НПАОП 10.0-5.07-88Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам

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 _______м3максимальное 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 влажностиW е, меньшей максимальной гигроскопичностиW мг (т. е. приW е <W мг), что особенно важно на мощных пластах сложного строения. Эффективность увеличивается при увеличении соотношенияWМГ/W е и приближении уровняW е к уровню прочносвязанной влаги.

ПриGМГ> 0,5 (как правило, приG МГ≥(0,6—0,7)*, а .также приW мг≤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 даннымWМГиW е. 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 ≈W мг 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 √Q t \ (πm Nγ ),

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

N = 10(WМГ -Wе ),

гдеW мг — максимальная гигроскопическая влажность угля, %W е — 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 - W e),

гдеWП— полная влагоемкость угля, %

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

V = 10 -3N m c 1c 2γ,

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

рве. 7.3. 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<2l г,

гдеl г — глубина герметизации скважины.

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

L≤(tб +tг + t H+tВ )VПЗ ,

гдеtб— время бурения скважины на паспортную глубину, сут;t Г— 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=10-3N m lссγ,

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 = 2,5x 10-4NB2(3lФ+2B );

при проходке штреков — по формуле:

V = 10-3Nm В (lФ+ 0,8В)γ, В = 2n + α,

где α — 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:

l г = (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≤1,5l C ,

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

Для буроугольных пластов Кызыл-Кийского месторождения удельный расход воды N составляет 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•10-3Nml c с;

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•10-3Nmlс c'.

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 скважинl г выбирают в зависимости от показателяG мг, а длину фильтрующей частиlФ— в зависимости отG е, 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 наII ступени в течение 10— 15 мин фиксируют величинуQ . Если значенияQ составляют 6—8 л/мин и более, то нагнетание продолжается наIII ступени. 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—11I м.

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 значениеl с 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 менееl с. 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.

1.4. Гидроотжим краевой части пласта применяют только в действующих очистных или подготовительных забоях при вынимаемой мощности пласта (слоя) не более 2—2,5 м.

Глубину герметизации выбирают в зависимости от мощности пласта или вынимаемого слоя из соотношения lГ= (3—4)√m . Длину фильтрующей части скважины, как правило, принимают равной 0,3—0,5 м. При использовании нагнетательного оборудования, позволяющего поднять давление до 30—40 МПа, длину фильтрующей части скважины целесообразно увеличивать до 0,8—1,5 м Расстояние между скважинами принимают из условия с ≤3,5lC.

Для выявления опасных зон на пластах повышенной прочности рекомендуется способ их обнаружения, основанный на измерении давления нагнетаемой воды при постоянном расходе.

В спокойной зоне угольного пласта гидрообработку осуществляют через скважины с глубиной герметизацииl1= (1,5—2)√m . Нагнетание производят при постоянном расходе с фиксированием давления. При резком увеличении давления в 2 раза и более глубину герметизации увеличивают до (3,5—4)√m , а длину фильтрующей части скважины принимают равной 0,5—1,5 м в зависимости от мощности нагнетательного оборудования и производят гидроотжим краевой части пласта.

После падения давления воды в системе до 5 МПа и ниже нагнетание прекращают; при большем остаточном давлении, но не менее чем в 2 раза по сравнению с давлением до гидроразрыва, подачу воды в скважину продолжают в течение 10—15 мин.

2. Камуфлетное взрывание и бурение разгрузочных скважин

2.1. Основным параметром при камуфлетном взрывании является расстояние С между шпурами, величину которого устанавливают в зависимости от степени напряженности пласта, типа ВВ и вида забойки. Для патронированных аммонитов необходимо руководствоваться следующим

На удароопасных участках каменноугольных пластов при глиняной забойке С = 0,8 м. При использовании гидравлической забойки (табл. 7.2) расстояние между скважинами зависит от соотношения Рср/РHОМ, где Р CP— средний выход буровой мелочи в зоне расположения заряда; РНОМ— ее номинальный выход.

Таблица 7.2

На антрацитовых пластах при выявленииI илиII категорий удароопасности камуфлетное взрывание рекомендуется применять со следующими параметрами: глубина шпуров равна ширине защитной зоны, С = 3 м, вес одного заряда ВВ марки 6ЖВ равен

1,2 кг. Серия одновременно взрываемых зарядов состоит из 2—3 шпуров, забойка — глиняная.

В условиях буроугольных пластов при забойке из водонапол-ненных ампул и глиняной забойке С = 0,8 м. При гидравлической забойке (табл. 7.3) параметр С зависит от соотношенияW \W кр (W -c редняя влажность угля в месте расположения заряда,W кр — критическая влажность, см. прил. 6). Для других типов ВВ расстояние между скважинами находят опытным путем.

Таблица 7.3

2.2. Расстояние между разгрузочными скважинами также выбирают в зависимости от категории удароопасности, диаметра скважин и мощности угольного пласта, используя формулу: С = К1К2К3, где С — расстояние между скважинами, м; К1, К2и К3— эмпирические коэффициенты, учитывающие соответственно категорию удароопасности (табл. 7.4), диаметр скважины (табл. 7.5) и мощность вынимаемого пласта (табл. 7.6).

Таблица 7.4

Таблица 7. 5

Таблица 7. 6

На участках пласта, где разрушения стенок, скважин не происходит, а категория удароопасности в краевых частях пласта выработок может быть в дальнейшемI илиII , коэффициент К1 принимают как дляIII категории.

2 3 Для антрацитовых пластов расстояние с между разгрузочными скважинами рекомендуется принимать равным: при диаметре скважин 300 мм и более —n ; 200 мм — 0,7n , 150 мм — 0,5n

ПРИЛОЖЕНИЕ 8 РЕГИОНАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ УДАРООПАСНОСТИ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ

Региональный прогноз удароопасности шахтных полей основан на непрерывном контроле кинематических и динамических параметров сейсмических полей в инфразвуковом диапазоне частот (1 —100) Гц. Он предназначен для выявления сейсмически наиболее активных (угрожаемых) участков месторождения (шахтных полей) и контроля степени их опасности с учетом фактора времени

В пределах отдельного шахтного поля региональный прогноз позволяет:

выявить наиболее удароопасные зоны,

оценить степень (категорию) их удароопасности,

определить удароопасное состояние угрожаемых зон с учетом фактора времени;

контролировать эффективность региональных мер предотвращения горных ударов.

Региональный прогноз удароопасности шахтного поля осуществляют с помощью комплекса технических средств, которые размещают по спецпроекту, разрабатываемому институтом ВНИМИ применительно к условиям конкретного месторождения. Комплекс включает:

телеметрическую систему сбора и передачи сейсмической информации во взрывобезопасном исполнении (ТАППС-В);

аппаратуру сопряжения системы с мини-ЭВМ;

мини-ЭВМ типа СМ-1420, «Электроника-60» или измерительно-вычислительного комплекса (например, К-754);

кабельных линий связи «датчик-ЭВМ» при их удалении до 10 км и радиоканалов связи при больших расстояниях.

Региональный прогноз удароопасности шахтного поля включает:

микросейсморайонирование шахтного поля по уровню сейсмической активности (выделение угрожаемых зон),

прогноз горных ударов с учетом фактора времени по изменению кинематических (частотая длительность, скорость разупрочнения) и динамических (амплитуда, энергия, удельная мощность) параметров сейсмических полей; по изменению кинематических и динамических показателей устойчивости массива горных пород, определяемых по спектрам сейсмических колебаний;

Прогноз степени удароопасности при региональном способе осуществляют по номограмме (рис. 8.1)

По оси ординат (см. рис 8.1) отложено количество сейсмических явлений N', а по оси абсцисс — их энергетический класс Кэ=log Е, где Е— сейсмическая энергия. Оценка количества сейсмических явлений и определение их энергетического класса производится автоматически с