Снижение способности пласта угля к накоплению потенциальной энергии

21.05.2018
Как уже было сказано, на многих шахтах Кизеловского бассейна к внедрению профилактических мероприятий по борьбе с горными ударами приступили с опозданием. В результате оказалось, что многие горные выработки, пройденные по пластам, опасным по горным ударам, охраняются целиками угля недостаточных размеров и являются опасными по ударам. Эти выработки — они часто выполняют роль главных откаточных, вентиляционных путей или служат для передвижения людей — не могут быть исключены из использования.

В отдельных случаях приходится идти на проведение и использование горных выработок, охраняемых целиками угля, и на новых горизонтах и даже на новых шахтах. Применение систем разработки длинными столбами по простиранию вызывает необходимость проходки и поддержания выработок впереди очистных забоев, что создает повышенную опасность проявления горных ударов в этих выработках. Наконец, начиная с некоторой глубины работ, опасным по проявлению горных ударов становится и сам очистной забой.

В указанных случаях приходится решать вопросы приведения горных выработок, а точнее, — целиков или краевых частей массива угля, прилегающих к ним, в неудароопасное состояние. Иногда в неудароопасное состояние приводится не только краевая часть пласта, но и значительная площадь пласта угля впереди очистных работ. Необходимость приведения в неудароопасное состояние массива угля, его краевых частей, а также целиков у горных выработок в каждом случае устанавливается в порядке, предусмотренном «Инструкцией по горным ударам».

Наиболее эффективным способом приведения пласта угля и отдельных его участков в неудароопасное состояние является опережающая отработка защитных пластов. Ho, применяя этот способ, необходимо помнить о возможности последующего исчерпания защитного действия, если защитный пласт будет отработан на площади, достаточной для восстановления опасных нагрузок. Б связи с этим в отдельных случаях, например, при приведении в неудароопасное состояние особенно важных выработок, возможно применение схемы отработки защитных пластов с оставлением барьерных целиков, наличие которых предотвратит опасное повторное нагружение.

Приведение в нсудароопасное состояние горных выработок может быть осуществлено возведением с обеих сторон от них бутовых полос шириной 3 m (m — мощность пласта пли высота выработки).

Другой принцип приведения пласта угля в неудароопасное состояние основан на изменении механических свойств пласта угля.

С переходом горных работ на шахтах им. Ленина, N 2-Капитальная № 4 и других на глубину, превышающую 1000—1200 м, все пласты шахтного поля будут относиться к опасным по горным ударам. В этом случае выемка первого защитного пласта будет производиться с мерами, применяемыми для выемки одиночного удароопасного пласта. Все это свидетельствует о том, что способы приведения выработок в неудароопасное состояние, основанные на изменении механических свойств пласта угля, приобретают особое значение.

Существуют и применяются несколько способов изменения механических свойств пласта угля. Среди них на первом месте по степени освоения стоят два способа: нагнетание воды в пласт и проведение камуфлетных взрывов. Возможно также осуществление рыхления пласта в процессе подрезки его на отдельных участках с помощью канатной пилы, врубовой машины с длинным баром и пр.

Приведение горных выработок в неудароопасное состояние путем рыхления кромки массива (или целика) угля за счет применения камуфлетных взрывов и нагнетания воды в пласт может быть достаточно эффективным лишь при условии выбора оптимальных параметров и технологии их осуществления.

При выборе ширины полосы угля, прилегающей к очистному или подготовительному забоям и подлежащей рыхлению, необходимо исходить из двух принципов ведения работ.

Согласно первому из них ширина обрабатываемой полосы должна быть такой, чтобы впереди забоя всегда находилась защитная зона, достаточная для предотвращения проявления горных ударов.

Второй принцип предусматривает обработку полосы угля впереди забоя, необходимую лишь для того, чтобы в момент внедрения в уголь добычного или проходческого оборудования исключалось вскрытие сильно напряженной части пласта и, следовательно, исключался вызов горных ударов в процессе выемки угля. Однако в этом случае горные удары могут произойти при появлении опасных напряжений, например, на сопряжениях выработок, при искривлении линии забоя, при уменьшении мощности пласта, местном изменении его прочности, в районах тектонических нарушений и пр. Особая опасность таких горных ударов заключается в том, что проявление их не связано с определенными производственными процессами (например, выемкой угля) и они могут проявиться неожиданно.

В связи с этим второй принцип ведения работ по приведению действующих забоев в нtудароопасное состояние не должен применяться на участках пласта первой и второй категорий опасности по горным ударам. На указанных участках необходимо работать при ширине защитной зоны, достаточной для полного исключения проявления горных ударов в сторону выработки. Это следует учитывать и в случаях поддержания капитальных, подготовительных и нарезных выработок, пройденных в массиве удароопасных пластов или выработок, охраняемых целиками угля.

Применительно к Кизеловскому бассейну ширина защитной зоны для разных условий прохождения и поддержания горных выработок, установленная на основе опыта шахт, приведена в табл. 10 и на рис. 47.

На шахтах Сучанского и Шурабского месторождений на достигнутых глубинах принята значительно меньшая ширина защитной зоны. Так, по пласту «В» на Шурабском месторождении при проходке горных выработок ширина защитной зоны впереди забоя и по сторонам от выработки принимается равной n2. В очистных же забоях приведение пласта угля в неудароопасное состояние может вообще не применяться, за исключением тех случаев, когда производится отработка целиков угля шириной менее 0,6 l, оставшихся при подходе к выработанному пространству. Ширина защитной зоны при этом принимается равной n1. На Сучанском месторождении ширина защитной зоны впереди очистного забоя равна также n1, а по сторонам от подготовительных и нарезных выработок, пройденных в массиве угля, — n2. С дальнейшим углублением работ необходимые размеры защитной зоны для условий приведенных месторождений могут возрасти.

В действующих очистных и подготовительных забоях ширина полосы угля, обрабатываемой камуфлетными взрывами или нагнетанием воды в пласт, должна быть такой, чтобы после соответствующего подвигания забоя впереди него оставалась обработанная часть пласта, ширина которой была бы не меньше ширины защитной зоны, установленной для данных условий. Для условий шахт Кизеловского бассейна ширина полосы угля впереди очистного забоя, приводимой в неудароопасное состояние, должна быть не менее n3+b, где b — подвигание забоя за один цикл или за несколько циклов, если камуфлетное взрывание (или нагнетание воды в пласт) производится не за каждым циклом.

При обработке краевой части массива угля впереди очистного забоя с помощью камуфлетных зарядов длина скважины принимается равной ширине обрабатываемой полосы, а расстояние между скважинами обычно не превышает 1—2 м. Величина заряда в каждой скважине должна соответствовать тому количеству взрывчатого материала, которое заполнит половину длины скважины.

При применении нагнетания воды в краевую часть пласта длина скважины также должка быть равна ширине обрабатываемой полосы угля. Расстояние между скважинами — в пределах 7—8 м, но не более длины скважины. Давление воды должно быть достаточным для рыхления пласта.

Немаловажное значение при этом имеет глубина размещения герметизатора. Наибольшую эффективность нагнетания воды в пласт угля можно получить при размещении герметизатора за зоной максимума опорного давления. В условиях Кизеловского бассейна глубина герметизации принимается равной величине n2 (рис. 47), но не менее 4 м. Опыт показывает, что, вне зависимости от ширины обрабатываемой полосы угля, отработка пласта не может проводиться дальше границы размещения герметизатора при предыдущем нагнетании воды в пласт. Одним из главных направлений совершенствования этого способа приведения краевой части пласта в неудароопасное состояние является разработка надежных средств герметизации скважин до глубины 8—10 м и более.

Выше речь шла о приведении в неудароопасное состояние краевых частей массива угля, прилегающих к очистному забою. Однако в делом ряде случаев более эффективным может оказаться региональное приведение угольного пласта в неудароопасное состояние, осуществляемое со значительным опережением очистного забоя.