Гидровымывание производится через скважины диаметром 80—200 мм, пробуренные из квершлага в опасный пласт через породную “пробку” толщиной свыше 4 м, оставленную между забоем квершлага и опасным пластом. Пласт вымывается гидромонитором со средней скоростью 0,5 м в 1 мин, количество извлекаемого через скважины угля обычно колеблется в пределах 15—40 т. Управление процессом гидровымывания - дистанционное.
При высокой крепости угля опасного пласта применяется восходящий порядок гидровымывания, при низкой (в сыпучих и мягких углях) — нисходящий, при этом для предотвращения обрушения нависающего массива угля верхняя часть полости периодически заполняется быстротвердеющим бетоном, нагнетаемым через контрольные скважины.
Способ гидровымывания может быть эффективно применён и при вскрытии крутых пластов полевыми штреками(рис 11.8).
|
Рис 11.8. Схема работ по гидровымыванию крутопадающего угольного пласта.
1 - выбросоопасный пласт, 2 - полевой штрек, 3 - нагнетательная скважина, 4 - контрольная скважина.
В этих случаях на выбросоопасный пласт бурят попарно скважины через 5 — 10 м по простиранию. Одна из скважин (на рис.11.8 - верхняя) является нагнетательной. В неё подают воду под давлением 200 — 400 кгс/см2 с расходом 5 — 10 м3/ч. При достижении некоторого критического давления происходит гидроразрыв пласта и прорыв воды в контрольную скважину. Далее идет процесс разрушения угля и его вынос потоком воды и сжатого газа в виде пульпы через контрольно-отводную скважину.
В зоне размывания происходит разгрузка от напряжений, резко повышается газопроницаемость и происходит значительная дегазация. Количество угольной мелочи, удаляемой описанным способом при гидровымывании, составляет 3—20 т
Гидрорыхление представляет собой гидравлическую обработку призабойной части угольного пласта путем нагнетания в него воды под давлением (0,75— 2) gН, в результате которой нарушается целостность призабойной зоны, изменяется напряженно-деформированное состояние опасного пласта, увеличивается его газопроницаемость. При нагнетании воды в режиме гидрорыхления в пласте раскрываются существующие природные и образуются новые трещины, благодаря чему происходит ускорение процесса дегазации, перемещение максимума опорного давления в глубь массива, снижение уровня потенциальной энергии в призабойной зоне и, как следствие, устранение условий возможности возникновения выбросоопасных ситуаций.
Гидрорыхление осуществляется через скважины длиной 6— 11 м и диаметром не более 80 мм. Объем закачки составляет не менее 20 л/т обрабатываемого угля в массиве.
Способ гидроотжима применяют для борьбы с внезапными выбросами угля и газа при прочных углях в условиях высокой напряженности массива и очень низкой газопроницаемости. Он осуществляется нагнетанием воды в пласт под высоким давлением, вызывающим искусственное разрушение газоносного угольного массива и разгрузку призабойной зоны от повышенных напряжений. При этом максимум концентрации напряжений перемещается от забоя в глубь угольного массива, в зоне отжима снижается несущая способность угля, уменьшается давление газа в призабойной части массива.
При эффективном гидроотжиме резко увеличивается скорость смещения боковых пород (в 30—80 раз), при этом максимальная скорость смещения наблюдается во время самого процесса гидроотжима. После завершения процесса гидроотжима наблюдается стабилизация скорости смещения боковых пород и их большая равномерность по сравнению с необработанными зонами.
Способ охлаждения призабойной части массива применяется для снижения выбросоопасности. Охлаждение призабойной части массива вызывает, с одной стороны, деформации температурного сжатия пород, а следовательно, снижение напряжений в призабойной зоне.
С другой стороны, при понижении температуры увеличивается сорбционная ёмкость пород и происходит уменьшение давления газа.
Для реализации способа требуется наличие специальных охлаждающих средств — криогенных жидкостей (например, жидкого азота, нагнетаемого в массив через опережающие скважины) — и соответствующей аппаратуры.
Способ физико-химического воздействия предусматривает нагнетание в призабойную часть массива растворов некоторых органических высокомолекулярных соединений (например, мочевиноформальдегидных смол), способных к быстрой полимеризации и отверждению в присутствии катализаторов. После насыщения призабойной части массива раствор твердеет и свободный метан, оказываясь включенным во вновь образованную структуру, утрачивает способность лавинообразного выделения. Способ перспективен для предотвращения внезапных высыпаний.
Способ микробиологического воздействия основан на эффекте снижения метаноносности за счет разрушения метана микроорганизмами. В призабойную часть массива через скважины нагнетают биологически активную суспензию, проводя одновременно пневматическую обработку массива для обеспечения кислородом. В процессе окисления с участием бактерий происходит разрушение метана, образуется углекислый газ, частично выносимый из массива фильтрующимся воздухом. Способ находится в стадии экспериментальной проработки.
Эффективность применяемых локальных способов в части уменьшения напряженности призабойной области массива обычно контролируют по снижению сейсмоакустической активности, проводя для этого сейсмоакустические наблюдения.
Особенно существенное значение имеют локальные способы устранения ударо - и выбросоопасности пород при подходе фронта горных работ к зонам тектонических нарушений, где резко увеличивается неравномерность напряженного состояния массива, увеличивается опасность и возможная сила горных ударов или внезапных выбросов.
11.8. Принципы ведения горных работ в условиях возможного проявления
горных ударов и внезапных выбросов.
В настоящее время при ведении горных работ в угрожаемых и опасных по горным ударам и внезапным выбросам месторождениях соблюдаются следующие общие принципы:
— нарезка месторождения на шахтные поля и их отработка без образования участков с большой концентрацией напряжений;
— исключение встречных и догоняющих фронтов очистных работ;
— уменьшение количества горных выработок впереди фронта очистных работ в отрабатываемых удароопасных пластах (залежах);
— сокращение камерных систем разработки;
— предупреждение зависания кровли над выработанным пространством.
Соблюдение этих принципов снижает вероятность динамических проявлений горного давления, но при этом накладывает определённые ограничения на применяемые системы и методы ведения горных работ.
11.8.1. Вскрытие пластов и залежей.
Вскрытие одиночных или свит пластов и залежей полезного ископаемого следует осуществлять выработками, проходимыми по породам или пластам, не опасным по горным ударам и внезапным выбросам. В таких случаях возможность динамических проявлений горного давления возникает лишь в момент подхода вскрывающих капитальных выработок к опасному пласту или залежи.
Одним из способов устранения опасности динамических проявлений на участке пересечения опасного пласта (залежи) вскрывающей выработкой является предварительная разгрузка вскрываемого участка посредством отработки защитного слоя вокруг выработки (рис. 11.9).
|
Рис 11.9. Схема отработки защитного слоя в месте пересечения залежи полезного ископаемого шахтным стволом.
1 — шахтный ствол, 2 вскрываемый пласт полезного ископаемого, 3 — закладка отрабатываемого участка в защитном слое, 4 — контур зоны разгрузки.
Эффективен и другой способ, состоящий в изменении механических свойств вскрываемого участка полезного ископаемого посредством сотрясательного взрывания через глубокие опережающие скважины, пробуриваемые из забоя вскрывающей выработки в полезное ископаемое.
При вскрытии угольных пластов, опасных по внезапным выбросам, применяют также их увлажнение через передовые скважины, гидровымывание и дегазацию. Гидровымывание особенно целесообразно при сложной структуре угольных пластов и наличии в них перемятых пачек угля.
При вскрытии выбросоопасных угольных пластов квершлагами или стволами даёт эффект применение каркасной опережающей крепи.
С этой целью из квершлага через породную “пробку” и вскрываемый пласт бурят серию скважин по контуру верхней части сечения квершлага. Длина скважин должна быть такой, чтобы они полностью пересекли пласт и углубились во вмещающую породу на глубину до 1,5 м. В скважины заводят металлические балки или трубы, под выступающие из скважин концы которых подводят металлическую или железобетонную арку. Получаемое сооружение может воспринять давление покрывающих пород при вскрытии пласта сотрясательным взрыванием. Пробуренные скважины способствуют также частичной дегазации угольного пласта на участке вскрытия.
При вскрытии и пересечении выбросоопасных угольных пластов стволами каркасную крепь возводят из металлических стержней или труб, цементируемых в скважинах, опережающих забой ствола на 2 м и более, а также применяют способы увлажнения угольного массива или его дегазацию скважинами.
Капитальные и подготовительные полевые выработки по выбросоопасным песчаникам Донбасса располагают вблизи почвы или кровли пласта, избегая проведения их в средней части, где выбросоопасность максимальна.
Как уже говорилось, в условиях действия в массиве больших тектонических напряжений, существенно превышающих гравитационные напряжения, в качестве меры предупреждения динамических проявлений горного давления важную роль играет оптимальная ориентация капитальных и подготовительных выработок, рассчитанных на длительный срок службы и выбор наиболее устойчивых форм поперечных сечений.
При сбойке пересекающихся выработок места сбойки необходимо назначать в наименее напряженных зонах.
11.8.2. Выбор системы разработки.
Основное требование к системам разработки в условиях, опасных по горным ударам или внезапным выбросам, состоит в том, чтобы в конструкции системы отсутствовали или были сведены к минимуму элементы с высокой концентрацией напряжений. Отсюда следует выбирать системы разработки, которые не предусматривают оставление целиков и наличия выступающих участков пласта или залежи.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
Основные порталы (построено редакторами)