CC BY
35
УДК 622.455:622.822.3:624.136.6 © Е.И. Нургалиев, А.Е. Майоров, А.А. Черепов, 2019
Опыт комплексной изоляции горных выработок шахт Распадской угольной компании. Шахта «Распадская-Коксовая» - часть I
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-2-25-30
НУРГАЛИЕВ Евгений Илдарович
Генеральный директор научно-производственной компании ООО «УГМ-Сервис», 650014, г. Кемерово, Россия, e-mail: [email protected]
МАЙОРОВ Александр Евгеньевич
Доктор техн. наук, профессор РАН, заведующий лабораторией геомеханики и геометризации
угольных месторождений ФИЦ УУХ СО РАН, профессор кафедры теоретической и геотехнической механики КузГТУ, 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: [email protected]
ЧЕРЕПОВ Андрей Александрович
Технический директор ООО «Распадская угольная компания», 652877, г. Междуреченск, Россия, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрен опыт внедрения технологии комплексной изоляции пластовых горных выработок в шахте «Распадская-Коксовая». Технология включает возведение монолитных перемычек с инъекционной цементацией прилегающей нарушенной приконтурной зоны массива пород. Показан опыт применения специализированных цементных смесей УГМ и УГМ-П. Доказана работоспособность элементов системы «перемычка - тампонажная завеса» Подтверждено качество выполненной изоляции горных выработок в условиях пласта III. Обоснована эффективность консолидирующих изоляционных систем, которые способствуют снижению концентрации метана и кислорода в отработанном пространстве, стабилизации температуры и эндогенных процессов в угольных пластах. Ключевые слова: безопасность, изоляция, перемычка, приконтурный массив, трещины, фильтрация, инъекция, упрочнение, уплотнение.
АКТУАЛЬНОСТЬ
Обеспечение эффективной и безопасной отработки запасов - основная задача подземной добычи угля.
Некоторые важные особенности современной угледобычи:
- обеспечение эффективной вентиляции выработанного пространства (один из основных факторов, сдерживающих темпы проходки и добычи угля);
- управление газовыделением и физическим состоянием массива при достигнутом уровне нагрузок на очистные забои;
- формирование колоссальных объемов полостей: в завальной части при отработке пласта с обрушением кровли, при камерно-столбовой системе разработки и других вариантах (накладывают более жесткие требования к качеству изоляции выработанного пространства, содержанию кислорода и метана в атмосфере);
- наличие охранных целиков и участков приконтурной зоны угольного пласта с повышенной трещиноватостью (активная фильтрация воздуха с развитием эндогенных окислительных процессов) и т.д.
В каждом из указанных случаев возможно присутствие общей проблемы: повышение концентрации кислорода и/ или метана в выработанном пространстве при наличии системы трещин в массиве способствует как нарушению режимов проветривания и качества изоляции горных выработок, так и возникновению очагов самонагревания угля, эндогенных пожаров.
Любой из известных подходов к решению указанной проблемы должен учитывать технологии возведения изоляционных взрывоустойчивых перемычек, без которых в настоящее время практически невозможна подземная добыча угля. В Кузбассе эксплуатируются сотни подобных сооружений, при возведении основной части которых полностью или частично не было учтено реальное физическое состояние прилегающего массива пород в изолируемой горной выработке.
Возникает актуальность развития технологий оперативной качественной комплексной изоляции выработанного пространства.
Безврубовые монолитные технологии - одно из перспективных, широко применяемых направлений, обеспечивающих технологичность, оперативность и заданную надежность подземного сооружения. Возведение и эксплуатация изоляционных перемычек без соответствующего упрочнения и уплотнения (консолидации) нарушенной приконтурной зоны приводят к значительным перетокам газовой среды через изолирующее сооружение, нарушению требований промышленной безопасности к устойчивости и долговечности конструкции. При этом широкое применение составов именно на основе цемента обусловлено совокупностью факто-
ров: их физико-механическими характеристиками, долговечностью, относительно низкой стоимостью и, что не менее важно, их термостойкостью.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Научно-производственной компанией ООО «УГМ-Сервис» при научном сопровождении специалистов Института угля СО РАН (структурное подразделение ФИЦ УУХ СО РАН), опираясь на значительный опыт решения задач управления физико-механическим состоянием массива горных пород и изоляции горных выработок, в том числе [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14. 15, 16, 17, 18, 19], разработана технология комплексной изоляции горных выработок с нарушенной приконтурной зоной консолидирующей системой «перемычка - тампонажная завеса». Технология учитывает необходимое совмещение процессов возведения монолитной перемычки с инъекционным упрочнением и уплотнением, изменяющих физико-механические характеристики нарушенных пород и создающих несущие структурные связи в процессе интеграции сооружения во вмещающий массив. При этом возникают взаимоисключающие условия: высокая проникающая способность цементной смеси и необходимость качественного заполнения трещин горных пород при малом времени потери ее текучести и минимизации протечек состава в горную выработку.
Учитывая поставленные задачи, специалистами ООО «УГМ-Сервис» созданы специализированные взаимодополняющие импортозамещающие составы на основе активированного цемента, минеральных наполнителей, твердых техногенных отходов ТЭЦ и металлургического производства: УГМ для инъекционного тампонажа нарушенных горных пород в сложных условиях и УГМ-П для возведения монолитных безврубовых перемычек с тампонажем крупных трещин приконтурной зоны пород. Исследованы их реологические и физико-механические характеристики, запущено промышленное производство мощностью более 2,5 тыс. т в месяц.
Для реализации разработанных технологий апробированы и приняты к исполнению на шахтах Распадской угольной компании (Евраз) инструкции по применению указанных цементных смесей, методические указания по нераз-рушающему контролю состояния перемычек в шахтах и рудниках, методические указания по оценке трещинова-тости и фильтрационных свойств массива горных пород.
Физическим объектом исследований являются горные выработки, прилегающие к участку КСО 1-2 мощного пологого угольного пласта III шахты «Распадская-Коксовая». На шахте успешно внедрена камерно-столбовая система разработки (КСО) запасов [20]. Неиспользуемые горные выработки и выработанные пространства традиционно изолируют безврубовыми монолитными взрывоустойчи-выми перемычками.
Цель исследования: обоснование параметров технологии изоляции пластовых выработок безврубовыми монолитными перемычками с консолидированной приконтурной зоной пород, обеспечивающей безопасность ведения горных работ при ресурсосберегающих строительстве и эксплуатации угольных шахт.
Основная задача исследования: исследовать работоспособность элементов консолидирующей системы «пе-
ремычка - тампонажная завеса» из цементных смесей серии УГМ с оценкой качества и эффективности изоляции в условиях горных выработок пласта III шахты «Распадская-Коксовая».
РЕЗУЛЬТАТЫ
Этап 1. Задача этапа: оценить влияние толщины перемычки на ее герметичность в условиях нарушенной приконтурной зоны горной выработки.
При ведении горных работ, повлекших изменение напряженно-деформированного состояния вмещающего массива пород, произошла частичная разгерметизация взрывоустойчивой монолитной перемычки № 7410 (сечение - 6,5 м на 3,6 м и толщина - 4,1 м), ранее возведенной в конвейерном бремсберге пласта III при изоляции участка КСО 1-2. Обнаружено нарушение сплошности прилегающего приконтурного массива пород с образованием системы трещин раскрытием до 5 мм. Фиксировались избыточное давление и переток метана - пробы воздушной смеси около перемычки показали уровень, близкий к ПДК.
Для исправления ситуации службами шахты были разработаны дополнительные мероприятия по усилению изоляции - к указанной перемычке возведен прилив толщиной 4,1 м из смеси УГМ-П, перекрывающий основную площадь прилегающего контура выработки с раскрытыми устьями трещин. Далее, проведена оценка трещиноватости и фильтрационных свойств массива горных пород, концентрации метана около перемычки. При этом отмечены частичный пропитывающий тампонаж крупных трещин смесью УГМ-П и практически неизменное состояние более мелких трещин приконтурной зоны прилегающей горной выработки. Несмотря на частичное снижение фильтрации газов, подтверждены низкая эффективность и высокая материалоемкость примененного способа герметизации нарушений и повышения устойчивости сооружения.
Для возможности реализации комплексного подхода к изоляции горных выработок консолидирующими системами предложено опробовать базовый элемент технологии -инъекционную тампонажную завесу из специализированной смеси в нарушенном массиве пород вокруг перемычек.
Этап 2. Учитывая непрерывность процесса добычи угля и существующую горнотехническую ситуацию, исследование технологии возведения консолидирующей системы «перемычка - тампонажная завеса» проведено в условиях предварительного возведения безврубовых монолитных изолирующих перемычек, а через некоторое время -последующего возведения тампонажных завес способом инъекционной цементации прилегающего нарушенного приконтурного массива пород горной выработки.
Задачи этапа:
- оценить качество возведения тел безврубовых монолитных перемычек из смеси УГМ-П;
- оценить проникающую способность смеси УГМ-П в трещины прилегающих горных пород при безнапорном опалубочном возведении тела безврубовых перемычек;
- отработать технологию инъекционной цементации прилегающего приконтурного массива пород горной выработки смесью УГМ с применением разработанной смесительно-нагнетательной установки АСА-1 на базе облегченного мембранного растворонасоса СО-49С, оценить при этом эффективность различных схем подклю-
Рис. I. Выкопировка из плана горных работ пласта
IIIучастка КСО 1-2 на поле №2 (отмечена взрывоустойчивая
перемычка № 7416)
Fig. I. Extract from official copy of the mining plan of Seam III, Room-and-Pillar Mining area I-2 in field No. 2 (explosion-proof dam No. 74I6 is marked)
чения нагнетательных шпуров к растворонасосу и режимов нагнетания смеси;
- оценить рациональную область инъекционной обработки нарушенного массива пород и качество тампонаж-ной завесы из смеси УГМ вокруг перемычек;
- разработать рекомендации по повышению эффективности технологии изоляции горных выработок.
Для оценки качества изоляции горной выработки принят комплексный критерий, учитывающий данные о техническом состоянии подземного сооружения и приконтур-ной зоны пород горной выработки, фильтрационных характеристиках нарушений (трещин). Соответственно, развивая направление оперативной диагностики и контроля технического состояния изоляционных сооружений, апробированы следующие методы контроля, проводимые на различных этапах реализации технологии:
- неразрушающий (визуально-измерительный), с оценкой качества наружной поверхности контура горной выработки, тела перемычки, стенок диагностических шпуров в приконтурной зоне пород, размеров нарушений;
- реометрический, с оценкой проницаемости приконтурной зоны пород (используются закономерности изменения параметров фильтрации сжатого воздуха через раскрытые трещины массива) и тела перемычки (используются закономерности изменения параметров фильтрации воды через поры и капилляры цементного камня);
- разрушающий, с оценкой физико-механических характеристик - контактной прочности пород стенок диагностических шпуров эндоскопическим зондом пинометра и тела перемычки молотком Шмидта, прочности на одноосное сжатие и изгиб образцов смесей.
Так, с применением общепринятого в настоящее время опалубочного монолитного безврубового способа возведены три взрывоустойчивые изолирующие перемычки из смеси УГМ-П для изоляции участка КСО 1-2 пласта III: - перемычка № 7416 возведена в транспортном бремсберге, в 6 м от сопряжения со сбойкой № 10. На примере данной перемычки место ведения работ показано на рис. 1.
Фактическое сечение выработки вчерне в месте возведения составляет 27,3 м2 (высота - 4,2 м, ширина - 6,5 м) -перемычка № 7424 возведена в сбойке № 10, в 6 м от сопряжения с транспортным бремсбергом. Фактическое сечение выработки вчерне в месте возведения состав-
ляет 20,3 м2 (высота - 3,5 м, ширина - 5,8 м) - перемычка № 7425 возведена в вентиляционном бремсберге, в 6 м от сопряжения с промежуточным штреком. Фактическое сечение выработки вчерне в месте возведения составляет 33,6 м2 (высота - 5,8 м, ширина - 5,8 м).
Далее, проведена промежуточная оценка качества изоляции горных выработок сразу после возведения перемычек. При визуально-измерительном контроле наружная поверхность всех перемычек сухая, шероховатая, серого цвета, с редко расположенными кавернами и выбоинами размером до 10-15 мм, следами от опалубки. Прилегающие к перемычке горные породы непосредственной кровли сухие, с крупными заколами напластований, видны выходы на поверхность сетки трещин раскрытием до 4 мм. Пласт угля (борта и почва) перемят. Для обследования состояния приконтурной зоны рядом с перемычками пробурено по три диагностических шпура глубиной около 3 м - один вертикально в кровлю, и два в борта, под углом 45-60° к горизонту. В процессе эндоскопического контроля определено, что на расстоянии до 1,5 м в кровле и до 2 м в бортах обследуемых выработок залегают нарушенные породы с сильной трещиноватостью и распределенной системой трещин. В зоне возведенных перемычек в правом борту выработок на глубине от 0,2 до 2,6 м максимальное раскрытие трещин составляет 6-9 мм, а в левом борту 9-10 мм. Пример нарушений левого борта горной выработки рядом с взрывоустойчивой перемычкой № 7416 представлен на рис. 2. В области контакта приконтурного массива горных пород с телом перемычек нарушений не выявлено.
При заполнении опалубки зафиксировано безнапорное распространение смеси УГМ-П по трещинам прилегающих нарушенных горных пород: до 0,2 м (в горизонтальной плоскости) - при раскрытии трещин от 0,1 до 2,0 мм; до 0,5 м - при раскрытии трещин от 2,0 до 5,0 мм; до 1,0 м - при раскрытии трещин от 5,0 до 8,0 мм. Выявлен случай распространения смеси до 1,5 м по одиночной трещине раскрытием 8,0-12,0 мм.
Ориентируясь на многолетний опыт исследований Куз-ниишахтостроя, КузГТУ и Кольского научного центра [2, 3, 5, 21, 22], по разработанным методическим указаниям проведена оперативная оценка фактической трещинова-тости и фильтрационных свойств массива горных пород приконтурной зоны. Применен реометрический метод, в котором используются закономерности изменения пара-
Рис. 2. Пример нарушений левого борта взрывоустойчивой перемычки № 74I6 на глубине 1,0м в шпуре №4 Fig. 2. Example of the explosion-proof dam No. 74I6 left side distortion at a depth of I.0 m in hole No. 4
метров фильтрации сжатого воздуха через раскрытые трещины. Базовым прибором контроля в специально разработанной мобильной установке является автономный портативный цифровой манометр-регистратор Crystal XP2i с даталог-гером, термокомпенсацией, в искро-безопасном исполнении (Ex), пылев-лагонепроницаемом корпусе (IP67). В процессе замера показаний давления в аккумулирующей емкости, подключенной к устью диагностического шпура через шланг с паке-ром, манометр-регистратор автоматически фиксирует четыре показания в секунду, рассчитывая среднее значение, по которому выстраивает график изменения давления. Качество тампонажа массива горных пород следует считать удовлетворительным, если коэффициент остаточной трещиноватости составляет менее 0,002, а совокупное раскрытие трещин не превышает 1 мм на метр длины диагностического шпура. Соответственно, учитывая, что полученные коэффициенты трещиноватости на порядок превосходят указанное значение, а среднее раскрытие трещин находится в диапазоне от 6 до 10 мм, нарушение прикон-турной зоны перемычек относится к третьему типу - с высокой стадией. Очевидна необходимость применения дополнительных мероприятий по инъекционному упрочнению и уплотнению (тампонажу) приконтурной зоны горных пород указанных перемычек минеральными смесями.
Для дальнейшего выполнения поставленных задач вокруг каждой перемычки веерно, с наклоном на нее, пробурены нагнетательные шпуры диаметром 30 мм и длиной 3 м, с расстоянием между устьями около 1 м (по 4 в борта и 5 в кровлю). Нагнетание смеси УГМ в каждый шпур проводилось в среднем за три цикла (этапа) при постоянном давлении до 1 МПа с расходом до 4 м3/ч. Смесь УГМ применена двухкомпонентная, с расходом на один цикл 80 кг (два мешка сухой смеси компонента А и одна канистра жидкого компонента Б). Всего для проведения работ по тампонажу приконтурных зон перемычек № 7416, № 7424 и № 7425 было израсходовано соответственно 1,5; 1,6 и 1,8 т сухой смеси. В процессе возведения тампонажных завес в радиусе 1-1,5 м от устья шпуров наблюдался выход смеси УГМ на поверхность контура горной выработки.
Последующий визуально-измерительный и реометри-ческий контроль показали высокое качество выполненной изоляции с допустимым минимумом остаточной трещиноватости приконтурной зоны при раскрытии трещин менее 0,1 мм. Положительный результат тампонажа также подтвержден данными общешахтной системы контроля, которой было зарегистрировано падение концентрации кислорода в изолированном пространстве за перемычками № 7410, № 7416 и № 7424 с 19 до 12%. Регистрационные данные показали, что снижение концентрации кислорода произошло одновременно с началом и активно продолжалось после завершения работ по возведению тампонажных завес. Пример факта снижения концентрации кислорода в изолированном пространстве представлен на рис. 3. При
Рис. 3. Падение концентрации кислорода по показаниям станции SKPA\O2 за период 25-27.01.2017
Fig. 3. Oxygen concentration drop per SKPA\O2 station readings over the period of January 25-27,2017.
замере газоанализатором в непосредственной близости от взрывоустойчивых перемычек № 7416 и № 7424 было отмечено снижение концентрации CH4 до допустимых значений (до проведения тампонажных работ составляла 2%).
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Доказана работоспособность элементов системы «перемычка - тампонажная завеса» из цементных смесей серии УГМ, подтверждены удовлетворительное качество и высокая эффективность изоляции в условиях горных выработок пласта III шахты «Распадская-Коксовая». Технология изоляции пластовых выработок безврубовыми монолитными перемычками с упрочненной и уплотненной приконтурной зоной пород способствует эффективной консолидации нарушенной приконтурной зоны, снижению концентрации метана и кислорода в отработанном пространстве. Снижение фильтрационных характеристик угольного пласта является важным мероприятием, непосредственно влияющим на стабилизацию эндогенных окислительных процессов.
2. Технология монолитного опалубочного возведения перемычек из смеси УГМ-П позволяет обеспечить эффективное перекрытие горной выработки и качественный контакт с контуром, при частичном проникновении смеси в трещины вмещающих пород на глубину до 1,5 м. Эффект «прорастания» тела монолитного сооружения в массив является частью процесса его интеграции, снижая переток газа (метановоздушной смеси) через систему трещин вмещающих пород из изолируемого выработанного пространства.
3. Наиболее технологичной является коллекторная схема подключения инъекционных шпуров к нагнетательной магистрали, обеспечивающая регулируемую подачу смеси в зависимости от изменяющегося гидродинамического сопротивления обрабатываемой зоны массива трещиноватых пород. Рациональный радиус распространения инъекционной смеси в основном составляет около 1,5-2 м, что при веерном расположении инъекционных шпуров глубиной 2-3 метра позволяет сформировать качественную тампонажную завесу вокруг изолирующей перемычки. При этом базовым режимом нагнетания смеси УГМ в каждую скважину является: в начале «с постоянным расходом» около 4-5 м3/ч в течение 2-3 мин., далее «с постоянным давлением» около 0,5-1 МПа в течение времени по-
тери подвижности смеси (около 15 мин.). Качество применяемых цементных смесей и их заявленные характеристики гарантированы разработчиком при выполнении требований соответствующей инструкции по применению, где особо оговорены условия их приготовления с соблюдением водо-твердого соотношения и выполнения работ по возведению перемычек.
4. При выборе места возведения взрывоустойчивых изолирующих безврубовых перемычек рекомендуется проводить оценку физического состояния вмещающих горных пород, учитывая степень их нарушенности (трещиноватости) и фильтрационные свойства. При этом для более эффективной и оперативной организации работ необходимо проведение визуально-измерительного контроля зон нарушений эндоскопическим методом, а оценку степени проницаемости массива до и после инъекционной цементации - реометрическим методом, в котором используются закономерности изменения параметров фильтрации сжатого воздуха через трещины. При необходимости восстановления изоляционных свойств ранее возведенной перемычки необходимо проводить последующее инъекционное упрочнение и тампонаж нарушенных прилегающих горных пород специализированной смесью УГМ. У эксплуатируемых перемычек обращать особое внимание на зону контакта горных пород с телом перемычки.
5. Развитие экспресс-методов контроля технического состояния и оценки остаточного ресурса работы подземных изоляционных сооружений направлено на отработку комплексного критерия оценки. Также в настоящее время не-оправдано забыты базовые экспресс-методы - визуально-измерительный и реометрический контроль, поставляющие прямые данные для принятия оперативных решений. В дальнейшем, необходимо создание общешахтной системы мониторинга и контроля технического состояния с паспортизацией изоляционных сооружений.
6. Для повышения эффективности технологии изоляции горных выработок необходимо объединение во времени и пространстве основных операций по возведению тела перемычки и тампонажной завесы в единый комплекс работ, что позволит получить синергетический эффект повышения качества возведения ответственного подземного сооружения при целевой направленности применяемых технологических решений на единый результат.
7. Внедряемый на шахтах РУК (Евраз) комплексный подход к вопросам изоляции выработанного пространства позволяет оперативно и эффективно решать задачи повышения безопасности ведения горных работ. При этом такой немаловажный фактор, как высокий уровень подготовки технических служб, способствует пониманию важности внедрения новых технологий, принятию оперативных решений, качественно влияющих на эффективность добычи угля.
Список литературы
1. Проблемы безопасности и новые технологии подземной разработки угольных месторождений / В.И. Клишин, Л.В. Зворыгин, А.В. Лебедев, А.В. Савченко. Новосибирск: Издательский дом «Новосибирский писатель», 2011. 524 с.
2. Хямяляйнен В.А., Бурков Ю.В., Сыркин П.С. Формирование цементационных завес вокруг капитальных горных выработок. М.: Недра, 1994. 400 с.
3. Хямяляйнен В.А., Митраков В.И., Сыркин П.С. Физико-химическое укрепление пород при сооружении выработок. М.: Недра, 1996. 352 с.
4. Майоров А.Е., Хямяляйнен В.А. Консолидирующее крепление горных выработок. Новосибирск: Издательство СО РАН, 2009. 260 с.
5. Возведение противофильтрационных завес вокруг водоупорных перемычек / В.А. Хямяляйнен, Г.С. Франкевич, В.А. Жеребцов и др. Кемерово, 2000. 119 с.
6. Майоров А.Е., Хямяляйнен В.А. Фильтрационное течение и приливы плотности дисперсной фазы при заполнении трещин горных пород цементным раствором // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2010. № 4. С. 105-110.
7. Хямяляйнен В.А. Развитие инъекционных способов уплотнения массивов горных пород в Кузбассе // Вестник КузГТУ. 2015. № 5. С. 25-32.
8. Заславский Ю.З., Лопухин Б.А., Дружко Е.Б. Инъекционное упрочнение горных пород. М.: Недра, 1984. 176 с.
9. Хямяляйнен В.А., Баев М.А. Оценка влияния отходов углеобогащения на физико-механические свойства тампонажных растворов и параметры технологии цементации // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014. № 4. С. 247-253.
10. Комплексный метод тампонажа при строительстве шахт / Э.Я. Кипко, Ю.А. Полозов, О.Ю. Лушникова, В.А. Лагунов. М.: Недра, 1984. 280 с.
11. Хямяляйнен В.А., Баев М.А. Экспериментальные исследования физико-механических свойств тампонажных растворов на основе цемента и отходов углеобогащения // Вестник КузГТУ. 2013. № 6. С. 12-19.
12. Угляница А.В., Першин В.В. Цементация трещиноватых пород в условиях подготовительных горных выработок. Кемерово, 1998. 220 с.
13. Разрушение и тампонаж пород в сейсмически активных условиях метаноугольных месторождений / В.А. Хямяляйнен, В.В. Иванов, В.И. Мурко и др. Кемерово: Кузбасс-вузиздат, 2014. 256 с.
14. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. ИТС 37-2017 Добыча и обогащение угля. Москва: Бюро НДТ, 2017. 294 с.
15. Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса. Кемерово, 2007. 77 с.
16. Глузберг Е.И. Теоретические основы прогноза и профилактики шахтных эндогенных пожаров. М.: Недра, 1989. 160 с.
17. Егошин В.В., Кухаренко Е.В., Александрович И.Ф. Предупреждение и тушение эндогенных пожаров на шахтах Кузбасса. Кемерово: Кемеровское книжное издательство, 1994. 355 с.
18. Парфенов А.П. Строительство гидроизоляционных перемычек в калийных рудниках Прикарпатья // Шахтное строительство. 1989. № 7. С. 24-25.
19. Нургалиев Е.И., Майоров А.Е., Роут Г.Н. Технология скоростного возведения высокопрочных безврубовых перемычек с использованием специализированных цементных смесей // Уголь. 2014. № 6. С. 20-23. URL: http://www. ugolinfo.ru/Free/062014.pdf (дата обращения 15.01.2019).
20. Черепов А.А., Ширяев С.Н., Кулак В.Ю. Исследование распределения напряжений и деформаций геомассива при камерно-столбовой системе разработки мощного пологого угольного пласта // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 9. С. 170-178.
21. Турчанинов И.А., Козырев А.А., Каспарьян З.В. Руководство по определению нарушенности пород вокруг выработок реометрическим методом. Апатиты: Издательство Кольского филиала АН СССР, 1971. 44 с.
22. Дианов В.М., Катков Ю.Р. Поддержание горных выработок в скальных породах на больших глубинах. Апатиты: Издательство КНЦ АН СССР, 1990. 112 с.
UNDERGROUND MINING
UDC 622.455:622.822.3:624.136.6 © E.I. Nurgaliev, A.E. Mayorov, A.A. Cherepov, 2019
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 2, pp. 25-30
Title
EXPERIENCE OF COMPLEX ISOLATION OF EXCAVATIONS ' DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-2-25-30
RASPADSKAYA COAL COMPANY" MINES. "RASPADSKAYA-KOKSOVAYA" MINE - PART I
Authors
Nurgaliev E.I.1, Mayorov A.E.2, 3, Cherepov A.A.4
1 Scientific research and production Company "UGM-Service" LLC, Kemerovo, 650014, Russian Federation
2 Federal Research Center of Coal and Coal Chemistry of SB RAS, Kemerovo, 650065, Russian Federation
3 T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University (KuzSTU), Kemerovo, 650000, Russian Federation
4 "Raspadskaya Coal Company" LLC, Mezhdurechensk, 652877, Russian Federation
Authors' Information
Nurgaliev E.I., General Director, e-mail: [email protected] Mayorov A.E., Doctor of Engineering Sciences, Professor of RAS, Head of geomechanics and geometrization of coal fields laboratory, Professor of chair of theoretical and geotechnical mechanics, e-mail: [email protected] Cherepov A.A., Technical Director, e-mail: [email protected]
Abstract
This paper describes the experience of implementing the technology of complex isolation of seam excavation in the "Raspadskaya-Koksovaya" mine. The technology includes the construction of monolithic bridges with injection cementation of the destroyed rock mass. The experience of application of specialized cement mixtures UGM and UGM-P is shown. The efficiency of the elements of the isolating «bridge - plugging screen» systems is proved. The quality of the performed isolation of mine excavations in the coal seam №III is confirmed. There is justification of efficiency of consolidated isolating systems, which help to reduce the concentration of methane and oxygen in the waste space, temperature stabilization and endogenous processes in coal seams. Figures:
Fig. 1. Extract from official copy of the mining plan of Seam III, Room-and-Pillar Mining area 1-2 in field No. 2 (explosion-proof dam No. 7416 is marked) Fig. 2. Example of the explosion-proof dam No. 7416 left side distortion at a depth of 1.0 m in hole No. 4
Fig. 3. Oxygen concentration drop per SKPA\O2 station readings over the period of January 25-27,2017.
Keywords
Safety, Isolation, Bridge, Border rock massif, Fractures, Filtering, Injection, Hardening, Compacting.
References
1. Klishin V.I., Zvorigyn L.V., Lebedev A.V. & Savchenko A.V. Problemy bezopas-nosti i novye tekhnologii podzemnoj razrabotki ugol'nyh mestorozhdenij [Tasks of safety and new technologies of underground development of coal fields]. Novosibirsk, "Novosibirskiy pisatel" Publshing, 2011, 524 p.
2. Khyamyalyainen V.A., Burkov Yu.V. & Syrkyn P.S. Formirovanie cementacionnyh zaves vokrug kapital'nyh gornyh vyrabotok [Cement-grout screen formation around permanent mine excavations]. Moscow, Nedra Publ., 1994, 400 p.
3. Khyamyalyainen V.A., Mitrakov V.I. & Syrkyn P.S. Fiziko-himicheskoe ukreple-nie porod prisooruzhenii vyrabotok [Physical and chemical rocks hardening with excavation construction]. Moscow, Nedra Publ., 1996, 352 p.
4. Mayorov A.E. & Khyamyalyainen V.A. Konsolidiruyushchee kreplenie gornyh vyrabotok [Consolidating bracing of mining excavations]. Novosibirsk, SB RAS Publ., 2009, 260 p.
5. Khyamyalyainen V.A., Frankivich G.S., Zherebtsov V.A., et al. Vozvedenie protivofil'tracionnyhzaves vokrug vodoupornyhperemychek [Antifiltering screens creation around water-resistant bridges]. Kemerovo, KuzSTU Publ., 2000, 119 p.
6. Mayorov A.E. & Khyamyalyainen V.A. Fil'tracionnoe techenie i prilivy plotnosti dispersnoj fazy pri zapolnenii treshchin gornyh porod cementnym rastvorom [Filtering flow and density increasing in dispersed phase with rock fractures filling by cement grout]. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Gornyj Zhurnal -News of higher educational institutions. Mining journal, 2010, No. 4, pp. 105-110.
7. Khyamyalyainen V.A. Razvitie in"ekcionnyh sposobov uplotneniya massivov gornyh porod vKuzbasse [Development of injection methods of compacting of rock massif in Kuzbass]. // Vestnik KuzSTU, 2015, No. 5(111), pp. 25-32.
8. Zaslavskiy Yu.Z., Lopukhin B.A. & Druzhko E.B. In'ekcionnoe uprochnenie gornyh porod [Rock massif injection hardening]. Moscow, Nedra Publ., 1984, 176 p.
9. Khyamyalyainen V.A. & Baev M.A. Ocenka vliyaniya othodov ugleobo-
gashcheniya na fiziko-mekhanicheskie svojstva tamponazhnyh rastvorov i parametry tekhnologii cementacii [Evaluating of influence of coal preparation wastes on physical and mechanical properties of plugging grouts and parameters of cementation technology]. Gornyi Informatsionno-Analiticheskiy Byulleten' - Mining Information and Analytical Bulletin, 2014, No. 4, pp. 247-253.
10. Kipko E.Ya., Polozov Ya.A., Lushnikova O.Yu. & Lagunov V.A. Kompleksnyj metod tamponazha pri stroitel'stve shaht [Complex method of plugging in mine building]. Moscow, Nedra Publ., 1984, 280 p.
11. Khyamyalyainen V.A. & Baev M.A. Ehksperimental'nye issledovaniya fiziko-mekhanicheskih svojstv tamponazhnyh rastvorov na osnove cementa i othodov ugleobogashcheniya [Experimental researches of physical and mechanical properties of plugging grouts based on cement and coal preparation wastes]. Vestnik KuzSTU, 2013, No. 6, pp. 12-19.
12. Uglyanitsa A.V. & Pershin V.V. Cementaciya treshchinovatyh porod v uslovi-yahpodgotovitel'nyhgornyh vyrabotok [Fractured rocks grouting in conditions of pre-excavations]. Kemerovo, KuzSTU Publ., 1998, 220 p.
13. Khyamyalyainen V.A., Ivanov V.V., Murko V.I., et al. Razrushenie i tamponazh porod v sejsmicheski aktivnyh usloviyah metanougol'nyh mestorozhdenij [Destruction and plugging of rock at seismic active conditions of methane-coal fields] Kemerovo, Kuzbassvuzizdat Publ., 2014, 256 p.
14. Informacionno-tekhnicheskij spravochnik po nailuchshim dostupnym tekh-nologiyam [Information-technical directory to the best available technologies]. ITD 37-2017 Coal mining and enrichment. Moscow, Bureau BAT, 2017, 294 p.
15. Instrukciya po preduprezhdeniyu i tusheniyu podzemnyh ehndogennyh pozharov vshahtah Kuzbassa [Instruction for prevention and firefighting of underground breeding fire on Kuzbass coal mines]. Kemerovo, 2007, 77 p.
16. Glauzberg E.I. Teoreticheskie osnovy prognoza i profilaktiki shahtnyh ehndogennyh pozharov [Theoretical basics of prognosis and prevention of breeding fire]. Moscow, Nedra Publ., 1989, 160 p.
17. Egoshin V.V., Kukharenko E.V. & Alexandrovich I.F. Preduprezhdenie i tush-enie ehndogennyh pozharov na shahtah Kuzbassa [Prevention and firefighting of underground breeding fire on Kuzbass coal mines]. Kemerovo, Kemerovo book publishing, 1994, 355 p.
18. Parfenov A.P. Stroitel'stvo gidroizolyacionnyh peremychek v kalijnyh rud-nikah Prikarpat'ya [Hydroisolating bridges constructing in potassium mines of Prikarpatye]. Shahtnoe stroitel'stvo - Mining construction, 1989, No. 7, pp. 24-25.
19. Nurgaliev E.I., Mayorov A.E. & Rout G.N. Tekhnologiya skorostnogo voz-vedeniya vysokoprochnyh bezvrubovyh peremychek s ispol'zovaniem special-izirovannyh cementnyh smesej [The technology of fast construction of extra strength bridges with using of special cement mixtures]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2014, No. 6, pp. 20-23. Available at: http://www.ugolinfo.ru/ Free/062014.pdf (accessed 15.01.2019).
20. Cherepov A.A., Shiryaev S.N. & Kulak V.Yu. Issledovanie raspredeleniya napryazhenij i deformacij geomassiva pri kamerno-stolbovoj sisteme razrabotki moshchnogo pologogo ugol'nogo plasta [Stress and strain distribution in geomass under room-and-pillar mining of a thick gently dipping coal bed]. Gornyi Informatsionno-Analiticheskiy Byulleten' - Mining Information and Analytical Bulletin, 2017, No. 9, pp. 170-178.
21. Turchaninov I.A., Kozyrev A.A., Z.V. Kasparyan Rukovodstvo po opredele-niyu narushennostiporod vokrug vyrabotokreometricheskim metodom [Guidance for determination of disintegration of rocks around the workings of the rheometric method]. Apatity, Kola branch USSR Academy of sciences publishing, 1971, 44 p.
22. Dianov V.M. & Katkov Yu.R. Podderzhaniegornyh vyrabotokvskal'nyh porodah na bol'shih glubinah [Preservation of mine workings in rocks at great depths]. Apatity: Kola science center USSR Academy of Sciences publishing, 1990, 112 p.
