Характер увлажнения угольного массива

Ранее было показано, что даже незначительное увеличение влажности угля после нагнетания воды достаточно для получения большого эффекта в снижении удароопасности пласта при равномерном его увлажнении.

Можно было предположить, что в какой-то мере удароопасность пластов связана и с естественной влажностью угля, поскольку последняя на ряде шахтопластов колеблется в широких пределах от 1,3 до 6% (по данным проектов стандартов зольности угля). Для выявления такой зависимости были отобраны и подвергнуты анализу на влажность пробы угля в 19 очистных забоях, из которых 10 отнесены к числу опасных, 4 — к угрожаемым и 5 — к не опасным по горным ударам.

Предварительными исследованиями по определению влажности угля было установлено, что анализ проб из шпуров глубиной до 0,2 м дает результаты близкие к результатам анализа бороздовых проб. Кроме того, шпуровой способ является менее трудоемким и очень простым.

При анализах определялась только общая влага (ГОСТ 11014-64), так как при различной степени увлажнения угля его гигроскопическая влажность остается практически неизменной.

Сравнение величин естественной влажности угля удароопасных, угрожаемых и не опасных по горным ударам пластов приведено в табл. 24.

Как свидетельствует табл. 24, средняя естественная влажность угля пластов, отнесенных к опасным, угрожаемым и не опасным по горным ударам, примерно одинакова и колеблется в пределах, не превышающих погрешности определения. Отсюда следует, что уровень естественной влажности угля в массиве не может служить показателем удароопасности угольных пластов. Поэтому необходимо было проверить в производственных условиях влияние прироста влажности на снижение удароопасности, подтвердить результаты лабораторных исследований (см. параграф I настоящей главы), установившие зависимость между приростом влажности и величиной упругой энергии, которую может накопить уголь.

Для сопоставления степени увлажнения с изменениями напряженного состояния угля в лавах изучалось изменение проявлений горного давления до и после нагнетания с одновременным отбором проб угля на влажность. Пробы отбирались из трех пачек пласта угля по всей длине лавы через 2 м. Всего по четырем лавам (№ 423в, 423н, 326н и 326в шахты им. Калинина) было отобрано 349 проб до нагнетания и 1234 после нагнетания воды.

На основании полученных результатов строились карты изолиний влажности по каждой пачке в отдельности и совмещенные по трем пачкам. Характер увлажнения массива показан на рис. 117, 118, 119, 120. Результаты планиметрирования площадей увлажненного угля сведены в табл. 25.

Данные табл. 25 и рис. 117, 118, 119, 120 свидетельствуют о неравномерности увлажнения.

Для выяснения взаимосвязи суммарной площади увлажнения, полученной наложением площадей по отдельным пачкам, и проявлений горного давления проведено сравнение увлажненных площадей забоя по глубине скважины и выемочным циклам с количеством и интенсивностью динамических явлений при подрубке пласта. Количество и интенсивность динамических проявлений горного давления зависит от размеров увлажненной площади (рис. 121). С возрастанием размеров увлажненной площади сейсмическая активность угольного пласта уменьшается и, следовательно, снижается опасность проявления горных ударов. Следует учитывать, что такая зависимость установлена при сопоставлении суммарной площади, полученной наложением площадей по трем пачкам, при сравнительно небольшом увеличении влажности пласта (на 0,2—0,3% по отношению к естественной).

Для эффективного снижения удароопасного состояния угольного пласта достаточно получить необходимый прирост влажности по одной из пачек.

Анализом карт изолиний, полученных после увлажнения пласта через одиночные скважины, закономерность распространения воды в угольном пласте не установлена, а характер увлажнения в каждом отдельном случае определяется совокупностью влияния различных горнотехнических факторов. Вместе с тем выявилось несколько большее распространение увлажнения участков пласта по падению от скважины, чем по восстанию. Во многих случаях радиус распространения влаги по восстанию не превышал 4—5 м при глубинах скважин до 10—11 м. Поэтому для перекрытия участков увлажнения расстояние между скважинами не должно превышать 8 м. Это расстояние и принято в качестве максимально допустимого при ведении работ в очистном забое.

Результаты экспериментов (рис. 121) позволяют сделать также вывод о том, что более равномерное и эффективное увлажнение достигается на участке пласта, расположенном между герметизатором и забоем. Можно предположить, что после создания совершенных герметизаторов, которые позволят герметизировать скважину на большей глубине (за «порогом уплотнения», определяющимся зоной максимальной нагрузки), увлажнение пласта будет более равномерным и сможет охватывать значительно большие участки угольного пласта.