автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка и внедрение способа безопасного проведения разрезных гезенков крутых выбросоопасных пластов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи ИВАШКИН Евгений Денисович

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ СПОСОБА БЕЗОПАСНОГО ПРОВЕДЕНИЯ РАЗРЕЗНЫХ ГЕЗЕНКОВ КРУТЫХ ВЫБРОСООПАСНЫХ ПЛАСТОВ

/~чГгл»тт»1ттгггг>г*тг, .. 01 - ОУЛЙНЯ ТП\/ПЙ

--- --"--------- д, К * ' '

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Донецк-1996

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Донецком государственном техническом университета

Научный руководитель -д.т.н., проф.Ншсолин В.И.

Официальные оппоненты: д.т.н., проф.Ярембаш И.Ф.

к.т.н., с.н.с.Кальякц А.С.

Ведущее предприятие - научно-исследовательский институт

по безопасности работ в горной промышленности, ЫакНИИ

Защита состоится 01, к

'1996г. в 12 на заседании специализированного совета Д 06.04.02 Донецкого государственного технического университета.

Адрес: 340000,Украина, г.Донецк, ул.Артема, 53. С диссертацией монно ознакомиться в библиотеке ДонГТУ.

Автореферат разослан ' ^ ' 1996г.

№оЗ

Ученый секретарь л * /

специализированного совета, ////// /

д.т.н., проф. /^¿У/^К И.Черняев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проведение разрезных выработок крутых выбросоопасных пластов (гезенков) является наиболее трудоемкой и опасной операцией в обпей технологической цепочке разработки таких цластоо. Во иногом объясняется это двумя нормативными положениями.

В соответствии с "Инструкцией по безопасному ведению горных работ..." подготовительные выработки с углами наклона более 10°, во-первых, должны проводиться в направлении сверху вниа.

Во-вторых, незащищенные выбросоопасные угольные шахтопласты должны отрабатываться с применением способов прогноза вьбросо -опасности и предотвращения внезапных выбросов.

• Выполнение первого требования усложняет процесс уборки угля, особенно с учетом нередко значительных водопритоков, и делает практически необходимым бурение скважины для перепуска вынимаемого угля и воды на откаточный птрек. Бурение в выбросоопасных пластах опасно из-за возможности выоросов, а на высоту этажа оно нередко заканчивается неудачно. Если даже скваиины пробурить удается, имеют место значительные (десятки метров) отклонения от заданного направления. Это приводит не только к увеличению длины гезенков, но и способствует забучиванию скважин при выемке угля.

Проблематично и выполнение второго требования, ибо из восьми нормативных локальных способов предотвращения выбросов в гезенкз может быть применено практически только гидрорыхление, эффективность которого проверить по динамике газовыделения, к сожалений, невозможно. Более того, на пластах, порода непосредственной кровли или почвы которых малоустойчивы и представлены глинистыми,углисто-глинистыми и песчано- глинистыми разностями, склонными к разнокянив, применение гидрорыхдения из-за неизбежного скопления воды в забое выработки будат способствовать обрушениям пород кровли, споязгшиям пород почвы пластов.

В настоящее время на проведение гезенков на шахтах Центрального района Донбасса (ЦРД) требуется от двух месяцев до более чем года, не обеспечивается безопасность условий труда, чем и обусловливается актуальность избранной темы.

Цель ^дботн - установить особенности проявлений выбросоопас-иооти при бурении скважин и проведении разрезных гезенков крутых пластов для разработки научно обоснованного способа их безопасного проведения.

Идея работы заключается в том, что исследование особенностей проявлений выбросоопасности при проведении скважин и по ним гезенков ыокот бить основой разработки комплекса новых, поэтапно выполняемых технологических ресеннй для безопасного их проведения.

Метода исследования.. В диссертации используется комплексный метод, включающий наряду с аналитическими исследованиями рассмотрение опыта проведения гезенков, материалов расследования газодинамических явлений, происходивши при бурении скважин и проведении гезенков; оксперииентальнио 1*аботи, выполненные в шахтных и лабораторных условиях; оценку их результатов с использованием основных положений теории вероятностей.

Основные научные положения и т о х под гичш а с к и о__решения, вкно-

сн;/ко на замитуд ¡¡.их .новизна.

I.Зависимость развития выброса угля и газа,возникающего при бурении скважин комплексом безлюдным гидравлический (КБГ) от соотношения объеыа затрубного пространства с объемом угля, разрушающегося в секунду, и скоростью перемещения газоугольной смеси при ы:бросе но выработке, позволяющая определить максимальный дна -метр сквакины, обеспечивающий предотвращению развития (локализацию) выброса.

2.Впервые по данным опыта аахт ЦРД установленная равновероятность интенсивности выбросов по длине гезенков, проводившихся сотрясательным взрыванием сверху вниз, и зависимость интенсивности от степени выбросоопасности сахтопласта, позволяют учитывать выбросоопасность на участко залоаения гезенка при бурении скаахин и ого проведении.

3.Необходимость вьашвания разгрузочных пазов только на участках выбросов, локализованных при бурении скважин КБГ, подтверх-дашая локальность выбросоопасности, проявлякцуюся и при проведении гезенхоо.

4.Критерий отнесения крутого сахтопласта к особо выбросоопас-ним, Сазирувоийся на интенсивности выбросов, происходящих при иохрытаи его кворклагаьи и составляющий на «енео 500 т, позволяет прогнозировать интенсивность выбросов при проведении гезенков.

0бОСНО15аКНОСТЬ_И_ЗОСТОБОШОСТЬ_Н

работы доказывают, .впервые выполненные расчеты, приведшие к выводу о том,что распределение интенсивности выбросов, высоты заполнения гезенков разрушенным углем, аналитичес-1 кой влажности близко нормальному (гауссовскому) и поэтому минимально необходимое число измерений может рассчитываться в соответствии с теорией вероятностей. Возможность ошибки при использовании предложенного критерия отнесения шахтЧзпластов к особо выбросоопасным не превышай? '<¡0%.

состоит в том, что

- установлена практически нулевая вероятность возникновения выбросов при проведении гезенков сотрясательным взрыванием в' верхней части этажа, которая в сочетании со вскрытой равновероятностью интенсивности выбросов по длине гезенков ниже по падению этой зоны позволяет бурить скважины и проводить гезенки

с учетом изменения выбросоопасности на участке их заложения;

- экспериментально доказана реальность.- возникновения внезапных выбросов угля и газа при вкалывании скважин а выбросоо'гас-ных зонах, обусловливающая необходимость именно на этих участках' применять способы предотвращения выбросов при проведении гезенков;

- установлен факт осыпания стенок скважины при их вымывании, отличающийся тем, что происходит оно не в момент проведения скважины, а через несколько суток после прекращения бурения. Доказано, что для его предотврашекия необходимо проветри-, вать скважину сжатым воздухом, скорость которого не должна быть менее 0,3 м/с для обеспечения эффекта "срыва" - устранения метановой пленки;

- уточнена методика расчета среднего удельного газовыделенин, что позволяет при ограниченной длине контрольных шпуров (Зм) производить его расчет, если снижение начальной скорости газовыделения не измерено. .

Практическое.значение работы заключается в разработке способа безопасного проведения разрезных гезенков крутых выбросо-опасных пластов,состоящего в вымывании скважин КБГ такого максимального диаметра, который в сочетании с диаметром бурового става создает затрубное пространство ограниченного объема, о'/ус.юн-ливаюшего предотвращение развития (локализацию) выбросэч и I1

предотвращении выбросов при проведении гезенков по скважине только на участках их локализации, имевшей место при бурении скьакины.

В верхней части этака допускается проведение гезенка без протлвовыбросных мероприятий.

Реализация результатов работы состоит:

- в вшивании на шахте "Северная" ПО Дзеряшнскугояь агрегатом КБГ с rop.IItiü м на гор. 1050 м пяти скважин увеличенного до 35ü Mi.» диаметра общей длиной 637 ы и и проведении по ним трех разрезных гезенков. Планируется па IöSu-97r.r'. вымьшание еще пяти скважин к проведение пяти гезенкоэ;

- способ критериального отнесения к^утиу щахтопластов к особо вибросоопаснш принят UauHllil (Г11) для реализации при подготовке совместных с ДГТУ Гоедадзорохрантруда Украины приказов

о разработке в 1997г. пластов на шахтах Центрального района Дон-баоса (ЦРД);

- положение о проведении гезенков в верхней части этаг.а без применения противовыброенга мероприятий принято МакНИИ (П1) дяя и ключе! ¡ил в первую редакцию "Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к газодинамическим явлениям".

^£обашя_]заботе_;_ Основные пологтения и отдельное результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических советах производственных объединений Дзеряинскуголь и Артем -уголь, ученых советах ДонШИ, Мак!Ш, ДГТУ.

Публикации. Основные результаты исследования опубликоваш в четырех статьях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Ol i излонена на 112 страницах, из которых 97 иааиното.сного текста, 15 рисунков, таблиц,. список литературы из 66 наименований и I приложение на 3 страницах. •'

ОСНОВНОЕ С0Д2РШИЕ РАБОТЫ

Еао в докладе проф.Вилэнко В.Л., сделанном в 1931г. на 1-П . Все союзной конференции по технике безопасности и горноспасательному делу в каменноугольной промиоленности, приводятся сведения о двух случаях внезапных выбросов угля и газа в гезенках

на шахтах ЦРД, во время одного из которых погибли 3 человека.

К началу семидесятых годов производство оказалось перед выбором одного из всего двух способов проведения гезенков: снизу вверх или сверху вниз, но обязательно по заранее пробурен^ ной скважине. Если в дальнейшем (1977г.) требование о проведении их сверху вниз было в "Инструкции..." с оговоркой: "как правило? а снизу вверх допускалось в аварийных случаях, то в ее издании 1989г. оговорки уже нет.

Во многих публикациях ранее (Бобров И.О., Божко В.Л., Караго-дин JJ.H., Кричевский P.M., некрасовский Н.Э., Островский С.'М. и др.) неоднократно подчеркивалась объективная сложность бурения в выбросоопасных пластах скважин на высоту этажа.

Исторически так сложилось, что способы безопасного проведения разрезных гезенков внбросоопшзних пластов ранее не разрабатывались. Было очевидно, что этот сложный технологический про -цесс состоит из двух как бы самостоятельных вопросов: предотвращение газодинамических явлений при бурении скважин на высоту этажа и предотвращение выбросов при проведении гезенков сверху вниз не сира:::: npcij^ciiüoil unuciiimrio. До uuредины семидесятых годов казалось очевидным, что если скважину пробурить удается, то при проведении гезенка выбросы становятся невозможным;.. Конструкторы, создавая станки для бурения скважин з выбросоопасных пластах, для предотвращения гаэодинамичррких явлений разрабатывали специальные буровые штанги, коронки, производили бурение с продувкой и промывкой. Чеботков И.П., • Заставенко II.Я. пришли к Е"воду, что промывка восстающих скважин или продувка их сжатым воздухом при бурении на выбросоопасных крутых пластах предотвращает осыпание стенок скважин. Для сдучаев продувки сжатым воздухом устранение осыпаний объясняется срывом со стенок скважины метановой пленки, что совпадает с результатами исследований Артемовл A.C., • выполненными ранее. Для случаев бурения с промывкой объяснения нет. Однако опыт проведения гезенков в семидесятые-восьмидесятыо годы не подтвердил для глубин более 500 м представление об эффективности устранения выбросоопасности при наличии скважины, поэтому в диссертационной работе под безопасным способом проведения геспнков понимается как необходимость предотвращения развития газодинамических явлений, которь з могут возникнуть пг.и

ti

буринии скважин, так и предотвращение выбросов в дальнейшем при Проведении гезенков по заранее пробуренной скважине.

13 восьмидесятые-девяностые годы шахты, разрабатывающие крутьк пласты, снабжались буровыми станками Б-68. Опыт проведения гезенков в эти годы на шахтах ЦРД принципиально подтвердил сказанное ранее как в целом по геолого-промышленному району, так и по от -дельным шахтам.

В течение трех лет ( 1992-94г.г.) на шахте "Северной" ПО Дэерминскуголь было пройдено 13 гезенков. На высоту этажа станками Li-ьа пробурено 15 скважин.В трех случаях из пятнадцати выход их на вентиляционный штрек не обнаружен, неиспользованными ("бросовыми") оказались почти 500 м пробуренных скважин.

Во всех одиннадцати случаях, когда скважины пробурить удавалось, имели место значительные (от 20 до оО и в среднем 30,8м) отклонения их от заданного направления. На проведение гезенков на шахте требуется от двух до шести месяцев, а в среднем за три года примерно 3,3 ыес. Трудозатраты на проведение гезенков с учетом затрат на бурение скважин огромны и в тех случаях, когда первая сквашша не обнаруживалась на вентиляционном штреке, достигали почти 1150 чел/см., т.е. восьми чел./см. на I м выработки, из к'отррих примерно 40$ составляли закати на бурение.

В начале восьмидесятых годов ¡¡а базе усовершенствованного варианта сквакинного гидравлического агрегата (АТС) был создан комплекс безлюдный гидравлический (КБГ). Им так же как и АТС вммивается скважина минимального (по технологическим соображениям транспортирования цульпы) диаметра 300 ш. Но при извлечении бурового става вода подается в другой канал, по которому она поступает к третьей форзунхе. Теперь высоконапорная струя воды разрушает целик угля над (слева, справа) скважиной. В результате образуется разгрузочно- дегазационный паз

(кель) или вертикальный на bod мощность пласта, или ориентированный в пространстве по любому другому заданному направленна, позволяющей предотвращать внезапные выбросы угля и газа.

Сказанное позволило сформулировать цель работы и определить

- на основании экспериментов, выполненных в натурных условиях, изучить опасность возникновения газодинамических явлений пр.: бурении скважин и возможность предотвращения развития (локализации) при вымывании их агрегатом КБГ;

- изучить случаи локализации выбросов как показатель, уточняющий выбросоопасность на участке проведения гезенка по пробуренной скважине;

- по данным о выбросах, произошедших на шахтах ЦРД при проведении гезенков сотрясательным взрыванием сверху вниз, установить зависимость их интенсивности от длины гезенка и степени выбросоопасности шахтопласта;

- на основе выполненных ранее исследований я практик»: работы шахт ЦРД обосновать критерий отнесения крутых шахтопластов к особо вкбросоопасным.

При решении третьей задачи планировалось рассмотрение вопросов, относящихся к расчету минимально необходимого для анализа ииоля якспчгкшянтов ипи иилля птюнгчпггвдтшпг пн^по^оп.

Для условий бурения скважин с продувкой сжатым воздухом эффект предотвращения осыпаний ефтенок был объяснен соывом метановой пленки. Но на шахте им.Калинина ПО Донецкуголь зарегистрирован внезапный выброс угля и газа, произошедший 4.01.73г. при продувке шпура глубиной 1,8 м сжатым Dqздyxoм. С позиций современных представлений механизма и^Зроса угля и газа продувка шцура-это отрыв кусочков угля энергией сжатого воздуха, кото р..Я мэяет , вызвать выброс,и потому при подаче его в скважину отрыв кусочков угля с ее стенок должен исключаться.

Природа уменьшения числа и интенсивности выбросов при бурении их с промывкой в работе объясняется на основа, им экспериментов, выполненных ДонГТУ на выбросоопасных пластах шахты "Донбасс" ПО Донецкуголь.

Методически содержание опытоа сводилось к сравнения реакции выбросоопасного массива на бурение вцуров штангами из витой стали и полыми птакгами с промывкой.

Лоинтервальные измерения начальной скорости гаэовцдалэния позволили установить, что газовыделенье из шуров, пробурсннмс с промывкой, значительно менее интенсивно, чем из шпуров, пробуренных без промывки.

Небольшое различие при глубине шпуров до 1,5 м имеет место из-за дегазациир т.е. ее низкой газоносности. В таких условиях влияние на газовидапение увлажнения стенок шцуров несущественно. По мере увеличения природной газоносности при углублении шпуров в пределах безопасной зоны разгрузки, характеризующейся газопроницаемость» порядка 10"^ - I0~d мД, увеличивается газоБыделение, растет различие между начальной скоростью газовыделения из шпуров, пройуренных без промывки и с промывкой. В интервале падения гааовццеления, т.е. за областью разгружающего влияния выработки, характеризующейся практически нулевой проницаемостью, различие вновь несущественно, ибо вода теперь может проникать в массив только по отдельным микротрещинаы> и значительного влияния на величину газовыделения но оказывает.

Эффект снижения газовццеления, если вода нагнетается в об -ласть ризгруаавдего влияния лавы, объясняется доц., к.т.н. Артамоновым Ü.H. капиллярными силами, способствующими проникновению и разгруженный массив и препятствующими газовыделению. Этим ко оффактом I. работе объяснено снижение газовыделония из шпуров, пробуренных с npoiwBKoHj что замедляет формирование газовой (метановой) пленки.

При бурении КБГ скважин на особо выбросоопасном пласте шахты им.бО-лотия Советской Украины произошло ¿1 газодинамическое явление,которые подтвердили как неизбежность возникновения ьыб^осов пои Bii'oubuiiüii скважин и пазов, так и реальность их локализации, но при диаметре скважин не Солео 300 ым.

Учитывая зто„ исслодовал зависимость развития внезапного выброса угля и газа, возникающего во время бурения скважины КБГ, от соотновения объема затрубного пространства с объемом угля, разрушающегося а секунду, и скоростью перемещения газоугольной сме - ' см в выработке по следущой методике.

На шакте им. Артема ПО Дзержлнскуголь при раэбуришнии скважины до диаметра 350 ш 04.10.94г. прокзоЕг.е'1 внезапный выброо интенсивность» 24 т„ который по данным ДонНИИ, контролировавших акустпчаскул скиосио аппаратурой ЗУА, продолжался 7,2 с, т.е. в схааяинс/ do время выброса поступало 5 м3/о раз рушенного дгля. При вшивании КБГ сквахшыднаыетром 300 мы такой поток попет перемз-шгьгя по эатуубному пространству, если скорость его будет не ме-нов 100 м/с. Не ранее вксиериментально проф., д.т.н. Бобровым И,В.

и

было установлено, что скорость выноса угля по подготовительной выработке во время выбросов, произошедших при сотрясательном взрывании, не превышает 51 м/с. Если зти величины принять к расчету, то получим, что локализация выброса станет невозможной, если будут вымываться скважины диаметром более 40U мм. В общем случае для бурения скважин КБГ получим следующий критерий предотвращения развития выброса: ,

и Я - диаметр скважины и бурового става, м.

Надежность выражения (I) по существу доказывает опыт вскрытия крутых пластов. Десятилетиями для предотвращения выбросов бурили дегазационные (оперекашие) скоакины диаметром не менее IÜ0 мм, контролы-ше скважины диаметром до 250 мм при нагнетании воды, скважины диаметром 100-200 мм для гидровымывания пласта и 105 мм при гидродинамическом воздействии на пласт, но выбросы ; при бурении скважин не происходили.Имели место "микровыбросы", когда через скважины выбрасывались 0,5-1,0 ...6-7 т мокрого угольного штыба, буровой став, но ограниченный диаметр яквяжин п ^цйродно^'цррбке препятствовал развитию выброса. Выбросы происходили при вскрытии1-1 этих'участков пластов сотрясательным взрыванием, что подтверждало реальность на них вибросоопасности пласта.

Полученный1 критерий был использован на иахте "Северная", где агрегатом КБГ 0:1995-95г.г. с гор.ПбО м щюбуувпо пять скважин -увеличенного др 35ü jim диаметра: две скважины (И и № 2) на участке 95, jt^eijifp (|Гд) т восток длиной I2B и 91 м, две (№ 3 и № 4) на учаоргг^ $грленка - за. чд длиной 149 и 134 м и одну(№5) на участке 69,; Известнячка ( ti ) - восток длиной 135 м.

Вымывание ркваникк № I начали 04.04.95г., оно продолжалось 13 смен. Только за два дня (03.04 и 09.04.95г.) пробурено 40м (21 и 27 соответственно), но II.04.95 при длине скважины 128 м вшивание прекратили из-за того, что возникла необходимость разбурить на другом участке шахтылзабученцуп при проведении гезенка скважицу. Возобновили его только через 7 суток 18.04.95г. и при этом произошло осьшаниэ стенок скважины, во время которого уголь по подоозе штрека у устья скважины расположился откосом длиной 4,7 м в сторону квершлага. • ■ ¡. .'., ■

Природа осыпания угля крутых пластов в лазах и скважинах была рассмотрена ранее. tío если в лаве это происходит при прекращении проветривания через 15-30 мин без какого-либо воздействия

на призабойнув часть пласта, то и скважина - только через 7 сут после прекращения вшызания к только при возобновлении ее бурения.

Это непредвиденное газодинамическое явление привело к необходимости исследовать его природу для разработки способа предотвращения осыпаний стенок скважин при бурении их КБГ после неизбежных технологических перерывов.

¿велось оно к решению п^и прекращении бурения скважин КБГ, превь-шашем по продолжительности 3 сут, через те же форсунки, э которые под высоким давлением 1анэе нагнеталась вода, при давлении 4-6 ати для проветривая скважины подавать в нее сжатый воздух.

II;,я бурении скважины № 5 по организационным причинам в I99b-95г.г.т,швды имели место перерыт: но временя, составлявшими ó сучок (14.12-20.12); Ib суток (23.I2-IÍ.0I) и 6 суток (I2.OI-IU.OI). до всех случаях к забою скважины через те же форсунки, которые использовались при ее вымывании, подавался сжатый воздух в положении, когда расстояние от исполнительного органа КБГ до забоя скважины составляло 1м - длину штанги, что обеспечило скорость движения воздушного потока (0,3-0,4) м/с и предотвращение осыпаний ее стенок.

Из опыта проведения подготовительных выработок, когда выбросо-опасний угольный пласт вымывался КБГ, -были известны два выброса угля и газа, произошедшие на с . по "Штеровская" Луганскуголь 23.07.85г. и 14.03.dör. во время вымывания гезенка по заранее пробуренной скважине. При вымывании скважины на этих участках по данным НПО Углемеханизация имели место случаи повышенного газовыделения: содержание метана дваады превышало 2% (электроэнергия отключалась). Внезапные выбросы угля и газа не происходили.

Практически целесообразным становится рассмотрение фактов локализации выбросов как показателя, уточнявшего выбросоопасность учасков шахтопласта в месте проведения гезенка для применения способов предотвращения только на участках локализованных при бурении скважин выбросов. Она обусловила необходимость выполнения экспериментов следу»цего методического содержания.

Ранее МакНИИ и ДонГТУ было доказано, что выбросоопасность тем выше, чем больше аналитическая влажность угля (W ,%) и удельное га:зОБЦделсние (8 ), и что комплексный критерий выбросоопасности

( Кк. ) может быть выражен как

• _ г.^-ИЛ <»

где /? - среднее удельное газовыделение, л/мин; ^ - размерный коэффициент.

На шахте "Северная" при вшивании скважин Ш 1,2,3,4,5 признаков выбросоопасности, установленных ранее и названных локализованными выбросами, не было. Гезенки участков 95 и 96 пройдены по этим скважинам без газодинамических явлений. Но оставалась невскрытой природа совпадения отсутствия локализованных выбросоз при вымывании скважин и газодинамических явлений при проведении гезенкоЕ. Оно может быть или случайным, или результатом фактического отсутствия природной выбросоопасности. Исследование его сущности выполнено по методике, соответствующей определению комплексного критерия По (2), и состояло в следующем.

На расстоянии от подошвы вентиляционного игрека пласта Каменка-восток 3-5 м (I), 43-45 м (Л) и 100-102 м (Ш), т.е. на участках I, где выбросоопасность отсутствует, и П-Ш, где проявления выбросоопасности не исключены, было отобрано 25 и 50 проб угля для измерений по ГОСТ 11014-31 аналитической. шшжности и- по пяти в каждой из них выхода летучих веществ ( \/4%) Л1а этих же участках.поинтервально измерена начальная скорость газовыделения для расчета . Для участка I получили = 0,43 при коэффициенте вариации С а 42,5% и р"^4* = 2Ь,й% при ¿су? 0,3$; для участка 11-1Д: 0,43$ пйи С = 37,о% и у '¿3,6%

при С = 1,7$. На участке I К^">,02 при предельном, установленном для особо выбросоопасных пластов и характеризующим реальность выбросоопасности К^2,2. На участке П-Ц 4 и объясняет кагс-

отсутствие локализованных выбросов при. вымывании скважин, так и газодинамических явлений при проведении гезенка наличием невыбро-ооопасной зоны на участке его заложения. Такой вывод нуздался в дополнительном эксперцментад«ном подтверждении. Выполнено оно было на участка 9а шахты "Северная" по следующей методика.

Для лапы выбросоопасного пласта Каменка-восток паспортом предусмотрено прогнозирование выбросоопасности по сейсмоакусти-ческой эмиссии и применение гидрорыхления для предотвращения выбросов в выбросоопасных зонах. С целью исследояания реальности

природной пыбросоопасности в области кутка уступа № I, независимо от того окижется он в виб^осоопасной или неанбросоопасной зоне по сейсмоакустическому прогнозу, бурили поинтервально два конх'рольнмх шпу^а длиной по 3 м на расстоянии от кутка но более I .:. За г-есь период проведения опытов (31 цикл измерений) не было > . одного случая, когда бы по динамике газовыделения безоглсная глубина выемки оказалась менее величины выемочного цикла (0,9м), и = Полученные результаты вполне подтверждают предположение о том,что отсутствие локализованных выбросов при вымывании скважин и газодинамических явлений при проведении гезенка являются следствием отсутствия приходной вьбросоопасности.

При изучении особенностей проявления шбросоопасности по длине гезенка установили, что все первые выбросы угля и газа пиби-зоа';п ниже (по падению) границы зонь; .разгрузки, но на различных расстояниях от вентиляционных штреков. Эти факты пполне мсгут рассматриваться как доказательство локальности выбросоопасности, проявляющейся в данном случае во время выемки угля в гезенках сотрясательным взрыванием.

Многие неточности выводов и гипотез при решении проблемы выбросов, основанные на единичных опытах, ранее произошли от недооценки их авторам»; природной неоднородности зыбросоопасных угольных пластов. С учетом этого рассмотрены данные практики с использованием выборочного метода, которое возможно по И.Г.Векецкому и Г.С.Кильдииеву при условии понимания природы процессов.

Разброс данных по высоте заполнения разрушенный углем гезенка /уа и интенсивности выбросов $ , произошедших при проведении выработок сверх!' вниз сотрясательным взрыванием, не является результатом ошибки измерений, а объясняется природной неоднород -ностью пласта по фактору выбросоопасности.

Минимально необходимое число измерений (случаев) может рассчитываться по известной из теории вероятностей формуле, если распоеделение измеренных величин близко нормальному (гауссовско-му).

Эту близость можно установить по И.Г.Венецкому и Г.С.Кильди-шеву, если отношение среднего квадратичного отклонения измеренных величин X н среднему линейному отклонению Р составит яг. 1,25. ' ^

1Ь

Для интенсивности выбросов ^ ^^ 1,23, а для высоты заполнения разкупонным углем гезенка - 1,34. Следовательно, распределение и V близко нормальному, поэтому минимально необходимое число их измерений монет рассчитываться по вышеупомянутой формуле. С учетом этого удалось установить, что интенсивность

выбросов при проведении разрезных геяенкоз ниже по падению зоны

равновероятна

разгрузки в верхней части этажа по длине этих выработок. Она та-« же как и высота заполнения разрушенным углем гезенков зависит не от их длины, а от степени выбросоопасности шахтоплаота.

При проведении гезенков на шчхтпх им.Румянцева и "Юнком" средняя интенсивность произошедших выбросов (37т) оказалась в Ь раз меньше, чем на шахте "Северная"..

Но давно известно, что степень зкбе.осоопасности различных угольных шахтопластов, как и песчаников, неодинакова. И хотя проблема выбросов породы возникла почти на пятьдесят лет позже, чем проблема внезапных выбросов угля, но уже к концу шестидесятых годов было введено понятие'о трех степенях выбуосоопаенппти прс-чапиков. Ь последней из них (высокой) возможны выбросы интенсивностью 500 т и более.

Учитывая положительный опыт использования разделения песчаников по степени выбросоонасности, посчитал возможным в качестве критерия отнесения к категории особо выбросоопасных крутых пластов предложить интенсивность выбросов, происходящих при вскрытии их нверплагами, если она' не менее 500 т.

Средняя интенсивность выбросов, произошедших при вскрытии пласта /^на пахта "Северная", составила 1400 т, она в 8,2 раза' . больше, чем на шахтах "Юнком" и им.Румянцева. Различие это одного порядка с различием по интенсивности выбросов, имевшим место при проведении гезенков сотрясательным взрыванием, что может рассматриваться как доказательство достаточной надежности критерия отнесения шахтопластов к особо-выбросоопасным.

К категории доказательств отнесен тот факт, что при вскрытии пласта /?73 Толстый на'шахте "Сйрерная" из пяти выбросов полько один был интенсивностью менее 500 т (450т), т.е. возможность ошибки отнесения к особо выбросоопасным не превооходит 20/5.

В восьмидесятые годы стал нормативным способ определения безопасной зоны разгрузки в верхней части этажа, но относился он только к лавам.

Дальнейшие исследования МакНИИ и ДонГТУ (ДЛИ) позволили у 'чить этот пункт "Инструкции...": "По согласованию с МакНИИ

....^кается вскрытие пластов промквершлагами, подготовку монтажных ниш для щитовых агрегатов и проведение вентиляционных штреков осуществлять как в невыбросоопасной зоне без проведения предварительных контрольных измерений".

Результаты, полученные в нашей работе, доказавшие отсутствие выбросов в этой зоне при сотрясательном взрывании, позволяют дополнить приведенный перечень выработок разрезными- гезэнками.

При вымывании скважин агрегатом КВГ обратил вшшание на некоторое усложнение процесса бурения после достижения глубины скважин примерно 100 м.

Обобщенные результаты бурения четырех скважин позволяют заключить, что при средней их длине 94 м получена скорость 9 м/сек, которая была в 1,3 раза больше, чем при дальнейшем, бурении еще г на '13м.

С учетом отсутствия реальной выбросоопасности в верхней части этажа разработан вариант ускоренного проведения разрезных гезенков. Он заключается в проведении гезенка сверху вниз с вентиляционного штрека на длину по падению зоны разгрузки и одновременном бурении с откаточного штрека КБГ скважины на проектное положение забоя гезенка.

•Результаты бурения пяти скважин позволили оценить (в какой-то степени ориентировочно), кроме социаяьной, технико-экономическую целесообразность бурения скважин агрегатом КБГ.

-Средние затраты на бурение скважин, по которым ранее ка шахте "Северная" было пройдено-Д 'гезенков, составили 157 чел/см,-а,для гезенков, когда скважины вымывались - 71 чел/см, что в 2 раза

ЗАКЯШЫШЕ

В диссертации дани новые научно обоснованные технологические ресения актуальной научной задачи, заключающиеся в установле нии критерия предотвращения развития выброса, возникающего при бурении скважины; равновероятности интенсивности выбросов по дли не гезенков и зависимости её от степени выбросоопасности шахто-пласта; возможности использования локализованных при бурении скважин выбросов как показателя, характеризующего необходимость вымывания на нем разгрузочных пазов, обусловившие создание способа безопасного проведения разрезных гезенков.

Основные научные выводи и практические результаты заключаются в следующем.

1.Предложенное ранее ДонУГИ объяснение природы предотвращения осыпаний стенок скважины при бурении с продувкой, заключающееся

в срыве на ее стенках метановой пленки, уточнено с учетом выброса, произошедшего при продувке шпура на шахте им.Калинина. Рекомендовано при прекращении вымывания КБГ подавать сжатый воздух в скЕакичу с расстояния не менее 1ы, исключающем отрыв кусочков угля с ее стенок энергией сжатого воздуха.

2.Вскрыта природа устранения осыпаний стенок скважин и -уменьшения вероятности возникновения выбросов при вымывании их КБГ,

заключающаяся в проявлении на контуре скважины капиллярных сил,\ способствующих проникновению воды в разгруженный массив и препятствующих газовыделению, приводящему к формированию метановой пленки.

3.Экспериментально доказана реальность как возникновения выбросов при вшивании КЕТ скважин, так и их локализации за счет ограничения объема сатрубного пространства. Разработана методика определения максимального диаметра скважин, основанная на сопоставлении объемов разрушения в секунду угля при выбросах и скорости перемещения его в выработке с объемом затрубного пространства, позволяющая при известной диаызтро бурового става предотвращать развитие возникпаго выброса.

4,Доказано, что эффект локализации выброса, проявляющийся в повышении газовыделения и увеличенном подвигаши скважины за цикл ео вымывания, пожат быть показателем, уточняющим выбросо-опасность участка пласта в месте дальнейшего проведения гезенка.

Полученный результат позволяет применять способ предотвращения -вымывание пазов только на участках локализованных выбросов.

5. Подтверждена высокая надежность нормативных положений о размерах участков шахтопласта в верхней части этажа, на которых отсутствует выбросоопасность.Но нормативные решения ранее не от-

ялиеь к проведению разрезных гезенков, что обусловило необходимость добавления их к существующему перечню вышботок. которые могут проводиться.без протквовыбросных мероприятий.

ь.Зпеивно установлено, что распределение высоты заполнения разрушенным углем разрезных гезенков, проводимых сотрясательны.] нзргваниом сверху вниз; интенсивности выбросов по их длине; аналитической влажности угля близко нормальному. Это позволило рассчитывать минимально необходимое число измерений (случаев) по известной формуле теории вероятностей с учетом того, что относительная погрешность измерений по физической сущности является результатом природной неоднородности угольного массива по фактору выбросоопасность, а не ошибки измерений. Во всех случаях число анализировавшихся случаев было больше расчетного.

7.Предложен и обоснован критерий отнесения крутого шахтопласта к особо выбросоопаскым, загш . ;»ацийся в учете случаев выбросов при вскрытиях интенсивностью не менее 500г, позволяющий прогнозировать интенсивность выбросов при проведении гезенков и обеспечивающий ошибку отнесения, не превышакщую 20%.

8,Сформулирована сущность способа безопасного проведения разрезных гезенков выбросоопасных пластов, учитывающего различную степень выбросоопаснооти.шахтопласта на участке заложения гезенка и заключающегося в необходимости вымывания скважин КБГ диаметром не более 400 мм, позволявшим лотолизовать выбросы, и в применении для предотвращения выбросов при проведении гззенков разгрузочных пазов только на участках локализованных выбросов.

Основные положения диссертации опубликованы

I.Ивашкин Е.Д.' Разработка безопасной технологии проведения разрезных выработок крутых выбросоопасных пластов //Известия Донецкого горного института,- 1995I,- С.37-40.

2.Агафонов А.В., Воробьев Е.А., Ивашкин Е.Д. Анализ опыта предотвращения выбросов угля и газа во вскрывающих и разрезных выработках крутых пластов // Известия Донецкого горного института.- 1995.- № 2.- С.64-67.

3.Школин В.И., Яйло В.В., Ивашкин Е.Д. Безопасное проведение гезенков на шахтах, разрабатывающих крутые пластьг // Уголь Украины.- 1966.- № 4.- С.28-31.

4.Николин В.И., Агафонов А.В., Ивашкин Е.Д. Исследование особенностей проявлений выбросоопасности при проведении "разрезных гезенков круткх пластов// Известия Донецкого горного института.-1966.- 19 3,- С.37-45.

tvashkin Е,0. Davelopaant *nd taplesentation of safe eethod for set-up blind shaft drivaae in pitching seaa prone to coal outburst.

This Is candidate dissertation on speciality 05.26.01 -SAFETY. It Has aritten In Donetsk State Technical University, Donetsk. 1995.

Theoretical and experlaental Investigation helped to develop a isthod for calculation of aaxlaua dianeter of a hole uhlch prevent coal burst occurring during drilling process. It uas first tlae uhen a fact has been established regarding equal probability of the burst along the blind shaft. Criterion «as found for asse-ssaent of hlghli prone to the burst coal seai.

Ней sethod of blind shaft driving uas.developed. It prevents sloughins of the walls of the blind shaft both during the drilling and driving processes.

Hew practical results have been lapleaented In practice.

1ваик1и Е.Д. Роз робка та алров-дгешм способа безпечного проведения роэр!эних гезенк1в крутих викидонейезпечних пласт1в.

ДисертаЩя (рукопис) на здойцття вченого ступени кандидата техн!чних наук за сяец1альн1ств 05.26.01 - охорона npaul. ДонДТУ. Донецьк, 1996.

Й1стить теоретичн1 та експереиентальн! досл!дкення. як1 дали *оялив1сть розробити кетодику розрахднку максимального д!анетру свердловин, яиий забезпечуе запоб1гаиия розвитку (локал!зац1в) зикнда, go еиникае при ix dypifmi; вперве вставлена р1внои1рн1сть (нтенсивкост! викид!в по довгин! гезенка. к£штер!й в1днесення крутого пласта до особливо викидонейезпечних. Розроблеяо новий cnocifi безпечного проведения гезенк1в крутих пяаст1в. во дозволяв попередвувати оОсипання ctIhok свердловин i викиди як при Йур1нн1 свердлвин так 1 при проведенн1 по ник гезечк1в.

Клячов! слова: гезенк, сверд -овина, викид вуг1лля i газу. газодинаи1чие явиие, локал!зац!я викиду. обсипання ctIhok свер-дловин. снос 1 б попередаення викид!в.

Сдано в проимоЛстса /0.09, УБ Формат 60x90/16. Офс.печ. Тираж /СО. Заказ/59* Уч.-пздл (Д

ЦБНТИ уго.гьной промышленности Цех оперативной полиграфии1 ¡400000 гуйонгцк, ул. Артема, 60