонных к внезапным выбросам угля и газа, включающий первоначальное проведение выработки по породам непосредственной кровли пласта и бурение из этой выработки разведочных шпуров. После создания необходимого опережения по отношению к забою угольного пласта осуществляют выемку последнего.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в обеспечении разгрузки угольного пласта. Для этого в известном способе проведения горных выработок на пластах, склонных к внезапным выбросам угля и газа, включающем первоначальное проведение выработки по породам непосредственной кровли пласта и после создания необходимого опережения по отношению к забою угольного пласта выемку последнего, согласно изобретению в выработке по породе измеряют сближение пород кровли и почвы и смещение пород почвы, определяют скорость сближения, минимальную величину опережения выработкой по породе при столбовой системе разработки принимают равной расстоянию от ее забоя до участка, на котором скорость сближения имеет максимальное значение, а измеренное смещение пород почвы имеет значение не менее величины Δh, определяемой по формуле Δh = (k-1)b где Δh смещение пород почвы выработки, м; k коэффициент разрыхления пород в зоне неупругих деформаций вокруг выработки; b величина устойчивой породной толщи, м.

При сплошной системе разработки в выработке по породе бурят скважины для измерения давления газа за пределами участка, на котором скорость сближения имеет минимальное значение, а измеренное смещение пород почвы имеет значение не менее величины Δh₁, определяемой по формуле Δh₁= (b-b₁)(k-1) где Δh₁ смещение пород почвы выработки, м; b величина устойчивой породной толщи, м; b₁ величина толщи пород, при которой в результате прогиба происходит разгрузка пласта выработкой по породе, м;
n количество слоев породы в пределах мощности породной толщи, равной b₁;
k₁ количество пропластков в угольном пласте;
b_1i, σ_пi соответственно мощность и прочность породы на одноосное сжатие i-го слоя породы в пределах толщи пород, равной b, м, кгс/см²;
m_i, σ_сж соответственно мощность и прочность на одноосное сжатие угля i-го пропластка пласта, м, кгс/см²;
m мощность вынимаемого угольного пласта, м.

При этом минимальную величину опережения выработкой по породе принимают равной расстоянию от ее забоя до скважины, в которой величина давления газа не превышает безопасный уровень. Бурение разведочных шпуров при проведении выработки по породе осуществляют на глубину l, определяемую из соотношения
b d ≥ l ≥ c, м
где b величина устойчивой породной толщи, м;
d величина устойчивой толщи пород между донной частью шпура и пластом, м;
с максимальная линейная величина перебора породы при проведении выработки по породе, м.

Отличительные признаки способа позволяют оптимизировать параметры разгрузки пласта и контроля ее эффективности с учетом условий проявления горного давления, физико-механических свойств пород и угля и системы разработки угольного пласта. В основу предлагаемого способа положены физические предпосылки.

Эффективность разгрузки угольного пласта в значительной степени зависит от принятых параметров и используемого способа контроля уровня разгрузки пласта. Параметрами являются мощность породной толщи между передовой выработкой и угольным пластом и величина опережения передовой выработки угольного забоя.

Контроль безопасности уровня разгрузки угольного массива может осуществляться путем замера газового давления в пласт при проходке передовой выработки либо при выемке угольного пласта на второй стадии проходки выработки.

Величина устойчивой породной толщи в соответствии с техническим решением (см. а.с. N 1028852) зависит от прочностных свойств пород и возрастает с уменьшением их прочности. При этом чем меньше эти величины, тем более интенсивно происходит процесс разгрузки и дегазации пласта. Однако ее величина не должна быть меньше максимальной линейной величины перебора породы, поскольку в противном случае возникает опасность внедрения выработки в неразгруженный угольный массив, и, как следствие этого, выброс угля и газа.

Выбор величины опережения передовой выработки уменьшенного сечения зависит от применяющейся на шахтах системы разработки. При столбовой системе разработки, когда сначала ведутся подготовительные работы, т.е. осуществляется проходка штреков, а затем очистная выемка, максимальное опережение передовой выработки не ограничивается. Здесь может быть принят такой порядок ведения работ, при котором проходку передовой выработки осуществляют до границы выемочного участка, а затем до этой же границы на второй стадии проходки проводят выработку проектного сечения.

Иное положение складывается при сплошной системе разработки, когда одновременно с лавой осуществляется проходка штреков, в этом случае максимальная величина опережения передовой выработки ограничивается и определяется принятой технологией работ. Согласно существующему в механике горных пород представлению в процессе проведения выработки за ее контуром образуются величины различные по уровню напряжений зоны пониженных, повышенных и не подверженных влиянию выработки геостатических напряжений. В свою очередь, зона пониженных напряжений разделяется на две области или зоны непосредственно у контура выработки располагается зона, в которой породы находятся в неупругом состоянии, за ней следует зона с породами в упругом состоянии. С точки зрения разгрузки пласта наибольший интерес представляет область или зона, в которой порода находится в неупругом состоянии, т.е. в стадии разгружения или пластического течения. Естественно, если в процессе проходки передовой выработки зона неупругой деформации, образуемая вокруг нее, достигнет пласта, то происходит его разгрузка и дегазация, что устраняет выбросоопасность. В рассматриваемом случае такое положение имеет место, когда величина зоны неупругих деформаций за контуром выработки станет равной величине породной толщи между передовой выработки и пластом. Размеры зоны неупругих деформаций впереди выработок зависят от прочностных свойств пород и напряженного состояния и сечения выработки. В условиях одиночной выработки вне влияния очистных работ напряженное состояние определяется геостатическим полем напряжений. Для расчета радиуса зоны неупругих деформаций предложены различные аналитические зависимости (см. Баклашов И.В. Картозия Б.Л. Механика горных пород. М. Недра, 1985; Руппенетт К.В. Либерман Ю.М. Введение в механику горных пород. М. Госгортехиздат, 1960; Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М. Недра, 1960; Кошелев К.В. Зборщик М.Г. 1978. Охрана горных выработок. Учебное пособие, ДПИ, Донецк и др.). Расчет по этим зависимостям показывает, что в сходных горно-геологических условиях величина зоны неупругих деформаций отличается в 1,5-3 раза. При этом размеры зоны неупругих деформаций прямо пропорциональны прочности породы. С увеличением времени обнажения горного массива прочность пород уменьшается в 1,2-2 раза.

При этом степень уменьшения прочности пород обратно пропорциональна их первоначальной прочности в момент обнажения (см. Баклашов И.В. Картозия Б.Л. Механика горных пород. М. Недра, 1975). С уменьшением прочности возрастает величина зоны неупругих деформаций за контуром выработки. Следовательно, в движущейся выработке чем дальше участок отстоит от забоя, тем больше времени проходит с момента обнажения пород и в большей степени уменьшается прочность пород, а следовательно, в большей степени возрастает зона неупругих деформаций. Поэтому величина опережения передовой выработки угольного забоя является параметром способа.

Поскольку в зоне неупругих деформаций происходит разрушение пород и их пластические течения, то это обусловливает их разрыхление. Коэффициент разрыхления пород составляет 1,114-1,178 (см. Черняк И.И. Бурганов Ю.А. Управление горным давлением в подготовительных выработках глубоких шахт. М. Недра, 1984).

В результате разрыхления пород в зоне неупругих деформаций происходит их смещение на контуре выработки. Это смещение может быть зафиксировано путем инструментальных наблюдений. Эти же измерения, проведенные повторно, позволяют определить скорость смещения. Для измерения в передовой выработке оборудуют замерные пункты. На каждом пункте устанавливают репера и путем маркшейдерских съемок определяют смещение (см. Ардашев К.А. и др. Методы и приборы для исследования проявления горного давления. Справочник. М. Недра, 1981). В том случае, когда зона неупругих деформаций, образуемая вокруг передовой выработки, достигает пласта, смещение пород почвы выработки должно быть равно
Δh = (k-1)b (1)
где Δh смещение пород почвы выработки;
b величина устойчивой толщи пород;
k коэффициент разрыхления пород в зоне неупругих деформаций.

Наиболее активно проявляется горное давление на участке выработки, примыкающей к забою, на котором скорость сближения кровли и почвы выработки возрастает. На этом участке происходит относительно быстрое перемещение зоны повышенных напряжений, которая движется впереди зоны неупругих деформаций (см. Черняк И. Л. Бургаков Ю.А. Управление горным давлением в подготовительных выработках глубоких шахт. М. Недра, 1984).

Естественно, внедрение в пределах этого участка передовой выработки в выбросоопасный массив является опасным. Следовательно, минимальное опережение передовой выработки относительно угольного забоя должно превысить указанный выше участок и в то же время должен быть таким, при котором есть уверенность в том, что зона неупругих деформаций достигнет пласта.

Однако разгрузка пласта от находящейся вблизи полевой выработки может происходить не только в результате образования зоны неупругих деформаций, но и вследствие прогиба породной толщи и угольного пласта в сторону выработки.

Проведенные в последние годы аналитические и экспериментальные исследования позволили определить условие (прочность угля и пород, мощность пласта и породной толщи, структурные особенности пласта и пород), при котором разгрузка имеет место. Это условие имеет следующий вид (см. Разработать способ вскрытия выбросоопасных угольных пластов проходческими комбайнами. Технический отчет МакНИИ, часть 1 и 2, по теме 1760022103, N гос. регистрации 0184.9613, Макеевка Донбасс, 1986).

(2)
Для того чтобы определить в рассматриваемом случае, достаточна ли разгрузка пласта для устранения выбросоопасности, производится бурение скважин через породную толщу на пласту и измеряется давление газа в них. Если это давление не превышает безопасный уровень, то разгрузка пласта достаточна. Бурение скважин в этом случае безопасно, поскольку внедрение скважины осуществляется в частично разгруженный массив.

В случае, если величина породной толщи b > b₁, тогда разгрузка пласта не происходит в момент обнажения. Однако через некоторый промежуток времени за счет образования зоны неупругих деформаций на величину, равную b - b₁, разгрузка пласта имеет место, поскольку порода, залегающая от пласта на расстоянии, превышающем b₁, находится в стадии разрушения или пластического течения. В этом случае величина смещения пород почвы будет равна
Δh₁= (k-1)(b-b₁) (3)
В том случае, когда необходимо ограничить величину опережения передовой выработки относительно угольного забоя, то, например, при сплошной системе разработки осуществляют локальные противовыбросные мероприятия путем бурения скважин на передовой выработке через породную толщу на пласт, которые в дальнейшем используются для дегазации или нагнетания.

Контроль эффективности в данном случае осуществляется путем замера в этих же скважинах давления газа. В то же время внедрение скважин в неразгруженный угольный массив опасно. Поэтому бурение этих скважин осуществляется на таком участке передовой выработки, на котором достигнута частичная разгрузка пласта, т.е. зона неупругих деформаций достигла величины b b₁. По этой же причине при проходке передовой выработки разведочные шпуры, которые необходимо бурить при проходке выработки вблизи выбросоопасного пласта, согласно требованию "Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа" (М. 1989) не добуривают до пласта на величину устойчивой породной толщи между данной частью шпура и выработкой.

На фиг. 1 показана схема проведения выработки по угольному пласту при столбовой системе разработки; на фиг.2 поперечное сечение выработки по породе при столбовой системе разработки; на фиг.3 поперечное сечение выработки проектного сечения при столбовой системе разработки; на фиг.4 - схема проведения выработки по угольному пласту при сплошной системе разработки; на фиг. 5 поперечное сечение выработки по породе при сплошной системе разработки; на фиг. 6 поперечное сечение выработки при сплошной системе разработки; на фиг.7 график изменения скорости сближения пород кровли и почвы в выработке по породе на различном расстоянии от забоя.

Условные обозначения: 1 выбросоопасный пласт; 2 выработка по породе; 3 выработка проектного сечения; 4 породная толща между выработкой по породе и пластом; 5 разведочные шпуры; 6 репера; 7 скважины для контроля эффективности разгрузки; 8 скважины для измерения давления газа; 9 - скважины для выполнения локальных противовыбросных мероприятий (дегазации или нагнетания); АВ участок выработки по породе, на котором скорость сближения пород почвы и кровли выработки по породе имеет максимальное значение; АС₁ участок выработки по породе, на котором зона неупругих деформаций, образуемая вокруг нее, достигает пласта; АC₂ участок выработки по породе, на котором происходит разгрузка пласта в результате прогиба породной толщи и осуществляется измерение давления газа в пласте с использованием скважины В; С₂Д участок выработки по породе, на котором осуществляется бурение скважин 9 для выполнения локальных противовыбросных мероприятий.

Способ осуществляют следующим способом.

По прочностным характеристикам пород рассчитывают величину устойчивой породной толщи между выработкой по породе и пластом, используя известную зависимость (см. Руководство по применению способа вскрытия выбросоопасных пластов проходческими комбайнами избирательного действия. Макеевка-Донбасс, 1987).

(4)
где γ плотность пород, 2,5 г/см³;
H глубина заложения выработки от поверхности, см;
a угол падения пласта, град;
m₁ коэффициент потери прочности пород при увлажнении;
t_п предел прочности породы на сдвиг, кгс/см³;
n₁ коэффициент условий работы породной толщи, т.е. при наличии или отсутствии передовых скважин, ослабляющих прочность пород;
a₁ ширина передовой выработки по почве, м;
l₁ глубина выемки породы за цикл, м.

После расчета породной толщи b принимают b≥с с максимальной линейной величиной перебора породы. Эта величина, как показано ранее, равна 0,5 м при комбайновой проходке и 0,7 м при буровзрывном способе проходки.

Рассчитывают величину породной толщи (d) между данной частью разведочного шпура и пластом следующим образом.

(5)
Глубину разведочных шпуров (l) принимают равной
b d > l > с
Рассчитывают величину смещения пород почвы пласта, при которой зона разгрузки достигает пласта по зависимости (1). Коэффициент разрыхления пород в зоне неупругих деформаций может быть принят равным 1,2. Рассчитывают величину породной толщи b₁, при которой возможна разгрузка пласта в результате прогиба пласта и породной толщи по зависимости (2). Определяют величину смещения пород почвы, при которой возможна разгрузка пласта при прогибе по зависимости (3)
Δh₁= (1-k)(b-b₁)
Коэффициент разрыхления пород в зоне неупругих деформаций в этом случае также принимают равным 1,2.

Над выбросоопасным пластом 1 проводят выработку по породе 2 от забоя выработки проектного сечения 3 в породной толще 4 на расстоянии b≥с с бурением разведочных шпуров на глубине l. После проходки выработки по породе за зону влияния выработки проектного сечения, которая равна трем ее приведенным диаметрам (см. Баклашов И.В. Картозия Б.Л. Механика горных пород. М. Недра, 1975) оборудуют замерный пункт, на котором по контуру сечения выработки бурят четыре шпура диаметром 42 мм, путем цементизации закрепляют металлические стержни (репера 6), наружный конец которых выступает от контура выработки на 60-100 мм. Приведенный диаметр выработки D определяется по формуле

где S сечение выработки, м².

В дальнейшем по мере отхода полевой выработки производят измерения сближения пород кровли и почвы выработки путем использования маркшейдерских приборов или с помощью металлической рулетки с миллиметровыми делениями. Измерения и расчеты производят известными методами (см. Ардышев К.А. и др. Методы и приборы для расследования проявления горного давления. Справочник. М. Недра, 1981).

По результатам замеров определяют скорость сближения и строят график динамики скорости сближения пород кровли и почвы выработки в зависимости от расстояния от забоя выработки 2. По графику определяют участок выработки АВ, на котором рост скорости сближения пород кровли и почвы в выработке 2 достигает максимального значения. При применении столбовой системы разработки фиксируют участок выработки 2, на котором смещение пород почвы достигло величины Dh, и расстояние от забоя передовой выработки АС принимают равным минимальному опережению выработки по породе относительно угольного забоя выработки проектного сечения 3. Если величина смещения пород почвы выработки достигается на участке АВ, тогда минимальную величину опережения выработки 2 угольного забоя выработки проектного сечения 3 принимают равной АВ.

В дальнейшем осуществляют бурение скважин 7 для контроля эффективности разгрузки и при наличии безопасного уровня разгрузки, определяемого в соответствии с "Инструкцией по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа", проводят передовую выработку до границы выемочного участка или осуществляют совместную проходку двух выработок передовой и проектного сечения с неснижаемым опережением АС₁.

При сплошной системе разработки так же, как и в предыдущем случае, начинают проходку выработки 2 в толще пород, равной b от ее почвы до пласта.

После отхода выработки 2 за зону влияния выработки проектного сечения оборудуют замерный пункт, на котором устанавливают репера. По мере отхода выработки 2 измеряют сближение ее кровли и почвы, а также смещение пород почвы выработки. По результатам замеров определяют скорость сближения пород почвы и кровли пласта, строят график динамики скорости сближения в зависимости от расстояния от забоя выработки 2.

По графику определяют участок выработки АВ, на котором скорость сближения пород кровли и почвы в выработке 2 достигает максимума. По мере дальнейшей проходки выработки 2 фиксируют участок АС₂, на котором смещение пород почвы достигло величины Δh₁. В том месте выработки 2, где смещение пород почвы достигает величины Δh₁ (точка С₂), производят бурение скважин для замеры давления газа в пласте. При давлении газа менее безопасного уровня согласно "Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа" (М. 1989) 0,4 МПа минимальное опережение передовой выработки забоя по угольному пласту принимают равным участку АС₂. В случае, если смещение пород почвы выработки равное Δh₁, достигается на участке АВ, тогда на границе этого участка бурят скважины 8 для замера давления газа и при уровне этого давления ниже 0,4 МПа минимальное опережение принимают равным участку АВ. При давлении газа в пласте 0,4 МПа и более осуществляют бурение скважин 9 для выполнения локальных противовыбросных мероприятий на участке выработки по породе С₂Д. В качестве локальных мероприятий применяют дегазацию пласта или нагнетание воды в пласт с параметрами, изложенными в "Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа" (М. 1989). При использовании дегазации пласта расстояние между скважинами принимается равным 2-3 м в соответствии с величиной радиуса их эффективного влияния, который изложен в упомянутой выше "Инструкции.". Разведочные шпуры при проведении выработки 2 располагают так же, как и при столбовой системе разработки. Определив минимальное опережение выработки 2 относительно угольного забоя выработки проектного сечения, осуществляют одновременно проведение обеих выработок по породе и проектного сечения 3.

В процессе проведения соблюдают установленную величину опережения. Для конкретных условий произведен расчет параметров проведения выработки по угольному пласту.

На шахте им. А.А.Скочинского производится отработка особо выбросоопасного пласта "Смоляниновский". Откаточные штреки сечением вчерне 21,0 м² на глубине 1200 м проходят буровзрывным способом. При проходке штреков происходили выбросы. Из-за выбросов темпы проходки составляют 35 м/мес. Кроме того, образующиеся полости выбросов затрудняют ведение очистных работ и возникает опасность эндогенных пожаров, поскольку пласт склонен к самовозгоранию. Это обусловливает необходимость перехода на двухстадийную проходку. Отработка выемочных полей осуществляется с применением столбовой или сплошной системы разработок.

Мощность пласта (m) равна 1,6 м. Он состоит из 2-х пачек. Мощность первой пачки 1,3 м, коэффициент крепости f 1,5 по шкале М.М.Протодьяконова, σ_сж= 150 кгс/см². Уголь верхней пачки мощностью 0,2-0,3 м и углистый сланец мощностью 0,1 м, разделяющий пачки, относятся к IV-V категории нарушенности. Предел прочности на одноосное сжатие составляет 9,0.15,5 кгс/см². Угол наклона пласта 12-16 ^o. В кровле пласта залегает глинистый сланец крепостью f 3-4; предел прочности на одноосное сжатие σ_п составляет 300-400 кгс/см², сопротивление пород сдвигу τ_п= 60-80 кгс/см². Угол внутреннего трения ρ = 25-28°. Мощность глинистого сланца 15 м.

В почве залегают песчаный сланец мощностью 1,0 м и песчаник мощностью 48 м.

Проведение выработки в этих условиях можно осуществлять путем проведения выработки в породах кровли. Так как породы кровли средней крепости, то возможно проведение выработки по породе осуществлять механизированным способом с использованием комбайна. Глубина выемки породы за цикл в этом случае l₁ равна 1 м, а сечение выработки может быть принято 11 м², ширина этой выработки по почве принималась равной ширине выработки проектного сечения Q, равной 5 м, а высота не менее 1,8 м.

Коэффициент m 0,8, так применяют орошение для пылеподавления при работе комбайна, а коэффициент n₁ 1. Поскольку проходка механизированная, то максимальная линейная величина перебора породы, как показано выше, равна 0,5 м. Производя расчет по зависимостям 4 и 5, получим что величина устойчивой породной толщи между передовой выработкой и пластом (b) равна 1,8 м, а величина устойчивой породной толщи между данной частью разведочного шпура диаметром 42 мм и пластом (d) равна 0,3 м. Тогда длина разведочного шпура должна отвечать условию 0,5 < l < 1,5. Примем l 1,0 м, а b 2 м.

Приняв коэффициент рыхления пород в зоне неупругих деформаций равным 1,2, определим смещение Δh пород почвы по зависимости 1, при которой зона неупругих деформаций достигает пласта. Получим Δh=40 мм. Подставив в зависимость (2) приведенные выше значения, определим величину породной толщи (b₁), при которой проведение выработки по породе происходит разгрузка пласта вследствие прогиба, получим b₁=0,8 м. Тогда величина смещения пород почвы Δh₁ выработки по породе, при котором возможна разгрузка пласта вследствие прогиба, по зависимости равна Δh₁=24 мм.

Для измерения сближения пород кровли и почвы выработки замерный пункт оборудуется на расстоянии 15,5 м от проектной выработки.

Получив исходные параметры b, l, Δh и Δh₁, осуществляют проведение выработки при столбовой системе разработки по схеме, показанной на фиг.1, 2, 3, и при сплошной системе по схеме, показанной на фиг.3, 4, 5. Порядок выполнения способа по этим схемам описан выше.

Формула изобретения

1. Способ проведения горных выработок на пластах, склонных к внезапным выбросам угля и газа, включающий первоначальное проведение выработки по породам непосредственной кровли пласта, бурение из этой выработки разведочных шпуров и после создания необходимого опережения по отношению к забою угольного пласта выемку последнего, отличающийся тем, что оставляют устойчивую породную толщу между выработкой, проводимой по породе, и пластом угля, по мере отхода выработки производят измерение сближения пород кровли и почвы выработки и смещение пород почвы и по результатам замеров определяют скорость сближения пород кровли и почвы и участок, на котором скорость сближения пород кровли и почвы достигает максимального значения, при этом минимальную величину опережения выработкой по породе принимают равной расстоянию ее от забоя до границы участка, на котором скорость сближения пород кровли и почвы выработки достигает максимального значения, а величина замеренного на указанном участке смещения пород почвы достигается заданной для действующей системы разработки, причем бурение разведочных шпуров осуществляют на глубину l, определяемую из соотношения
b-d≥l≥c, м,
где b величина устойчивой породной толщи, м;
d величина устойчивой толщи пород между донной частью шпура и пластом, м;
c максимальная линейная величина перебора породы при проведении выработки по породе, м.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при столбовой системе разработки величину смещения пород почвы принимают не менее Δh, определяемой по формуле
Δh = (K-1)b,
где Δh смещение пород почвы выработки, м;
K коэффициент разрыхления пород в зоне неупругих деформаций вокруг выработки;
b величина устойчивой породной толщи, м.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сплошной системе разработки величину смещения пород почвы принимают не менее Δh, определяемой по формуле

где Δh₁ смещение пород почвы выработки, м;
b величина устойчивой породной толщи, м;
b₁ величина толщи пород, при которой в результате прогиба происходит разгрузка пласта выработкой по породе, м;
n количество слоев породы в пределах мощности породной толщи, равной b;
K₁ количество пропластков в угольном пласте;
b_1i, σ_ni соответственно мощность и прочность породы на одноосное сжатие i-го слоя породы в пределах толщи пород, равной b, м и кгс/см²;
соответственно мощность и прочность на одноосное сжатие угля i-го пропластка пласта, м и кгс/см²;
m мощность вынимаемого угольного пласта, м,
при этом дополнительно бурят скважины для измерения давления газа за пределами участка, на котором скорость сближения имеет максимальное значение, а минимальную величину опережения выработкой по породе принимают равной расстоянию от ее забоя до скважины, в которой величина давления газа не превышает безопасный уровень.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при измеренном давлении газа, равном или превышающем безопасный уровень, осуществляют бурение дегазационных скважин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7