Спосіб запобігання динамічним та газодинамічним явищам при розробці ударо-і викидонебезпечних вугільних пластів

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для предотвращения динамических и газодинамических явлений при разработке пластовых месторождений подземным способом. Известен способ предотвращения динамических и газодинамических явлений, основанный на гидроотжиме краевой части выбросо- или удароопасного пласта [1]. Технологией выполнения гидроотжима предусматривается бурение в краевой части пласта шпуров, выполнение в концевой части каждого шпура зародышевой щели, герметизация шпуров с помощью гидрозатворов, нагнетание в пласт воды или более вязких жидкостей (водо-масляная эмульсия и др.) Под давлением от Pmax до P K, где P max - максимальное, а PK - конечное давление жидкости в гидросистеме. Зародышевая щель, прорастая под действием горного давления и давления жидкости, отделяет призабойную часть пласта от остального массива и смещает ее в сторону призабойного пространства. При этом, в отжатой части пласта происходит снижение уровня напряжений и газоносности до безопасных пределов. Оценка эффективности гидроотжима производится по величине смещения поверхности забоя в призабойное пространство, для чего в краевой части пласта устанавливаются специальные реперы. Недостатком этого способа является сравнительно низкая эффективность, обусловленная отсутствием информации о характере прорастания и конечных размерах щели между слоем отжатого угля и горным массивом, что снижает безопасность горных работ. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ предотвращения динамических и газодинамических явлений при разработке ударо- и выбросоопасных угольных пластов [2], основанный на использовании управляемого гидроотжима и предусматривающий: расположение нагнетательных шпуров и зародышевой щели производить с учетом оценки напряженно-деформированного состояния краевой части пласта и определение направление максимальных главных напряжений, действующи х в плоскости пласта; величину нагнетательной камеры принимать равной толщине зародышевой щели, Кроме этого, согласно этому способу в состав нагнетаемой жидкости вводят добавки, обеспечивающие отвердение раствора в полости щели, а оценку эффективности способа производят бурением контрольных шпуров в краевой части пласта до пересечения ими слоя отвердевшего раствора. Основным недостатком этого способа являете» сложность и трудоемкость операций, по контролю эффективности его выполнения. Кроме этого бурение контрольных шпуров, также требует дополнительных тр удозатрат. Настоящее изобретение направлено на снижение трудоемкости контроля эффективности способа предотвращения горных ударов и внезапных выбросов, за счет создания на поверхности магистральной трещины гидроотжима искусственной отражающей поверхности. Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе предотвращения динамических и газодинамических явлений, предусматривающем определение направлений максимальных главных напряжений в плоскости пласта вблизи горной выработки, бурение, из забоя выработки в угольном пласте шпура, формирование зародышевой щели в его концевой части, совпадающей по направлению с ориентацией максимальных главных напряжений, герметизацию шпура с оставлением нагнетательной камеры длиной равной толщине зародышевой щели, закачку в камеру водных растворов под давлением для гидроотжима, определение границы зоны гидроотжима введены следующие операции: А) в состав рабочей жидкости вводят нерастворимые добавки, обеспечивающие эффективное отражение электромагнитного излучения и имеющие размеры частиц, превышающих раскрытие природных трещин, примыкающих к магистральной трещине гидроотжима; Б) осуществляют зондирование краевой части пласта электромагнитным излучением и по наличию отраженного сигнала судят о ширине фронта гидроотжима пласта, а по временным характеристикам отраженного сигнала - о глубине обработанной зоны. Сущность предложенного способа заключается в следующем. Аналитическим методом моделированием на оптически чувствительных материалах или интеграторе ЭГДА устанавливается направление максимальных главных напряжений в плоскости пласта вокруг горной выработки. Определяется точка заложения зародышевой щели, ее ориентация, совпадающая по направлению с одним из максимальных главных напряжений, и длина и расположение шпура, обеспечивающие техническую возможность нагнетания в него жидкости. В концевой части пробуренного шпура формируется зародышевая щель (например гидрорезанием). После выполнения указанных операций и извлечения из шпура инструмента для образования зародышевой щели в шпур вводится шланговый герметизатор. Длина нагнетательной камеры (расстояние между торцом шпура и концевой частью герметизатора) устанавливается равной толщине зародышевой щели. Затем в шпур под давлением близким к геостатическому подается жидкий раствор, содержащий нерастворимые добавки, обеспечивающие эффективное отражение электромагнитного излучения. Одним из вариантов такого раствора может быть композиция из воды, жидкого стекла и алюминиевой пудры. Зародышевая щель, проросшая под действием горного давления и давления жидкости, отделяет призабойную часть пласта отугольного массива и смещает ее в сторону призабойного пространства. После прекращения подачи жидкости, сброса давления и извлечения герметизатора происходит быстрая дегазация отжатой части пласта, что исключает внезапные выбросы при ведении работ по выемке угля. В ходе гидроотжима происходит частичная фильтрация рабочей жидкости в микро- и макропоры, природные и техногенные трещины, примыкающие к прорастающей магистральной трещине. При этом вещество, обладающее способностью отражать электромагнитное излучение, отфильтровывается в устьях, примыкающих природных трещин, на стенках магистральной трещины, формируя таким образом на границе зоны гидроотжима отражающую поверхность. Для реализации описанного режима необходимо, чтобы частицы вещества-отражателя превышали раскрытие природных Трещин, что предотвратит вынос этих частиц за пределы магистральной трещины и исключит "размывание" отражающей поверхности. Раскрытие трещин в выбросоопасных угольных пластах не превышает размер 0,01мм, и этот размер принимается в качестве критериального. Контроль эффективности выполненного противовыбросного мероприятия осуществляется зондированием краевой части пласта электромагнитным излучением. Наличие отраженного сигнала свидетельствует о наличии в угольном пласте по ходу проведения выработки щели, возникшей в результате гидроотжима краевой части пласта. Время возврата отраженного сигнала позволяет установить расстояние от поверхности забоя до отражающей поверхности и оценить, таким образом, глубин у зоны обработки пласта противовыбросным мероприятием.