RU2058484C1

RU2058484C1 - Process of performance of preparatory headings over shock-and outburst- risky seams

Info

Publication number: RU2058484C1
Application number: RU93036285A
Authority: RU
Inventors: В.П. Кузнецов; Е.В. Гончаров; В.П. Бобрецов; В.П. Костромин
Original assignee: Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела
Priority date: 1993-07-19
Filing date: 1993-07-19
Publication date: 1996-04-20

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: first of all local prediction and protective measures are conducted by unloading leading holes at distances from each other not exceeding four their diameters. In this case holes are drilled at certain distance from remote boundary of outburst-risky bench and repeat local prediction of it is carried out by which results one makes decision on necessity of additional protective measures and carries it out or cutting of preparatory headings is started. Volumes of calm drilled out when driving rated and unloading holes are compared. EFFECT: expanded application field of process when preparing and developing gas-bearing outburst-and shock-risky seams. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подготовке и разработке газоносных, выбросоопасных и удароопасных пластов. The invention relates to the mining industry and can be used in the preparation and development of gas-bearing, outburst and shock hazardous formations.

Известен способ локальной выемки защитных пластов с последующей проходкой в защищенной зоне выработок по пластам, склонным к газодинамическим явлениям [1] Над и под трассой планируемого проведения выработки на участке, удаленном от защищаемого, при выемке на нем защитной щели или выработки образуются разгрузка и дегазация пород, обеспечивающие безопасность последующей проходки основной выработки на защищаемом пласте. Способ реализуется следующим образом. Над или под трассой планируемого проведения выработки на удалении, обеспечивающем разгрузку от горного давления и дегазацию участка пласта, где впоследствии осуществляют проходку, проводят защитную выемку, образуя щель или защитную полость. Затем проводят основную выработку по защищенному участку пласта. There is a method of local excavation of protective formations with subsequent penetration in the protected area of mine workings along formations prone to gas-dynamic phenomena [1] Above and below the route of the planned development of excavation in a section remote from the protected, during unloading of a protective gap or mine, unloading and degassing of rocks are formed , ensuring the safety of subsequent penetration of the main development on the protected formation. The method is implemented as follows. Above or below the route of the planned development work at a distance that provides unloading from rock pressure and degasses the area of the formation, where subsequently sinking is carried out, a protective recess is made, forming a gap or a protective cavity. Then conduct the main development on the protected area of the reservoir.

Однако проведение защитных выработок, щелей, полостей является трудоемкой, непроизводительной операцией, которая не вписывается в технологический цикл и сдерживает темпы проходки основных выработок. However, carrying out protective workings, gaps, and cavities is a laborious, unproductive operation that does not fit into the technological cycle and restrains the rate of penetration of the main workings.

Известен способ проведения подготовительных выработок [2] включающий локальный прогноз выбросо- и удароопасности с последующим проведением защитных локальных мероприятий (в частности, гидроотжима, гидрорыхления) и проходкой выработки на удалении от проведенных мероприятий, обусловленном радиусом их действия. Этот способ позволяет предотвращать горные удары и выбросы, чего не предусматривает ни одна другая методика. A known method of conducting preparatory workings [2] including a local forecast of ejection and shock hazard followed by protective local measures (in particular, hydrospinning, hydraulic loosening) and sinking at a distance from the events, due to the radius of their action. This method can prevent rock bumps and emissions, which is not provided for by any other technique.

В то же время использование этого способа требует значительных трудозатрат и времени на проведение мероприятий, при том что после гидрообработки невозможно объективно оценить эффективность устранения выбросо- или удароопасности в сложных горно-геологических условиях, а проведение защитных мероприятий само может инициировать внезапный выброс или иные динамические явления, вызванные перераспределением напряжений в горных породах. At the same time, the use of this method requires considerable labor and time for activities, while after hydroprocessing it is impossible to objectively assess the effectiveness of eliminating the outburst or shock hazard in difficult geological conditions, and the implementation of protective measures may itself initiate a sudden outburst or other dynamic phenomena caused by redistribution of stresses in rocks.

Наиболее близким к изобретению является способ проведения на удароопасных и выбросоопасных пластах [3] включающий предварительное проведение локального прогноза и осуществление защитных мероприятий, проводимых путем бурения разгрузочных опережающих скважин в удароопасной пачке на расстоянии друг от друга, не превышающем четырех их диаметров. Closest to the invention is a method of conducting on shock hazardous and outburst formations [3] comprising preliminarily conducting a local forecast and implementing protective measures carried out by drilling discharge advancing wells in a shock hazardous pack at a distance from each other not exceeding four of their diameters.

Способ также не позволяет объективно оценить эффективность выбросоопасности. The method also does not allow to objectively evaluate the effectiveness of the outburst hazard.

Задачей изобретения является обеспечение безопасности проходки и проведения защитных мероприятий в сложных горно-геологических условиях при сокращении трудозатрат на их проведение и повышение темпов проходки. The objective of the invention is to ensure the safety of penetration and protective measures in difficult geological conditions while reducing labor costs for their implementation and increasing the rate of penetration.

Для этого разгрузочные опережающие скважины бурят в удароопасной пачке на расстоянии друг от друга, не превышающем четырех их диаметров, и на расстоянии от удаленной границы выбросоопасной пачки, определяемом нормально к ее простиранию, не превышающем семикратного диаметра скважины, после чего повторно проводят локальный прогноз выбросоопасной пачки, по результатам которого судят о необходимости защитных мероприятий, и снова осуществляют их или начинают проходку подготовительных выработок. Кроме того, в качестве защитного мероприятия по выбросоопасной пачке осуществляют бурение разгрузочных опережающих скважин до достижения объема выхода штыба, удовлетворяющего условию
P ≅ P

n где Р и Р' объем штыба при проведении шпура нормативного диаметра (43 мм) и проводимой разгрузочной скважины соответственно с каждого из первых 5 м;
d и d' диаметры нормативного шпура (43 мм) и разгрузочной скважины соответственно;
n коэффициент запаса, зависящий от структурной неоднородности выбросоопасной пачки.To do this, advancing unloading wells are drilled in a shock-hazardous pack at a distance from each other not exceeding four of their diameters, and at a distance from the remote boundary of the outburst hazardous pack, determined normally to its extension not exceeding seven times the diameter of the well, after which a local forecast of the outburst hazardous pack is repeated. , the results of which judge the need for protective measures, and again carry them out or begin sinking preparatory workings. In addition, as a protective measure for an outburst-hazardous pack, drilling of unloading leading wells is carried out until the output volume of the pit satisfies the condition
P ≅ P

n where P and P 'are the volume of the shaft when carrying out a hole of the standard diameter (43 mm) and the discharge hole being carried out, respectively, from each of the first 5 m;
d and d 'are the diameters of the normative hole (43 mm) and the discharge well, respectively;
n safety factor, depending on the structural heterogeneity of the outburst hazardous pack.

Сущность изобретения заключается в следующем. Предлагаемая последовательность операций базируется на принципе создания локального защитного действия, подобного действию защитной щели. Для того, чтобы обеспечить это, расстояние между разгрузочными скважинами выбрано с таким расчетом, чтобы середина этого расстояния оказалась в области максимальной концентрации напряжений, что ведет к разрушению уже при бурении и выносу максимального объема угля (в виде штыба) удароопасной пачки. Нахождение максимума напряжений в середине зоны, ограниченной четырехкратным диаметром скважины (двукратный от одной скважины и столько же от соседней), обосновано экспериментально и теоретически (Петухов И.М. Марморштейн Л.М. и др. Методические указания по щелевой разгрузке прискважинной зоны. Л. ВНИМИ, 1987, с.8-15). Бурение разгрузочных скважин приводит к разгрузке от горного давления выбросоопасные пачки. Однако действие разгрузочных скважин не во всем подобно действию разгрузочной щели или полости. Кроме снижения горного давления необходимо гарантированное дренирование выбросоопасных пачек от метана. Поэтому удаление самых удаленных точек выбросоопасных пачек от разгрузочных скважин не должно превышать семикратного диаметра этих скважин, т.е. области, в которых вокруг скважин образуется сеть газопроводящих трещин, включая мелкие "волосяные". Этот параметр также подтвержден шахтными исследованиями ([1] с.18). Повторное проведение локального прогноза после бурения разгрузочных скважин не предусмотрено ни одним из известных источников, но при такой последовательности операций эта операция вполне корректна и выполнима, тогда как после проведения гидрорыхления, гидровымыва или гидроотжима прогноз состояния горных пород выполнить не удается (не возможно). Это позволяет объективно судить об эффективности разгрузки и дегазации и разрешается инструкцией Госгортехнадзора. The invention consists in the following. The proposed sequence of operations is based on the principle of creating a local protective action similar to the action of a protective gap. In order to ensure this, the distance between the unloading wells is chosen so that the middle of this distance is in the region of maximum stress concentration, which leads to destruction even during drilling and removal of the maximum amount of coal (in the form of a bayonet) of the shock hazard pack. Finding the maximum stress in the middle of the zone, limited by four times the diameter of the well (two times from one well and the same from the neighboring one), has been substantiated experimentally and theoretically (I. Petukhov, L. Marmorshtein, et al. VNIMI, 1987, pp. 8-15). Drilling of unloading wells leads to discharge of hazardous packs from rock pressure. However, the effect of the discharge wells is not in all respects similar to the effect of the discharge hole or cavity. In addition to lowering mountain pressure, guaranteed drainage of hazardous packs from methane is necessary. Therefore, the removal of the farthest points of outburst hazardous packs from unloading wells should not exceed seven times the diameter of these wells, i.e. areas in which a network of gas-conducting cracks is formed around the wells, including small “hairline” ones. This parameter is also confirmed by mine research ([1] p. 18). Repeated local forecasting after drilling unloading wells is not provided for by any of the known sources, but with this sequence of operations this operation is quite correct and feasible, whereas after carrying out hydraulic loosening, hydraulic washing or hydrospinning, it is not possible to carry out a forecast of the state of the rocks (not possible). This allows you to objectively judge the effectiveness of unloading and degassing and is allowed by the instructions of the State Technical Supervision.

Когда локальный прогноз дает опасные значения в особо сложных горно-геологических условиях, защитные мероприятия по выбросоопасным пачкам проводятся в более безопасных условиях, когда они разгружены от горного давления, значительно дегазированы. Это обеспечивает безопасность проведения мероприятий (особенно при проведении гидровымыва, бурении разгрузочных скважин и т. п.), исключает динамические проявления, инициирование выбросов, прихватов инструментов и других опасных динамических явлений. При этом при применении в качестве защитного мероприятия бурения разгрузочных опережающих скважин (см. Инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа. М. Недра, 1977, с. 83-87) по первым 5 м их проведения можно судить о завершении формирования безопасных условий, сравнивая объем Р' выбуриваемого штыба с нормативным объемом Р, образующимся при бурении шпура диаметром 43 мм, предусмотренного вышеупомянутой инструкцией для проведения прогноза. When the local forecast gives dangerous values in especially difficult mining and geological conditions, protective measures for outburst-hazardous packs are carried out in safer conditions, when they are unloaded from rock pressure, they are significantly degassed. This ensures the safety of events (especially when carrying out hydraulic leaching, drilling unloading wells, etc.), eliminates dynamic manifestations, the initiation of emissions, sticking tools and other dangerous dynamic phenomena. At the same time, when using unloading leading wells as a protective measure (see the Instructions for the safe conduct of mining operations on formations prone to sudden emissions of coal, rock and gas. M. Nedra, 1977, pp. 83-87) according to the first 5 m their implementation can be judged on the completion of the formation of safe conditions by comparing the volume P 'of the drilled hole with the standard volume P generated when drilling a hole with a diameter of 43 mm, provided for by the aforementioned instructions for forecasting.

Нормативный объем штыба Р определяется формулой
P

•l где l длина пробуренного шпура.The standard volume of the rod P is determined by the formula
P

• l where l is the length of the drilled hole.

Объем выбуриваемого штыба при бурении разгрузочной скважины определяется аналогично:
P′=

l где d' диаметр разгрузочной опережающей скважины.The volume of the drilled hole when drilling a discharge well is determined similarly:
P ′ =

l where d 'is the diameter of the advancing well.

Сравнивая два эти объема, получают

; d 43 мм откуда о безопасности условий проведения выработок судят при условии
P ≅ P

n≅P

n где n коэффициент запаса, составляющий 0,1-0,15 и зависящий от структурной неоднородности угольной пачки.Comparing these two volumes, get

; d 43 mm from where on the safety of the conditions of the workings are judged provided
P ≅ P

n≅P

n where n is a safety factor of 0.1-0.15 and depending on the structural heterogeneity of the coal pack.

Таким образом, предлагаемый способ является совокупностью реально осуществимых операций, целесообразность которых обоснована выше. Thus, the proposed method is a set of feasible operations, the feasibility of which is justified above.

Применение независимых мероприятий отдельно против горных ударов и против внезапных выбросов, т.е. механическое суммирование известных операций, без соблюдения указанных последовательностей и параметров приводит к увеличению опасности и может явиться причиной катастрофического проявления горного и газового давления, пример которого катастрофа при отработке пласта Тройного, одновременно опасного по выбросам и ударам, на шахте "Северная" ПО "Воркутауголь", повлекшая за собой человеческие жертвы. The use of independent measures separately against rock strikes and against sudden emissions, i.e. mechanical summation of known operations, without observing the indicated sequences and parameters, leads to an increase in danger and can cause a catastrophic manifestation of mountain and gas pressure, an example of which is a catastrophe during mining of the Triple layer, which is simultaneously dangerous in terms of emissions and impacts, at the Severnaya mine at Vorkutaugol mine resulting in human sacrifice.

На чертеже схематично показано расположение разгрузочных скважин при разработке пласта, одновременно склонного к горным ударам и внезапным выбросам. The drawing schematically shows the location of the discharge wells during the development of the formation, at the same time prone to rock shocks and sudden emissions.

По пласту 1 проводят выработку 2. Пласт 1 состоит из удароопасной пачки 3 и выбросоопасных пачек 4 и 5, расположенных, например, ниже и выше удароопасной. Удароопасность и выбросоопасность перед началом проведения мероприятий подтверждают проведением локального прогноза, шпуры 6 для проведения которого показаны на чертеже. Затем осуществляют бурение разгрузочных скважин 7 по удароопасной пачке 3, выбирая их число и расположение таким образом, чтобы расстояние между ними не превышало четырехкратного диаметра разгрузочной скважины 7, а удаление от кровли вышележащей выбросоопасной пачки 4 или почвы нижележащей пачки 5 не превышало семикратный диаметр скважины 7. После бурения разгрузочных скважин повторно осуществляют операции локального прогноза, для которого бурят шпуры 8, и в случае безопасного значения результатов прогноза начинают проходку. В случае опасного значения проводят защитное локальное мероприятие, например гидровымыв, увлажнение, бурение разгрузочных скважин и т.п. При этом бурение разгрузочных скважин ведут со сравнением объема выбуриваемого штыба Р' со значением нормативного объема P ≅ P

n и если значения этого объема удовлетворяют условию
P ≅ P

0,85 то состояние окружающего массива считают безопасным и бурение разгрузочных скважин прекращают.Generation 2 is conducted along formation 1. Formation 1 consists of shock hazardous bundle 3 and outburst hazardous bundles 4 and 5 located, for example, lower and higher than shock hazardous. Shock hazard and outburst hazard before starting activities are confirmed by conducting a local forecast, holes 6 for which are shown in the drawing. Then, unloading wells 7 are drilled in shock-hazardous pack 3, choosing their number and location so that the distance between them does not exceed four times the diameter of the unloading well 7, and the distance from the roof of the overlying outburst pack 4 or soil of the underlying pack 5 does not exceed seven-fold diameter of the well 7 After drilling unloading wells, local forecast operations are repeated, for which bore holes 8 are drilled, and in the case of a safe value of the forecast results, sinking is started. In the case of a dangerous value, a protective local measure is carried out, for example, hydraulic washing, humidification, drilling of unloading wells, etc. At the same time, drilling of unloading wells is carried out with a comparison of the volume of the drilled block P 'with the standard volume value P ≅ P

n and if the values of this volume satisfy the condition
P ≅ P

0.85 then the state of the surrounding massif is considered safe and the drilling of discharge wells is stopped.

Способ поясняется примером из практики работы шахты "Воркутинская" ПО"Воркутауголь". The method is illustrated by an example from the practice of the mine "Vorkutinskaya" PO "Vorkutaugol".

Штрек сечением 9 м², шириной 3,5 м проводили по пласту Тройной, состоящему из удароопасной пачки 3 мощностью 1,2 м, разделенной прослойками углистого аргиллита 0,2 м, и выбросоопасных пачек 4 и 5, залегающих одна в почве мощностью 0,5 м, а другая в кровле мощностью 0,3 м.A drift with a cross section of 9 m ² and a width of 3.5 m was carried out along the Troynoy formation, consisting of a shock hazard pack 3 of 1.2 m thickness, separated by layers of carbonaceous mudstone 0.2 m, and outburst packs 4 and 5, lying one in a soil with a thickness of 0, 5 m, and the other in the roof with a capacity of 0.3 m.

Для обеспечения безопасности проходки осуществляли бурение разгрузочных скважин 7 диаметром 200 мм по середине удароопасной пачки 3. Для обеспечения надежности создания разгрузки на выбросоопасных пачках 4 и 5 бурили ряд скважин через расстояние, равное четырем диаметрам, через 0,8 м. Удаление до кровли вышележащей пачки составило 1,1-1,4 м (семикратный размер скважины 7), а в почву 1,3-1,4 м, что позволило судить об эффективной разгрузке и дегазации выбросоопасных пачек. Для подтверждения этого повторяли локальный прогноз, который во всех случаях, кроме одного, в месте пликативного тектонического нарушения в верхней выбросоопасной пачке пласта давал безопасные значения. В месте, где локальный прогноз дал опасное значение, начали бурить опережающие скважины в соответствии с 267 инструкции диаметром 200 м. Пробурили две скважины глубиной по 5 м, так как значение набуриваемого штыба составляли 87 м с второго метра, 140 м с четвертого метра, что в пересчете на диаметр 43 мм составило на 2 м
87

0,85 3 л/м 4л/м а на 4 м
140

0,85 4,7 л/м 6л/м приведенные по номограмме в инструкции. Скорость проведения выработки увеличилась в 2 раза, при бурении разгрузочных и опережающих скважин не было зажатий инструмента, динамических и газодинамических явлений.To ensure the safety of penetration, drilling unloading wells 7 with a diameter of 200 mm were drilled in the middle of the shock-hazardous pack 3. To ensure the reliability of the creation of unloading on the hazardous packs 4 and 5, a number of wells were drilled through a distance equal to four diameters, after 0.8 m. Removal of the overlying pack to the roof amounted to 1.1-1.4 m (seven-time well size 7), and 1.3-1.4 m into the soil, which made it possible to judge the effective unloading and degassing of outburst hazardous packs. To confirm this, the local forecast was repeated, which in all cases, except for one, at the place of the plicative tectonic disturbance in the upper outburst hazardous reservoir unit gave safe values. In the place where the local forecast gave a dangerous value, leading wells began to be drilled in accordance with 267 instructions with a diameter of 200 m. Two wells were drilled at a depth of 5 m, since the value of the drilled core was 87 m from the second meter, 140 m from the fourth meter, which in terms of diameter 43 mm amounted to 2 m
87

0.85 3 l / m 4l / m and 4 m
140

0.85 4.7 l / m 6l / m are given by nomogram in the instructions. The speed of development increased by 2 times, while drilling unloading and leading wells there were no tool clamps, dynamic and gas-dynamic phenomena.

Таким образом, реализация способа обеспечивает безопасность проходки и проведения защитных мероприятий, сокращает трудозатраты на них и увеличивает темпы проходки. Thus, the implementation of the method ensures the safety of penetration and protective measures, reduces labor costs for them and increases the rate of penetration.

Claims

1. METHOD FOR PREPARING WORKS ON SHOCKING AND EMISSIONING FORMATIONS, including preliminary local forecasting and implementation of protective measures by drilling discharge advancing wells at a distance from each other not exceeding four diameters, characterized in that the discharge wells are drilled at a boundary outburst hazard pack, normally determined to strike and not exceeding seven times the diameter of the well, after protective measures Yat second local forecast outburst pack, the results of which are judged on the need for additional protective measures and implement them or start tunneling advance working.

2. The method according to claim 1, characterized in that as an additional protective measure for an emission hazardous pack, drilling of discharge advancing wells is carried out until the output volume of the pit satisfies the condition
P ≅ P ′ (d / d ′) ² • n,
where P and P ′ is the volume of the washer drilled during a standard and discharge well, respectively, from each of the first five meters;
d and d ′ are the diameters of the normative and discharge wells, respectively;
n safety factor, depending on the structural heterogeneity of the outburst hazardous pack.