автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка экспресс-метода прогноза и способов предупреждения горных ударов

Г 1 и

2 2 г ЕВ 1393

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ II ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУЗБАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

БАРАНОВ Владимир Алексеевич

УДК 622.831.32

/

РАЗРАБОТКА ЭКСПРЕСС-МЕТОДА ПРОГНОЗА И СПОСОБОВ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ГОРНЫХ УДАРОВ

(па примере шахт концерна «Северокузбассуголь»)

Специальность 05.1502 — „Подземная разработка месторождений полезных ископаемых"

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических паук в форме научного доклада

Кемерово 1992

Работа выполнена на шахтах концерна «Севсрокузбасс-

уГОЛЬ».

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор, чл.-корр. РАИН, лауреат Государственной премии СССР

Егоров Петр Васильевич.

Официальные оппоненты —доктор технических наук

профессор

Петров Александр Иванович;

доктор технических паук, профессор .

Пузырев Владимир

Николаевич. Ведущее предприятие — Управление Кузнецкого Округа

Госгортехнадзора РФ

Защита состоится « $ » 1993 г. в

И часов

па заседании специализированного совета Д 063.70.01 при Кузбасском политехническом институте по адресу: 650026, г. Кемерово, ул.' Весенняя, 28

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кузбасского политехнического института

Диссертация разослана 1992 года.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор

Б. А. АЛЕКСАНДРОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛБОТУ

о

В диссертации, представленной в форме научного доклада, дается краткое содержание опубликованных в 1973-1992г.г. работ ал-тора по результатам выполненных им научных исследований.

Актуальность работы. В условиях развернувшейся в России экономической реформы создаются основы качественно новой экономической системы, когда темпы улучшения экономичес-- ких показателей работы предприятий приобретают первостепенное зня чение.

Повышение эффективности производства в угольной промышленности на основе научно-технического прогресса вызывает необходимость решения вопросов, связанных с обеспечением безопасности ведения подземных горних работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам.

Проблема горных ударов в стране возникла ЕО-е годы. Признаки нарастания степени удароопасности угольных пластов сами горные удары наблюдаются на многих шахтах Кузбасса. Существенны:! рост числа горных ударов в последние годы отрицательно сказывается на состоянии техники безопасности и пр изводственных показателях шахт. Однако высокая потребность народного хозяйства страны в углях Кузбасса предопределяет перспективу дальнейшего увеличения подземной добычи угля.

Условия возникновения горных ударов на угольных пластах разных районов Кузбасса имеют свои особенности, которые необходимо изучить и учесть при разработке.надежных способов прогноза и мероприятий по их предотвращению.

Основными особенностями отработки удйпоопасных угольных пластов шахт концерна "Северокузбассуголь''.» являются склонность угля к самовозгоранию, большая газоносность и нарушенность, наличие в кровле пласта труднообрушаемых пород, склонность к внезапным выбросам, что требует использования«новых нетрадиционных подходов при решении задач прогнозг и предупреждения горных ударов. Этим и определяется актуальность теш диссертации, а повышение безопасности л эффективности ведения горных, работ ни уда-роопасных угольных пластах является актуальной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Исследования выполнялись в • рамках программы "Уголь Кузбасса" и связаны с тематикой исследований ШИМИ^ ГВЛ8Ш331546, О №60057893).,

Целью работы является разработка метода оперативного прогноза и, способов управления геомеханическнм состоянием массива горных пород для предупреждения горных ударов,обеспечения безопаской и элективной отработки угольных пластов.

Идея работы закшочаегся в использовании закономерностей проявления естественного электромагнитного излучения для экспресс-метода прогноза горных ударов- и осуществлен'.«« заблаговременного устранения условий еогчикковенкл горных ударов в процессе ведения горных работ. '

Задачи и с с л е д о в а н и й:

■ - установить характерные особенности горно-геологических и .горнотехнических, условий проявления горных ударов при расработ-

ке удароопасных пластов на жжгох концерна "Северокузбассуголь";

-установить закономерности 'изменения .естественного -электромагнитного _ (ЭШ)*при отработке одновременно ударо- и выбросеопасных пластов и на их основе, разработать экспресс-метод. прогноза горных ударов; ■

- исследовать ж обосновать рациональные параметры локальных и региональных мер предупреждения горных ударов;

- дать технико-окскечичезко'е обоснованно х'еокеханичясклм схемам регионального управления уцароопааига состоянием массив« при разработке угольные пластов. '

■ Не V о а ы'исследзи&н и й. В процессе выполнения работ использован комплекс -методов, включающий технико-экэноуи-ческий анализ и-научное обобщение ироизводствкпкиго опыта,ака-литяизские, лабораторные и шахтные исследования» опытно-промышленные испытания разработанных практических рекомендаций.'

Н а у ч н ы ,е л о л о ас е н и я, р а з р а б о т а н н н с л ,1 ч и о диссертантом:- установлены закономерности изменения естествеккаго.. ададт-рем&гнитрого излучение (ЭМИ) в зависимости от горно-геологических к горнотехнических факторов, позволившие разработать критерии удкроопасности угольных пластов;

И) юдучеиЫ » диапазоне'радйоволн

- разработан экспресс-метод прогноза степени удароопасности участков угольных пластов, учитывающий физико-механические свойства углей;

- установлены закономерности изменения геомеханических процессов при разработке удароопасных угольных пластов, позволякци«) определять рациональные параметры локальных мер борьбы с горными ударами;

- установлено, что гидроразрыв труднообрушаемых кровель приводит к снижению напряжений и степени удароопасности краевой части горных выработок до- неопасного урошя, что позволяет использовать его в качестве локального способа снижения уцароопасности;

-обоснован выбор способов регионального управления удароо-пасным состоянием массива горных пород, позволяющих повисать безопасность и эффективность горних работ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются удовлетворительной сходимостью результатов аналитических исследований с данными натурнкх наблюдений (расхождение не превышает 16^5), большим объеме экспериментальных'данных, подгйерздахщх расчетные параметры применяемых способов, поло.кительным опытом использования результатов исследований при ведении горных работ в кахт-ных условиях. __ ______

Значение работы. Научное значение работы

заключается в :

- установлении закономерностей изменения естественного элек" ромагнитного излучения (Э1.1Ю при отработке удароопасных пластов

и использовании результатов инструментальных наблюдений для обоснования метода экспресс-оценки степени удароопасности ,гчястков угольных пластов;

- установлении зависимостей и параметров направленного гидроразрыва пород, позволяющих снизить напряжения и степень ударо-опасностк краевой части горных выработок до -еопасно.го уровня в результате ликвидации зависания пород кровли.

Практическое значениеработы.

Результаты выполненных исследований позволяют обеспечить безопасную и эффективную отработку цароопасных угольных пластов.

б

Реализация, поводов и рекомендаций б о т ы. Результаты работы были использованы при составлении ■ I"„-" нормативных и методических документов ("Технологические схемы '.¡¡нработки пологих и наклонных пластов Кузнецкого бассейна", "Перс-"ективные геомеханические схемы регионального управления выбросо-и удароопасным состоянием массива при разработке свит угольных пластов на шахтах Кузнецкого бассейна", "Временное руководство по направленному гидроразрыву пород под углом к напластованию", "Рекомендации по выбору параметров крепления подготовительных выработок шахт объединения "Сеьзрокузбассуголь").

Апробация работы. Основные научные положения и практические выводы диссертации докладывались на технических сонетах п.о."Северокузбассуголь", шахт "Анжерская", "Судженская", "Березовская", "Северная" (г.г.Кемерово, Березовский, Анжеро-Судженск, 1966-1992г.г.), ир Всесоюзной конференции по развитию производительных сил Сибири. Угольный комплекс (г.Ленинск-Кузнецкий, 1989г.), научно-практическ.9; конференциях Кузбасского политехнического института (г.Кемерово,1988-1991г.г.), Института повышения квалификации руководящих работников и специалистов Мин-углепрома СССР (г.Кемерово, 1989г.), на I китайско-советском семинаре по механике гор; ¡к пород, горному давлению и управлению состоянием массива горных пород в угольных шахтах КНР и СССР (Тайань, Шаньдун, Кита», 1991г.)..

П у б л и к а ц я и. Автором опубликованы 34 научных труда. Основное содержание диссертации изложено в 23 печатных работах, включая две монографии и одно авторское свидетельство на изобретение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРШИЕ РАБОТЫ

Бсльшал роль б разработке безопасных ыетодоБ прогноза и предупреждения горных ударов на угольных месторождениях принадлежит ■коллективам вепущих научно-исследовательских и проектио-конс.^ук-торских институтов: ШШИ, ИГД СО РАН, МГИ, КузПИ, ВостНИИ.КузНИУИ, а также крупным ученым: С.Г.Авершину, Н,П.Бажину,Я.А.Бичу. И.М.Ватутиной , Т.И.Грицко, П.В.Егорову, В.И.Ь'урашеву, А.И.Петрову, И.М. Петрову, В.Н.Пузыреву и др.

В работах указанных авторов нашли отражение результаты изучения физико-механических свойств углей и вмещающих пород удароопас-ных меаторозедений, вопросы о влиянии горнотехнической сгтуацк.., особенностей тектоники и характера нарушенное™ пластов на условия проявления горных ударез. Изучены некоторые особенности условий возникновения динамических явлений комбинированного типа и тиеного использования защитных пластов.

По данным ШИШ, на шахтах Кузбасса разрабатываются 828 пах-топ..астов, склонных к горным удавам, в том числе 28 -- опасных и 800 - угрожаемых по горным ударам- (таблица).

Таблица

Сведения.о горных ударах и удароопасных пластах (на 01.10.92г.) ~

1. "■ ■ ........ ..Наименование производ-, ственных объединений Количество ГУ.происшед ших на шах-. тах л.о личество иахтоп.л астов

опасных по Г У угрожаемых по Г У склонных к ГУ

Северокузбассуголь 54 6 84 90

Ленинскуголь 5 - 77 77 .

Беловоуголь о г X 82 83

Ниееяевекуголь - - 67 87

Прокопьевскгидроу^оль 31 6 224 230

Кузнецкуголь• » . . ______________ 51 15 246 261

Проведенный анализ состояния вопроса прогноза и предупреждения горных ударов на ¡пахтах Кузбасса позволил сформулировать указанные вьгле цель и задачи исследования.

Поставленные задачи решались на основе анализа результатов длительных инструиентальн.наблюдений. Основными объектами изучения рассматриваемых вопросов являлись шахты концерна "Северокуз-бассуголь".

Первый горный удар на шахтах концерна "Северокузбассуголь" произошел на шахте"Севепная" в 1952 году при разработ:. , мощного крутого пласта Кемеровского.К настоян">му времени на шахтах концер -на "Северокузбассуголь" роизоило 54 горных удара, в том число

36 горных ударов на шахте "Северная", 5 - на шахте "Березовская", 13 - на шахте "Анжерская". Всего в весьма сложных горно-геблоги-ческпк условиях концерна "Северокузбассуголь" разрабатываются ГХ) иьлтопластов, склонных к горным ударам, в том числе 84 -- угрожаемых и б - опасных (см.табл.), при ведении горных работ на кс .орых необходимо выполнять мероприятия по предупрездению газодинамических явлений [ 13,19 ] . Это связано с тем, что с увеличением глубины ведения горных работ резко осложнились горногеологические и горнотехнические условия. Увеличились нарушен-ность, изрезанность шахтного поля. Проявлению горных ударов способствуй.' ведение горных работ встречными забоями, под и над це~ ликами, тектоническая нарушенном ь и наличие в кровле пласта труднообрушаемых пород.

Распределение горных ударов на тактах Кузбасса показывает, что максимальное их число, приходится на интервал глубины 180-280м, при этом мощность пластов изменяется в ¡пределах 2--4м, а угол падения составляет 30-70°.

Одной-из отличительных-особенностей проявления горалх ударов является то, что о.ш зоииикап?*на пластах, отнесенных

к склонным к вкезепшш выбросам угля и газа [ 5 ] , что дополнительно усложняет ¿ыбор метода прогноза и способов предупреждения горных ударов.

Наиболее часто горные удары на шахтах концерна возникали в сплошных целиках и в целиках, отделенных от массива выработками. Удары первой группы характеризуются большей разрушительной силой,'вызывающей дробление угля с образованием массы лили, образованием, щадя под часть» или над всем целиком, подвергшимся горному удару. Горные удара этого тина наблюдались при разработке пласта ХХУП на шахте "Березовская" и пласта Кемеровского на щахте "Северная".. '

¿'дары, втором группы характеризуются тем, «то разрушение пласта пе распространяется в массив угля, а локализуется в пределах целкка. При этом разрушение и отброс угля с наибольшей силом происходит в направлении от выработанного пространства и сопровождается, какгравило,'полным завалом выработки, отделяющей целик от массива угля. Горные удары этого типа были отаечй-нм на шахтах."Северная"(пласт Кемеровский )и "Анжерская"(пласт

Исходя- из современного знания природы и механизма горных ударов мери по их предупреждению предусматривают решение двух задач: прогноза горных ударов и мер борьбы с ними.

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ 1АРАМЕТР0В ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ ДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЕ

В связи с необходимостью отработки игахтопластов, одновременно опасных по горным ударам и внезапным выбросам, прогноз и ка эффективности мероприятий по борьбе с горными ударами на этих пластах з кахдом забое производится, как правило, по двум методикам. Для определения степени удароопасности отдельных участков краевой части пласта в горных выработках на шахтах Кузбасса наибольшее распространение получил метод прогноза по выходу бурово". мелочи при бурении прогнозных скваяин диаметром 42 т. Тетгций прогноз Еыбросоопасносси в условиях Кузнецкого бассейна осуществляют по показателю, учитывающему выход буровой мелочи и начальную скорость газовыделения. С ослокн-знием условий отработки объем бурения прогнозных шпурсп резко возрос, поэтому одной из задач исследований являлась разработка' экспресс-метода прогноза степени удароопасности участков угольных пластов по изменению величины естественного 31® [1,15,17,18,21] .

Для определения критериальных значений ЭМИ и установления связи естественного фона ЗШ с напряженным состоянием массива исследования проводились комплексом геомеханических методов в сопоставлении с результатами регистрации активности 3!.:И.

В процессе работ определялась величина актизности Э1Д-1 у забоя выработки, после чего фиксировались: объем выхода буровой мелочи Р , естественная зла-кность углей \А/е ', начальная скорость газовыделения. 0- . Использование этих показателей при сравнительных наблюдениях позволило повысить достоверность оценки состояния углей, особенно для пластов, опасных и по горным ударам, и по внезапным выбросам. Использование этих показателей в условиях малонапряженных участков позволило установить характер изменений нап-ряжеи-юго состояния на колебания естественного фона Э?.;И, выявить влияние газового фактора на параметры ЗМИ углей. Измерения активности ЭШ в горных выработках проводились аппаратурой ЕГ-9(Вол-на-2), датчик ЗМИ располагался в непосредственной близости от забоя в середине сечения выработки.

Было исследовано влияние горнотехнических и геологических факторов на величину ЭШ (рис.1,2). Исследования, проведенные в условиях пласта Коксового на трех шахтах Анжерского района позволяют сделать вывод о взаимосвязи повышения активности ЭШ // и увеличения напряженности углей, вызванной увеличением глубины горных ррЧот И (рис.1а). Наличие целиков и краевых частей на вышележащих пластах т-юхе вызывает повышение'уровня напряженности в зонах их влияния. Исследование влияния данного фактора в лаве 13 бис пласта Случайного пшхты "Судаенская" (рисЛ б) показало, что повышение уровня напряженности, вызванное влиянием краевой части пласта Андреевского, сопровождается возрастанием числа импульсов ЭМИ, максимум при этом находится в створе краевой части в*"'ележащего пласта. Установлено также влияние тектонических нарушений различного типа на величину активности Эки (рис.2). Так, например, разрезная печь ЮЗ и лава 101 пласта Т нкого (рис.2а) подвергаются совместному влиянию разрывного нарушения с амплитудой 1,5м и зоны повышенного горного давления пласта Двойного, что подтверждается возрастанием уровн" активности ЭМИ. Изменение мощности пласта Десятого (рис.2 б) также вызывало изменения величины активности ЭШ и начальной скорости газовыделения. Кроме того, следует отметить, что на участках удароопасных пластов с повышенным газовыделением, например, в зонах тектонических нарушений, величина .активности ЭМИ значительно превосходит критические для этих условий величины. Наблюдается влияние-газового фактора на величину активности ЭШ (рис.3 а). Из рис. За видно, что интенсивность ЭМИ возрастает с ростом начальной скорости газовыделения при равном выходе буровой мелочи. Увеличение выхода буровой мелочи при неизменной начальнбй скорости газовыделения также приводит к возрастанию активности 3131. Для установления критериальных значений величины ЭШ бьли установлены закономерности изменения ЭМИ в зависимости от выхода бут. бой мелочи,. естественной.влажности и прочности углей (рис.3 б,в,г). .Коэффициент корреляции при этом достигал 0,84. Из рис. 3 б,в,г видно, что активность ЭМИ возрастает с увеличением выхода буровой мелочи и. прочности угля и с уменьшением естественной влаздости угля.

Выявленные закономерности изменений активности ЭШ позволили разработать экспресс-метод прогноза степени удароопасности участков угольных пластов [ I 1 .

300

ООО

9СО

Н

т |

N

Б0\ 40 \

го о

О 10

1 --

/ \

/ я*®*"

к

30

50

70 30 НО м /30

70 м

<Зо///, лгл

¿уЪ-Л^-

Рио.1. Изменение активности ЭМИ Д/ :

а - при увеличении глубины разработки Н ; б - в зоне ПГД; I*- длина лавы; 1,2,3 - соответственно вентиляционный итрек 13бис, лава 13био, конвейерннЛ атрзк 13 плаота Случайного

(2.гм) (2.4м) C-Î.Sm) (tbbtï {4.1м} Î1.7m) {2.5м)

Рко.2. Изменение активности ЭМИ N :

а - в зонь -влияния разрывного нарушение н зоны ПГД; б - в зависимости от ,меньшения мощности плаота Десятого; I - разрезная печь ЮЗ; 2 - конвейерный штрек Ш; 3 - век-ти&яциф*кнЧ втрек IQE; 4,5 - интенсивность ЭМИ соответственно в" разрезно- печи 103 и в даве ICSL; начальная скорость •газовыделения

№

>/мкн.м '/к /мт-м' ^

/мин-М 1

О 1 4 6 8 л/лог м р —»—

% 5

и/е-

Л'

420

{00

до бс

- - -

/ /

/ к

/ V

■г

2 4 6 Ь 10 М/Ь И

Рио.З. Изменение активности ЭМИ в завиоимооти от :

а - начальной скорости газовыделения ; б - тходэ Дуровой мелочи Р при различном расстоянии от обнаженна; в - естественной влажности г - прочности угля <эсж

Сущность метода заключается в измерении активности ЭМЙ прибором ЕГ-9 (Волна-2) на двух порогах: А^ = 2.6 -10"° В/м, Л.2 - 2,0 • 10"^ В/м. На каждом из порогов ЗОраэ проводится измерение интенсивности ЭМИ на временном интервале, равном 10о: /V/ и - По полученным величинам активности ЭШ А/у И Д4 находятся средние показатели для данной выборки, которые сравниваются с критическими величинами. В качестве критических показателей для величины активности ЭШ на пороге А^- принимается г-аа-чение ^ = 121 л^л./Юс, а на пороге А2 - Л/*В2600 ума.ЛОЬ Следует отметить, что для всех «дароопасных пластов шахт концерна "Северокузбассуголь" установлены критичзские значения показателей и , а также разработана методика расчета предварительных критериев удароопасности по ЭШ для ранее не изученных шахтопльотов [ I ] .

Участок относят к повышенно!-! категории удароопас ости, если выполняется одно из условий:

а. Л/.; > {21 имп./Юс , /А >¿50/ и т./Юс \

I ^ Г РЗ , /V, > П - -шп./Мс ;

в.* И/,//^ ^003 , Ы, > 2601 ит./10с.

Разработанный метод позволяет осуществлять прогноз удароопасности краевой части пласта и оценку эффективности локальных мер борьбы с горными ударами. При его» сбщья погрышость метода с учетом 10^ ошибки эпрлюлыжя среднего рначения при выборке объемом в 30 значений составляет 14$. •

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАН® РШОНШЙЫХ .

ПАРАМЕТРОВ ЛОКАЛЬНЫХ МЕР ПРЕДУПШдаШ ГОРНЫХ УДАРОВ

Как известно, физическая сущность локальных мер борьбы с горными ударами состоит з том, что их применением достигается перемещение максимума опорного давления в глубь массива и его снижение за счет изменения физико-механических сэсвсзв горных . . пород или снижения горного давления непосредственно на храеаае ч.чоти массива или целика. Эффективность же проводимых при ртом мероприятий зависят от правильного выбора их параметров.

Одним из эффективных способов приведения горных выработок в неудароопасное состояние является камуфлетное взрывание {1,8,9] . Кпмуйлетное взрывание было "спользое но при переходе передовых

* и

выработок на вахте Северная. Для приведения краевой чести пласта Кемеровского ь неудароопасное состояние были составлены специальный паспорт буровзрывных работ и специальный проект отработки целиков. Применение специально разработанного паспорта крепления очистного забоя и порядка ведения горных работ при переходе через1 передовую выработку обеспечили безопасность ведения этих операций, позволили отработать запаек угля в целиках.

Исследования, проведенные при отработке зяпэсое угля в целиках, позволили установить зависимость для определения расстояния между камуфлетлыми шурами (С) в виде

с * в к \[Т , «, (о

где Ц - величина заряда ВЗ, кг; К - коэффициент, зависящий от прочности уг«.^Г 1к = 0,15-0,20 при ^ » 1-1,2;.

К = 0,1 прл ^ >1,2; к = 0,3-0,4 при / <1,0, где •/ •■ коэффициент крепости угля по Ы.М.Проюдьяко-гоеу.

Величина заряда принимается из расчета заполнения половины длины сквакины. В . качестве забойки применяется вода, глина, во-денззолненнве ампулы. Взрыгяние ксмуЪлетних гарядов производится последовательно по одному или сериями с миллисекунда"** замедлением.

Для уточнания параметров разгрузки удароопасных участков бурением скважш большого диаметра были проведены исследования гел шэхтах "Березовская", "Анжерская" к "Суджеяская". Было установлено, что при бурении скважин диаметром 250 им расстояние между ними не должно превышать 1,5 к, а длина скваккны определяется расстоянием до зоны с максимальным напряжением. На пластах неозльшой мощности (до 1,2м) с меняющейся гипсометрией возможно исполпзованна скважин диаметром 90 мм,' пробуренных веерами с последовательным разбуриванием их до большего диаметра [,1} .. Прогноз. степени уцароопаоностй осуществлялся двумя методами (регистрация естественного электромагнитного излучения и измерение объема выхода буровой мелочи) до и после проведения' работ по бурению разгрузочных скважин. Устадовлено, что если до бурения- скважин участки находились в удароопасном состоянии, то после разбуривания они были приведены з неудароопасное состояние.

Для защиты от негативных последствий горных ударов разработано специальное крепление горных выработок. Проведенные исследования позволили установить рациональные схемы и параметра крепи при бесцеликовой разработке пластов, склонных к горным ударам [2,7] .

Установлено, что подготовку выемочных столбов при бесцелико-вой выемкг пластов, склонных к горны., ударам, следует производить спаренными выработками, г выемку целика между ними осуществлять по двум схемам (рис.4 ). При выемкз целика на незащищенном пласте угля (рис.4 а) часть сечения конвейерного штрека необходимо.сохранять позади очистного забоя для Ееичиляции. При выемке целика на защищенном пласте угля (рис.4 б), конвейерный штрак сохраняется для повторного использования. Для крепления выработок в качестве с !овной крепи рекомендованы крепь ПАК или ИПК, устанавливаемая мезду верхнякаш анкерно« крепи. Крепь усиления - стойки типа ГС или Т. Крепь ограждения - едко,двух, трехрядная деревянная оргвнка. Установлены рациональные . размеры целиков между вырат-ботками, параметры основной и усиливающей крепей. В выработках, расположенных у кроили мощньз: пластов, склонных .с горным ударам, необходимо почву укреплять металлическими анкераии.'

Для обеспечения езьварийной и аффективной работы очистных забоев и сохранения на полное сечение подготовительных выработок на удароопаеных пластах с труднообругсаемсй кровлей разработан способ направленного разупрогнепля горного массива (НГРУ), основанный на эффекте направленного гидрораарыва пород [4,6,10,11,12,14,16, 23,2б|. Сущность НГРУ заключается в создании в трудксобрушающейел толще пород кровли искусствешьгс протяженных трещин.с заданной ориентацией в прэстранотье за счет я&гнетанил жидкости в рзжиме тад-роразрывп по зарл »ьгпезил щелям, выпиленным в сквакинах. .Для образования зародышевых щелей созданы специальные устройства £23] , Разработаны рациональные схемы и параметры залокекня скважин-.к зарогдаевых щелей (рис.5). Комбинации отдельных, элементов '•. схем позволяют составить оптимальный пас .торт управления кровлей ' для конкретных условий. Основными параметрами НГРУ явл,' тся: высота заложения зародышевой щели от угольного плата или -поверк-кэсти обнаженк пород кровли Ж ; угол наклона эародаяюой ца-У ли плоскости напластования $ » расстояние мепву скзажинами (I ; режим нагнетания жидкости. Высота заложения з&родашо/зЬй щ^лп определяется по форцуЛе

' 2 ,1« + ■ (2)

Рио.^. Схемы подготовки : очистной выемки ;

а - на незащищенном пласте угля; б - на защищенном пласте угля; £ - ширина зоны опо^чого давления;

минимальная длина установки крепи усиления впереди забоя лавы; минимальная длина установки крепи уоиления ^озади забоя лава

ха

о

-Н

Б-В

с 3 ■( > 1 Ч 4 г.

и а

ч

1 =1

1 Я"

—1 у

а-в

в

Р»с.5. Схема расположения скв&кин / I / и-зародышевых щелей / 2 - продольно, 3 - перпендикулярно оси сквакщщ / для разупрочнения кровли

где Ла - высота обрутвения кровли, при которой будет обеспечиваться подбучиванке необрутаемой толщи кровлк, м; Ь-л,0 - нормальная мощность легкообрушаемс кровли, м.

, т - (к*а - / х , , (Кг.о-П '

где НЬ - вынимаемая мощность пласта, м; Клл, Кт-0 _ ког*|)гади-енты разрыхления соответственно легко- и груднообрушаемых пород кровли.

Расстояние между сквакинями определяется: при наличии легкообруятяемоЯ кровли

£ (я - кл.о) ' ' , м

а - -———г,- , м (ч)

при оставлении защитной пачки п кровле непосредственно над пластом

2 (Ъ ~ Ь)

а = ¿ЦП " » м ' (5)

где В - мощность защитной породной пачки, м.

Давление гидрорязрыва пород кровли прочностью до 100 !Ла не превышает 20 Ша.

Результаты испытаний ИГРУ в шахтных условиях показали, что . кровле формировалась протянекняя трещина, рунная длине участков разупрочнения, отмечено также снижг ие уровня действующих п массиве напряжений.

' Геомеханическая обстановка на участке проведения КГРУ в целом обеспечивает более безопасное состояние выработок, сохраняемых для повторного использования. Отмечено снижение конвергенции вмещающих пород я 1,5-2 раза, площади зависания кровли за крегьэт на сопряжении лавы со штреком в 1,6-7 раз.

ОБОСНОВАНИЕ ГЕ01&ХАНИЧЕСШ СХЕ.1 РЕГИОНАЛЬНОГО ■УПРАВЛЕНИЯ УДАРООПАСНШ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА

Для борьбы с динамическими явлениями в угольных шахтах используются региональные мероприятия, предполагающие заблаговременное изменение свойств и состояния опасных пластов на больших площадях до начала ведения на гих горных работ.

Следует однако отметить, что важное значение имеет также правильное планирование горных работ [22] . Исследования, проведенные в данном направлении, позволили рекомендовать рациональные технологические схемы разработки угольмых пластов [з] .

Исследование использования региональных мер борьбы с горными ударами подтвердил важность..использования защитной выемки пластов. Кроме того, отмечена необходимость в.проведении дегазации пластов шахт концерна ввиду их высокой газоносности. Защитная отработка пластов должна, осуществляться в рамках системы двух пластов "защитный - опасный" или путем повторной надработки (подработки), при этом параметры защитной выемки определяются в соответствии с действующей "Инструкцией по. безопасному ведению горных работ на тахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным у царям".

Проведенные исследования позволили разработать региональные меры борьбы с горными ударами для каждой конкретной шахты, базирующиеся на рациональном порядке отработки пластов в свитах [б]. Перспективные геомеханические схемы могут быть использованы не только при разработке проектов вновь строящихся шахт и горизонтов, но и при определении порядка отработки месторождения, выборе региональных мер борьбы с горными ударами и внезапными выбросами при составлении планов развития горных работ на дейстъ/гощих горизонтах шахт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации в форме научного доклада дано новое ршение актуальной научной задачи прогноза и предупреждения горных ударов при с/работке удароопасных пластов, отнесенных одновременно и к склонным.по внезапным выбросам угля и газа.

1. Установлено, что разработка удароопасных месторождений концерна "Северокузбассуголь" осложняется тем, что угольные пласты. отнесены одновременно к склонным по внезапный выбросам угля и газа характеризуются высокой тектонической нарушенностью , газоносностью и наличием в кровле труцкообрутпаемых пород.

2. На основе установленных закономерностей изменения активности ЭММ разработан экспресс-метод прогноза 'степени удароопасности участков угольных пластов, позволяющий оперативно контролировать характер измерения напряженного состояния на наблюдаемом участке.

3. Установлены параметры камуфлегнсго взрывания, крепления ч поддержания подготовительных выработок на удароопасных угольных пластах, позволяющие обеспечить снижение удароопасности краевой части угольного пласта. Расстояние между кчмуфлетными шпурами определяется с учетом величины заряда и крепости угля. Параметры кропя определены с учетом наличия (отсутствия) э«?лрвценных зон.

'1. Определены рациональные схемы и параметры направленного разуярочнекия гордого массива, основанного на эффекте направленного гидроразрыва пород, позволяющие снизить площадь зависания пород кровли за крепью в 1,6-7 раз, а конвергенцию в 1,5-2 раза.

5. Разработаны геоиеханмческие схемы регионального управления ударооп&сным состоянием массива горни:«- пород, повышащие безопасность ведения горных работ. 0

Внедрение научных рекомендаций, технических решений и результатов научно-исследовательских работ на шахтах Кузбасса позволило получить экономический эффект в сумме 1497 ^¡о.рублей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЖССЕРТАЦИИ В л)И2 НАГ-пОГО дащ 0Г1УБЛИК0ВШ0 В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Проскуряков В.М., Шабаров А.Н., Фрид В.И., Баранов В.А. Экспресс-оценка дшемшеских явлений на стольных пластах ыето.-аом 84И -Кемерово: Кемеровское кн.изд-во, 19Э1;95 с.

2. Егоров П.В., Андрианов А.П., Баранов В.А. и др. Крепле-. ние и поддержание подготовительных выработок.-Кемерово: изд-во "Приточское" I99I.-I40 с. •

3. Технологические схемы ргпр&ботки пологих и наклонных пластов Кузнецкого бассейна // Арссюв Н.С., Бахтин В.Н., Баранов В.А. и др. /КузНИУИ -Прокопьевск, Ii'SS.-77c.

4. .Калинин. C.Ii.-, Белов Н.П., Баранов В.А. и др. Рекомендации по повышению эффективности применения мехкомпяексов на пластах со слабыми почвами, склонных к отжиму угля и вытлообразова-нию кровли /.КузН УИ.-Прокопьевск, 1990.-33с.

5. Перспективные реомехаиическив схемы регионального управления рыбросо- и удароопаснш состоянием массива при разработке свит-угольных пластов на- шахтах Кузнецкого бассейна // Петухов ИЛ., Баранов Б.А., Бураков В.Н. и др./ПУП СССР, БНИМИ.-С-П, ■ 1990 - 94 с. ' . .

6. Временное руководство по направленному гидроразрыву пород под угле i I. напластования V Баранов В.А., Беляев Н.И., Бу-чатский В.М. и др. / 1.K3I СССР, п.о."Северокуэбассугоаь"-Кемерово, 1990.-23 с. •

;7. Рекомендации по выбору параметров крепления подготовительных вырел D'rOK иавд' объединения "Северокузбессуголь" // Га-Ш'Н;0., Бат>ацов В.А., Райский В.В. и др. / ВНШИ.-С-П.,Кемерово ,.1991.-101 с.

. 8.- Ьгоров П.В.-, Запрягаеэ А.П., Баранов В.А. Приведение подготовительных; выработок .в неудароопасное состояние на плас-■их, опасных по горным ударам // Горное давление' п калита лыа:г и подготовительных выработках: Сб.науч.тр. /ИГД СО АН СССР .-Новосибирск, ■ IG73.-С. 73~г'5.

9. Егоров П.В., Коноплев Н.В., Баранов В.А. и др. Переход передовых выработок при отработке целиков // Безопасность труда в промышленности, 1978.-!■" 2.-С.7-8.

10. Неборский В.М., Харкевич С/.., Романов Е.В., Баранов В./ Математическая модель процесса флюидоразрыва пород по зародышевой щели и последующего развития флюидотрещшш //Управление горным давлением в комплексно-механизированных забоях: Сб.науч.тр.

/ИГД СО АН СССР .-Новосибирск, 1989.-0*54-58.

11. Неборский В.М., Харкевич С.М., Романов Е.В., Баранов В.А. О выборе размеров концентраторов напряжений для направленного флюидоразрыва //Управление горным давлением в комплексно-механизированных забоях: Сб.науч.тр. / ИГД СО АН СССР.-Новосибирск,

1989 - С. 58 -61.

12. Баранов В.А., Неборский В.М. Испытания продольного ще-леобразователя //Научно-технические проблемы развития пахт: Меквуз. сб.науч.тр. /Кузбасский политехнический институт .-Кемерово, I989.-C.83-88.

13. Баранов В.А. Опыт работы группы горного давления объединения "Северокузбассуголь" //Уголь, 1990.-J? 2.-С. 24-26.

14. Барэлов В.А., Веников Е.Д., Неборский В.М. Сохрьиение подготовительных выработок на пластах о трудноуправляемыми кровля»™ //Совершенствование технологии шахтного' строительства: Межз- , вуз.сб.науч.тр. Дузбасский политехнический институт.-Кемерово,

1990 .-С.74-80.

15. Кухаренко Е.В., Баранов В.Л., Фрид В.И., Шабаров А.Н. Опыт прогноза газодинамических явлений на угольных пластах:0бзор /ЦНИЭИуголь.-М,,1991.-29 с.

16. Неборский В.М., Кухаренко Е.В., Баранов В.А. Метет направленного разупрочнения горного массива // Препринт № 1/Ас-социация "Кузбассугяетехнология.-Кемерово, 1991,-27с.

17. Шрид В.И., Шябаров А.Н., Баранов В.А. Геофизический прогноз газодинамической опасности на пластах, склонных_одно- - , временно к горным ударам и выбросам // Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности: Инфорл.сб.

/ ЩЩуголъ.-М.,1991.-№ 2.-С.28-30.

18. Баранов В.А., Потапов П.В., Денисов A.M. Геофизические методы разведки выегочных полей пахт // Безопасность труда в промышленности, 19Г".-}? II.—С.52-54.

19. Баранов В.А., Неборский В.М. Опыт работы группы горного давления (ГГД) п.о."Северокуэбассугольп // Научные трактаты: Материалы китайско-советского семинара по механике горных пород, горному давлению и управлению состоянием массива горных пород в угольных шахтах КНР и СССР /Тайакь, Шаньдун, Китай, I99I.-C.3I-37.

20. Неборский В.М., Кухар^лко Е.В., Баранов В.А. Управление кровлей, склошой к зависанию при бесцеликовой технологии //Научные трактаты: Материалы китайско-советского семинара по механике горных пород, горному давлению и управлению состоянием массива горных пород в угольных шахтах КНР и СССР /Тайань, Шаньдун, Китай, I991 ~С.38-46.

21. Фрид В.И., Шабаров А.Н., Проскуряков В.М'., Баранов В.А. Формирование электромагнитного излучения угольного пласта //ФТПРПИ, 1992.-$ 2.-С.40-48.

22. Баранов В.А., Эубкова И.А. Планирование горных работ с использованием проггззных карт напряженного состояния //Геодинамическое районирование недр: Сб.науч.тр. /Кузбасский политехнический институтгКемерово, I992.-C.48-53.

23. А.с.1641994 (СССР) Устройство для нарезания щелей на; стенках скважин /Баранов В.А., Неборский В.М., Лохов В.И., Беляев Н.И. № 4666055Д)3; Заявлено 24.03.89, Опубл.15.04.91. Бвл. № I4.-4 с.

Подписано в печать '¿А. 12. 92г. Заказ-723. Тира® ЮОэкз. Пэчать офсетная. Объем 1.3л.л. Формат <50x84/16

. Типография К/аЗасского политехнического кн-та 650027, Кемерово, ул. Краен-. ¿рмейская, 115