НПАОП 10.0-5.26-88 Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам

X1

в металлические бюксы. Последние помещают в герметическую упаковку и в химлаборатории немедленно производят определе­ние влажности по ГОСТ 11014 — 81, а затем рассчитывают сред-неарифметическую_влажность W по всей скважине. Далее опре­деляют значение W¯ \ WКР и Х1 (см. рис. 6.3),

Пример определения степени удароопасности участка пласта «В» на шахте 8 им. В И. Ленина ПО «Средазуголь» представлен в табл. 6.3.

Таблица 6.3

В тех случаях, когда распределение влажности в краевой части пласта имеет сложный характер, параметр Х\ принимают в соответствии с рис. 6 4

1.5. На Кызыл-Кийском месторождении удароопасность опре­деляют по значению степени водонасыщения Gе. Участок отно­сится к удароопасному при Gе<0,85. При этом периодически должно проводиться контрольное определение степени ударо­опасности по выходу буровой мелочи.

Для определения Gе используют следующую упрощенную методику. Из свежеобнаженного забоя отбирают 6—8 образцов однородного угля без включений породы массой по 100—150 г каждый и помещают их в полиэтиленовый мешок. В химлабора­тории определяют исходную массу Р1 каждого из образцов и по­мещают их на 1 час в сосуд с водой; вынимают из воды, с поверх­ности образцов удаляют свободную воду и определяют их массу

Рис. 6.4. Характерные зависимости для определения параметра Х1

Р2. По ГОСТ 11014 -81 определяют весовую влажностьW(в про­центах) для каждого образца, но с пересчетом к сухому остатку.Степень естественного водонасыщения Ge рассчитывают по формуле:

Ge = ( P1 - ((P2 - P1)\ 0,01 W)) \ P2- α,

 

где а поправочный коэффициент, учитывающий расхождения со стандартной инженерно-геологической методикой. Для плас­та Основного Кызыл-Кийского месторождения α = 0,05.

При использовании рассмотренной методики на других буроугольных пластах необходимо провести специальные работы согласно авторскому свидетельству № 834354, либо принять ори­ентировочно α = 0,05.

На Ткибули-Шаорском месторождении степень удароопасносги определяют в соответствии с номограммой (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Номограмма для установления ка­тегорий удароопасности для Ткибули-Шаор-ского месторождения

2. Расположение шпуров для прогноза степени удароопасносш

Для прогноза степени удароопасности расположение шпуров и их количество устанавливают с учетом следующих положений.

Из забоя выработки шпуры следует бурить в двух точках, отстоящих друг от друга не ближе 1,5 м.

В боках проводимой подготовительной выработки шпуры бу­рят в обе стороны. В прямолинейном очистном забое — в зави­симости от горно-технических условий разработки и особенно­стей проявления горных ударов — удароопасность оценивают в нижней, верхней или средней частях очистного забоя. При этом длина прогнозируемого участка должна составлять не менее 0,5l. На этом участке бурят не менее 3—4 шпуров.

В потолкоуступном очистном забое шпуры бурят: в нижней части лавы — в кутках магазинного и первого уступов, в верхней части — в середине верхнего и кутке второго от верха уступов "В средней части лавы шпуры бурят в кутках через один уступ Направление шпуров следует выдерживать горизонтальным или с небольшим подъемом.

В ранее пройденных капитальных и подготовительных выра­ботках вне зоны опорного давления лавы шпуры бурят в обе сто­роны на расстоянии не более 100 м друг от друга, а в выработках, охраняемых целиками угля, — на расстоянии не более 25 м друг от друга. На сопряжениях выработок удароопасность оценивают с каждой стороны по двум шпурам, пробуриваемым на расстоя­нии 5 и 10 м от сопряжения.

Перед проходкой ниш, камер, водосборников, заходок, рас­полагаемых в пределах пласта угля,а также перед засечкой пе­чей и ортов, осуществляют прогноз удароопасности, как и в за­боях подготовительных выработок.

В подготовительных выработках впереди действующих очист­ных забоев прогноз удароопасности осуществляют на ширине зоны опорного давления лавы в обоих боках выработки. С каждой стороны выработки бурят не менее 3—4 скважин.

Прогноз удароопасности пласта вблизи мест, где произошли горные удары, выполняют на участках выработок, равных ши­рине зоны опорного давления.

Контроль эффективности мероприятий обязателен на всех участках приведения выработок в неудароопасное состояние; при этом скважины располагают в тех же местах, где был про­изведен прогноз удароопасности. При нагнетании воды в пласт оценку эффективности производят в средней части интервала между соседними нагнетательными скважинами. В местах раз­грузочных скважин прогнозные шпуры следует бурить на сере­дине интервала между двумя смежными скважинами и на рас­стоянии от плоскости расположения осей этих скважин не менее двух диаметров разгрузочной скважины.

Ж У Р НАЛ

прогнозирования степени удароопасности участков угольного пласта и контроля эффективности мероприятий по показателям, регистрируемым в процессе бурения скважин

Шахта _____________________

 

Выработка пласт горизонт ____________________________________

 

* Указания о приведении выработки в неудароопасное состояние об эффективности мероприятии и сроках последующею прогнозирования

ЖУР НАЛ

прогнозирования степени удароопасности участков угольного пласта и контроля эффективности мероприятий

по изменению естественной влажности угля

Шахта _____________________

Выработка пласт, горизонт ____________________________________

 

ЖУРНАЛ

мероприятий по профилактике горных ударов

Шахта ______________ пласт ______________ горизонт ______________ выработка ______________ Тип мероприятия __________________________________________________________,_______________ Параметры мероприятия по паспорту длина скважин _______, диаметр , скважин _______ мм, расстояние между

скважинами _______, м, масса заряда ВВ в скважине _______кг, глубина герметизации _______м, объем нагнетаемой

в скважину воды _______м3 максимальное давление нагнетания _______Мпа

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ И ПАРАМЕТРОВ МЕР БОРЬБЫ С ГОРНЫМИ УДАРАМИ

Область эффективного применения методов приведения мас­сива в неудароопасное состояние определяется геологическими и горно-техническими условиями разработки пласта с учетом степени его нагруженноети.

Любое профилактическое мероприятие на каменноугольных и антрацитовых пластах эффективно только при влажностиWе, меньшей максимальной гигроскопичностиWмг (т. е. приWе <Wмг), что особенно важно на мощных пластах сложного строения. Эф­фективность увеличивается при увеличении соотношенияWМГ/Wе и приближении уровняWе к уровню прочносвязанной влаги.

ПриGМГ> 0,5 (как правило, приGМГ≥(0,6—0,7)*, а .также приWмг≤1,5%*, наибольший эффект достигается при бурении разгрузочных скважин (РС), а в движущихся забоях капиталь­ных, подготовительных и очистных выработок — при использо­вании РС, гидроотжима, камуфлетного взрывания или гидрооб­работки при ступенчатом повышении — сбросе давления воды в системе (целесообразно с контролем сейсмоакустической актив­ности пласта). При этом гидроотжим рекомендуется применять на пластах мощностью не более 2—2,5 м.

ПриGМГ≤0,5 и особенно еслиGМГ≤0,35, рекомендуется гид­рорыхление с определением удельного расхода нагнетаемой воды по даннымWМГ иWе. В целиках и стационарных выработках, на­ходящихся в зонах повышенного горного давления, при этих па­раметрах более эффективны разгрузочные скважины. В последнем случае показатели фазово-физического состояния определяют­ся по пробам, отбираемым из глубины пласта.

Для каменноугольных пластов приWМГ≥3—4% илиGМГ≤0,5 (или 0,35) иWe≈Wмг рекомендуется гидрообработка пластов в режиме увлажнения через скважины по напластованию или под углом к нему (в последнем случае область применения может быть расширена)

* Если другой параметр фаяово физического состояния не оговаривается, то это означает любое его значение, но только приWe≤WМГ .

 1. Увлажнение угольных пластов

1.1. Региональное увлажнение обеспечивает заблаговремен­ную гидрообработку опасного пласта или свиты пластов в пре­делах выемочного этажа скважинами, пробуренными из полевых выработок или выработок, пройденных по другим пластам (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Принципиальные схемы регионального увлажнения уголь­ных пластов:

α— ПО «Прокопьевскуголь», б - ПО «Воркутауюль», в — ПО «Грузуголь»

Скважины для региональной гидрообработки бурят диамет­ром 56—90 мм и оборудуют на всю длину водоподающими тру­бами с фильтром. Породный интервал скважин герметизируют цементным раствором на глубину не менее 10 м. Конструкция гидрозатвора показана на рис. 7.2. Радиус эффективного увлаж­нения (м) ориентировочно можно' оценить по формуле:

R= 31,6 √Qt\ (πmNγ),

гдеN—норма увлажнения пласта, л/т,Q—темп нагнетания, м3/ч;t— время нагнетания, ч,m— мощность пласта, м;π= 3,14.

Расстояние между фильтрующей частью скважины и выра­ботанным пространством по пласту должно превышать расчет­ный радиус эффективного увлажнения, а расстояние между сква­жинами должно отвечать условию:

с≤1,5R.

Норму увлажненияN(л/т) определяют с учетом недостатка водонасыщения порового пространства угля по формуле-

N= 10(WМГ-Wе),

гдеWмг — максимальная гигроскопическая влажность угля, %Wе — естественная влажность угля, %.

Рис. 7.2. Схема гидрозатвора:

1 — перфорированная труба, 2 — соединительная муфта, 3 — цементная пробка, 4 обсадная труба, 5 — труба для досылки цементного раствора

Для условий Кузнецкого бассейна:

N= 10 (WП -We),

гдеWП— полная влагоемкость угля, %

Нормативный объем воды (м3) для закачки в каждую сква­жину определяют по формуле:

V= 10 -3Nmc1c2γ,

гдеc1, с2— расстояния между скважинами по падению и прости­ранию пласта;γ— объемная плотность угля, т/м3.

При гидрообработке одной скважиной нескольких угольных пластов нормативный объем закачки определяется как сумма расчетных объемов для каждого пласта. Нагнетание воды по региональным схемам проводят с максимальным давлением и расходом, но первые кубометры рекомендуется закачивать при давлении, не превышающем (0,6—0,7)γН.

Типовые параметры нагнетания по региональной схеме для некоторых угледобывающих районов приведены в табл 7.1

Таблица 7.1

1.2. Схема заложения скважин при глубинном увлажнении выемочного этажа (подэтажа) показана на рис, 7.3

Рис.3. Схема глубинного увлажнения угольного плата впереди очистного забоя:

1, 2 — вентиляционный, откаточный штреки

При большой протяженности очистных забоев нагнетатель­ные скважины могут быть заложены с вентиляционного и отка­точного штреков Скважины герметизируют гидрозатворами или цементируют на глубину не менее ширины защитной зоны я. Рас-стоян-ие с между скважинами должно соответствовать условию:

с<2lг,

гдеlг — глубина герметизации скважины.

Нагнетание воды должно производиться за пределами зоны опорного давления с опережениемL, удовлетворяющим требо­ванию:

L≤(tб +tг + tH +tВ)VПЗ,

гдеtб — время бурения скважины на паспортную глубину, сут;tГ— время, необходимое для оборудования скважин, сут;tН— продолжительность нагнетания воды, сут;tВ = 30 сут —время выдержки пласта после нагнетания,VПЗ — скорость подвигания очистного забоя, м/сут.

Объем воды для закачки в скважину при глубинном способе увлажнения рассчитывают по формуле:

К=10-3Nmlссγ,

гдеlс — длина скважины.

Глубинное увлажнение при проходке подготовительных вы­работок производят по схеме рис 7.4.

рис. 7.4. Схема глубинного увлажне­ния мощных удароопасных пластов при 1роходке квершлагов:

1 — скат, 2 — квершлаг, 3 — нагнетатель ная скважина, 4 - глинистые сланцы, 5 — гшптобиолит, 6 — уголь, 7 — песчаник

При проведении квершлагов по мощным угольным пластам объем воды определяют по формуле:

V= 2,5x10-4NB2 (3lФ +2B);

при проходке штреков — по формуле:

V= 10-3NmВ (lФ + 0,8В)γ, В = 2n+α,

гдеα— ширина выработки, м;n— ширина защитной зоны, м,lФ— длина фильтрующей части скважины, м.

При проведении глубинного увлажнения в подготовительных выработках глубина герметизации скважины должна быть не менее п+ 0,5а.

Требования к режиму нагнетания воды при глубинном спо­собе увлажнения аналогичны изложенным в п. 3.1 данного при­ложения.

1 3. При гидрорыхлении схему расположения нагнетатель­ных скважин принимают в зависимости от системы разработки, строения, мощности пласта и его отдельных пачек, свойств бо­ковых пород.

При нагнетании воды в режиме гидрорыхления глубина гер­метизации должна соответствовать условию:

lг = (4—6)√m.

Длина фильтрующей части скважиныlф = 1,5—2,5 м. Общая длина нагнетательной скважиныlс=lГ+lф, должна удовлетво­рять условию:lC≥n+b, гдеn— ширина защитной зоны,b— подвигание забоя за один или несколько циклов, но не более 12 м

Расстояние между скважинами принимают из условия:

с≤1,5lC,

Удельный расход жидкости (норму нагнетанияN, л/т) при гидрорыхлении через скважины глубиной 6—12 м определяют из выраженияN— 10Wмг, при глубине скважины до 6 м прини­маютN= 25—30 л/т На мощных пластах сложного строения величинаNможет быть скорректирована ВНИМИ на основании изучения фазово-физических свойств отдельных пачек.

Для буроугольных пластов Кызыл-Кийского месторождения удельный расход водыNсоставляет 40—50 л/т при гидрорыхле­нии через скважины глубиной 8 м

Количество водыV(м3), закачиваемое в каждую скважину глубиной 6—12 м, составляет.

в очистных забоях и стенках подготовительных выработокV= 1,3•10-3Nmlcс;

в забоях подготовительных выработок при нагнетании через одиночную скважину

V=1,3•10-3Nmlс(2n+ а),

в забоях подготовительных выработок при нагнетании через две скважины и более-

V=1,3•10-3Nmlсc'.

где с' — расстояние между скважинами на уровне фильтрующей части скважины, м.

При глубине скважины до 6 м объем воды необходимо уве­личивать на 25—30%

Давление нагнетания поднимается ступенями по (0,2—0,3)γН до величины, исключающей гидроразрыв пласта. Продолжитель­ность нагнетания на первых ступенях должка составлять не ме­нее 10 мин. На последней степени (0,8—0,9)γН нагнетание про­изводят до закачивания необходимого количества воды

Во избежание преждевременного гидроразрыва пласта це­лесообразно подключить к одному насосу 2—3 нагнетательные скважины.

В случае гидроразрыва пласта нагнетание прекращают, бу­рят новую скважину на расстоянии 2,5 —3 м от старой и нагне­тание продолжают до закачивания необходимого количества воды.

Глубину герметизации скважинlг выбирают в зависимости от показателяGмг, а длину фильтрующей частиlФ — в зависимости отGе, по номограмме (см рис 7.5; с округлением: результата

до 0,5 м. Номограмма построена для угольных пластов мощ­ностью 1 м Для пластов мощностью более 1 м параметры необ­ходимо умножить на величину √m. В зонах влияния тектони­ческих нарушений и зонах ПГД параметры скважин необходимо корректировать

Для увеличения эффективности гидрорыхления через сква­жины глубиной до 6 м в конце нагнетания целесообразно произ­водить гидроразрыв или интенсивное гидрорасчленение уголь­ного пласта

Для выявления опасных зон на газоносных пластах рекомен­дуется способ, основанный на измерении расхода поступающей в пласт жидкости при одинаковом давлении нагнетания (рис 7.6). В спокойной зоне пласта нагнетание проводится через скважины длиной 9—11 м.

Давление нагнетания повышают в три ступени:

I. 5—6 МПа, 10 мин.

II. 9—11 МПа, 15—20 мин.

III. 15—17 МПа, до закачивания расчетного количества воды.

После стабилизации давления наIIступени в течение 10— 15 мин фиксируют величинуQ. Если значенияQсоставляют 6—8 л/мин и более, то нагнетание продолжается наIIIступени. При резком падении расхода жидкости, т. е. приQ≤2,5 л/мин, считают зону пласта опасной и переходят на гидрорыхление че­рез скважиныlС = 4 м,lГ = 3 м, увеличивают норму увлажнения в 1,5 раза и доводят нагнетание до гидроразрыва или гидрорас­членения пласта.

При давлении РМ = 9—11 МПа расходQ, как правило, нахо­дится в пределах 1 л/мин. При выходе из опасной зоны расход увеличивается до 2—3 л/мин. Если такой расход ((Q≥2—3 л/мин) при Рн = 9—11 МПа зафиксирован не менее, чем в трех после­дующих циклах, то считают, что очистной или подготовительный забой вышел из опасной зоны и переходят на гидрорыхление че­рез скважины длиной 9—11Iм.

При трудности бурения скважин на необходимую глубину гидрообработку начинают через скважины с минимально воз­можной глубиной, но не менееn+b, гдеb— подвигание забоя за один цикл.

Если по технологическим причинам значениеlс необходимо увеличить, то переход к более длинным скважинам нужно осу­ществлять постепенно, в течение 3—4 циклов нагнетания. Глу­бину герметизации в этом случае выбирают таким образом, чтобы фильтрующая часть скважины располагалась в зоне максимума опорного давления. В конце нагнетания следует произвести гид­роразрыв пласта. Расстояние между скважинами должно быть не менееlс. Бурение скважин в таких условиях целесообразно производить с продувкой или промывкой.

Для повышения эффективности гидрорыхление может про­водиться с контролем сейсмоакустической активности. Нагне­тание осуществляют со сбросом давления воды в системе перед каждым его ступенчатым повышением, контролируя сейсмоаку-стическую активность в процессе нагнетания. Переход с одной ступени повышения или сброса давления на другую осуществляют после резкого снижения и начала стабилизации темпа нагнетания.