RU1789732C

RU1789732C - Способ предотвращени внезапных выбросов угл и газа при проведении горных выработок

Info

Publication number: RU1789732C
Application number: SU904821171A
Authority: RU
Inventors: Владимир Афанасьевич Олейник; Виктор Александрович Марголин; Вячеслав Иванович Дегтерев; Александр Александрович Быков; Евгений Александрович Воробьев
Original assignee: Днепропетровский химико-технологический институт
Priority date: 1990-02-19
Filing date: 1990-02-19
Publication date: 1993-01-23

Abstract

Использование: горнодобывающа промышленность , подземна разработка месторождений , опасных по внезапным выбросам угл и газа, технологи проведени горноподготовительных выработок. Сущность изобретени : при проведении выработок смешанным забоем из забо бур т шпуры, герметизируют их, нагнетают рабочую жидкость в режиме гидроотжима, опре- дел ют размер зоны с максимальной концентрацией напр жений, при этом шпуры по пласту угл бур т на глубину b bi+b, где bi - размер неустойчивого сло ; Ь2 - размер устойчивой части сло , через породную пробку бур т технологическую скважину , пересекающую пласт за зоной максимальной концентрации напр жений и нагнетают в эту скважину жидкость с давлением 0,1 jH g 0,3 JH, но не более 0,5 jH, где -средн плотность пород; Н-глубина расположени выработки, нагнетание производ т до выдвижени массива угл в сторону обнажени . 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс к горной промышленности и может быть использовано дл предотвращени внезапных выбросов угл и газа при прохождении горных выработок и вскрытии выбросоопасных пластов.

Известен способ предотвращени выбросов в подготовительных забо х путем гидровымывани опережающих полостей, заключающийс в вымывании в пачке нарушенного угл полостей на длину, равную удвоенной величине неснижаемого опережени .

Недостатком известного способа вл ютс оставление целиков между полост ми, способствующее повышению напр женного состо ни массива, и ограниченное применение , обусловленное крепостью угл не

более 0,6 по шкале М.М. Протодъ конова, в то врем , как большинство углей выбросоопасных пластов имеют крепость более 0,6. Известен способ предотвращени внезапных выбросов угл и газа, включающий бурение скважины в горный массив, размещение и герметизацию в ней инъектора и нагнетание жидкости в режиме гидроотжима (прототип).

Однако этот способ также недостаточно эффективен, так как область его применени очень зависит от горногеологических характеристик пласта, поскольку при нагнетании в угольный пласт воды гидроотжим на заданную длину не представл етс возможным осуществить.

00

о

sl

CJ

ю

Целью изобретени вл етс повышение темпов проведени выработки и безопасности труда за счет увеличени зоны разгрузки выбросоопасного пласта.

Поставленна цель достигаетс тем, что шпуры бур т по пласту на величину Ь, определ емую из выражени

b bt+b2,

где bi -- размер неустойчивого сло , определ ют из соотношени

, зУс(А + Всо52«)Гн . Ь1 j----- ----- . d

где А, В, С - коэффициенты определ емые по зависимости

А

1

;; в

Sin/3 .

1 + sin/5 1 + sin/э

С 3 + 2 sinyO-sin2, a b2 из соотношени

Ь2

dcos p

4 k d + m +sin/9(d - m ) cos 2 « sin/0

затем производ т бурени технологической скважины через породную пробку под углами к оси выработки и горизонту с учетом вхождени забо скважины в пласт за зоной максимальной концентрации напр жений и пересечени пласта на полную мощность, обустраивают заслонкой и производ т циклические знакопеременные нагрузки на пласт рабочим агентом под давлением 0,1 jH q 0,3 jH, но не более 0, до выхода рабочей жидкости из шпуров, выделившийс объем газа регистрируют измерительной аппаратурой, нагнетают через шпуры рабочую жидкость до сдвижени угольного массива в сторону забо , при этом интенсивность гидроотжима регистрируют сейсмоакустической аппаратурой и по показани м манометра, а затем создают давление рабочей жидкости в технологической скважине до значени 1,0-1,5 jH и гидроотжим осуществл ют одновременно через технологическую скважину и шпуры до сдвигани призабойной части угольного массива в сторону забо или обильного выхода рабочего жидкости в выработку через грудь забо .

Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что предлагаемое техническое решение отличаетс от известных следующей совокупностью признаков;

по пласту на толщу предохранительного целика бур т шпуры;

по породе на пласт бур т технологическую скважину под углами к оси выработки и горизонту и пересекающую пласт на полную мощность;

забой технологической скважины входит в пласт за зоной максимальной концентрации напр жений;

0

циклические знакопеременные нагрузки на пласт осуществл ют рабочей жидкостью через технологическую скважину под давлением 0,1 jH ,3 jH, но не более 0,5 JH;

5 знакопеременные нагрузки на пласт осуществл ют до достижени границей зоны разупрочненного угл забоев шпуров и истечени через них газа;

выделившийс через шпуры объем газа

0 регистрируют измерительной аппаратурой; уменьшают размер устойчивой части сло и увеличивают площадь разупрочненного угл путем гидроотжима угольного массива в сторону забо ;

5при осуществлении гидроотжима через шпуры интенсивность его регистрируют сейсмоакустической аппаратурой и по показанию манометра, установленного на заслонке технологической скважины;

0 после гидроотжима пласта через шпуры гидроотжим осуществл ют одновременно через технологическую скважину и шпуры до сдвижени призабойной части угольного массива в сторону забо или обильного вы5 хода рабочего агента в выработку.

Указанна совокупность признаков вл етс совокупностью неизвестных существенных признаков, так как все эти признаки непосредственно вли ют на достижение по0 ставленной цели, а отсутствие хот бы одного из них в предлагаемой совокупности не позволит достичь цели изобретени , т.е. повысить эффективность способа за счет увеличени зоны разгрузки выбросоопасного

5 угольного пласта.

Пробуренные шпуры позвол ют предохранить размер устойчивой части сло Ь2 от самопроизвольного разрушени за счет выхода через них газа в забой выработки при

0 достижении границей зоны разупрочненного угл забоев шпуров, Дополнительно шпуры могут быть использованы дл прогноза выбросоопасности пласта.

Бурение технологической скважины по

5 породе на пласт с перебуриванием пласта на полную мощность с вхождением забо скважины в пласт за зоной максимальной концентрации напр жений позвол ет предотвратить возникновение внезапного вы- броса угл и газа при ее бурении, увеличить

чени 0,1 jH,T.e. до 2,5 МПа, исключа выход газа в выработку. Величины давлени рабочей жидкости в скважине контролируют по показани м манометра, Значени верхнего и нижнего пределов давлени рабочей жид- кости позвол ют создать нагрузки на пласт, близкие к частоте отрыва сло угл при протекании газодинамических процессов. Циклическое воздействие на пласт повтор ют до достижени зоны разупрочненного угл забоев шпуров 3 и истечени через них газа. Размер неустойчивого неустойчивого слоев bi+b2, перебуриваемых шпурами 3, заблаговременно определ етс расчетным методом . Например, при j 25 кН/м3; Ы 1000 м; d 3 м; лп 1 м; Of 60°, Е 1,8 -103МПа; К 0, МПа;р 36°; д 7МПа; n МПа.

вл ют сразу в сторону забо путем создани давлени рабочей жидкости в скважине 4 и шпурах 3 одновременно при g 1,0-1,5 JH.

Контроль эффективности разупрочнени угольного пласта при циклическом воздействии через скважину 4 и гидроотжиме осуществл ют датчиками концентрации метана по показателю удельного газовыделени . Дл этого в сечении замерной станции, где установлен датчик контрол концентрации метана, например, в 100 м от забо выработки, определ ют дебит выдел ющегос газа и его общее количество в процессе циклического воздействи на пласт и при гидроотжиме.

Дебит метана в конкретный момент времени определ етс из выражени

А

1

1 +0,588

0,63;

р 0,588 п 0, 1 +0,588 ° 37

С 3 + 2 -0,588 - (0.588)2 3,831

3 ( 0.63 + 0,37 cos 120° ) 25 41,8 103

X 3 0,346 м ;

bi

X

1 7 1 -3 0,809

4 -0. +1 +0,588(3-1 )cos ,588

3,42 м; Ь 0,346+ 3,42 3,766м.

После разупрочнени пласта 2 в глуби- не забо давление в скважине сбрасывают до нул , заслонка закрыта. В шпур.. 3 досылают гибкие гидрозатворы и создают давление рабочей жидкости g 1,0-1,5 jH до

сдвижени угольного пласта в сторону за- бо . Интенсивность гидроотжима контролируетс сейстоакустической аппаратурой и по увеличению давлени в скважине 4 - по показанию манометра. После выполнени гидроотжима через шпуры создают давле- ние в скважине 4, равное g 1,0 Н, и одновременно через шпуры 3 и скважину 4 производ т гидроотжим пласта, сдзига его в сторону забо или до обильного выхода рабочей жидкости в забой выработки.

При слабых и перетертых угл х с крепостью f 1 по шкале Протодь конова после разупрочнени пласта 2 в глубине забо через скважину 4 гидроотжим пласта осущест20

Qn

Vi -S

100

где Qri - дебит метана в i-й момент времени;

Vj - скорость движени газовоздушной смеси в i-й момент времени;

d - концентраци метана в i-й момент времени;

S - площадь сечени выработки у замерной станции.

Общее количество выделившегос газа (Vr) определ етс из выражени

i т

vr 2 On + ti

i 0

где ti - врем с конкретным значением Ci концентрации метана при циклическом воздействии или при гидроотжиме.

Одновременно с записью концентрации метана и скорости движени газовоздушной смеси определ ют объем разрушенного угл , извлеченного через технологическую скважину, и объем разупрочненного при гидроотжиме и определ ют удельное газовыделение

дУД A7

YL

/у

где Vy - объем разрушенного и разупрочненного угл при циклическом воздействии на пласт и от сдвижени в сторону забо .

Обработка пласта считаетс эффективной , если дуд 0,15-0,3, а выдвигание угольного забо составит 0,02 г, где 1Г - глубина герметизации шпура, или произойдет обильный выход рабочей жидкости на забой выработки.

Дополнительно эффективность разупрочнени угольного пласта при цикличев 5 и более раз обнаженную скважиной поверхность угл , что позволит во столько же раз увеличить площадь контакта рабочей жидкости с поверхностью газонасыщенного угл , увеличить газовыделение через обнаженную поверхность и, следовательно, увеличить работу газа по разрушению угл при циклическом воздействии.

Признак циклического воздействи рабочим агентом на пласт с параметрами давлени 0,1 jH ,3 JH, но не более 0,5 JH и его раскачку с целью перевода угл в подвижное состо ние позвол ет ускорить разупрочнение угл и увеличить зону разгрузки пласта. Верхний предел давлени 0,3 jH позвол ет оттеснить газообразные продукты в систему мелких трещин. Нижний предел давлени 0,1 jH позвол ет сбрасывать угольную пульпу в выработку без выхода газа, энергоносител послойного разрушени угл . Кроме того, значени верхнего и нижнего пределов давлени рабочей жидкости позвол ет создать нагрузки на пласт, близкие к частоте отрыва сло угл при протекании газодинамических процессов. Максимальные значени давлени в скважине не должны превышать 0,5 jH дл исключени гидроразрыва пласта, Воздействие на пласт знакопеременной нагрузкой позвол ет образовать зону разупрочненного угл .

Признак гидроотжима пласта через шпуры, а затем через шпуры и скважину одновременно позвол ет увеличить зону разгрузки пласта, увлажнить пласт и снизить запыленность исход щей струи воздуха при взрывных работах.

Признак гидроотжима через шпуры в направлении разупрочненного угл позвол ет уменьшить размер устойчивой части сло целика сдвигаемой затем в сторону забо путем нагнетани рабочей жидкости одновременно в скважину и шпуры, повыша качество выполнени процесса гидроотжима . Контроль эффективности выполнени циклического воздействи по .разупрочнению угольного пласта и гидроотжима контролирует датчиками коцентрации метана через показатель -удельное газовыделение .

Совокупность признаков: бурение шпуров на размер устойчивой части сло , техно- логической скважины с заданными геометрическими параметрами, циклическое воздействие на пласт до достижени границей зоны разупрочненного угл забоев шпуров образуют новую св зь признаков , т.к. позвол ют использовать полученные в процессе циклического воздействи новые физико-механические свойства пласта, увеличить зону разгрузки

пласта, предотвратить разрушение приза- бойной его части при раскачке и переводе угл в подвижное состо ние,

Следовательно, каждый из приведенных в формуле изобретени признаков, отдельно вз тый, необходим, а все отличительные признаки, вместе вз тые, достаточны дл того, чтобы отличить данный объект изобретени от других объектов того

0 же назначени и характеризовать его в том качестве, которое про вл етс в положительном эффекте. Отсутствие одного из вышеуказанных признаков в совокупности не дает возможности получить положительный

5 эффект, который вл етс целью изобретени и лишь его наличие в совокупности обеспечивает получение искомого результата .

На основании изложенного можно сде0 лать вывод, что указанные признаки вл ютс новыми существенными признаками, а за вл емое техническое решение соответствует критери м охраноспособности новизна , существенные отличи ,

5 положительный эффект.

Предлагаемый способ возможно использовать дл безопасности прохождени пластовых выработок, а также при вскрытии выбросоопасных пластов.

0 На фиг. 1 и 2 приведены поперечное сечение и продольный разрез выработок при прохождении их по пластам крутого и полого падени .

Способ осуществл ют следующим об5 разом.

Из забо подготовительной выработки 1 на пласт 2 бур т шпуры 3, а через породную пробку на пласт бур т технологическую скважину 4 под углом к горизонту, напри0 мер, 5-10° с учетом вхождени забо скважины в пласт на рассто ние 5-7 м от забо выработки с перебуриванием пласта на полную мощность, где 5 - след пласта.

В скважину 4 досылают стальные трубы

5 с заходом их в угольный пласт, например, на 1/4 длины скважины, пройденной по углю, диаметром до 110 мм, герметизируют в жущим раствором и обустраивают устье скважины гидродинамической системой

0 (заслонка, спаренна по направл ющей с гидроцилиндром), высоконапорной арматурой и измерительными приборами. Циклическое воздействие на пласт осуществл ют путем создани в скважине при закрытой

5 заслонке нагрузок с верхним пределом 0,3 jH, что дл глубины, например, 1000 м составл ет 7,5 МПа, дл оттеснени рабочей жидкости, например, водой газа в систему мелких трещин. Сброс давлени рабочей жидкости в скважине осуществл ют до знаском воздействии и гидроотжиме пласта определ етс по возрастанию часовой шум- ности пласта в 2 раза и более по сравнению со средним уровнем шумности, определ емой сейсмоакустической аппаратурой.

По сравнению со способом, выбранным в качестве прототипа, предлагаемый способ предупреждени внезапных выбросов угл и газа при прохождении пластиковых выработок позвол ет

производить разупрочнение и разгрузку пласта в глубине массива при циклическом воздействии на пласт рабочим агентом;

создать знакопеременные нагрузки на пласт, близкие к частоте отрыва сло угл

Claims

Формула изобретени 1. Способ предотвращени внезапных выбросов угл и газа при прохождении горных выработок, включающий бурение из забо выработки шпуров, их герметизацию, нагнетание в шпуры жидкости в режиме гидроотжима и определение зон максимальной концентрации напр жений, отличающийс тем, что, с целью повышени темпов проведени выработки и безопасности труда за счет увеличени размеров зоны разгрузки выбросоопасного пласта, шпуры по пласту угл бур т на величину Ь, определ емую из выражени b bi+D2, где bi - размер неустойчивого сло , определ емый из соотношени

3 YC(A + Bcos2«)j H 01 4 Е

где А, В, С - коэффициенты определ емые по зависимост м

А

1в sinyg . 1 + sin/51 1 + sin/

С 3 + 2 sinp-sin2/, где р- угол внутреннего трени угл ;

2-угол падени пласта;

у- плотность пород;

Н - глубина расположени выработки;

Е - модуль Юнга дл угл ; а Ь2 - размер устойчивой части сло , определ емый из соотношени :

п g

d cos p

b2 +m +sin/5(d-m ) cos 2 « sin/3 где п - коэффициент запаса прочности угл ;

g - давление рабочей жидкости в скважине;

при протекании газодинамических процессов;

повысить качество процесса отжима за счет возможности выдвигани пласта в сторону забо выработки через шпуры, а также через шпуры и технологическую скважину одновременно;

повысить технико-экономические показатели , предъ вл емые к аналогичным способам , т.к. содержит операции, направленные на создание разветвленной системы трещин при выемке угл в процессе циклического воздействи и гидроотжима пласта, увеличить зону разгрузки пласта, составл ющую до 20 м.

m - мощность пласта; d - диаметр выработки; К - коэффициент сцеплени вещества угл ,

затем производ т бурение технологической скважины через породную пробку под углом к оси выработки и к горизонту с учетом вхождени забо скважины в пласт за зоной максимальной концентрации напр жений и

пересечени пласта на полную мощность, обустраивают ее заслонкой и производ т циклические знакопеременные нагрузки на пласт рабочей жидкостью под давлением 0,1jH ,3jH, но не более 0,5jH, где j средн плотность пород; Н - глубина расположени выработки, до выхода рабочей жидкости из шпуров, объем газа, выделившегос при этом, регистрируют измерительной аппаратурой, нагнетают рабочую жидкость до сдвижени угольного массива в сторону забо , интенсивность гидроотжима регистрируют сейсмоакустической аппаратурой и по показани м манометра , а затем повышают давление рабочей

жидкости в технологической скважине до значений 1,0-1,5 jH и гидроотжим осуществл ют одновременно через технологическую скважину и шпуры до сдвижени призабойной части угольного массива в сторону забо и обильного выхода рабочей жидкости в выработку.
2. Способ по п. 1,отличающийс тем, что контроль степени разгрузки пласта осуществл ют по удельному объему газовыделени и величине выдвигани угольного массива в сторону забо , обработку считают эффективной при удельном газовыделении дуд 0,15-0,3 и выдвигании угольного массива не менее 0,02 i , где 2 глубина гер- метизации шпура.

« IX

///to x

szi

щщ/ /шШ / 1

л

- -- J

-.-1

Ьг9& г .«