Газодинамічних явищ

Способи запобігання газодинамічних явищ

Способи запобігання раптових викидів вугілля і газу засновані на зниженні рівня напружень в призабійній області шару вугілля, що відпрацьовується та зміні його структури. Вони поділяються на регіональні і локальні.

Регіональні способи запобігання раптових викидів призначені для завчасної обробки вугільного масиву перед очисним і підготовчим забоєм. Вони включають:

- випередження відпрацювання вугільних пластів;

- зволоження вугільних пластів.

Локальні способи призначені для приведення призабійної частини вугільного масиву в безпечний стан. До них відносяться:

- низьконапірне зволоження вугільного шару;

- гідророзпушування;

- гідровимивання випереджаючих порожнин;

- буріння випереджаючих свердловин;

- торпедування;

- утворення розвантажувальних пазів і щілин.

Методи прогнозу газодинамічних явищ

Найбільш відомими на даний час є методи прогнозу газодинамічних явищ, які засновані на:

- аналізі якості бурової крошки при бурінні контрольних шпурів;

- аналізі тривалості буріння одного метра контрольного шпура;

- аналізі початкової швидкості газовиділення зі шпурів;

- динаміці початкової швидкості газовиділення з контрольних шпурів;

- безперервної реєстрації акустичної емісії;

- аналізі акустичної емісії апаратурою АК.

Розглянемо їх у викладеному вище порядку.

Буріння свердловин в аномально напружених вугільних пластах супроводжується руйнуванням і непружним деформуванням вугілля навколо свердловини. При цьому має місце підвищений вихід бурових відходів. При діаметрі коронки 43 мм нормальний вихід штибу (керну) звичайно складає близько 2, 5 л/м (об’єму) чи 2, 0 кг (ваги). В небезпечних для викидів зонах обсяг штибу досягає 100 і більше літрів з одного метра шпуру.

В процесі буріння вугільних шпурів на викидонебезпечних пластах час буріння одного метра шпуру залежить не стільки від міцності вугілля, скільки від його напруженого стану, тому, що у випадку коли напруги перевершують міцність вугілля, шпур мимоволі зменшується в об'ємі за рахунок руйнування його стінок. Починається затиснення бурового інструменту і час буріння істотно збільшується.

Цей показник суб'єктивний, але його визначення зв'язане з мінімальними втратами і найменш трудоємне.

Вимірювання початкової швидкості газовиділення проводять у контрольному шпурі діаметром 43 мм на інтервалах 1, 5; 2, 0; 3, 5м при вимірювальній камері 0, 5 м. Шпури необхідно бурити через кожні 2 м у підготовчих виробках, у комбайнових нішах при роботі за схемою «лава-штрек» і в нижніх просіках крутих пластів при польовій підготовці; через 2, 5 м - в очиснихзабоях.

Зона відноситься до небезпечної, якщо хоча б в одному з інтервалів

контрольного шпуру виміряна початкова швидкість газовиділення зі шпуру дорівнює g і більше.

Критичні значення початкової швидкості газовиділення залежать від марки вугілля і коливаються від 4, 5 до 5 л/хв.

Ідея наступного способу основана на факті зниження швидкості газовиділення з масиву в шпур при аномально високих напруженнях у вугільному пласті, оскільки в таких зонах знижується газопроникність вугілля. Технічна реалізація методу така ж як за початкової швидкості газовиділення, однак інформативною ознакою є динаміка зміни цієї швидкості.

Сейсмоакустичний прогноз викидонебезпечності оснований на підвищенні інтенсивності мікротріщиноутворення в породному масиві у випадку коли зароджується викидонебезпечна ситуація.

Основною інформативною ознакою при прогнозі викидонебезпечності за акустичною емісією (АЕ) породного масиву є її активність, яка визначається, як відношення загального числа імпульсів АЕ, зареєстрованих звуковловлюючою апаратурою за інтервал спостереження, до тривалості цього інтервалу.

Акустичний метод прогнозу викидонебезпечності вугільних пластів апаратурою АК є принципово новим методом. Він призначений для безперервної оцінки ступеня напруженого стану недоторканого гірського масиву в місці вироблення в процесі ведення видобувних робіт і заснований на активному зондуванні досліджуваної області акустичними сигналами, які генеруються в масив працюючими у забої механізмами. Як зондувальний сигнал використовують шум прохідного чи очисного комбайна, бурового інструмента.

Інформативним параметром, який підлягає обробці спеціальною апаратурою АК, встановленої на поверхні шахти, служить структура акустичних сигналів, які пройшли через досліджувану область і були вловлені датчиком, що розташований поза місцем ведення робіт. Кінцевою інформацією є покази апаратури у вигляді безрозмірного показника, який свідчить про рівень потенційної енергії, зосередженої в зоні відпрацювання.

Висновок «небезпечно» видається, якщо значення інформативної ознаки перевищує деякий критичний рівень.

Цей метод не залежить від природної сейсмоактивності масиву і дозволяє контролювати процес утворення в ньому зон аномальної концентрації напружень.

13. Динамічні явища в масивах порід під впливом розробки. Гірські удари. Класифікація гірських ударів. Прогноз і реєстрація гірських ударів. Основні поняття про раптові викиди порід та газу. Умови виникнення раптових викидів і уявлення про їх механізм. Оцінка викидонебезпечності гірських порід і прогноз раптових викидів.

ГІРСЬКІ УДАРИ

Поряд із статичними формами проявів гірського тиску, у масивах гірських порід можуть відбуватися динамічні, раптові руйнування ділянок, що знаходяться у визначених умовах напруженого стану при великих діючих напруженнях. В природній геологічній обстановці до подібних динамічних явищ у земній корі відносяться землетруси. При виконанні ж гірських робіт такими є гірські удари і раптові викиди газу і порід.

Гірський удар являє собою явище крихкого руйнування гранично напруженої ділянки масиву (крайньої частини біля виробки чи целіка), при якому відбуваються інтенсивне дроблення і викид породи чи розроблювальної корисної копалини у виробку, порушення кріплення, зсув, що спричинює в ряді випадків пошкодження видобувних машин і устаткування. Удар супроводжується сейсмічними коливаннями в навколишньому масиві, різким звуком, повітряною хвилею і утворенням пилу.

Як правило, гірському удару передує посилення тиску на кріплення і целіки, а після удару підсилюється гірський тиск на суміжних ділянках. У ряді випадків перед гірським ударом відбувається спучування ґрунту і видавлювання порід у виробку.

Перші звістки про гірські удари, що відбулися на олов'яних рудниках Англії, відносяться до 1738 р. У другій половині XIX в. гірські удари стали відбуватися при розробці вугільних родовищ у країнах Західної Європи.

Гірські удари є найбільш небезпечним проявом гірського тиску, що вносять серйозні порушення виробничого процесу, а в деяких випадках приводять до катастрофічного виходу з ладу не тільки великих видобувних участків, але і цілих шахт та рудників та до трагічної загибелі багатьох людей. Тому вивчення причин, умов і механізму гірських ударів та розробка ефективних способів їх прогнозування і мір їхнього попередження і локалізації є найважливішою задачею механіки гірських порід, актуальність якої увесь час підвищується в зв'язку з ростом глибин розробки корисних копалин.