Общие сведения о проявлении выбросов породы

01.12.2020

Опыт строительства п эксплуатации глубоких шахт показал, что на больших глубинах в большей степени проявляется горное давление, снижается устойчивость пород, осложняются условия поддержания горных вырабосах. Поэтому капитальные полевые выработки располагают в породах с наиболее высокими прочностными свойствами.

В условиях Донбасса к таким породам относятся песчаники. При проведении горных выработок по крепким песчаникам во время взрывных работ происходят динамические явления — выбросы породы и газа. Выброси сопровождаются разрушением массива за проектным контуром в кровле, почве и боках выработки и отбрасыванием породы в выработку на расстояние до 100 м. Наиболее явным признаком выброса является разрушение породы до состояния гранулированного песка или мелких чешуеобразных пластинок.

При выбросах в массиве за проектным контуром выработки образуются полости (рис. 1), размеры которых достигают 12 м в высоту и 6—10 м в ширину, на десятки метров нарушается крепь выработок, возможны опрокидывание вентиляционной струи и загазованность выработок на сотни метров метано-воздушной смесью взрывоопасной концентрации.

Как показал опыт проведения выработок в выбросоопасных породах наиболее эффективным является способ выбора рациональных параметров буровзрывных работ (числа шпуров, пространственного расположения и длины).

Производство взрывных работ по выбросоопасным породам не регламентировано требованиями действующих Единых правил безопасности и «Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах», поэтому МакНИИ на основании обобщения опыта и требований Правил безопасности разработал Временное руководство по ведению взрывных работ по выбросоопасным породам на шахтах Донецкого бассейна. Рекомендуемые этим руководством параметры буровзрывных работ послужили основой для разработки способов снижения интенсивности выбросов породы.

Технология проведения горных выработок по выбросоопасным породам буровзрывным способом до настоящего времени принципиально не изменилась. В связи с тем, что трудоемкость буровзрывных, работ достигает 50% работ проходческого цикла, особое значение приобретает правильность выбора параметров буровзрывных работ так как в прямой зависимости от них находятся все последующие операции. Когда выработки проводят без выбросов породы, решающее значение для достижения максимального подвигания забоя за цикл имеют число шпуров, к.н.ш. и удельный расход ВВ.

В условиях выбросоопасных пород большое значение имеет также отношение объема излишне разрушенной породы за пределами проектного контура выработки к объему разрушенной породы в его пределах. Если параметры буровзрывных работ по выбросоопасным и невыбросоопасным породам существенно не различаются, го результаты взрывов в местах проявления выбросов и в невыбросоопасных зонах различаются резко. В зависимости от степени выбросоопасности породы объем, разрушенный сверх проектного, часто в десятки раз превышает объем породы, ограниченный сечением выработки. Например, в июне 1975 г. при проведении восточного полевого штрека с узла № 3 восточного воздухоподающего ствола шахты нм. Скочинского было выброшено 1201 м3 породы при проектном объеме разрушения 20 м3. В результате расходы по ликвидации выброса превысили 70 тыс. руб.

В обычных условиях при взрывании по песчанику к.н.ш. не превышает 0,9, а при взрывах, сопровождающихся выбросом, подвигание забоя часто больше глубины заложения шпуров. Так, в забое восточного коренного полевого откаточного штрека восточного воздухоподающего ствола шахты им. Скочинского при взрывании зарядов врубовых и вспомогательных шпуров глубиной 1,8 м образовалась полость выброса глубиной 3,4 м. Известны случаи, когда подвигание забоя в 3—4 раза превышает глубину шпуров. При взрыве, сопровождающемся выбросом, к. и. ш. по своей физической сущности не может быть больше 1, а в лучшем случае лишь равен 1. При анализе таких взрывов необходимо пользоваться коэффициентом относительного подвигания
Общие сведения о проявлении выбросов породы

где l — подвигание забоя, м; lш — длина шпуров, м.

Параметры буровзрывных работ в выбросоопасных и невыбросоопасных зонах песчаников различаются в результате чего затраты труда на 1 м пройденной выработки за цикл при выбросах оказываются ниже, тем более что подвигание бывает больше, чем в невыбросоопасных породах.

При выбросах резко возрастают затраты труда на уборку породы. Это связано с тем, что в результате попадания элементов крепи и рельсовых путей, разрушенных при выбросе, в горную массу, около 30% породы приходится убирать вручную. Затраты труда по уборке породы, отнесенные к 1 м подвигания выработок, в зависимости от интенсивности выбросов и объема нарушения постоянной, и временной крепи в 2—10 раз и более превышают затраты труда в обычных условиях. Соответственно увеличивается средняя стоимость 1 м выработки. Из табл. 1 видно как резко возросли затраты на крепление и ликвидацию последствий выбросов. По принятой технологии в местах выбросов песчаника из кровли выработки устанавливают постоянную крепь из металлических арок в бетоне, а пустоты заполняют песчано-цементным раствором. В 1964—1976 гг. объем тампонажных работ па шахте им. Скочинского составил 111 624 м3, при этом на ликвидацию последствий выбросов израсходовано более 13 млн. руб.

Таким образом, при выбросах пород только относительные затраты труда по буровзрывным работам снижаются, а затраты по остальным процессам горнопроходческого цикла резко возрастают, вызывая удорожание.

На интенсивность выбросов пород кроме параметров буровзрывных работ существенно влияют горнотехнические условия, в которых ведутся взрывные работы: сечение выработки, расположение выбросоопасных слоев в плоскости забоя, наличие полостей от предыдущего выброса и др.

Практика ведения взрывных работ в забоях выработок шахты им. Скочинского показала, что при наличии больших пустот в кровле выработки от предыдущего взрыва, не заполненных тампонажным раствором, последующее взрывание даже малых зарядов провоцирует выбросы зачастую большей интенсивности, чем от предыдущего взрыва. В условиях выбросоопасных пород при взрывании зарядов в шпурах, расположенных по всему сечению забоя, частота проявлений и интенсивность выбросов больше, чем при взрывании шпуровых зарядов, расположенных в части забоя. Поэтому в настоящее время при проходке по выбросоопасным породам взрывные работы ведут в. несколько приемов: взрывают заряды, образующие вруб, затем — заряды по раскоске и выработка доводится до проектного сечения.

Данные о выбросах, происшедших при взрывных работах по такой технологии, приведены в табл. 2. Таким образом, при взрывании по врубу и по забою в 27% случаях провоцируется выброс, при взрывании по раскоске — лишь 4%. При совместном взрывании во врубу и по раскоске выброс провоцируется в 42% случаях. Таким образом, горнотехнические условия, в которых ведутся работы по выбросоопасным породам, предъявляют качественно новые требования к способам ведения буровзрывных работ. Однако из-за отсутствия надежных методов оценки напряженного состояния массива и степени выбросоопасности песчаника решить проблему ликвидации выбросов при буровзрывном способе проведения выработок невозможно. За рубежом широко распространен так называемый фрайбергский метод прогноза напряженного состояния пород пo делению кернов на диски. Для условий выбросоопасных песчаников Донбасса он был разработан и предложен МакНИИ. Недостаток метода состоит в том, что он требует много времени на бурение скважин и дает лишь качественную характеристику напряженности массива. Если учесть, что аномальные напряженные поля в массиве располагаются зонально, то для точного прогноза необходимо бурить несколько скважин в разных местах забоя. Этот процесс довольно трудоемок и в производственных целях он не всегда приемлем. Можно считать, что в настоящее время практически нет локальных способов точной оценки степени выбросоопасности и напряженности пород, которые оперативно могли бы использоваться в производственных условиях. Отсутствие их сказывается и на технологии ведения буровзрывных работ в условиях выбросоопасных пород.

По статистическим данным установлено, что приуроченности выбросов породы к какому-либо типу выработок не наблюдается. Так, на шахте им. Скочинского выбросы пород случались при проведении всех полевых выработок центральной панели, что подтверждается данными табл. 3.

Критерием оптимальности при выборе мест заложения полевых горных выработок является минимум затрат на проведение и поддержание их с учетом технологических требований и обеспечения безопасных условий труда горнорабочих. В выбросоопасных породах возрастают капитальные затраты и снижаются темпы проведения выработок, возникает необходимость дополнительных мероприятий по предотвращению выбросов пород, а при их наличии — ликвидации последствий, в результате чего увеличиваются сроки и стоимость строительства шахт. Проведение капитальных горных выработок в невыбросоопасных крепких породах — наиболее правильное решение данной проблемы, однако, выполнить это не всегда возможно.

При заложении капитальных выработок в менее прочных невыбросоопасных породах (глинистых, песчаных сланцах) возникает необходимость перекреплять их еще в процессе строительства шахты. Так, например, при строительстве шахты им. Поченкова затраты на перекрепление выработок составили более 2 млн. руб., по шахте им. Скочинского — более 3 млн. руб. В то же время арочная крепь в полевых бремсбергах шахты им. Скочинского, пройденных в выбросоопасных песчаниках, в течение 10 лет не только не имела каких-либо деформаций, но и не несет заметной нагрузки от стенок выработки. Это подтверждается тем, что в незакрепленных полостях от выбросов порода длительное время не отслаивается. Поэтому для обеспечения устойчивости капитальных горных выработок глубоких горизонтов шахт их необходимо закладывать в крепких породах независимо от наличия выбросов породы.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна