Спосіб запобігання раптовим викидам вугілля та газу

Спосіб запобігання раптовим викидам вугілля та газу, що полягає в бурінні випереджальних свердловин по вугільному пласту у вибої гірничої виробки, вимірюванні виходу штибу з рівновеликих інтервалів буріння, визначенні незнижуваного випередження, довжини та радіуса ефективного впливу цих свердловин, який відрізняється тим, що на кожному інтервалі визначають відносний вихід штибу, який дорівнює відношенню кількості штибу на поточному інтервалі до виміряного на першому інтервалі, незнижуване випередження свердловин визначають як відстань від вибою виробки до інтервалу, на якому відносний вихід штибу відповідає 2,0, довжину свердловин беруть відповідну чи більшу за подвоєне незнижуване випередження, причому, якщо при бурінні свердловин за межами незнижуваного випередження відносний вихід штибу зростає більше двох, то швидкість подачі бурового інструмента в свердловину зменшують до зниження відносного виходу штибу менше двох, а відстань між вибоями свердловин беруть не більшою від подвоєного радіуса R їх е фективного впливу, що розраховують за формулою: R = 7 × 10-4 × H + 3d, Запропоноване технічне рішення належить до гірничої промисловості і може бути використано для запобігання раптовим викидам вугілля та газу під час проведення очисних і підготовчих виробок по викидонебезпечних вугільних пластах. Відомий спосіб запобігання раптовим викидам вугілля та газу, що полягає в бурінні з вибою виробки по вугільному пласту випереджальних свердловин, довжина яких не обмежується, незнижуване випередження свердловин береться не менше 5,0м, а радіус ефективного впливу визначається експериментально за зміною швидкості газовиділення з контрольних шп урів, попередньо пробурених на різних відстанях від свердловини [див. СОУ 10.1.00174088.011-2005 Правила ведення гірничих робіт на пластах, схильних до газодинамічних явищ: Затв. Мінвуглепромом України 30.12.05. - Київ, 2005. - 224с.]. Недоліками способу є те, що довжина і незнижуване випередження свердловин задаються без урахування і контролю напружено-деформованого стану пласта попереду вибою виробки. У цьому разі під час укорінення бурового інструмента в зону підвищених напруг часто не вдається пробурити свердловину на задану глибину через затиснення бурового інструмента, підвищений вихід штибу або раптові викиди вугілля та газу, що відбуваються при цьому. А експериментальне визначення радіуса ефективного впливу свердловин дуже трудомістке й тому застосування цього способу запобігання раптовим викидам практично припинилося. Відомий спосіб оцінки напруженого стану пласта попереду вибою виробки, що полягає у вимірюванні виходу штибу з рівновеликих інтервалів буріння свердловин, визначенні інтервалу з максимальним виходом штибу, відстань до якого від вибою виробки відповідає місцю розташування максимуму напруг у зоні опорного тиску [див. Петухов І. М. Гірські удари на вугільних ша хта х. - М.: Надра, 1972.-229с.]. Недолік способу полягає в тому, що зона максимальних напруг виявляється після перетинання її свердловиною, а, отже, реєструється по суті вже екстремальна ситуація, коли буріння є проблема (19) UA (11) 30034 (13) U де Н - глибина ведення гірничих робіт, м; d - номінальний діаметр буріння свердловин, м. 3 30034 тичним і небезпечним за раптовими викидами вугілля та газу. Відомий також спосіб запобігання раптовим викидам вугілля та газу, який полягає в бурінні випереджальних свердловин поперед вибою виробки, визначенні енергії акустичного сигналу в процесі буріння, визначенні в рівновеликих інтервалах коефіцієнта привантаження, що відповідає відношенню максимального значення енергії до його значення в наступних інтервалах буріння, порівнянні цих значень із критичним і визначенні величини незнижуваного випередження, при цьому коефіцієнт привантаження визначають роздільно для інтервалу свердловини довжиною до 20м і більше 20м, незнижуване випередження приймають рівним не менше відстані до першого максимального значення коефіцієнта привантаження, а довжину свердловини приймають більше подвоєної величини незнижуваного випередження, причому, якщо в процесі буріння якої-небудь свердловини коефіцієнт привантаження перевищив критичній рівень, буріння припиняють, бурять сусідні свердловини до зменшення коефіцієнта привантаження нижче критичного рівня, а потім добурюють припинену свердловину до проектної глибини [див. патент №17924, України, Е21F5/00, опубл. 16.10.2006р., Бюл. №10]. До недоліків способу, визначеного за найближчий аналог, належить те, що радіус ефективного впливу випереджальних свердловин залишається невідомим і тому не є можливим об'єктивно визначити фактично потрібну кількість їх у вибої і прийняти оптимальну схему розташування для запобігання раптовим викидам під час наступного виймання вугілля. Крім того, підвищення коефіцієнта привантаження до критичного рівня не виключається в разі буріння свердловин, сусідніх із зупиненою. Це обмежує глибину буріння і цих свердловин, а, отже, досягнення параметрів способу стає проблематичним і пов'язаним із додатковими трудовитратами на монтажно-демонтажні роботи з переставлення обладнання для буріння нових і добурювання зупинених свердловин. У основу корисної моделі поставлено завдання зі створення способу запобігання раптовим викидам вугілля та газу, у якому за рахунок уведення нових прийомів визначення оптимальних параметрів і те хнології буріння випереджальних свердловин досягається підвищення ефективності розвантаження і дегазації викидонебезпечного вугільного пласта поперед вибою гірничої виробки, що забезпечує безпеку ведення гірничих робіт. Поставлене завдання розв'язується тим, що у способі запобігання раптовим викидам вугілля та газу, що полягає в бурінні випереджальних свердловин по вугільному пласту у вибої гірничої виробки, вимірюванні виходу штибу з рівновеликих інтервалів буріння, визначенні незнижуваного випередження, довжини та радіуса ефективного впливу цих свердловин, згідно з корисною моделлю, на кожному інтервалі визначають відносний вихід штибу, який дорівнює відношенню кількості штибу на поточному інтервалі до виміряного на першому інтервалі, не знижуване випередження свердловин визначають як відстань від вибою ви 4 робки до інтервалу, на якому відносний вихід штибу відповідає 2,0, довжину свердловин беруть відповідну чи більшу за подвоєне незнижуване випередження, причому, якщо при бурінні свердловин за межами незнижуваного випередження відносний вихід штибу зростає більше двох, то швидкість подачі бурового інструмента в свердловину зменшують до зниження відносного виходу штибу менше двох, а відстань між вибоями свердловин беруть не більшою від подвоєного радіуса R їх е фективного впливу, що розраховують за формулою: R = 7 × 10-4 × H + 3d, де Н - глибина ведення гірничих робіт, м; d - номінальний діаметр буріння свердловин, м. Дослідженнями встановлено, що напруги та деформації у вугільному пласті обумовлені дією сил гірського тиску і зростають від нульових значень у поверхні вибою виробки до максимальних у глибині масиву на різних відстанях від вибою залежно від глибини ведення гірничих робіт. Тому при бурінні свердловини вихід штибу з початкової її ділянки, розташованої в розвантаженій привибійній частині пласта, де напруги та деформації практично вичерпані, дорівнює масі вугілля, що руйнується буровим інструментом в об'ємі, обумовленому довжиною цієї ділянки і номінальним діаметром буріння. У міру збільшення довжини свердловини і входу її в область підвищення напруг збільшується вихід штабу внаслідок того, що під дією цих напруг відбувається деформація (віджимання) вугілля в свердловину, що також руйнується буровим інструментом і видається зі свердловини, а навколо неї утворюється зона розвантаження. Причому, чим більше напруги, тим більше вихід штибу, а, отже, і радіус розвантажувального впливу свердловини. На інтервалі буріння, де напруги досягають величини gН, обумовленої тиском вище лежачої товщі порід (g- об'ємна вага порід, Н - глибина ведення гірничих робіт), вихід штибу в 2 рази більший за виміряний на першому інтервалі. Це є ознакою початку зони опорного тиску, у якій напруги можуть у кілька разів перевищува ти величину gН, а буріння свердловин супроводжується багаторазовим підвищенням відносного виходу штибу, затисненням бурового інструмента чи викидами вугілля та газу. Тому відстань від вибою виробки до інтервалу буріння, на якому відносний вихід штибу дорівнює двом, що відповідає початку зони опорного тиску, небезпечної за раптовими викидами вугілля та газу, береться за величину незнижуваного випередження свердловини. На Фіг.1 наведено графіки, побудовані в результаті проведених експериментів по зміни відносного виходу штибу уздовж свердловин на різних глибинах ведення гірничих робіт; на Фіг.2 - приклад здійснення способу. Взято такі позначення: d - відносний вихід штибу; l - довжина свердловин; 1, 2, 3, 4 - глибини Н ведення гірничих робіт, які дорівнюють 400м, 600м, 900м і 1200м відповідно; стрілками зазначено відстані, на котрих d=2, що дорівнюють 4,5м, 5,3м,6,6м і 8,3м при відповідних 5 30034 6 глибинах ведення гірничих робіт; на Фіг.2 - вибій 1 виробки, свердловина 2, незнижуване випередження 3 свердловини 2, нове місцезнаходження 4 вибою після виймання вугілля, нова свердловина 5 і незнижуване випередження 6. Як видно з цих графіків, відстані, що взяті за незнижуване випередження свердловин, на яких d=2, збільшуються зі зростанням глибини ведення гірничих робіт. Ураховуючи зміни відстані до зони опорного тиску залежно від умов ведення гірничих робіт, для обмеження виймання вугілля на недопустимо близькій відстані від цієї зони, незнижуване випередження свердловин на практиці слід визначати індивідуально для кожного вибою, а довжину свердловин брати не меншою від подвоєного незнижуваного випередження. На підставі експериментальних визначень радіуса R ефективної дії випереджальних свердловин у зоні опорного тиску, для розвантаження та дегазації якої призначено буріння цих свердловин, установлено його залежність від глибини ведення гірничих робіт і номінального діаметра буріння, що описується формулою: R = 7 × 10-4 × H + 3d, наступному інтервалі до виходу штибу, виміряному на першому інтервалі. Відстань від вибою 1 виробки до інтервалу буріння, на якому відносний вихід штибу дорівнює 2,0±0,1, беруть за величину незнижуваного випередження 3 свердловини 2, а повну довжину її беруть такою, що дорівнює подвоєному незнижуваному випередженню. За межами незнижуваного випередження буріння свердловини продовжують з такими ж поінтервальними вимірюваннями і визначеннями відносного виходу штибу. Якщо на яких-небудь інтервалах вихід штибу буде більше дво х, то швидкість подачі бурового інструмента в свердловину знижують доти, поки відносний вихід штибу не стане менше двох. Після досягнення довжини свердловини подвоєної величини незнижуваного випередження буріння її припиняють. З урахуванням глибини ведення гірничих робіт і заданого діаметра свердловини по формулі обчислюють радіус R ефективного її впливу; R = 7 × 10-4 × H + 3d, де Н - глибина ведення гірничих робіт, м; d - номінальний діаметр буріння свердловин, і встановлюють кількість і схему-розташування інших (сусідніх) свердловин. Це здійснюють таким чином, щоб відстань між вибоями свердловин була не більше двох радіусів їх ефективного впливу і забезпечувалося розвантаження пласта не менше ніж на 4м за контуром виробки. Під час буріння цих свердловин і всіх наступних серій, поінтервальні вимірювання виходу штибу, визначення відносної величини його, а якщо необхідно, то і зниження швидкості подачі бурового інструмента, здійснюють, починаючи з першого інтервалу за встановленим незнижуваним випередженням свердловин. Використання запропонованого технічного рішення дозволяє запобігти раптовим викидам вугілля та газу в процесі буріння випереджальних свердловин і наступного виймання вугілля, що забезпечує підвищення безпеки й ефективності ведення гірничих робіт на викидонебезпечних пластах. м. На ділянках буріння випереджальних свердловин з відносним виходом штибу більше дво х, що спостерігалося під час перетинання зон опорного тиску, для запобігання затиснення бурового інструмента чи виникнення раптових викидів вугілля та газу швидкість подачі бурового інструмента в свердловину знижували доки відносний вихід штибу не знижувався менше двох. Цим забезпечувалася можливість безаварійного й безпечного буріння випереджальних свердловин потрібної довжини. Спосіб здійснюють так У підготовчій виробці по центру вугільного вибою 1 бурять випереджальну свердловину 2 заданого діаметра. На кожному метровому інтервалі буріння вимірюють ваговий чи об'ємний вихід штибу. Потім визначають його відносну величину, яка дорівнює відношенню виходу штибу на кожному м, де Н - глибина ведення гірничих робіт, м; d - номінальний діаметр буріння свердловин, 7 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 30034 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601