CC BY
28
ИНАР 13
ОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ
!:МОСКВА,:;МІИУі25.01.а9;Й!І®.І1;.99Ш:
Ц А.В. Орешкин, Е.А. Колесниченко,
2000
УДК: 622.815:622.86
А.В. Орешкин, Е.А. Колесниченко
ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ ВО ВРЕМЯ ГИДРОВЫМЫВАНИЯ СКВАЖИН НА УЧАСТКАХ ПЛАСТА С ЛОКАЛЬНЫМИ СКОПЛЕНИЯМИ МЕТАНА
Внезапные выбросы угля и метана относятся к наиболее опасным природным явлениям, которые происходят во время присутствия рабочих в забоях горных выработок. В Воркутском месторождении на пластах «Мощный», «Тройной», «Двойной» и «Пятый» произошло 266 внезапных выбросов, из них 219 - в подготовительных забоях и 47 - в очистных.
В настоящее время нет надёжных способов прогнозирования местонахождения очагов внезапных выбросов. Поэтому применяют локальные способы для предотвращения внезапных выбросов. На шахтах Воркутско-го месторождения были испытаны и получили промышленное применение несколько локальных способов: внут-рипластовое взрывание зарядов ВВ, бурение опережающих скважин, гидроотжим призабойной части пласта и гидровымывание опережающих полостей в пласте угля. Практика показала, что надежность всех их невысокая.
Более эффективным и менее трудоёмким оказался способ гидровымывания опережающих полостей. Это объясняется тем, что выбросоопасным является слой пласта, прочность кото-
и других угольных бассейнов. Однако во время вымывания опережающих защитных полостей произошли внезапные выбросы угля и газа.
Для повышения безопасности работ в забоях подготовительных выработок был проведен комплекс исследований и поставлены следующие задачи [1]:
• изучить закономерности распределения метана в выбросоопасном слое;
• определить гидродинамические параметры и конструкцию насадки;
• определить параметры вымываемых передовых скважин;
• разработать принципы контроля дегазации выбросоопасно-го слоя в забое вымываемой полости и автоматизации процесса вымывания.
Шахтные замеры производились на особо выбросоопасном участке пласта «Мощный», в пределах которого до и во время исследований произошло 8 внезапных выбросов. В штреке 1021-С замеры производились на участке длиной 92 м. Через 52 м в забое произошел внезапный выброс.
Расчеты показали, что до внезапного выброса метано-
Рис. 1. Изменение метаноносности угля при проведении штрека 1221-С, где 1 - в выбросоопасном слое, 2 - в крепких пачках, L - расстояние от конвейерного уклона
рого значительно меньше остальных.
По определению геологов это сажистый землисто-зернистый слой угля.
Такие слои имеются в пластах Карагандинского, Кузнецкого, Тунгусского
длиной 3,5 м суммарное количество метана в свободном состоянии в коллекторах и порах пласта от 306 до 1176 м3. Средняя метаноносность выбросоопасной пачки 34,3 м3/т, крепких пачек — 7,8 м3/т, а пласта — 12,9 м3/т. По данным геологов природная метаноносность 19,2 м3/т. При подходе к месту внезапного выброса метаноносность крепких пачек уменьшилась. После внезапного выброса замеры производились на участке штрека длиной 40 м. Очевидно во время выброса пласт вокруг был частично дегазирован. Только на расстоянии 7 м от места выброса дебит метана из пласта увеличился. В среднем на этом участке штрека метаноносность выбросоопасного слоя изменялась от 7,9 до 40,7 м3/т, а неопасных слоев - от 0,9 до 11,7 м3/т. В штреке 1121-С исследования производились на двух участках длиной 67 и 51 м. Эти участки расположены на значительном расстоянии от произошедших внезапных выбросов. На этих участках отмечена небольшая метаноносность выбросоопасной пачки (от 4,9 до 28,7 м3/т).
В штреке 1221-С измерения производились на участке длиной 385 м до пересечения со штреком 1121-С, где ранее произошли 2 внезапных выброса. На этом участке природная метаноносность выбросоопасной пачки изменялась от 2 до 103,5 м3/т, а неопасных — от 1,9 до 39,3 м3/т. На протяжении 175 м метано-носность выбросоопасной пачки не превышала 25 м3/т. На последних 110 м отмечены
резкие изменения метаноносности от 45 до 103,5 м3/т (рис. 1). Максимальная метаноносность была на расстоянии 15 м от места, где ранее выбросило 18 т угля и 3000 м3 метана.
носность выбросоопасного слоя изменялась от 15,2 до 53,8 м3/т. На участке штрека
Анализ результатов измерения показал, что природная метаноносность угольных слоёв неодинакова. Наиболее метаноносным является слой сажистого зольного угля. По простиранию пласта метаноносность угольных пачек на расстоянии 3,5...5 м может отличаться в несколько раз. Очевидно, участки с большим поровым пространством отделены друг от друга зонами с низкой проницаемостью. Ес-
ли впереди забоя в результате перераспределения горного давления происходит разрушение остова угля, то возможно объединение коллекторов газа. Во время выброса пласт дегазируется в радиусе 10...15 м. Это необходимо учитывать во время выполнения профилактических мероприятий и определении их эффективности.
Основными гидравлическими параметрами способа вымывания полостей является давление воды, диаметр выходного отверстия насадки и количество струй воды, одновременно воздействующих на пласт. Критерием эффективности применения водяных струй для разгрузки и дегазации опасных зон является ширина образуемой полости, а критериями применения способа - возможность разрушения угля водяной струёй и расход воды.
Было исследовано вымывание полостей насадками с 1, 3 и 5 выходными отверстиями. В результате оказалось, что для безопасного образования полостей при предельном сопротивлении угля на сжатие от 1,5 до 6,0 МПа насадка должна быть с одним отверстием диаметром 3...4 мм. В зависимости от сопротивления угля на сжатие глубина воронки будет от 20 до 30 см, а диаметр - от 30 до 17 см. При меньшем диаметре отверстия в насадке став труб может зажать в по-
лости.
Во время вымывания передовых полостей происходит дегазация выбросоопасного слоя впереди забоя выработки. Радиус действия полости зависит от проницаемости угля в слое. Между полостями в выбросоопасном слое остаются целики угля, которые не выдерживают давления вышележащих слоев угля и пород и разрушаются. Дегазированная и разрушен-
ная часть призабойного массива становится неопасной. Она определяет шаг безопасного подвигания забоя. За дегазированной зоной, как показали наши замеры и анализ внезапных выбросов, могут располагаться газовые коллекторы различной ёмкости. Между вымытыми полостями также могут остаться коллекторы. Поэтому во время вымывания полостей следующего цикла может произойти разрушение коллекторов и микровыброс угля и газа. Таким образом, безопасность рабочих в забое необходимо обеспечивать как во время профилактических мероприятий, так и во время подвигания забоя.
Безопасность проходчиков во время работы обеспечивается качественной дегазацией призабойного массива на величину подвигания забоя. В результате расчетов и шахтных замеров установлено, что в выработках шириной вчерне до 6 м, необходимо вымывать не менее 7 полостей при веерном расположении. При этом боковая обработка должна быть не менее 4 м. Целики выбросоопасного слоя хорошо дегазируются при расстоянии между полостями не более 1,2.1,3 м. При этом безопасность работ после каждого вымывания обеспечивается на 5 м. Для увеличения подвигания необходимо вы-
Рис. 2. Схема способа непрерывного контроля дегазации пласта во время гидровымывания полостей, где 1 - специальная насадка; 2 -трубопроводный став; 3 - вакууммано-метр; 4 - факел водяной струи; 5 - вакуумная зона, создаваемая эжекцией струи;
6 - вымываемая полость; 7 - забой выработки
мывать более 7 полостей. Но выполнить в течение подготовительной смены эти работы в настоящее время затруднительно.
Для повышения безопасности рабочих во время вымывания полостей нами предложены два способа. Первый способ применяется на участках, на которых наблюдается резкая реакция массива на вымывание полостей. Предварительно бурится серия из 6-7 скважин по вышележащему неопасному слою угля. Направление скважин должно совпадать с направлением будущих полостей. Скважины служат для предварительной дегазации и уменьшения давления метана в выбросоопасном слое. После этого вымывание полостей происходит спокойно. Этот способ был внедрен на шахтах [2].
Для защиты рабочих во время вымывания передовых полостей необходимо производить непрерывный контроль выделения метана из разрушаемых коллекторов [3]. Такой контроль возможен с помощью специальной насадки. Высоконапорная водяная струя за счет кольцевого истечения из насадки образует вакуумную зону (рис. 2). Величина вакуума в этой зоне зависит от внешнего давления на струю.
Этот способ контроля был испытан на шахте «Комсомо-льская» ОАО «Воркутауголь». При показании ваку-умманометра 0,04 .0,03 МПа необходимо остановить подачу насадки на забой и возобновить её при повышении давления.
Разработанный способ позволяет не только осуществлять контроль при ручной подаче става на забой, но и создать автоматический агрегат, который позволил бы вывести людей из забоя во время вымывания полостей.
Выводы. Основной объём метана в свободном состоянии находится в вы-
бросоопасном слое пласта в виде локальных очагов (ЛО). Расстояние между
соседними ЛО изменяется в широких пределах. Внезапные выбросы возможны при соединении нескольких ЛО метана.
Для обеспечения безопасности рабочих в забое во время проходческих работ шаг подвигания забоя не должен превышать длину зоны разрушенных и дегазированных целиков.
Безопасные условия рабочих во время профилактических работ возможны только при непрерывном контроле давления выделяющегося метана в полость.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А., Орешкин А.В. Управление дегазацией пласта при очистных и подготовительных работах. - Ростов н/Д: Изд-во «Пегас», 1998. 184 с.
2. Орешкин А.В., Колесниченко Е.А. Предотвращение внезапных выбросов в подготовительных выработках / Новочерк. гос. техн. ун-т. -
Новочеркасск: НГТУ, 1996. - 91 с. ISBN 5-88998-012-2.
3. А.с. № 1490297 (СССР). Способ гидроперфорирования выбросоопасных пластов / Диброва Г.Д. и Колесниченко Е.А., МКИ Е 21 F 5 / 00, 1989. Бюл. № 13.
Ш
Орешкин Анатолий Владимирович профессор, юнеральный дирек юр тех даре I немного треста «Артикуголь».
Колесниченко Евгений Александрович — кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология, механизация, организация и безопасность горных работ» Шахтинского института Новочеркасского государственного технического университета.
