Сейсмоакустические наблюдения позволяют оценить интенсивность микроразрушений, определить местоположение очагов наиболее интенсивного микроразрушения и трещинообразования, выявить наличие удароопасных и выбросоопасных зон по критической скорости трещинообразования.
Варьирование сейсмоакустической активности соответствует изменению напряженного состояния пород. Обычно перед горным ударом сейсмоакустическая активность резко возрастает, а затем, за 30 - 40 минут до удара, практически исчезает. Степень снижения сеймоакустической активности позволяет также оценивать эффективность мероприятий, направленных на устранение опасной ситуации.
Следует, однако, иметь в виду, что аномальное возрастание сейсмоакустической активности (шумности) участка массива не всегда свидетельствует об удароопасной или выбросоопасной ситуации. В определенных случаях оно предшествует внезапным осадкам кровли, высыпаниям и другим явлениям в породном массиве, не представляющим опасности. Поэтому сейсмоакустический прогноз не всегда обеспечивает стопроцентную надежность и в таких случаях требует дополнения другими методами.
Для регистрации и прогноза горных ударов применяют также сейсмические методы. Сейсмические станции, создаваемые в районах проявления горных ударов, наряду с сейсмоакустической аппаратурой оснащают чувствительными сейсмографами и наклономерами. Располагая пункты сейсмических наблюдений в различных точках шахтного поля, периодически составляют карты микросейсморайонирования, позволяющие выделять на определенные периоды сейсмически активные зоны, в пределах которых наиболее вероятно проявление горных ударов.
В случае горного удара сейсмические наблюдения позволяют определить координаты в глубину гипоцентра, т. е. очага горного удара, оценить количество сейсмической энергии, установить частотный спектр, длительность, амплитуду и другие параметры возникших сейсмических колебаний.
Поскольку во многих случаях горные удары происходят в целиках, оставленных в выработанном пространстве, на отработанных горизонтах, пластах, жилах, куда нет непосредственного доступа, такие наблюдения позволяют оценивать не только параметры происходящих горных ударов, но и уровня накопленной потенциальной энергии (а, следовательно, и удароопасной ситуации) на различных участках шахтного поля.
Новые принципы прогнозирования выбросоопасности и определения безопасной зоны в призабойной части угольного пласта разработаны в Институте проблем комплексного освоения недр (ИПКОН РАН) под руководством профессора А. Т. Айруни. В их основе лежит оценка динамики состояния системы “уголь—метан—природная влага” в зависимости от внешних воздействий, связанных с различными природными и технологическими процессами.
Так установлено, что природная газопроницаемость выбросоопасных пластов в 1,5—2,5 раза выше природной газопроницаемости невыбросоопасных пластов, в то же время природная газопроницаемость выбросоопасных зон на 1—2 порядка ниже, чем у невыбросоопасных зон одного и того же пласта. Восстановление давления метана в до природного значения в выбросоопасных зонах происходит в 5—10 раз медленнее, а абсолютное значение на 60—70% выше, чем в невыбросоопасных зонах.
Угли выбросоопасных пластов в опасных зонах характеризуются тектонической перемятостью и нарушенностью, имеют зоны переизмельченного угольного вещества с размером зерен менее 1 мкм, которое заполняет первичные трещины и задерживает газ в угле при незначительных пригрузках. Это ведет к накоплению газа впереди движущегося забоя, которые выделяются с большой скоростью при возникновении сравнительно малых нарушений сплошности.
Важным отличительным признаком выбросоопасных углей является наличие закономерной текстуры, обусловленной влиянием тектонических процессов в зонах дислокационных нарушений, и равномерно распределенных эмульсионных минеральных включений.
На основе использования этих принципов и признаков открывается возможность разработки новых автоматизированных непрерывного и бесконтактного определения свойств и состояния призабойной части угольного пласта с дистанционной передачей информации на поверхность или непосредственно на систему управления механизмами.
11.7. Способы предупреждения горных ударов и внезапных выбросов пород и газа.
Выделяются региональные меры предупреждения горных ударов и внезапных выбросов, охватывающие обширные пространства добычных участков или пластов, и локальные меры, относящиеся к отдельным горным выработкам.
К региональным мерам относятся:
опережающая отработка защитных пластов (слоев, залежей);
предварительная дегазация массива скважинами;
профилактическое увлажнение или рыхление пласта впереди очистных выработок или на подготавливаемом горизонте.
Кроме этого, к профилактическим мероприятиям регионального масштаба можно отнести применение соответствующих технологических схем и приёмов ведения горных работ, при которых существенно снижается вероятность горных ударов и внезапных выбросов.
Локальными мерами являются:
бурение опережающих разгружающе-дегазирующих скважин из действующих выработок;
обработка опасного массива нагнетанием воды в пласт под давлением в режимах гидрорыхления, гидроотжима и гидроразрыва; гидровымыв полостей и щелей;
взрывное рыхление:
применение разгрузочных щелей и опережающей крепи.
11.7.1.Региональные меры предупреждения горных ударов
и внезапных выбросов.
Опыт показывает, что наиболее радикальным является применение региональных мер, которые позволяют своевременно выявить пласты, слои пород, залежи или крупные участки шахтных полей, опасные по горным ударам или внезапным выбросам, предусмотреть проектом и осуществить на стадии вскрытия и подготовки рациональные решения, приемы и последовательность ведения горных работ, которые полностью устраняли бы опасные динамические проявления горного давления или сводили их к минимуму.
О том, насколько это важно, свидетельствует приводимый профессором И. М. Петуховым пример шахт Кизеловского бассейна, где главные трудности решения проблемы борьбы с горными ударами были обусловлены тем, что к борьбе с горными ударами приступили лишь тогда, когда они начали проявляться в большом количестве и с большой силой. Однако к этому времени многие основные горные выработки на ряде шахт и горизонтов были пройдены без учета опасности проявления горных ударов, проектами предусматривался неоптимальный по фактору горных ударов порядок развития горных работ, применение неблагоприятных систем разработки. В связи с этим потребовалось свыше десяти лет, чтобы перестроить работу основных шахт бассейна с учетом удароопасности пластов.
Опережающая отработка защитных пластов.
Основным и наиболее надежным из региональных мероприятий по предотвращению горных ударов и внезапных выбросов является опережающая отработка защитных пластов. Сущность ее состоит в следующем.
Залежь, пласт или слой полезного ископаемого, опасный по горным ударам или внезапным выбросам, предварительно подрабатывают или же надрабатывают другим пластом. В процессе подработки (надработки) в определенных частях массива в результате деформирования и перемещений горных пород возникают зоны разгрузки, т. е. зоны пониженных напряжений, что делает разработку ударо - или выбросоопасного пласта в пределах этих зон безопасной.
Пласт или слой, отрабатываемый первоначально, называют защитным, а пласт, залежь или слой, опасный по горным ударам или внезапным выбросам, отрабатываемый вслед за защитным, — защищаемым или подзащитным.
В выбросоопасных пластах, слоях и залежах наряду с разгрузкой от напряжений при отработке защитного пласта (слоя) в результате разрыхления сдвигающихся пород и образования в них трещин, кроме того, происходит дегазация, вследствие чего снижается газонасыщенность и давление газа, и это также устраняет опасность внезапных выбросов.
На рис. 11.4 представлена схема изменения напряжённо-деформированного состояния массива в пределах области влияния очистной выработки по защитному пласту (слою).
|
Рис 11.4. Схема изменения напряжённо-деформированного состояния массива в пределах области влияния очистной выработки по защитному пласту (слою).
1 — контур области влияния выработки, 2 — зона опорного давления, 3 — зона разгрузки, 4 — зона полных сдвижений, 5 — зона обрушения, 6 защищенная зона, 7 — эпюры опорного давления на различных расстояниях от очистной выработки в массиве пород.
В области влияния очистной выработки выделяется зона опорного давления, где напряжения возрастают по сравнению с напряжениями в нетронутом массиве, и зона разгрузки, где напряжения ниже, чем в нетронутом массиве. Степень снижения напряжений в пределах зоны разгрузки по мере удаления вверх и вниз от выработки затухает. Часть зоны разгрузки, где напряжения снижаются в такой степени, что разработка становится безопасной по горным ударам, называется защищенной зоной.
Для обеспечения эффективной защиты от внезапных выбросов необходимо выполнение ряда дополнительных условий; в частности, снижение давления газа в опасном пласте, уменьшение газоносности угля и повышение его газопроницаемости. Обычно снижение давления газа в опасном пласте до уровня 5—8 кгс/см2, происходящее под влиянием опережающей отработки защитного пласта, обеспечивает надежное предотвращение внезапных выбросов.
Газодинамическое состояние выбросоопасного пласта при его подработке и надработке одновременно определяется характером изменения напряженно деформированного состояния массива горных пород междупластья и интенсивностью дегазации пласта по эксплуатационным трещинам, образующимся в толще пород в результате их подработки и надработки.
В свою очередь, степень дегазации подрабатываемого (надрабатываемого) выбросоопасного пласта зависит от интенсивности образования системы газопроводящих трещин, их размеров, протяженности и местоположения, т. е. от газопроницаемости междупластовой породной толщи.
|
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)