Спосіб прогнозування викидонебезпечності крутих і похилих вугільних пластів у місці розкриття заїздами

Спосіб прогнозування викидонебезпечності крутих і похилих вугільних пластів у місці розкриття заїздами, що включає буріння шпурів на викидонебезпечний пласт через породну пробку, їх герметизацію, вимір швидкості газовиділення, розрахунок часового критерію Кв, який відрізняється тим, що контроль викидонебезпечності здійснюють поетапно, починаючи з часу наближення найближчої стінки заїзду до пласта на нормативно встановлену відстань до розкриття пласта на повний проектний переріз, закладення шпурів у міру просування вибою заїзду повинно забезпечувати дво- триметровий інтервал між вимірювальними камерами шпурів попереднього і наступного етапу, при цьому число шпурів, необхідних для прогнозування викидонебезпечності, визначається величиною мінімальної нормалі, а їх місце розташування - розміщенням 3-метрової нормалі стосовно пласта і вибою заїзду, при цьому при величині мінімальної нормалі до 2-х метрів прогноз виконують по 1 шпуру, до 1 м - 2 шпурах, менше 1 м - 3 шпурах, а шпури на наступних етапах закладають таким чином, щоб перший був розташований по 3-метрової нормалі, другий - в місці закладення шпуру першого етапу, а при наявності третього шпура - посередині між першим і другим. Корисна модель відноситься до гірничої справи і може бути використана для експериментального контролю ефективності усунення викидонебезпечності при розкритті вугільних пластів заїздами. Відомий спосіб, описаний у "Інструкції з безпечного ведення гірничих робіт на пластах небезпечних по раптових викидах вугілля породи і газу" [Інструкція видана в 1989 році, стор.34], у якому регламентоване обов'язкове прогнозування викидонебезпечності при розкритті пластів польовими виробками, згідно якого для умов Донбасу прогноз викидонебезпечності пластів у місці розкриття здійснюють по швидкості газовиділення, йодному показнику і коефіцієнту міцності вугілля, що відносяться до розкриттів викидонебезпечиих (загрожуючих) вугільних пластів квершлагами. До недоліків названого способу можна віднести наступне. Для виконання прогнозування, починаючи від буріння контрольних свердловин і добору проб вугілля до одержання шахтою лабораторних результатів, у кращому випадку потрібно не менш трьох діб, а в середньому звичайно проходить приблизно 5 діб. Часто через такі терміни (приблизно в 25-30 % випадків розкриттів) рішення про застосування способів запобігання викидів приймаються без даних прогнозу викидонебезпечності. У зв'язку з цим не завжди виявляються виправданими витрати праці і коштів на виконання кожного з нормативних способів запобігання викидів при розкритті крутих шахтопластів квершлагами. У залежності від гірничо-геологічних і гірничотехнічних умов запобігання викиду обходиться в 10-100 разів дорожче, ніж витрати на прогнозування можливої викидонебезпечності пласта. Разом з тим нормативний спосіб прогнозування має недостатній рівень наукової обґрунтованості в частині зв'язку його показників із природою формування викидонебезпечності вугільних пластів, тому що ще на стадії промислових випробувань способу, його розроблювачі визначили імовірність помилки другого роду при розкритті крутих вугільних пластів як 70%, що так само приводить до невиправданих додаткових витрат коштів на виробництво способів запобігання викидів. По-перше, названою "Інструкцією..." не регламентується технологія видалення штиба при бурінні. Але відомо, що кернове буріння проводиться з промиванням, так само з промиванням бурять шпури по породі, а шпури по вугіллю бурять штангами з крученої сталі, тобто без промивання. У той же час експериментальне в шахтних умовах було встановлено, що перехід від буріння шпурів по вугіллю штангами з крученої сталі до буріння порожніми штангами з промиванням приводить до зменшення початкової швидкості газовиділення g за межами розвантаженої зони в середньому в 6 разів. Зважаючи на те, що вже значення CM со (О О) 6326 дн=2л/хв зпдно нормативного способу прогнозу є доказом викидонебезпечносп, можна чекати помилок першого роду у всіх випадках, коли при бурінні з промиванням одержують дн 2л/хв, то в будь-яких умовах незалежно від значення f і ^ повинний робитися висновок про наявність викидонебезпечносп Через природну і технолопчну невисоку вірогідність абсолютних значень д, що використовуються для прогнозу викидонебезпечносп в МІСЦІ розкриття крутого пласту квершлагами, вони не можуть застосовуватися як критери викидонебезпечносп Характер газодинамічних явищ (ГДЯ) і їхня інтенсивність псно зв'язані зі структурою вуплля, під якою розуміється розподіл у ньому порожнеч різного розміру Встановлено, що копалини вуплля здатні диференційовано пропускати в сорбційний об'єм молекули визначених розмірів На цьому заснований метод молекулярних щупів (визначення сорбції з газової чи рідкої фази речовин з відомими розмірами молекул) Як молекулярний щуп був запропонований гидратирований йод у розчині йодистого калію Кінетика фізичної сорбції йоду визначається пльки швидкістю проникнення його у вуплля по транспортних каналах, що і характеризує ступінь порушеносп мікропористої структури вугілля Іншими словами, йодний показник характеризує порушеність пласту по швидкості проникнення йоду в мікропори і прямо не зв'язаний з викидонебезпечністю, що доводить низьку інформативність критерію &J У свою чергу, коефіцієнт МІЦНОСТІ f взаємозалежний з д ^ тому що добре відомо, що чим вище порушеність пласта, тим менше його МІЦНІСТЬ Ще одним недоліком є те, що ще настадмпромислових іспипв названого способу його розроблювачі визначили імовірність помилки другого роду при розкритті крутих вугільних пластів як 70%, що приводить до невиправданих додаткових витрат кошпв на виробництво способів запобігання викидів Усе вищевикладене визначає необхідність пошуку й обґрунтування більш надійного і менш складного способу прогнозу викидонебезпечносп крутих вупльних шахтопласпв при розкритті їх заїздами Найбільш близьким способу, що заявляється, є спосіб наведений у "Тимчасовому керівництві з застосування способу прогнозу викидонебезпечносп крутих шахтопластів Центрального району Донбасу в МІСЦІ розкриття їх квершлагами" [Тимчасове керівництво видане в 1998 році, crop 3] Зпдно цього способу прогноз здійснюється в такий спосіб При ПІДХОДІ квершлагу на відстань не менш 3-х м по нормалі до пласту з боку покрівлі (почви), з його вибою через породну пробку пласт перебурюють на всю потужність п'ятьма шпурами (свердловинами) №№1,2, 3,415 у будь-якій черговості Буріння контрольних свердловин по вупльному пласту з промиванням чи продувкою не допускається Після закінчення буріння кожної свердловини протягом не більш ніж двох хвилин після закінчення буріння повинна вимірятися вихідна початкова швидкість газовиділення дн, л/хв при ДОВЖИНІ вимірювальної камери рівної перебуреній ПІД кутом потужності пласта (пропластка) Герметизація вимірювальних камер виконується газозатворами ЗГ-1 Після фіксування ВИХІДНОГО початкового газовиділення дн, необхідно продовжиш його вимір ще протягом трьох хвилин, беручи виміри (g-і, д2 дє) через кожні 30с Результати вимірів округляються до десятих часток л/хв За результатами вимірів розраховується часовий критерій Кв=— (1) де gt - швидкість газовиділення, що виміряна через Зхв після першого ( д н ) "ВИХІДНОГО" виміру, л/хв Якщо після першого виміру в декількох наступних швидкість газовиділення зростає, то виміри газовиділення через кожні 30с виконуються доти, поки зростання газовиділення припиниться До розрахунку Кв приймається це значення д* як вихідне, а значенням gt буде газовиділення, що виміряне після цього через Зхв Якщо зростання швидкості газовиділення протягом 10хв збережеться, ситуація по даній свердловині оцінюється як безпечна по викидах Ситуація перед розкриттям оцінюється як викидонебезпечна, якщо хоча б в одній зі свердловин Кв ^ 5,0, і як безпечна по викидах, якщо для всіх свердловин Кв ^ 5,0 (4,91 менш) До безпечній по викидах відноситься ситуація, коли у вах чи якійсь частині свердловин газовиділення менш точності відліку вимірювального приладу, чи так незначно, що не дозволяє розрахувати Кв, а в інших свердловинах воно менш 5,0 За весь час ведення робіт на шахтах Центрального району Донбасу розкриттю пластів квершлагами було зроблено приблизно стільки ж, скільки і розкритпв заїздами, але положень, що регламентують прогнозування викидонебезпечносп в МІСЦІ розкриття вупльних пластів заїздами в "Інструкції " немає Недоліком способу-прототипу є відсутність поета 6326 пного прогнозування і контролю усунення викидонебезпечності. Достоїнство розкриття викидонебезпечних пластів заїздами полягає в дотриманні постійного радіуса заокруглення виробки обумовленого вимогами прокладання рейкового шляху. Характерна відмітна риса розкриття заїздами полягає в наступному. Заїзд наближається до викидонебезпечного пласта не повним перетином, а тільки однією стінкою поступово. Таке наближення можливе обумовлює поступове розвантаження - усунення викидонебезпечності пласта в місці розкриття. До загальних ознак заявленого способу з прототипом можна віднести наступне. Підхід здійснюється на нормативно встановлену відстань до пласта з боку покрівлі (почви). Породну пробку і пласт перебурюють на всю потужність шпурами. Виконується герметизація вимірювальної камери, рівної перебуренній під кутом потужності пласта, газозатвором ЗГ-1. Як критерій викидонебезпечності використовується часовий критерій Кв. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу прогнозу викидонебезпечності крутих і похилих вугільних пластів у місці розкриття заїздами шляхом поетапного прогнозування викидонебезпечності, що забезпечує безпечне ведення робіт. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб прогнозу викидонебезпечних крутих і похилих вугільних пластів у місці розкриття заїздами, що включає буріння шпурів на викидононебезпечний пласт через породну пробку, їх герметизацію, вимір швидкості газовиділення, розрахунок часового критерію Кв і, згідно корисної моделі контроль викидонебезпечності здійснюється поетапно, починаючи з часу наближення найближчої стінки виробки, що розкриває, до пласта на нормативно встановлену відстань до розкриття пласта на повний проектний переріз, закладення шпурів у міру просування вибою заїзду, повинен забезпечуватися двох-триметровий інтервал між вимірювальними камерами свердловин попереднього і наступного етапу, при цьому число шпурів, необхідних для прогнозування викидонебезпечності визначається величиною мінімальної нормалі, а їх місце розташування - розміщенням 3-метрової нормалі стосовно пласта і вибою заїзду, при цьому при величині мінімальної нормалі до 2-х метрів прогноз виконується по 1 шпуру, до 1 м - 2 шпурах, менше 1 м - 3 шпурах, а шпури на наступних етапах закладаються таким чином, щоб перший був розташований по 3-метровій нормалі, другий - в місці закладення шпуру першого етапу, а при наявності третього шпура - посередині між першим і другим. Методика і схема розташування шпурів представлена на фігурі, на якій показані: 1 - вугільний пласт, 2 - виробка, що розкриває заїзд, 3 - шпур для виміру швидкості газовиділення, R - радіус заокруглення заїзДУПісля закінчення буріння кожного шпура протягом не більш ніж двох хвилин після закінчення буріння приладом ПГ-2МА повинна вимірятися вихідна почат кова швидкість газовиділення дн, л/хв, при довжині вимірювальної камери рівної перебуреній під кутом потужності пласта. Герметизація вимірювальних камер виробляється газозатворами ЗГ-1. Після виміру вихідного початкового газовиділення дн, необхідно продовжити його виміри ще протягом трьох хвилин, беручи звіти (ді; дг-.дб) через кожні 30с. Результати вимірів округляються до десятих часток л/хв. За результатами вимірів розраховується часовий критерій Кв по (1). Якщо після першого виміру в декілька наступних швидкість газовиділення зростає, то виміри газовиділення через кожні ЗО с виробляються доти, поки зростання газовиділення припиниться. До розрахунку Кв приймається це значення д* як вихідне, а значенням gt буде газовиділення, виміряне після цього через Зхв. Якщо зростання швидкості газовиділення протягом 10хв. збережеться, ситуація по даному шпуру оцінюється як безпечна по викидах. Ситуація перед розкриттям оцінюється як викидонебезпечна, якщо хоча б в одному зі шпурів Кв ^ 5,0, і як невикидонебезпечна, якщо для всіх шпурів Kg > 5,0 (4,9 і менш). До викидонебезпечної відноситься ситуація, коли у всіх чи якійсь частині шпурів газовиділення менш точності відліку вимірювального приладу чи так незначне, що не дозволяє розрахувати Кв, а в інших шпурах воно менш 5,0. На другому і наступному етапах до місця розкриття на повний переріз пласту методика повторюється відповідно до першого етапу. їх число залежить від відстані між шпурами наступного і попереднього етапу, що відповідає двом-трьом метрам. Таке обмеження визначається середньою відстанню між шпурами, які необхідно бурити в правої і лівої стінки виробки при прогнозуванні викидонебезпечності крутих пластів, що розкриваються, квершлагами, у цьому випадку досягається мінімальна імовірність помилки прогнозування на одиницю площі ділянки пласта, що розкривається. Методика прогнозування викидонебезпечності, що пропонується, успішно пройшла апробування в умовах шахти "Вуглегірска" ДП "Орджонікідзевугілля" при проведенні гірничо-експериментальних робіт з розкриття викидонебезпечного пласту кб2 П'ята з боку покрівлі заїздом Південного квершлагу на горизонті 820м. Результат розкриття, що виконувалося в режимі струшувального висадження і без застосування способів запобігання викидів, підтвердив зроблений раніше висновок про відсутність викидонебезпечності, а також дозволив переконатися в технологічності застосування способу при малих кутах падіння вугільного пласта. Результати прогнозування викидонебезпечності при розкритті пласта ks2 П'ята представлені в таблицях 1 і 2. 6326 Таблиця 1 Результати вимірів швидкостігазовиділення05.04.02. 1 2,6 0,9 1,58 0,25 0,25 0,25 0,2 0,2 0,2 0,1 2,5 номер шпура вщстань до пласта, м потужність пласта по шпуру, м час до початку виміру, хв. 9н 9і Яг Яз 9s 9е Кв 2 2,6 0,9 0,4 0,5 0,45 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 2,0 3 2,8 0,6 1 1,43 1,23 1,02 0,95 0,84 0,73 0,73 2,0 4 2,75 0,65 1,15 1,5 1,43 1,23 1,02 0,95 0,84 0,73 2,1 5 3 1,17 2,03 1,02 0,84 0,73 0,73 0,7 0,57 0,57 1,8 Таблиця 2 Результати вимірів швидкості газовиділення 19.04.02. 1 1,1 0,8 1,1 номер шпура вщстань до пласта, м потужність пласта по шпуру, м час до початку виміру, хв. Он СЛІД 9і слщ Яг Яз СЛ(Д СЛЩ 94 слщ 95 СЛІД слщ Об Кв Таким чином, спосіб, що заявляється, контролю викидонебезпечності при розкритті заїздами крутих і похилих вугільних пластів дозволить підвищити надійність оцінки викидонебезпечності, а також постійно, з моменту наближення заїзду до викидонебезпечного і Комп'ютерна верстка Д. Шеверун 2 3 1 0,4 0,5 0,5 0,3 0,25 0,25 0,25 0,25 2,0 3 1,1 "0,8 0,4 0,21 0,21 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 2,1 4 1,25 1,1 1 СЛЩ слщ СЛЩ слщ слщ слщ слщ 5 3,2 0,8 1,5 0,5 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 2,0 загрожуючого вугільного пласта на нормативно встановлену відстань і до місця його розкриття на повний перетин, контролювати усунення чи відсутність викидонебезпечності на цій дільниці. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освгги і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ -42,01601