Локальный прогноз предусматривает количественные определения деформационно-прочностных свойств пород, экспериментальные измерения действующих напряжений, определения давления газа в породах, пористости, газопроницаемости, влажности, сорбционной емкости и оценку изменений свойств и состояния конкретных участков по мере вскрытия участков шахтного поля, подготовки блоков к эксплуатации, проведении отдельных выработок.
В локальном прогнозе выбросоопасности из количественных характеристик определяют комплексные показатели, в той или иной степени учитывающие основные факторы, с которыми связана потенциальная возможность выбросов. В частности, для мощных угольных пластов в месте их вскрытия можно пользоваться показателем:
П = рmax - 19 (fкр)2, (11.13)
где рmax — максимальное измеренное давление газа в пласте в месте вскрытия; fкр — коэффициент крепости угля.
Это выражение получено по результатам статистической обработки наблюдений за внезапными выбросами в условиях различных месторождений. Пласт считают опасным по выбросам при П>0.
На основании результатов локального прогноза удароопасности участки массива вокруг выработок разделяют на две категории: “Опасно” и “Неопасно”.
Категория “Опасно” соответствует напряженному состоянию массива в приконтурной части выработки, при котором существует вероятность горного удара. На таком участке запрещается ведение горных работ до выполнения профилактических мероприятий с целью приведения его в неудароопасное состояние. Запрещается передвижение людей, не связанных с проведением указанных мероприятий. Приведение в неудароопасное состояние должно осуществляться по проекту, утвержденному главным инженером предприятия.
В местах, где ранее была установлена категория «OПАCHO», должен производиться периодический контроль удароопасности, он выполняется также в выработках при изменениях горно-геологической и горнотехнической обстановки или при появлении внешних признаков удароопасности.
Категория “Неопасно” соответствует неудароопасному состоянию и не требует проведения противоударных мероприятий. При этом сохраняется необходимость выполнения прогноза удароопасности.
Наибольшую сложность представляет третий вид прогноза - предсказание времени проявления горных ударов или внезапных выбросов.
Эти цели достигают при выполнении текущего прогноза состояния массива пород или выработок. Этот вид кратковременного прогноза основан на визуальном и инструментальном улавливании и регистрации предвестников горных ударов или внезапных выбросов, проявляющихся иногда за несколько минут или даже секунд до явления, на регистрации изменений напряженности пород и газодинамического режима в процессе ведения горных работ. Основной задачей текущего прогноза является оценка состояния конкретного участка массива или выработки и своевременное предупреждение о переходе участка их в опасное или, наоборот, в неопасное состояние.
11.6. Методы прогноза удароопасности и выбросоопасности на различных стадиях освоения месторождений.
На стадии разведки месторождения или инженерно-геологических изысканий получают исходные данные для выполнения регионального прогноза удароопасности и выбросоопасности.
При этом способность горных пород к накоплению упругой энергии оцененивают посредством испытаний механических свойств пород с использованием буровых кернов геологоразведочных скважин.
Полную информацию о степени удароопасности пород можно получить по результатам испытаний в режиме контролируемого разрушения, сравнивая модули спада и модули упругости. Однако, эти методы испытаний ещё не являются широко распространёнными, поэтому некоторые предположения полезно делать и по результатам обычных стандартных испытаний.
В частности, для пород, потенциально склонных к горным ударам, зависимости «нагрузка—деформация» близки к прямолинейным, т. е. деформирование пород соответствует закону Гука в интервале нагружения образцов, практически, вплоть до их разрушения.
В породах, не склонных к горным ударам, при испытаниях наблюдается развитие пластических деформаций. Зависимости «нагрузка—деформация», начиная с некоторого уровня напряжений, выполаживаются, т. е. деформации растут быстрее, чем нагрузки, закон Гука не выполняется.
Для угольных пластов, опасных по горным ударам, прямолинейные зависимости «нагрузка—деформация» соблюдаются в интервале напряжений до 80% от разрушающих.
Детально исследуется структура массива пород, степень распространения и параметры тектонических нарушений, раздробленных и перемятых зон, пликативных нарушений, пережимов, раздувов и выклиниваний, а также изменение относительной мощности и механических характеристик отдельных пачек пород. Выявляются наличие в массиве прочных слоев или пластов пород, способных зависать над очистным пространством, создавая высокие концентрации напряжений вблизи забоя.
Изучаются коллекторские свойства массива, устанавливаются показатели газоносности, газонасыщенности пород, величины давлений в них газов. Внезапные выбросы в угольных пластах могут происходить при минимальном давлении газа 2—3 кгс/см2. Если давление газа достигает 10—15 кгс/см2, выбросы обычно сопровождаются заполнением выработок газом, в подготовительных выработках происходит уплотнение выброшенных пород.
Большое внимание уделяется анализу гидрогеологических условий. С увеличением содержания влаги в породе выбросоопасность снижается, поскольку, в первую очередь, возрастает способность породы к пластическим деформациям и снижается способность к хрупкому разрушению. Кроме того, адсорбирование влаги ведет к понижению сорбционной емкости породы по газу. Увлажнение пород сверх предела их адсорбционного насыщения в смеси с газом (для каменных углей разных марок этот предел составляет от 4 до 7%) приводит к обводнению этих пород. При этом помимо адсорбции происходит капиллярная конденсация воды. Приточная и капиллярная влага закупоривают тонкие поры горных пород, препятствуя десорбции газа. При увеличении же водопритока вода может заполнять также более крупные поры и трещины, еще более затрудняя фильтрацию газа.
По результатам анализа керна геологоразведочных скважин делают первые выводы и о характере напряжённого состояния массива. В частности, разрушение керна на диски (дискование) или ориентированные разрушения контуров сечений скважин указывает на наличие повышенных напряжений позволяет судить о направлении их действия в массиве пород.
Если разведку и изыскания ведут на месторождении или в бассейне, где уже осуществляют разработку, то для оценки удароопасности пород данного объекта существенное значение имеет анализ и сравнение горно-геологических условий этого объекта и объектов уже действующих, т. е. использование метода аналогий.
В тех случаях, когда разведку или инженерно-геологические изыскания ведут с проходкой не только скважин, но и горных выработок, следует выполнять измерения тензора напряжений в натурных условиях, а также определения свойств пород с учётом низких порядков структурных неоднородностей.
Оценка удароопасности пород на стадии разведки и изысканий носит обычно предварительный характер и уточняется на стадии строительства или эксплуатации объекта, при проходке выработок и ведении добычных работ для целей локального прогноза состояния конкретных участков массива.
При этом объективными признаками удароопасности и выбросоопасности, предвестниками горных ударов и выбросов являются:
* интенсивное разделение породных кернов на диски (при керновом бурении опережающих прогнозных скважин);
* изменение крупности штыба при бурении шпуров и скважин (в перенапряженных участках увеличивается до 10 раз и более с возрастанием крупности);
* возрастание коэффициента использования шпуров до единицы и даже более;
* увеличение дальности отброса от забоя и степени измельчения пород при взрывании;
* изменение блеска угля;
* образование облачка пыли у забоя;
* похолодание воздуха у забоя;
* усиление газовыделения;
* появление чешуйчатости пород и отделение от забоя вкрест наслоению пород тонких породных пластин (толщиной от нескольких миллиметров до 1—2 см),
* стреляния, толчки на буровой инструмент и зажатие штанг, слабые горные удары, сопутствующие производственным процессам (бурению и взрыванию шпуров и скважин, работе врубовых машин, комбайнов и т. п.).
Примечательно, что стреляние, толчки и слабые горные удары, если они в данной ситуации стали проявляться, обычно представляют собой не единичные явления, а серии однохарактерных явлений, сопутствующие определённым добычным процессам. Например, стреляние в проходческих забоях обычно начинается сразу же после взрывания очередного вруба и представляет собой процесс отскакивания плиток породы, происходящего с короткими интервалами из наиболее напряженного участка приконтурного массива.
Предвестником горных ударов и других динамических проявлений, причем наиболее изученным, является изменение сейсмоакустической активности массива, т е. изменение числа естественных сейсмоакустических (преимущественно звуковых) импульсов в массиве горных пород, связанных с микроразрушениями под влиянием возрастающих напряжений в соответствующих частях массива. На регистрации и анализе этих импульсов основаны сейсмоакустические методы прогноза горных ударов и выбросов.
Применительно к различным породам количественные критерии сейсмоакустической активности (критическая интенсивность микроразрушений), свидетельствующие об удароопасности и выбросоопасности, могут быть существенно различны.
Например, для условий различных шахт и пластов Кизеловского бассейна установлено, что пласты следует считать удароопасными, если при бурении скважины диаметром 42—45 мм, общая длина которой равна тройной мощности пласта, среднее число сейсмоакустических импульсов, отнесенное к 1 м скважины, превышает 2 - 5 импульсов.
|
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)