Инструкция по изоляции выработок и выработанных пространств в угольных шахтах (стр. 6 )

Временная изоляция выработок с углом наклона менее 450, имеющих выход на земную поверхность (рисунок 39, а), осуществляется с помощью бетонных и кирпичных перемычек.

Рисунок 39 – Схема временной изоляции крутонаклонных выработок

Перемычки 1 возводят на расстоянии 5 м выше от сопряжения с подводящими выработками и в устье – на расстоянии не менее 5 м от поверхности (измерения производить по кровле выработки). При изоляции выработок на срок более 6 мес. применяют перемычки с подыливанием. Перемычку оборудуют газодренажной трубой с клапанами, устанавливают указатель, засыпают глиной 2, делают водоотводную канаву и ограждение.

Постоянная изоляция в действующей шахте при ликвидации выработок, пройденных в пласте угля с углом наклона до 450 (рисунок 39, б), состоит в том, что на расстоянии 10 м от сопряжения с горными выработками выкладывают две клетки (костры) 5 – одну из деревянных стоек, другую из железобетонных шпал или из рельсов. Наклонную выработку от клетки до коренных пород 4 погашают. На расстоянии 5 м от сопряжения с действующими выработками сооружают бетонитовую или бетонную перемычку 1, оборудованную трубами для заиливания обрушенного пространства. Трубу для подачи глинистой пульпы выводят в обрушенные породы выше кровли выработки на 0,5 м, трубу для выпуска воды снабжают гидрозатвором.

Провалы и трещины на поверхности, образующиеся при обрушении выработки, засыпают глиной слоем не менее 1 м, поверхность планируют и прикатывают. Устья выработки засыпают глиной 2, ограждают, делают водоотводную канаву и устанавливают указатель.

Наклонные выработки, пройденные по горным породам или пласту угля, но закрепленные бетоном (железобетоном), ликвидируют путем возведения двух бетонных изолирующих перемычек (рисунок 39, в). Одна перемычка сооружается в выработке на глубине от земной поверхности, равной десятикратной высоте выработки вчерне, другая перемычка возводится в 10 м от устья выработки. Участки выработки между перемычками и устьем заполняют негорючим материалом 3.

Изоляция горизонтальных выработок

Временная изоляция горизонтальных и наклонных (до 100) выработок, выходящих на земную поверхность, например штольни, осуществляется аналогичным образом, как и в шахте.

Перемычку 1 возводят в крепких породах на расстоянии 3 м от устья штольни (рисунок 40, а). Материал и конструкцию перемычки выбирают в зависимости от продолжительности ее изоляции и сечения выработки.

Рисунок 40 – Схема изоляции горизонтальных выработок

У устья выработки делают решетчатую перегородку 2 и водоотводную канаву 3.

Постоянная изоляция горизонтальных и наклонных выработок производится при ликвидации (консервации) шахты или ее частей (рисунок 40, б).

Для начала работ по изоляции из выработки извлекают кабели и элементы металлического крепления и рельсового пути. Для сохранения от разрушения массива, в котором будут возведены перемычки, крепление со стороны изолируемого пространства на длине 10 м и на всем расстоянии до поверхности не демонтируют.

Бетонную перемычку 1 сооружают на расстоянии от устья выработки, где мощность пород в ее кровле составляет не менее десятикратной высоты выработки. Перемычку 2 возводят в 10 м от ее устья. Пространство между перемычками и выходом выработки на земную поверхность заполняют негорючими породами 3.

В шахтах, ликвидируемых сухим или комбинированным способом, в которых горные работы велись выше штольни (наклонного ствола и т. д.), и уровень воды в изолированном пространстве которых должен сохраняться постоянным, изоляция выработок, выходящих на земную поверхность, должна осуществляться перемычками с гидрозатвором. Для этой цели могут быть использованы клинчатые водоупорные перемычки, которые будут эксплуатироваться в режиме постоянного подтопления. Контролировать состояние перемычек, а тем более ремонтировать их со стороны изолированного пространства будет невозможно, поэтому они должны отличаться повышенной прочностью, быть железобетонными.

Водоупорные перемычки необходимо сооружать в крепких и нетрещиноватых породах и не ближе 10 м от устья выработки. На расстоянии 20 м (не менее) от перемычки в сторону изолируемого пространства крепление запрещается демонтировать, а если оно деформировано, то дверной оклад усиливают металлическими или железобетонными стойками.

Для предотвращения разрушения выработки и снижения отрицательного влияния динамических нагрузок на перемычку (прорывы больших масс воды или глины, обрушение пород и др.) на расстоянии 10 м от нее устанавливают барьер 1 из насыпных пород (рисунок 41, а).

Рисунок 41 – Схема усиления перемычек

Кусками пород заполняют все сечение выработки. Длина барьера у кровли выработки должна быть не менее 5 м. Для его создания могут быть использованы только скальные породы, неразмокаемые в воде (по заключению специальных организаций). Размер кусков породы должен быть не менее 300 мм. Для выпуска воды под породами на почве выработки укладывают три трубы 2 диаметром не менее 300 мм с перфорацией, как по их длине, так и по периметру. На расстоянии 3 м от перемычки выкладывают клетку (костер) 3 из железобетонных шпал.

По периметру выработки делают вруб с помощью отбойного молотка. Применять для этой цели взрывчатые вещества запрещается. Во врубе бурят шпуры для установки арматуры спецпроката 1 (рисунок 41, б). Размеры и конструкцию арматурной решетки определяют расчетом.

Водоупорные перемычки представляют собой единую монолитную конструкцию, включающую рубашку с открылками 2, гидрозатвор 3 и тело перемычки 4. Детали шибера гидрозатвора 5 выполняют из железобетонных конструкций. Для возведения перемычки используют литой бетон, изготавливаемый на заводе. Укладку бетона ведут слоями толщиной 0,25 – 0,30 м с последующим уплотнением вибратором. В перемычке размещают трубу 6. На её конец, выходящий в устье выработки, наворачивают переносной манометр 7 для контроля за уровнем воды в изолированном пространстве.

Устье выработки перекрывают прочной решетчатой перегородкой с дверью.

Изоляция скважин

При временной изоляции (рисунок 42, а) скважины диаметром менее 200 мм со стороны подземных горных выработок забивают деревянную пробку 4 длиной 0,8 м, в которой укрепляют трубу 5 диаметром 50 мм и длиной 3,5 м для выпуска воды.

Рисунок 42 – Схема изоляции скважин

Верхний конец дренажной трубы должен быть загнутым (гусак), нижний U – образной формы (гидрозатвор). Обсадную трубу 3 на поверхности закрывают металлической заглушкой 2 на резьбе, к которой приварен указатель 1.

Скважину диаметром 200 мм и более при временной изоляции (рисунок 42, в) со стороны шахты перекрывают настилом 10 из однорезок или брусьев, которые закрепляют стойками 9 под верхняк. В настиле монтируют трубу 5 с ²гусаком² в верхней части и гидрозатвором – в нижней. С поверхности скважину заполняют глиной на высоту 2,5 м. Верхний конец дренажной трубы должен выступать над уровнем глины 8 на 1 м. Обсадную трубу 3 на поверхности закрывают заглушкой 2 с указателем 1.

Постоянная изоляция (рисунок 42, б) скважин диаметром 200 мм и менее при их ликвидации производится заполнением глиной 8 на всю их глубину. В скважину со стороны подземных горных выработок забивают деревянную пробку 4 на высоту 1 м, которую подпирают крепежной рамой 9. Вокруг обсадной трубы 3 на поверхности делают котлован 7, который заполняют влажной глиной 8, а затем сооружают тумбу 6 из бетона. Трубу закрывают заглушкой 2 с указателем 1.

При постоянной изоляции скважины диаметром 200 мм и более (рисунок 42, г) со стороны горных выработок сооружают опалубку из однорезок 10. Опалубку раскрепляют стойками под верхняк 9. Скважину заполняют бетоном 11 на высоту 3,5 м от опалубки, а после схватывания бетона скважину на всю длину заполняют негорючим материалом 12, но не глиной. Чтобы избежать забучивания скважин при засыпке, размер кусков наполнителя не должен превышать ¼ диаметра скважин. Вокруг обсадной трубы 3 делают котлован глубиной не менее 0,5 м. Котлован и тумбу одновременно заполняют бетоном 13.

Изоляция провалов и трещин на поверхности

Разработка угольных пластов системами с обрушением кровли вызывает значительное движение горных пород с образованием провалов и трещин на земной поверхности.

При изоляции выработанных пространств провалы подлежат засыпке, которая должна обеспечивать надежное перекрытие выходов пластов и трещин в коренных породах. Толщина изоляционной подушки (рисунок 43) должна быть не менее 3 м, считая от уровня коренных пород. Борта провалов должны иметь пологие склоны.

Рисунок 43 – Схема засыпки провалов

Для засыпки провалов используют рыхлые отложения, расположенные в непосредственной близости от провалов и трещин. Работы выполняются бульдозером, который со стороны лежачего бока пласта послойно срезает грунт и перемещает его в провал. Минимальная мощность наносов, оставленных над коренными породами, должна быть не менее 3 м. На участках, опасных по прорывам глины, засыпку провалов производят рыхлыми отложениями в смеси с коренными породами в соотношении 1:3. Для засыпки провалов и трещин могут быть использованы глинистые наносы, шахтные породы, отсевы и другие материалы, в которых не содержатся горючие вещества. Перед засыпкой необходимо взрывным способом ликвидировать навесы и произвести выполаживание бортов.

При мощности наносов до 3 м засыпку провалов следует производить привозным грунтом. Для этой цели породу автосамосвалами транспортируют и складируют по бортам провала, а затем бульдозерами перемещают в провал. После заполнения провала материал уплотняют бульдозерами, а склоны отвала выполаживают. Над породами делают изолирующую подушку из глины толщиной не менее 3 м, которую укатывают бульдозером или катком.

Для сокращения сроков работ по изоляции привозной материал целесообразно размещать в районе выходов пластов, чтобы в дальнейшем его переместить в образовавшиеся провалы.

Работу по засыпке провалов необходимо вести круглый год.

Мерзлую корку наносов в зимнее время следует рыхлить. Материал для засыпки провалов нужно заготавливать по мере их образования. Промерзшую корку целесообразно рыхлить буровзрывным способом, при этом скважины следует располагать так, чтобы при их взрывании исключалось образование больших глыб.

Рыхление корки производится на площади, ширина которой равна ширине траншеи, образуемой бульдозером (3-3,5 м), а длина не более 40 м. Взорванная корка перемещается бульдозером в провал, сверху насыпаются рыхлые отложения, разрабатываемые бульдозером в образовавшейся траншее. Разработка талых пород ведется непрерывно, для того, чтобы не допускать промерзания. Одновременно производится бурение скважин для следующей траншеи.

Для засыпки в зимнее время целесообразно вдоль выходов пластов в местах образования провалов заранее (летом) заготавливать материал в штабелях. При образовании провалов они заполняются заготовленным материалом. Летом на этих участках производят чистку и выравнивание поверхности. На участках, не опасных по прорыву глин и имеющих достаточное количество рыхлых отложений, штабеля создают из местного материала, который насыпают на предполагаемые места образования провалов. На шахтных полях, где отсутствуют наносы, штабеля можно создавать из привозных негорючих материалов, в том числе из рыхлых глинистых пород. На участках, опасных по прорывам глины, необходимо, чтобы штабеля состояли только из коренных пород. Последние, попадая вместе с наносами в выработанное пространство, препятствуют переходу глинистых пород в подвижное состояние. На этих участках можно использовать также горелые породы, естественные и горелые породы отвалов. Объем и размеры штабелей принимаются по маркшейдерским данным. Материал для засыпки провалов обычно не требует сортировки. Если коренные породы представлены, в основном, крупными кусками и рыхлые отложения над выходами пластов имеют незначительную мощность (менее 3 м), то при закладке штабеля добавляют мелкий материал. Штабеля формируют бульдозерами, скреперами, экскаваторами и автосамосвалами.

При крепких труднообрушаемых породах кровли и наносах мощностью менее 3 м целесообразно производить выполаживание бортов и частичную засыпку провалов взрывным способом. Взрывные работы производят с применением скважин, котловых и камерных зарядов.

При засыпке провалов воздухопроницаемыми породами, например, горелыми, над ними следует создавать изоляционные слои из глинистых наносов толщиной не менее 3 м. Засыпка провалов и трещин преследует не только ликвидацию аэродинамической связи горных работ с поверхностью, но и выравнивание (восстановление) земной поверхности. После окончания работ следует производить ее планировку.

Изоляция земной поверхности, нарушенной

открытыми горными работами

Мощные пласты угля, залегающие на небольшой глубине от земной поверхности, разрабатываются разрезами. При дальнейшей доработке этих пластов подземным способом через целики происходит фильтрация воздуха, что приводит к самовозгоранию угля как на разрезах, так и в шахтах, поэтому после окончания работ по добыче угля открытым способом выемки разрезов должны быть засыпаны не позднее чем через месяц (рисунок 44).

Рисунок 44 – Схема ликвидации нарушений поверхности разрезами

Перед засыпкой выемки из разреза необходимо удалить весь разрыхленный уголь, а борта, особенно со стороны лежачего бока пласта, зачистить от разрушенного угля. Произвести тщательный осмотр угольных уступов. При обнаружении признаков самовозгорания уголь из этого района должен быть удален, очаг пожара проилен глинистой пульпой консистенции не ниже 1:5 (по объему) или обработан 5 %-ным раствором хлористого кальция. Заполнение разреза породой и наносами при наличии в нем очагов самовозгорания угля запрещается.

Выемки разрезов засыпают негорючим материалом. Перед засыпкой дно и борта разреза покрывают слоем глины толщиной не менее 1 м от уровня коренных пород. После этого выемку засыпают не менее чем на 3 м породами вскрыши, в которых по результатам лабораторных анализов не должны содержаться горючие вещества. Крупнокусковой материал (более 10 см), используемый для засыпки, проиливают глинистой пульпой консистенции не менее 1:3 (по объему) из расчета 1 м3 пульпы на 5 м3 породы. Затем на слой породы насыпают суглинки или супеси толщиной не менее 3 м. При засыпке выемок только наносами толщина изолирующего слоя должна быть не менее 5 м.

Складирование в выемках, подлежащих подработке, отходов углеобогащения, пород с шахтных отвалов, мусора и других отходов производства запрещается.

Вокруг выемки разреза на расстоянии 1 м от борта прокапывают водоотводную канаву.

Изоляция выработок после окончания работ отражается на плане поверхности шахты.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 5

МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Одним из основных направлений обеспечения конкурентоспособности подземной угледобычи в условиях рыночной экономики является выборочная отработка участков месторождений с дефицитными марками углей, соответствующих требованиям рынка, по технологической схеме «шахта-пласт» с использованием высокопроизводительных отечественных и импортных механизированных комплексов.

Опыт отработки пологих и наклонных пластов по схеме «шахта-пласт» в Кузбассе показал, что при эксплуатации наклонных воздухоподающих стволов, проведенных по склонным к самовозгоранию угольным пластам, резко повышается их эндогенная пожароопасность. В этом случае формирование очага самовозгорания угля наиболее вероятно в целике между наклонными стволами с разнонаправленным движением в них воздуха в зоне неустановившегося теплового режима, который наблюдается на некотором расстоянии от сопряжения вентиляционного канала с воздухоподающим стволом. Активизации процессов сушки и окисления угля в этой зоне способствуют прососы воздуха через целик вследствие интенсивной трещиноватости угольного массива и большого перепада давлений воздуха. Подтверждением сказанному является возникновение очагов самонагревания угля (ш. «Талдинская-Западная -1») и эндогенных пожаров (ш. «Талдинская-Западная-2», «Грамотеинская» и др.) в угольных целиках между наклонными стволами.

Опасность самовозгорания угля в наклонных вскрывающих выработках, проведенных по угольному пласту, неразрывно связана с наличием локальных зон повышенной трещиноватости в целике между наклонными стволами с разнонаправленным движением в них вентиляционных струй. В связи с этим для выбора мероприятий по предупреждению самовозгорания угля в таких условиях важное значение имеет прогнозирование эндогенной пожароопасности на основе достоверного установления локальных зон повышенной трещиноватости угольных целиков между вскрывающими выработками.

На стадии проектирования шахт определение зон повышенной эндогенной пожароопасности в наклонном воздухоподающем стволе производится по данным геологоразведочных работ в соответствии с "Дополнением в "Инструкцию по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса" (Кемерово, 1999). Опыт применения указанного нормативного документа подтвердил правильность и практическую приемлемость принимаемых проектных решений по предупреждению самовозгорания угля в наклонном воздухоподающем вентиляционном стволе. В то же время была установлена необходимость корректировки отдельных положений в части прогнозирования границ нарушенных и воздухопроницаемых зон в целиках между наклонными вскрывающими выработками и обоснования мер по снижению их эндогенной пожароопасности в связи с применением в последние годы методов подземной электроразведки для оценки состояния угольного массива.

В настоящей «Методике...» изложены положения по прогнозированию с использованием геофизических методов исследований и выбору мер по снижению эндогенной пожароопасности наклонных вскрывающих выработок, проводимых по угольному пласту, что позволяет существенно расширить область применения технологической схемы «шахта-пласт» на склонных к самовозгоранию пологих и наклонных пластах.

УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОЧАГОВ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ

Согласно современным воззрениям уголь является высокопористым веществом, весьма сложным по составу и химической структуре, и представляет собой по существу систему «уголь – вода – метан». При ведении горных работ равновесное состояние данной системы нарушается, вследствие чего уголь выделяет метан и сорбирует кислород. Интенсивность протекания указанных процессов во многом зависит от содержания в угле влаги, заполняющей трещины, макро - и микропоры. Особую значимость этот фактор имеет в стадии самонагревания угля, в конце которой его температура достигает критической величины (70 – 90 оС).

На основании выполненных НЦ ВостНИИ крупномасштабных экспериментальных исследований тепло - и массообмена в системе «уголь – воздух» установлено, что закономерности формирования очагов самовозгорания угля заключаются в следующем:

·  плотность результирующего потока влаги (от угля к воздуху) и генерация тепла при окислении угля в зависимости от времени имеют идентичный прогрессирующий характер в интервале скоростей фильтрации воздуха через угольное скопление (2,5 - 4,6) · 10-3 м/с, соответствующих ламинарному и переходному режимам (Re = 25-41);

·  при температуре угля°С и скорости фильтрации воздуха (4,7 - 6,0)·10-3 м/с происходит уменьшение влагообмена и термодинамическая стабилизация гетерогенной реакции окисления в угольном скоплении вследствие углубления зоны испарения внутрь кусков угля и увеличения пути диффузии влаги;

·  понижение температуры поступающего воздуха на 3-5 °С и относительной влажности его до 70 % во второй стадии кинетики сушки (интенсивное испарение влаги из угля) приводит к перемещению экстремума системы “уголь-воздух” в зону, опасную по возникновению эндогенных пожаров;

·  переход процесса самонагревания угольного скопления в стадию возгорания наступает при снижении влажности угля в среднем на 60 % по сравнению с естественной в турбулентном режиме движения воздуха (Re ³ 50).

В связи с изложенным возникновение очага самовозгорания угля возможно при совокупном взаимодействии следующих условий: продолжительность процесса окисления угля достаточна для снижения его естественной влажности до критической величины; скорость фильтрации воздуха через угольное скопление обеспечивает прогрессирующее развитие окислительного процесса без перемещения очага самонагревания угля; генерация тепла от реакции окисления приводит к повышению температуры угольного скопления в течение периода, необходимого для достижения критической влажности угля (Wкр. = 0,4 Wест.). При различных сочетаниях указанных условий происходит ветвление процесса по стадиям: низкотемпературное окисление; самонагревание и самовозгорание угля.

Применительно к целикам между наклонными вскрывающими выработками, проведенными по угольному пласту, реализация указанных выще условий самовозгорания угля происходит по следующим причинам:

·  наличие аэродинамической связи между наклонными стволами при больших перепадах давления воздуха;

·  отсутствие эффективного контроля зон нарушенности угольных целиков между наклонными вскрывающими выработками на стадии их проведения;

·  нестабильный режим движения воздуха в наклонных стволах при большом количестве в них вентиляционных сооружений (сбоек, кроссингов);

·  изменение режима работы калорифера, в результате чего повышается температура поступающего в шахту воздуха и ускоряется процесс сушки целика, влекущий за собой увеличение его деформации (растрескивания) и образование свежеобнаженных поверхностей угля, способных интенсивно окисляться;

·  отсутствие приемлемой для практики методики прогнозирования и выбора мер по снижению эндогенной пожароопасности наклонных вскрывающих выработок.

Как показал анализ результатов исследований, формирование очагов самовозгорания угля в шахтах происходит при весьма незначительной скорости фильтрации воздуха (0,002 – 0,005 м/с), что вызывает необходимость обеспечения качественной изоляции зон повышенной трещиноватости в целиках угля между наклонными вскрывающими выработками с разнонаправленным движением в них воздушных струй.

1  МЕТОДИКА И АППАРАТУРА ПРОВЕДЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ СОСТОЯНИЯ ЦЕЛИКОВ МЕЖДУ

НАКЛОННЫМИ ВСКРЫВАЮЩИМИ ВЫРАБОТКАМИ

Геофизические исследования состояния целиков между наклонными вскрывающими выработками проводятся с использованием методов подземной электроразведки, основанных на изучении электромагнитных полей, существующих в Земле в силу естественных космических, атмосферных и физико-механических процессов или созданных искусственно.

Измерения активности естественного электромагнитного излучения (ЭМИ) производятся индикатором электромагнитной эмиссии во взрывобезопасном исполнении в соответствии с требованиями ГОСТ 22782.5-78 и ГОСТ 22781.0-81. Прибор предназначен для оценки напряжённого состояния участков горного массива по интенсивности естественного ЭМИ на шахтах и рудниках, опасных по взрыву пыли и газа. Датчик (антенна) электромагнитного излучения изготовлен на частоту регистрации 100 кГц.

Экваториально-дипольное электропросвечивание параллельное (ЭДЭП-П и ЭДЭП-П-У) и экваториально-дипольное электропросвечивание (ЭДЭП) осуществляются с применением комплектов аппаратуры типа «СЭР» и «ШЭРС.

Для выполнения измерений в шахте необходимы также следующие принадлежности: секундомер (2 шт.), мерная лента (10 м), карандаш, кузнечное зубило, ломик, топор, мел, рабочий журнал.

Для обработки данных на поверхности необходим персональный компьютер с принтером.

Метод электромагнитной эмиссии (ЭМИ) используется как поисковый, для выявления в угольных целиках аномальных по нарушенности зон. Обследование целиков угля между наклонными вскрывающими выработками методом ЭМИ производится следующим образом.

Регистрация ЭМИ проводится индикатором электромагнитной эмиссии одновременно по двум каналам регистрации (время регистрации – 10 с). На каждом пикете выполняется по одной паре измерений ЭМИ - одновременно по первому N1 и второму N2 каналам регистрации. Ориентация антенны параллельно боковой поверхности капитальных выработок. Расстояние между точками измерений (пикетами) 10 м. При измерениях в рабочем журнале при получении высоких показателей отмечаются условия вблизи точки измерения (большая масса металла, включение и выключение электрооборудования, сопряжения выработок и другое). По результатам измерений строятся графики ЭМИ по длине выработки. При обнаружении зон, где количество импульсов ЭМИ превышает фоновые в 50 раз и более, производится их детальная электроразведка.

Для детального обследования выявленных методом ЭМИ участков целиков угля с повышенной трещиноватостью необходимо проведение электроразведочных работ методами дипольного электро-профилирования (ДЭП), дипольного осевого зондирования (ДОЗ), экваториально-дипольного электрозондирования последовательной установкой (ЭДЭЗ), трехэлектродного электрозондирования (ТЭЗ), параллельного экваториально-дипольного электропросвечивания (ЭДЭП-П) и экваториально-дипольного электропросвечивания (ЭДЭП).

Схемы размещения аппаратуры и оборудования при шахтных наблюдениях с помощью различных модификаций подземной электроразведки приведены на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1- а - ДОЗ; б - ДЭП; в - ТЭЗ; г - ЭДЭЗ; 1-генератор; 2-приемник; А и В - питающие электроды; М и N - приемные электроды

Схемы модификаций шахтной электроразведки

по одиночной горной выработке

В методе ЭДЭП источник электрического поля фиксируется в одной выработке, а приемник перемещается по другой выработке (см. рисунок 2).

Сущность ЭДЭП-П заключается в том, что электрическое поле создается в одной выработке выемочного столба угольного пласта, а изучается в другой выработке этого же выемочного столба. Заземление электродов также осуществляется в кровлю и почву выработки. Приемный и питающий диполи перемещаются одновременно по временному графику.

Результаты наблюдений заносятся в журнал.

 
Рисунок генератор; 2 - приемник; А и В - питающие электроды;

М и N - приемные электроды

Метод параллельного экваториально-дипольного электропросвечивания (ЭДЭП-П) по двум параллельным выработкам

Перед измерениями осматривают участок проведения работ с целью устранения возможных помех. Производится разметка пикетов мерной лентой с привязкой их к сопряжениям горных выработок или к маркшейдерским пикетам. Расстояние между пикетами составляет от 2,5 до 10 м. В кровле и почве выработок на точках заземления электродов наносится черта медным купоросом. Далее производится монтаж установки, подготовка установки к работе на точке, согласно инструкции, прилагаемой к аппаратуре.

При проведении исследований приемный диполь МN и источник тока (электрод А или диполь АВ) перемещаются последовательно от точки к точке каждый по своему профилю. Размеры установок выбираются, исходя из уверенного приема сигнала.

Использование дипольных методов позволяет выделить практически все нарушенные зоны углевмещающего и угольного массивов.

Для обработки данных необходимо по исследуемому участку иметь следующую информацию:

- выкопировку с плана горных работ участка с нанесением маркшейдерских и геофизических пикетов и вскрытых горными выработками тектонических нарушений;

- данные о глубине залегания, мощности, угле падения и строении пласта, местах повышенного газовыделения и обводненности (по данным замеров в горных выработках);

- зарисовки геологических нарушений с указанием их параметров;

- геологические разрезы по стволам;

- электрический каротаж по одной–двум скважинам на исследуемом участке.

Обработка результатов шахтных исследований производится с помощью пакета программ (PRN, SGR).

Исходные данные, записанные в полевые журналы, вводятся в компьютер в виде таблицы по приведенной ниже форме (таблица 1).

Таблица 1 - Форма данных для компьютерной обработки

N1

Пикет

Координата пикета

Потенциал

Ток

Данные из таблицы переводятся в формат пакета программ (PRN, SGR), при этом данные замеров приводятся в соответствие с планом (выкопировкой с плана горных работ) участка. После этого производится обработка шахтных данных с использованием вышеуказанных программ. По результатам обработки в плане отстраиваются изменения разности потенциалов в виде карт (томограмм) и определяются относительные показатели нарушенности массива для отдельных участков nнар. = DUi / DUфон. По опыту применения методов подземной электроразведки за величину DUфон. принимается среднеинтегральное значение разности потенциалов на всем протяжении исследуемого участка.

2  ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ВЫБОР МЕР ПО СНИЖЕНИЮ

ЭНДОГЕННОЙ ПОЖАРООПАСНОСТИ НАКЛОННЫХ

ВСКРЫВАЮЩИХ ВЫРАБОТОК

Основным направлением снижения эндогенной пожароопасности проведенных по угольному пласту наклонных вскрывающих выработок является ликвидация аэродинамической связи через целик угля между этими выработками. Утечки воздуха через указанный целик зависят от его ширины, проницаемости, обусловленной трещиноватостью угольного массива, площади фильтрации и перепада вентиляционных давлений. Поэтому мероприятия по предупреждению самовозгорания угля необходимо предусматривать на стадии проектирования шахт и корректировать их в процессе проходки и эксплуатации наклонных вскрывающих выработок в соответствии с данными геофизических исследований нарушенности угольного массива.

Согласно нормативным требованиям, при вскрытии шахтоучастков на пологих и наклонных пластах выработками по углю размер целика должен составлять:

- между выработками с разнонаправленными воздушными струями – не менее 40 м;

- между выработками с сонаправленным движением воздуха – не менее 30 м;

- между выработками с исходящей струей воздуха и демонтажными камерами – не менее 20 м.

Однако следует учитывать, что даже при соблюдении указанных размеров целиков и отсутствии аэродинамической связи между вскрывающими выработками, реальную опасность самовозгорания угля представляют утечки воздуха через трещиноватый угольный массив в приконтурной зоне этих выработок.

При проектировании шахт состояние целика угля между наклонными вскрывающими выработками следует определять по данным геологоразведочных работ, характеризующим трещиноватость угольного пласта с учетом петрографического состава угля. Из практики геологоразведочных и эксплуатационных работ в Кузбассе известно, что интенсивная трещиноватость угольного пласта наблюдается, как правило, в зоне окисленного угля и газового выветривания. Глубина расположения этой зоны в угольных районах Кузбасса неодинакова и в зависимости от рельефа местности составляет 20 – 40 м вследствие различной глубины проникновения кислорода и фильтрационных вод, неоднородного литологического состава пород кровли и влияния других факторов.

В соответствии с изложенным при проектировании шахт потенциально пожароопасными зонами в наклонных вскрывающих выработках, приуроченных к участкам с трещиноватостью угольного массива, следует считать:

·  участок воздухоподающего вентиляционного ствола на протяжении от выхода пласта под наносы до сопряжения этого ствола с вентиляционным каналом (сбойкой на вентиляционный шурф);

·  участок воздухоподающего вентиляционного ствола, на котором относительная влажность воздуха в поступающей вентиляционной струе в осенне-зимний период года составляет менее 60 % и происходят интенсивная сушка, растрескивание и активизация процесса окисления угля. Согласно исследованиям НЦ ВостНИИ, максимальная протяженность этого участка воздухоподающего вентиляционного ствола в шахтах Кузбасса составляет 520 м;

·  сбойка между шурфом, подающим в шахту свежий воздух, и воздухоподающим вентиляционным стволом;

·  места сопряжений воздухоподающих вентиляционных квершлагов со стволами на ниже - и вышележащем пластах, а также участки этих стволов длиной 5 м в обе стороны от сопряжений при проведении наклонного воздухоподающего вентиляционного ствола по нижележащему пласту;

·  участки воздухоподающих вентиляционных квершлагов длиной 10 м от сопряжений их со стволами на ниже - и вышележащем пластах;

·  технологические сбойки между воздухоподающим вентиляционным и конвейерным стволами и участки длиной 5 м в обе стороны от сопряжений этих сбоек со стволами;

·  места пересечения воздушных струй (кроссинги) и участки длиной 5 м в обе стороны от мест пересечений.

На стадии проведения наклонных вскрывающих выработок по угольному пласту прогнозирование и выбор (корректировку) мероприятий по предупреждению самовозгорания угля производить в следующем порядке:

·  выполнить оперативный контроль нарушений сплошности угольного массива в указанных выше потенциально пожароопасных зонах наклонного воздухоподающего вентиляционного ствола с применением метода электромагнитного излучения (ЭМИ). Согласно выполненным НЦ ВостНИИ исследованиям к аномальным по нарушенности зонам угольного массива следует относить зоны, в которых величина электромагнитной эмиссии в 50 раз и более превышает фоновую;

·  произвести детальное обследование выявленных аномальных зон с применением методов дипольного электро-профилирования (ДЭП) и параллельного экваториально-дипольного электропросвечивания (ЭДЭП-П) для определения границ и количественной характеристики нарушенности участка целика между наклонными вскрывающими выработками по величине показателя nнар., представляющего собой отношение разности потенциалов на исследуемом участке к ее фоновому значению. В таблице 2 приведено дифференцирование относительного показателя нарушенности угольного массива nнар по результатам одновременных измерений разности потенциалов методом ЭДЭП-П и скоростей фильтрации воздуха при фиксированных значениях ширины угольного целика и перепада давлений воздуха через него;

·  осуществить прогнозирование группы эндогенной пожароопасности по величине nнар. и величине отношения ширины целика угля Н к перепаду давлений воздуха DР через него согласно таблице 2;

Таблица 2 – Прогнозирование группы эндогенной пожароопасности

угольных целиков между наклонными вскрывающими

выработками

Относительный показатель

нарушенности массива, nнар.

Н /DР, м/даПа

Группа

эндогенной

пожароопасности

0,10 - 0,40

0,41 - 0,70

0,71 - 1,0

nнар ³ 6

+

Весьма опасная

+

То же

+

Опасная

3 £ nнар < 6

+

То же

+

-//-

+

-//-

nнар < 3

+

Неопасная

+

То же

+

-//-

·  выполнить изложенные ниже мероприятия по предупреждению самовозгорания угля в аномальных по нарушенности зонах угольного целика между наклонными вскрывающими выработками в соответствии с установленной группой эндогенной пожароопасности.

К весьма опасной группе отнесены участки угольных целиков, где относительный показатель нарушенности nнар.³6, а величина Н/DР < 0.7 м/даПа. Такие участки характеризуются повышенной проницаемостью угольного массива, при которой скорости фильтрации воздуха через него имеют пожароопасные значения (0,003-0,005 м/с), что обусловливает реальную опасность возникновения очага самовозгорания угля. Отнесенные к весьма опасной группе участки целиков располагаются, как правило, в зоне окисленного угля и газового выветривания, а также в местах пересечения наклонными вскрывающими выработками локальных дизъюнктивных и пликативных нарушений угольных пластов.

Для этой группы эндогенной пожароопасности мероприятия по предупреждению самовозгорания угля на участке наклонного воздухоподающего вентиляционного ствола с повышенной нарушенностью угольного массива должны предусматривать:

·  укрепление угольного массива твердеющими тампонажными составами;

·  возведение изолирующей бетонной рубашки в боках и кровле выработки;

·  заполнение закрепного пространства за бетонной рубашкой инертными материалами (пенобетон и др.). Учитывая трудность осуществления надежного контроля процесса заполнения закрепного пространства за бетонной рубашкой, в качестве альтернативного варианта рекомендуется наносить на поверхность бетона изолирующее покрытие из герметизирующего состава;

·  профилактическую обработку пачки угля, оставляемой в почве выработки, путем тампонажа ее твердеющими составами (песчано-цементная смесь, смолы и др.) на всю ширину ствола;

·  контроль за температурой угольного массива в боках, кровле и почве ствола с помощью термодатчиков, контактных термометров или пирометров с периодичностью не реже одного раза в месяц. Термодатчики устанавливаются в трубах длиной не менее 1,5 м, оставляемых при возведении бетонной рубашки;

·  при проверке состава атмосферы в пробах воздуха определять содержание оксида углерода и водорода с точностью 0,0001 % (об.) не реже двух раз в месяц;

·  осмотр изолирующей рубашки работниками участка ВТБ с периодичностью не реже одного раза в месяц. Результаты осмотра заносить в «Книгу по наблюдениям за пожарными участками и проверки состояния изоляционных перемычек».

К опасной группе отнесены участки целиков между наклонными вскрывающими выработками, для которых относительные показатели нарушенности имеют значения nнар > 6 (при величине 0,71 < Н /DР < 1,0 м/даПа) и 3 £ nнар < 6 (при значениях 0,1 < Н /DР < 1,0).

На таких участках скорость фильтрации воздуха через угольные целики, при изменении величины Н /DР в указанных выше пределах близка к пожароопасным значениям (» 0,003 м/с). Такие участки располагаются ниже по падению пласта зоны окисленного угля и газового выветривания.

Мероприятия по предупреждению самовозгорания угольных целиков, отнесенных к опасной группе, в зависимости от расположения их на участках воздухоподающего вентиляционного ствола с различным креплением должны предусматривать:

·  на участке ствола с металлической арочной крепью с бетонной затяжкой: упрочнение угольного массива твердеющими составами; заполнение закрепного пространства инертными материалами;

·  на участке ствола с металлической арочной крепью с решетчатой затяжкой: упрочнение угольного массива твердеющими составами; создание изолирующего покрытия из набрызгбетона с использованием специальных установок;

·  на участке ствола с анкерной крепью: нанесение на бока и кровлю выработки герметизирующего покрытия;

·  обработку антипирогеном оставляемой в почве ствола пачки угля в том случае, если мощность ее превышает пожаробезопасную величину (»0,4 м);

·  контроль за температурой угольного массива в боках, кровле и почве ствола с помощью контактных термометров или пирометров с периодичностью не реже одного раза в месяц;

·  осмотр изолирующей рубашки работниками участка ВТБ с периодичностью не реже одного раза в месяц.

К неопасной группе отнесены участки целиков между наклонными вскрывающими выработками, характеризующиеся относительным показателем нарушенности nнар < 3 при значениях 0,1 < Н /DР < 1,0. Угольный массив на таких участках характеризуется низкой воздухопроницаемостью (0,003 – 0,008) × 10-12 мкм2. Скорости фильтрации воздуха через такие целики угля при указанных выше величинах Н /DР имеют значения ниже пожароопасных (0,003 м/с). Такие участки расположены, как правило, в зоне установившегося теплового режима.

Меры по предупреждению самовозгорания угля на таких участках наклонного воздухоподающего вентиляционного ствола должны предусматривать:

·  ликвидацию куполов с применением инертных материалов;

·  контроль за температурой угольного массива в боках, кровле и почве ствола с помощью контактных термометров или пирометров с периодичностью не реже одного раза в месяц;

·  регулирование влагосодержания воздуха в поступающей общешахтной струе путем распыления в осенне-зимний период года воды с помощью пылеподавителей или туманообразователей, установленных в 5 м по ходу струи от сопряжения канала калорифера или вентилятора со стволом. Корректировка параметров увлажнения должна производиться по результатам декадных измерений влагосодержания воздуха в конце участка воздухоподающего ствола, обработанного герметизирующим составом. Влагосодержание воздуха в этом сечении должно быть в осенне-зимний период не менее 2,5 г/кг.

После выполнения мероприятий по предупреждению самовозгорания угля на участках наклонных вскрывающих выработок, отнесенных к весьма опасной и опасной группам, рекомендуется провести повторные геофизические исследования состояния угольного массива (целика) для оценки эффективности этих мероприятий согласно таблице 2 настоящей «Методики...».