Спосіб підготовки до проведення гірничих робіт на викидонебезпечних вугільних пластах

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для безопасной отработки выбросоопасных угольных пластов горными механизмами без применения дополнительных противовыбросных мероприятий. Известен способ ведения горных работ на выбросоопасных угольных пластах, включающий оценку степени выбросоопасности угольного массива, монтаж горного механизма в очистных или подготовительных выработках и оборудование пульта дистанционного управления механизмом. Однако данный способ не является достаточно безопасным и эффективным, поскольку, как показал опыт ведения горных работ в Донбассе, в последние годы принятые дистанции не обеспечивают в общем достаточно низкой степени риска поражения выбросом угля и газа рабочих. Имели место случаи в ша хте гибели работающих. Принятые в прототипе дистанции не учитывают всего широкого разнообразия условий, характера разрушения массива механизмом, степени выбросоопасности, типов горных выработок и прочее. Цель изобретения заключается в повышении безопасности работ за счет снижения вероятности поражения при выбросе работающих в выработке людей до безопасности уровня. Поставленная цель достигается тем, что в способе подготовки к ведению горных работ на выбросоопасных угольных пластах, включающем оценку степени выбросоопасности угольного массива, монтаж горного механизма в очистных или подготовительных выработках и оборудование пульта дистанционного управления механизмом, согласно изобретению отбирают пробы угля, определяют прочностные свойства угольного массива, выход летучих и степень выбросоопасности участка с учетом глубины его расположения, а также максимальную ожидаемую интенсивность выброса (Qmax) из выражения Q и ò Q n.n. - среднеарифметическое и среднеквадратичное отклонения величин Qnn по N наблюдениям; N - количество выбросоопасных зон (выборок); Qn.n. - максимальная интенсивность выброса в каждой выборке; YN и QN - табулированные величины среднеарифметических и среднеквадратичных отклонений sN от моды величин Q; 1 - e1 - заданная вероятность отсутствия выброса интенсивностью Qmax; ε1 - степень риска развязывания выброса интенсивностью Qmax; затем устанавливают минимально допустимое безопасное критическое расстояние установки пульта дистанционного управления горным механизмом от места производства горных работ из выражения: где Qmax - максимальная ожидаемая интенсивность выброса; g - удельный вес насыпного угля; S - сечение выработки; Кр - коэффициент, учитывающий особенности развала выброшенного в выработку угля, Кр=0,21-0,81; Κ1 - коэффициент условий и выбросоопасности пласта, для особо выбросоопасных пластов Κ1 = 1; для выбросоопасных Κ1 = 0,5; К2 - коэффициент уче та разветвления газодинамического потока, для подготовительных тупиковых выработок К2 = 1, для нарезных К2 = 0.75, для очистных К2 = 0,5; К3 - коэффициент, характеризующий степень и характер разгрузки пласта при разрушении угля горным механизмом, К3 = 0,5-1; К4 - коэффициент, учитывающий глубину о трабатываемого участка, К4 = 10-3-1; K5 - коэффициент учета степени метаморфизма (К5 = 0,6-1), при этом пульт дистанционного управления оборудуют на расстоянии от забоя не менее указанного критического безопасного расстояния. При этом на особо выбросоопасных участках угольного пласта при производстве буровых работ в устье скважины устанавливают средства локализации выбросов в начальной стадии их развития и при механическом бурении на первых 20 м длины скважины диаметром 80мм и более критическое безопасное расстояние до забоя на крутых пласта х принимают не менее 30 м, а на пологих - не менее 20 м, при бурении скважин или размыве полостей и пазов с использованием гидравлической энергии принимают указанное критическое безопасное расстояние до забоя не менее 100 м. Кроме того, при выемке угля узкозахватными комбайнами с использованием стационарного пульта управления его оборудуют в штреке на свежей струе, при этом критическое безопасное расстояние принимают при сплошной системе разработки на выбросоопасных пластах не менее 10 м, а особовыбросоопасных - 25 м, при столбовой системе разработки критическое безопасное расстояние равно 0. Способ осуществляется следующим образом. Для подготовки к ведению горных работ по проходке выработки по пласту h10 "Ливенский" на глубине 840 м проходческим комбайном роторного типа производят оценку степени выбросоопасности угольного пласта согласно п. 1.2 действующей "Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по выбросам угля, породы и газа" (М.. "Недра", 1989 г.). Поскольку на пласте h10 зарегистрированы выбросы, а на участке проходки выработки по планам горных работ заранее не прогнозируются зоны геологического нарушения или повышенного горного давления, то пласт h10 на этом участке в соответствии с п. 1.2 "Инструкции..." относят к категории выбросоопасных. Осуществляют монтаж проходческого комбайна в выработке и выбирают место для оборудования пульта дистанционного управления комбайном, который располагают на безопасном расстоянии от забоя выработки. Для определения этого расстояния непосредственно в забое отбирают пробы угля, определяют прочностные свойства угольного массива, выход летучи х и степень выбросоопасного пласта на участке с учетом глубины его расположения, а также максимальную ожидаемую интенсивность выброса. Пробы угля используют для определения его крепости методом толчения (см. "Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа". М., "Недра", 1977). По пробам установлено, что крепость угля в забое равна 1,1 условных единиц по шкале М.М. Протодьяконова. По данным крепости угля рассчитывают вы ход летучих, используя зависимость (см. В.В.Кузьмич и др. Способы разрушения и выемки угля струями воды различных параметров. М., ЦНИИуголь, 1990 г.): f=0,0037 (Vг)2 - 0,179 (Vг) + 2,873 (3) где f - прочность угля по шкале М.М. Протодъяконова в условных единицах; Vг - выход летучи х, %. Подставив в зависимость (3) f=1,1, получим Vг=16%. Измерение прочностных свойств угольного массива производят отдельно от каждой угольной пачки общеизвестным методом (Иванов Б.М., Фейт Г.М, и Яновская М.Ф. Ме ханические и физические свойства углей на выбросоопасном пласте. М., "Недра", 1979). В результате получено, что прочность угля на одноосное сжатие равна по 1-й пачке 13,1 МПа, 2-й - 8,2 МПа, 3-й - 2,1 МПа. Поскольку прочность угля по пачкам резко отличается (более чем в 4 раза), то это свидетельствует о приближении забоя к зоне геологического нарушения (Петросян А.Э., Иванов Б.М. Причины внезапных выбросов угля и газа. В сб. Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа. М., "Недра", 1978). Так как выработка входит в зону геологического нарушения, то согласно действующей "Инструкции..." пласт на этом участке относят к категории особоопасных. Таким образом экспериментальные замеры позволили уточнить степень выбросоопасности участка пласта. Для определения максимально ожидаемой интенсивности выброса проводят анализ проявления выбросоопасности в подготовительных выработках на пласте h 10 "Ливенский". В результате установлено, что при проведении выработок на пласте h10 "Ливенский" в Донбассе в 1986-1989 гг. зарегистрировано 47 выбросов угля и газа, сведения о которых приведены в табл. 1 . Все эти выбросы находятся в различных выбросоопасных зонах, поскольку они произошли на расстоянии более 100 м друг от др уга. В связи с тем, что каждый выброс сопровождается сериями микровыбросов интенсивностью до 10 т, то приведенные в таблице выбросы можно рассматривать как максимальные в каждой зоне. Это позволяет при обработке данных таблицы 1 применить статистический закон распределения крайних членов выброса. Учитывая, что количество выбросов (N) равно 47, то получим табулированные значения величин sN и уN (Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятности и математической статистики. М., "На ука", 1969) Расчет максимально ожидаемой интенсивности выбросов производят по данным табл. 1, используя зависимости 1. При этом безопасную вероятность поражения подземного рабочего, которая приравнивается к степени риска (вероятности) развязывания выброса максимальной интенсивности (e), принимают равной не более 10-6 в течение года или 0,4×10-8 ежемесячно (Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования. ГОСТ 121004-85. М., Изд-во стандартов, 1985. Система стандартов безопасности труда. Взрывобезопасность. Общие требования. ГОСТ 12.1.010-76. М., Изд-во стандартов, 1986). Подставив соответствующие значения в зависимости 1, получим максимально-ожидаемую интенсивность выброса (Qmax), равную 2700 т. Расчет безопасного критического расстояния от места производства горных работ осуществляют по зависимости 2. При этом коэффициент, учитывающий особенности развала выброшенного в выработку угля (Кр) определяют в зависимости от интенсивности выброса Qmax следующим образом: Поскольку Qmax=2700 τ » 1000 τ, то в примере Кр=0,81. Коэффициент условий выбросоопасности пласта (Κ1) равен для выбросоопасных пластов Κ1=0,5, а для особовыбросоопасных пластов Κ1=1. Так как на участке проходки пласт относится к категории особовыбросоопасных, то К1=1. Коэффициент учета условий разветвления газодинамического потока (К2) принимают в зависимости от типа выработки. Для подготовительных тупиковых выработок К2=1, для нарезных К2=0,75, очистных К2=0,5. Коэффициент, характеризующий степень и характер разгрузки пласта при разрушении (К3), зависит от скорости разгрузки слоя массива, примыкающего к вновь образуемой поверхности отторжения. При мгновенной разгрузке массива, которая имеет место при применении проходческих комбайнов избирательного действия, К3=1. При длительно-мгновенной разгрузке массива (бурение, нарезные комбайны) К3=0,75. При длительной разгрузке массива (роторные комбайны) Кз=0,5. В примере выполнения способа К2=1, К3=0,3. Коэффициент учета глубины отрабатываемого шахто участка (К4) определяют для различных глубин следующим образом: В примере осуществления способа для глубины 840 м К4=1. Коэффициент (К5) учета степени метаморфизма угля (выход ле тучих Vг, %) определяется следующим образом Поскольку в примере выполнения способа Vг =10%, то К 5=1. Подставив в зависимость (2) значения g=1,3 т/м 3; S=12 м 2; Q max=2700 τ; Кр=0,81: Κ1=1; К 2=1; К3=0,5; К 4=1; К5=1, получим Lбез=194 м »200 м. Аналогичные расчеты проводят и для других случаев. В скважинах происходят выбросы с выносом угля в подготовительные выработки при бурении вблизи устья и на глубине до 20 м. Поэтому для уменьшения интенсивности выброса в устье скважины устанавливают средства локализации выбросов в начальной стадии их развития. В этом случае при механическом бурении на первых 20 м длины скважины диаметром 80 мм и более максимальная дальность отброса угля при выбросе на круты х пластах не превышает 30 м, а на пологих пластах -20 м. При бурении скважин или размыве полостей и пазов с использованием гидравлической энергии максимальная дальность отброса угля при выбросе не превышает 100 м. Указанные максимальные дальности отброса угля при выбросах принимают равными критическим безопасным расстояниям. Безопасные расстояния для различных условий ведения горных работ на выбросо-опасных угольных пластах при выемке угля различными машинами и механизмами приведены в табл. 2. При бурении должны применяться средства локализации выбросов угля и газа в начальной стадии их развития, например, по схеме, приведенной в авт. св. №1580030. Применение данного способа ведения работ горными механизмами при выемке угля на выбросоопасных пластах позволит существенно повысить их безопасность за счет снижения вероятности поражения работающих выброшенной угольной массой при возможных выбросах.