автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка и внедрение способа локальной разгрузки крутых выбросоопасных угольных пластов полевыми выработками на шахтах Центрального района Донбасса

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКН

РГ6 од

2 О ЯЫ1 1323

На правах рукописи КОСТЫРЯ Валентин Яковлевич

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ СПОСОБА ЛОКАЛЬНОЙ РАЗГРУЗКИ КРУТЫХ ВЫБРОСООПАСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПОЛЕВЫМИ ВЫРАБОТКАМИ НА ШАХТАХ ЦЕНТРАЛЬНОГО РАЙОНА ДОНБАССА

05.15.11—„Физические процессы горного производства"

05.15.02—„Подземная разработка Месторождений полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск—1993

Работа выполнена в Государственном Макеевском научно-исследовательском институте по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ).

Научные руководители: докт. техн. наук докт. техн. наук

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, профессор канд. техн. наук

A. И. БОБРОВ

B. Г. КОЛЕСНИКОВ

Б. М. УСАЧЕНКО Н. А. ШАПОВАЛ

Ведущая организация—производственное объединение „Орджоникидзеуголь*.

Защита диссертации состоится .<¿7« 1993 г.

в часов на заседании специализированного совета Д.016.40.01 при институте геотехнической механики Академии Наук Украины (320600, г.Днепропетровск, ул. Симферопольская, 2а).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГТМ АН Украины.

Автореферат разослан . с^З • _1993 г

Ученый секретарь специализированного совета, I ■ ,

канд. техн. наук 1 и- А* ШПАКУНОВ

ВВЕДЕШЕ

Актуальность работа. Одним из основных факторов, одерживающих развитие горных работ на шахтах Центрального района Донбасса, является возрастающая с глубиной разработки газодинамическая активность большинства отрабатываемых угольных пластов, что ведет к снижению скорости подвигания подготовительных выработок и нагрузки на очистные забои из-за дополнительных материальных, трудовых и временных затрат, направленных на выполнение комплекса мер по предотвращению выбросов угля, и газа и ликвидации их возможных последствий. • '

За последние два десятилетия оомьшинство одиночных или частично защищенных выбросоопасных угольных пластов района переведено, на полевую подготовку. Основная цель - устранение влияния выброоо-опасности на темпа подвигания подготовительных выработок, а также широкое внедрение очистной технологической схемы, основанной на выемке угля полосами по падению .щитовыми агрегатами, для которой полевая подготовка является предпочтительной.

Согласно существующим в механике горных пород представлениям, в процессе-проведения, выработки за, счет деформационных процессов вокруг ее контура формируются различные по уровню напряженности зоны: пониженных, повышенных и не подверженных ее влиянию геоста-гических напртжений. Заложение пслевой выработки на расстоянии, исключающем ее влияние на пласт или пригружающкм его, нецелесо -ооразно, так как это приводит либо к неоправданному увеличению протяженности вскрывающих выработок,'либо к повышению его газодинамической активности. Наиоолее оптимальным представляется вариант проведения полевой выработки на расстоянии, обеспечивающем возможность разгрузки локального участка пласта для оезопасного приведения пластовых подготовительных, нарезных или вскрывающих выработок.

3 настоящее время отсутствуют детальные исследования процессов изменения газодинамического состояния угол.>ного пласта вследствие формирования в окрестностях выработки различных по уровни напряженности зон, не изучены полностью механизм и параметра разгружающего действия пияевой подготовительной внрвботки. Решение этих вопросов требует постановки дополкительннк исследований в

направлении разработки оптимальных параметров заложения полевой выработки относительно выбросоопасного угольного пласта, позволяющих использовать ее разгружающее действие в качестве способа предотвращения внезапных выбросов и исключающих возможность произвольного оамовскрытия угольного пласта в процессе ее проведения.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом МакШИ по программе 01410 "Создать и внедрить метода и средства прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа, взрывов газа и шли в угольных шахтах и и.спользования котируемого газа" С номер гос.регистрации 0185.00 ^5702 ).

Целью работы является установление закономерностей разгружающего действия полевой выработки, проводимой вблизи угольного пласта, и разработка на их основе способа предотвращения выбросов угля и газа при проведении подготовительных выработок на пластах крутого ' падения.

Идея работы заключается в использовании эффекта разгрузки горного массива вокруг выработки в пространстве и во времени за счет изменения его напряженно-деформированного и газодинамического состояния для предотвращения выбросов угля и газа. •

Научные положения разработанные личио_диссе£тантом,_и_новизна.

1. Напряженно-деформированное состояние массива пород в ок -' рестностях подготовительной выработки формируется с образованием зоны пониженных напряжений, безопасный уровень которых определяется величиной напряжений, меньших 2п (1ч - глубина первого выброса для данного пласта .), что позволило предложить нозый инженерный способ локальной разгрузки крутых выоросоопасных угольных пластов.

2. Размер безопасной величины породной толщи между полевой выработкой и выбросоопасным пластом определяется давлением газа, радиальными и приведеншми напряжениями/ при атом безопасный размер толщи прямопрпорционально зависит от давления газа и радиальных напряжений и обратнопропорционально - от приведенных напряжений, что позволило установить параметры безопасного расположения поле-

_ вых выработок вблизи выбросоопасного угольного пласта.

3. Пространственно - временное размещение забоев полевой и пластовой виработок определяется скоростью деформирования массива пород

и временем образования зоны запредельного состояния, при этом для горно-геологических условий Центрального района Доноасса на современном уровне технологии,' величина опережения ззбга пшевой выработки прямопропорционально зависит от скорости подвигания разгружаемой пластовой выработки и долкна быть не менее полугодового зе подвигания.

ЗЛ^г. заводов

лодтаедяда ется:

- использованием в качестве базовых вариантов общепринятых' моделей упругопластического распределения напряжений з разупроч-ачювдйся среде и апробированных методик шахтных экспериментов;

- статистически значимым объемом экспериментальных работ и результатами промышленной проверки параметров способа ;

- удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований; овибка измерения зоны .разгрузки не превышает 20 25 % ;

- положительным опытом внедрения способа при ведении горных работ на крутых пластах -■ отсутствием выбросов'при проведении подготовительных выработок.

заключается в установлении закономерностей, изменения газодинамического состояния локального участка выоросв -опасного угольного пласта под влияниег полевой выработки в процессе ее проведения, обосновании необходимого-безопасного размера породной толщи между- полевой выработкой и выороооопасным угольным пластом, исключающим его самовскрыгие, и получений зависимости по установлению безопасного пространственно-временного соотношения горных работ на основании скорости деформирования породного массива. Это позволило определить безопасные параметры расположения выработок с учетом устойчивости породной толщи между выработкой и выбросоопасным пластом, газодинамического и напряженного состояния угольного пласта. Для их использования разработано "Руководство по использованию разгружающего действия пол®ых выработок, нроввди-мнх вблизи крутых выбросоопасных угольных пластов Центрального района Донбасса".

Практическое значение раооты состоит в определении рациональных параметров заложения полевой выработки относительно эыоросо -

опасного угольного пласта, позволяющих использовать ее разгружающее влияние в качестве способа предотвращения выбросов угля и газа при проведении подготовительных выработок на крутых пластах Центрального района Донбасса.

Реализация выводов и^е£омендаций_£аботы. По результатам исследований разработаны рекомендации по использованию разгружающего действия полевой выра5 отки как способа предотвращения внезапных выбросов угля и газа на пластах крутого падения.

Основные вывода и рекомендации работы реализованы во "Временном руководстве по рациональному расположению подготовительных выработок вблизи крутых выбросоопасных угольных пластов". С 1'!акеевка-Донбасс, 1988 ), одобренном секцией Центральной комиссии по Донецкому бассейну С протокол № 67 от 4.03.1988 г. ), и "Руководстве по использованию разгружающего действия полевых выработок, проводимых вблизи крутых выбросоопасных угольных пластов Центрального района Донбасса" С Донецк, ЦБНТИ угольной про -мышленности,1992 г. ).

Способ внедрен на шахтах "Кочегарка" и им. К.А.Румянцева ПО "Артемуголь", "Красный Профинтерн" и "Юнком" ПО•"Орджоникидзе-уголь". -

Ап2обация__£або^_. Основные положения работы доложены и полу-' чили одобрение на НГС отдела внезапных выоросов угля, породы и газа, на горной секции-ученого совета МакНИИ ('Макеевка,¿987, 19ЙЙ г. ), секции Центральной комиссии по Донецком/' бассейну ( Донецк, 198Ь,19й9 г.г. ) совещании "Состояние и перспективы разработки тонких крутых пластов" ( Горловка, 1991 г. ), научных семинарах ИГТН АН Украины. (. Днепропетровск, 1993 г.) .

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в вести работах, в т.ч. в одном авторском свидетельстве на изобретение.

Объем и ст руктура работы, диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов с выводами, изложена на 125 страницах "машинописного текста, содержит 22 рисунка, 9 таблиц, библиографию из 42 наименований и 12 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Широкое применение полевой подготовки выемочных участков ставит в разряд акчуальных задач выбор места заложения полевой выра-

б о тки по отношении к выбросо опасному пласту. Небезосновательным подтверждением этому является анализ вскрытий с полевых участковых выработок выбросоопасных пластов различными вскрывающими выработками, показавший, что частота и интенсивность выбросов при вскрытии их менее протяженными углеспускными скатами на порядок ниже, чем при вскрытии болеэ протяженными прсмекуточными квершлагами. Сравнительно малый период использования псяевой подготовки, несмотря на интенсивный рост числа ее забоев, не нашел в научно-технической литературз соответствующего аналитического и экспериментального отражения, поэтому нет возможности однозначно судить о влиянии полевой выработки на характер изменения газодинамического состояния нзнболее приближенного к ней участка зыбросоопас-ного угольного пласта и разработать параметры использования ее разгружающего действия.

Частные исследования, проведенные как за рубежом так и в Донбассе, показывают.что под влиянием полевых подготовительных выработок в угольном пласте происхлдйт частичное снижение его газодинамической активности, сопровождаемое снижением десорбируемого уровня метана. При этом разгружаидее действие пытались увязать с преобладающим влиянием единичного фактора: протяженностью выработки, параметрами ее поперечного сечения или сроком ее существования.

Анализ изменения состояния массива пород показывает,что формирование области рэзгрузки ( зоны пониженных напряжений ) э окрестности полевой выработки является .следствием деформационных .процессов, протекающих в ее законтурном пространстве,что согласно положений, механики подземных сооружений, обуславливается совокупностью факторов, из которых первостепенное значение имеют:

- глубина ведения горных работ ;

- геометрические параметры поперечного сечения выработки;

- горно-геологическсй и горно-технические условия ведения горных работ ; '

- физико-технические свойства вмещающих выработку горнах пород С прочностные, деформационные, реологические и др. ).'

Обзор информации о разгружающем влиянии полевых выработок показывает, что она носит преимущественно конс?атируюилй характер и, согласно существующим представлениям об изменении во времени и пространстве напряненно-деформированного состояния породного

массива в законтурном пространстве выработки, не может служить основанием для разработки практических рекомендации по использование разгружающего влияния пелевых выработок.

Исходя иь вышеизложенного, с учетом поставленной цели, сформулируем основные задачи исследовании:

- исследовать изменение напрякенно-деформириванного состояния углепородного массива во времени и пространстве под воздействием полевой выработки;

-исследовать возможность использования разгребающего действия полевей выработки для локального изменения газодинамического состояния выбросоопосного угольного пласта ;

- исследовать устойчивость разделяющей выработку и выбросо -опасный угольный пласт, породной толщи ;

- разработать и внедрить списоо предотвращения внезапных выбросов угля и /аза, основанный на использовании разгружающего действия полевых выработок и провеити оценку его технико-экономической эффективности.

Решение поставленных задач может быть достигнуто на основе комплексного подхода, включающего в себя проверку выводов и рекомендаций на практика.

Переход горных выработок в категорию неустойчивых сопровождается образ ованием вокруг ее контура зоны запредельного состояния, характеризующейся сплошным сводообразованием. Для оценки глубины Н, с которой гс мая выработка, переходит в разряд неустойчивых для ' шахт Центрального района Донбасса справедлив критерий вида:

н э= юо/ с I )

здесь' ^ - коэффициент крепости пород по шкале профессора М.М.Протодьяконова.

При ведении горных работ на глубинах, соответствующих условию С I ) поведение пород вокруг выработки наиболее полно описывается общей моделью упруго-пластического деформирования массива, основанной на явлении разупрочнения среды, что достигается учете:--влияния на процесс деформирования характеристик поведения ni од в запредельном состоянии.

В зоне разрушения приведенные напряжения низки и не превышают остаточной прочности пород, что заведомо исключает возможность возникновения в ней выбросоопасной ситуации. Следовательно, пос-

тановка задачи по определению радауса области с безопасным уровнен напряжений возможна только в зоне пластически деформируемых пород. Причем, уровень геостатичёских напряжений в ней должен быть нина напряжений, инициирующих выброс угля и газа на конкретном гахто-пласте.

Введя з правую часть уравнения прямолинейной огибающей кругов Нора показатель защищенности ВНйМИ получаем равенство для оценки параметров зон разупрочненн"х пород:

&д - С 2А + I )б*г » зЬ,, * ( 2 )

где: Л " &'тр/С I -ЭЫр ) ~ параметр, зависящий от угла внутреннего трения горных пород р ; - объемшй вес пород,МН^н3; а - минимальная глубина выброса на шахтопляств, м : Решая уравнение С 2 ), относительно текущего радиуса, входящего в состав выражений для тангенциального и рвдиальногобз напряжений области запредельного состояния, получаем определяющуэ зависимость для радиуса Зу зоны-с безопасным уровнем напряжений:

ХН- Н)(рп*А|

Г' н , с з)

где^п" радиус зоны запредельного состояния ;

»„эг/иН+вь* Г"ТГ£ '

- отношение модуля деформации в запредельном состоянии к модулю деформаций з допредельном состоянии ,* р - коэффициент поперечной деформации для запредельного -состояния.

Выражение (3) справедливо для выработки единичного радиуса при протяженности оо и времени 1 оа •

Для конкретных горно-ге (логических и горнотехнических условий Центрального района Донбасса в соответствии о натурными данными зависимость для определения радауса й зоны разгрузки о учетом, влияния различных факторов на процесс ее формирования и>-?ет вид:

й к;-5, <о

где: <Х - приведенный ( эквивалентный ) радиус выреботки, м, для выработки арочной формы а , здесь Б -площадь

ее поперечного сечения вчернг, й ;

КоЭ" коэффициент, учитывающий влияние на процесс деформирования повышенного горного давления от целиков угля и краевых частей смежных пластов I устанавливают по методике ВнУМИ ) ; К^ - коэффициент, учитывающий деформирование пород во времени.

Коэффициент К^не является постоянной величиной и зависит, прежде всего, от глубины ведения горних работ. Расчетные методы ого определения из-зе анизотропии и неоднородное та физико-технических характеристик горных пород, слагающих одну и ту жа литоло-гнческую разность, не могут быть использованы из-за значительного ра-броса параметров. В работе он определен по горно-эксперимен -талькым наблюденилм. Линеаризируя логарифмическую кривую деформирования пород во времени Б.йварца получим следующие значения коэффициента при глуоине ведения горних работ до 1000 м: [и • 0,5 - по истечении одного месяиа ; К» " 0,7 -О.В - по истечении трех-четырэх месяцев ; ^ " ■'•»О ~ П° истечении полугода.

Очевидно, что чем ближе к пласту проводится полевая выработка, зеы больший его участок подвержен ее разгружающему действию. Ограничивающим фактором в дапном случае является минимальнодопусти-мый размер разделяющей выработку и выиросоииасный 'пласт породной толщи. ' .

¿1сследованиями проявления горного давления при проведении горных выработок в усливиях глубоких горизонтов шахт Донбасса в при-забойной их час и установлено три типа деформирования вмещающих пород: допредельного состояния, пластического деформирования и разрушенных пород.

В.первом случае устойчивость толщи обуславливается высокой несущей списооностъю практически недефо рмированных пород.

Во втором случае активность составляющих состояния массива С действующие радиальные напряжения '62 и давление газа Р в уголь-нон пласте ) приводит к значительному ослаблению несущей способности разделяющей толщи из-за частичного разупрочнения слагающих ее пород.

В третьем случае*уровень несущей способности разделяющей толщи весьма низок, но, вместе с тем, весьма низок и уровень активных напряжений, так как на границе раздела сред практически не оказывает воздействия на толщу основная их составляющая С давление газа Р^О ) при незначительном уровне радиальных напряжений.

Следовательно, к разряду наиболее опасных следует отнооти ситуации, когда между выбросоопасным угольным пластом и забоем полевой выработки породы находятся в стадии пластического рвзу-прочения.

Анализ самовскрытий выбросоопасных угольных пластов, происшедших на шахтах Центрального района Донбасса в забои половых выработок, показал, что диаметр канала прорыва идентичен приведенному радиусу выработки.

Это дает возможность оценить кртческое равновесное состояние породной толвд путем решения задачи о равенстве сил для выработки единичного радаус -. С учетом положений энеретической теории формоизменения, наиболее полно описывающей поведение тел, находящихся в стадии пластического деформирования, для условий пластов крутого падения получена зависимость:

а/ . = , С 5 )

Nmm —7~----'

4 сглр

где: tJp¡¡n - минимальный размер породной толщи ;

Рг - давление газа в угольном пласте, МПа ; - радиальные напряжения, МЯа ;

. ©пр. - приведенные напряжения, МПа.

Для конкретных горно-технических условий Центрального района Донбасса безопасная величина породной толщи л/ определяется зависимостью:

rJ - ivimm 0.6 ßKj3 + ¿of , (б)

где: Кзз ~ коэффициент динамического запаса прочности, принят на основании отношения =3 ; здесь -

N ПИП 1

■ радиус области разрушенных пород;

>--1,0 - величина перебора пород при проведении выработок, к.

Максимальное расстояние между полевой выработкой и выбросоопас-ным угольным пластом устанавливается с учетом радиуса разрушающего действия R . На основании экспериментальных данных с учетом ( 6 ) для его определения получена зависимость

Wmax = 0.6 ¡fc~- т , С 7 )

где Ü - полупролеа разгружаемой пластовой' вырабо-чси в случае ее ^ симметричности относительно нормали к плосту, в против-

нон случав расстояние от наиболее удаленного ее сорта до нормали, м ( нормаль проводится через центр свода выработки ) ; и - мощность пласта, м ;

С - размер иеснижаемого запаса зоны разгрузки по пласту ( см. рис. 1 ), м.

Для проверяй приведенных выкладок были проведены экспериментальные исследования изменения во времени и пространстве газодинамического состояния выоросоопасных угольных пластов Центрального раЛона Доноасса в процессе проведения полевых выработок, включающий; оценку изменения степени выоросоопасности угольного пласта через породою толйу ; оценку величины безопасной зоны разгрузки впереди забоя пластовой выработки. На стад.ш промышленных испытаний и внедрения последош определялась по динамике начальной скорости газовыделения и выходу оуровой мелочи или текущему прогнозу выбросоопасности по начальной скорости га овыделения из контрольных ынуроэ. .

Оценка изменения степени выоросоопасности угольного пласта через породнуо толщу, отделяющую его от полевой выработки,производились следующим образом. •

Из забоя временно остановленной полевой выработки с опережением ее на 5 м и выходом на расчетный контур разгруженной зоны оурили скважины ( рис. I ) и производили оценку степени выбросоопасности согле- но методике прогноза выбросо опасности пластов в насте вскрытия по комплексу признаков, изложенных в "Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа" ( М,, "Недра", 197/ г. ). После стабилизации давления газа в скважинах проведение выработки возобновлялось и в процессе подвигания ее на интервал, обеспечивающий снижение давления газа до 0,0 контрольные оценки производились в непосредственной близости от предыдущей или в точках, смещенных в сторону выработанного пространства. Технологические параметры ( протяженность полевой выработки и время ее проведения в инуцрза-■ ле наблюдений ), соответствующие контрольной точке, в которой была выявлена невыиросоопасная с-туация, пр..пимались в качестве основных для анализируемых условий.

Экспериментальные исследования изменения газодинамического состояния угольного пласта ¡юд влиянием полевой выработки были проведены на шахте "Кочегарка" ПО "Артемуголь" при проведении по-

. /ГГ" . .

Рис.1. Принципиальная схема к установлению параметров разгдукавщзго действия полевой выработки:

1 ...1П - номера ск^алин предварительной и контрольных оценок газодинамического состояния пласта.

Рис. 2. Номмограмма для определения радиуса

разгрузки Ч," от выработай единичного радиуса : 6

I - песчаник ; 2 - песчаный сланец; 3 -- глинистый и песчано-глинистый сланец.

левого откаточного штрека по пропластку , '¡оэдостью 0,3 м.

Непосредственно вмещающие пласт мощностью 0,8 м и пропласток псроды на участке наблюдений были представлены плинистыми

сланцами с коэффициентом крепости ^ = б по шкале профессора М.М, Протодьяконова.

Проведенными наолюдениями установлено,что в законтурном проста ранстве выработки на расстоянии 41 м от ее забоя в течение 51 суток сформировалась ооласть с безопасным уровнем напряжений радиусом 7.5 м при расчетной его величине б,У м. Расчет радиуса проводился по выражениям (3)и(4)на основании исходных данных: К = 970 м., К = 750 и., | ■= 2.5, £ - 8, у » 0.025МН/м3, КоЭ= I, 8 ■= 10,6 м^, К(1= О.б. Таким образом, результаты шахтных экспериментов качественно и количественно соответствовали результатам аналитических исследований, что позволило использовать их для определения предварительных параметров на стадии промышленной проверки и внедрения. Для инженерного.определения радиуса разгрузки по расчетам построена номмограммы С рис» 2 ).

Промышленная проверка и внедрение способа предотвращения выб- ' росов угля и газа, основанного на использовании разгружающего действия полевых выработок, проводились при ведении горных работ на выбросоопасних пластах шахт "Кочегарка" и им. К.А.Румянцева производственного объединения "Артемуголь", "Юный коммунар" 'и "Красный Профинтерн" производственного объединения "Орджоникидзеуголь".

Результаты промышленной проверки и внедрения способа приве- . дены в таблице I.

• Таблица I

пп

Шахта, символ пласта, крыло, горизонт, м

2

Разгружающая выра -ботка и ее

сечение,Б, нг

Еазгру' жаемая выработка

•Величина коэффициента Ко.д

Пространственно-времен — ные па -паметры

Бели-чина коэффициента К*

Величина радауса разгрузки, /?

м _____

.Факт.

эасч

10

"Кочегсоко"

I. ¿Г- запад, гор. 970

Откат.штрек Место по пластуй? вскры-

5 =10,6

1,и 41,0 51 0,6 6,0 7.6

скатом

пС

■С-, -запад, гор, 7 970

3.

5.

Полевой Пласто-

0тк8т. вый

штрек ытрек 5 ¿10, б и лава пс пн пласту--(.у

__

2,0

рш Л^мянцева

/^-запад.гор. Полевой ' 730 отепт.

сто

откат. вскры-штрек тия S=II,0 скатом и лава по

"Инком"

восток гор.596

пласту-^.

,4-6

7j - восток го р.716

б.

-восток го р. 716

Полевой Ионтаж-1,0 вент. ная ни-штрек ша для по про- щитово-пластку го аг -регата

¿=9,0 .

Полевой Монтаж-1,0 вент. ная ни-штрек ша для по поо- щитово-пластку го аг -к1~н регата 8=10,6

Отгат. Пласто-1,0 игрек вый по митрек пластус(

9=10,4

С, - восток Откат. Пласто-2,0

гор.716 КТРЗК вый ^ и ла- штрек

ва по лн пла сту-с,

к.. ~ восток Откат. Нижняя

штрек печь гор.865 по пласту к!{«

5 = 10,6 и

лава по пласту/^

_б____

52,0

1,45

100 200 ЗОО

20

20

45

_7__

120

а

о, У

__9__

10,5

11,2

180 1,0 9,6 12,0

30 0,5 6,8 7,5

30 0,5 7,5 8,3

40 0,6 7,5 8,5

53,2 36 0,6 10,5 11,3

2,0 45 45 0,6 11,2 13,0

7

8

На стадии промышленной проверки и внедрения способа без предварительного выполнения противовыбросных мероприятий, пройдено более 4000 м подготовительных и нарезных выработок, проведано более 2000 циклов оценки величины безопасной зоны разгрузки впереди забоев пластовых выработок по динамике начальной скорости газовыделения и выходу буровой мелочи или текущему прогнозу выоросо-опасности по начальной скорости газовыделения из контрольных шпуров, причем случаи установления опасных зон не имели места.

Для оценки достогерности полученных инженерных расчетных методов границы безопасной зоны разгрузки был проведен статистический анализ результатов исследований с привлечением методов теории вероятностей и математической статистики.

Проверка гипотезы о принадлежности выборки к нормальному распределению по стандартным критериям Пирсона и Стыодента для уровней зависимости сI » 0,1 не подтверждается. Проверка по величинам acjHMSTpHH А и эксцесса Э свидетельствует, что гипотеза о нормальном характере распределения выполняется.

Достоверность расчета R расч,.проверялась по различию'срёд-_ них. По результатам исследований построено линейное уравнение регрессии

R факт. = ^рвсч..-0'036 <0>'

с коэффициентом корреляции 0,965 при относительной, ошибке апрок-симации, не превышающей 3,5%, и поправочным коэффициентом к расчетной величине радиуса I.I4» что позволяет радиус зоны с безопасным уровнем напряжений 2? отождествлять с радиусом зоны запредельного состояния Ъп , так как размер зоны пластического разупрочнения пород, согласно расчетным данным, не превышает O.IISn. .

На основании аналитических и экспериментальных исследований с учетом их корректировки на стадии промышленной проверки и • внедрения установлено, что использование разгружающего действия полевых выработок в качестве способа локальной разгрузки крутых выбросоопасных пластов необходимо регламентировать следующим комплексом параметров.

полевой выработки, с учетом идентификации tS " , на основании выражения С 4 ) при времени t-* определяется по зависимости:

zno.6H Кьк . с э)

Иамимальное^асстояни^|^/ято>с_ (, считая по нормали ) между полевой выработкой и выброооопаоным угольным пластом устанавливают в соответствии с выражением:

> \/&-({*• С)2-0.61/Г- т , СЮ)

безопасное по минимальному расстоянию -

А/ = л/*,;* й.в\/1кд5 + Со . П|зост £ а не тв енн о^в^ем е ншзе _с о от ндш аабоев полевой и разгружаемой пластовой выработок на основании скорости деформирования вмещающего выработку массива и времени формирования вокруг нее зоны запредельного состояния на стадии предварительного проектирования может регламентироваться выражением вида:

{ = 6 V . (II)

Здесь : С - величина опережения забоя разгружаемой пластовой .' -выработки забоем полевой, м ;

6 - период завершения деформационных процессов в законтурном пространстве полевой выработки, мес.;

V - среднемесячная скорость подвигания разгружаемой пластовой выработки, м/мес. •При низких темпах подвигания разгружаемой пластовой выработки минимальное опережение ее полевой Сда/я при времени ¿-»-оо согласно положений механики подземных сооружений должно составлять не менее шести пролетов. диаметров ) полевой выработки. Для условий Центрального района Донбасса оно определяется по формуле: •

= . С 12 )

Установление пространственно-временного соотношения горных работ в ша хтных условиях при сроке существования вырабитки менее полугода необходимо производить зарекомендовавшим себя на практике горно-экспериментальным методом, используемым в данной работе.

Ведение горных работ в разгруженной зоне регламентируется следующими условиями:

- проведение подготовительных и нарезных выработок осуществлять с текущим прогнозом выоросоопасности по начальной скорости газовыделения, без предварительного выполнении противовиброс-ных мероприятий ;

~ привидение вскрывающих выработок производить с предварительным проведением прогноза выбросоопасности в несте вскрытия и с отменой в подтвердившейся ситуации "неопасно" дистанционного управления тяжелыми буровыми станками, противовыоросных мероприятий и ■ режима сотрясательного взрывания при подходе и пересечении пласта оуровзрывными работами.

Технико-экономическая оценка эффективности способа предотвращение вибросов угля и газа, основанного на использовании разгружающего действия полевых выработок, покезивает, что суммарный экономический аффект от его применения слагаемся из уменьшзния затрат на проведение вскрывающих выработок за с'чет сокращения их протя~ кенности> дополнительно извлекаемых запасов угля, ликвидации затрат на выполнение противовыоросных мероприятий к составляет до 051 тыс .рублей на один погонный метр полевой выработки по индексу цен до 1991 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертационной работе дано новое решение акгувльной научной задачи, состоящей ь установлении закономерностей и параметров разгружающего действия полевой выработки на локальный участок угольного пласта, на основании которых разработан способ предотвращения выбросов угля и газа при проведении подготовительных вы*-работок на пластах крутого падения Центрального района Донбасса.

Основные научные и практические результата исследований заключаются в следувщом.

I. На базе геомеханической модели, основанной на упругопдасти-чеоком деформирований породного массива в разупрочняющейся среде, получены аналитические заЕИсимостиг которые е сочетании с критерием защищенности ШИПИ позволили разработать инженерные методы расчета величины зоны с безопасным уровнем напряжений, недостаточным для развязывания внезапного выброса и меньших напряжениям на глубине первого выброса для данного пласта. Установлено,что размер безопасной зоны вокруг выработки зависит от крепости вмещающих ее пород, характеризующей возможность их перехода в запредельное состояние на глубине ведения горных работ, типов литологичзских разностей, имеюцих неадекватные физико-технические характеристики как в допредельном, так и в запредельном состояниях, гео.метричес-

ких параметро-) полевой выработки, реакции крепи, уровня концентрации геостатл шских напряжений и угла внутреннего трения горних пород.

Статистическая оценка результатов определения границы зоны разгрузки вокруг полевой выработки в натурных условиях и инженерным расчетным методом показывает обоснованность и надежностй последнего, Ьолее высокая точность расчета радиуса разгрузки достигается введением среднестатистического поправочного коэффициента, равного 1.14, что приводит к идентификации размера области раз -грузки с расчетной величиной зоны запредельного состояния.

2. Анализ напряженно-деформированного состояния пород, вмещающих забой полевой выработки, позволил выявить наиболее неустойчивую к самовскры тиа чыбросоопасного угольного пласта деформационную фазу, что позволило обосновать величину ее безопасного размера и в сочетании с величиной зоны о безопасным уровнем напряжений разработать параметры заложения полевой выработки относительно выбросоопасного угольного пласта, обеспечивающего его локальную разгрузку, причем, наиболее рациональным следует считать проведение полевой'выработки на расстоянии от выбросоопасного пласта, находящемся в пределах л| .. .

' .3. Обобщение результатов аналитических исследований и горноэкспериментальных данных подтвердило логарифмический закон деформирования пород во времени и позволило разработать рекомендации по установлению пространственно-временного соотношения горных работ между забоями полевой и разгружаемой пластовой выработок:

- на стадии предварительного проектирования - на основании среднемесячных темпов подвигания разгружаемой выработки и минимально-допустимого опережения ее забоем полевой ;

- на стадии промышленного использования - горно-экспериментальным методом, основанным на оценке изменения газодинамического состояния пласта по длине полевой выработки о использованием методики прогноза выоросоопасности пластов в месте вскрытия,

4. Разработан комплекс параметров, регламентирующих разгружающее действие полевых выработок, проводимых вблизи выбрососпасных крутых угольных пластов, и позволяющих предотвращать внеззгниз выбросы. Комплекс представляет собою способ локальной разгрузки крутых пластов, технологически не связанный с основными производственными процессами, исключающий непосредственное яоэдейстаив на угольный забой выоросо^пасного пласта, не требующий для его осу-

«ветвления специального оборудования и различного рода дополни -тельных затрат. Способ прошел промышленные испытания и внедрзн при отработке 8 выбросоопасных шахтопластов в Центральном районе Донбасса.

Применение способа на шахтах Центрального района Донбасса кссме снижения С устранения ) газодинамической активности локальных участков выброооопвеши угольных пластов, сокращает протяженность вскрывавщих выработок, способствует более полному извлечении запасов угля и, что наиболее важно, дает возможность решать вопросы отработки выоросоопасных пластов в условиях нижней незащищенной части этажа. Для применения способа рйзработакы нормативные документы - два руководства по использованию разгрузки.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих раоо-

тах:

1. Костыря В.Я., Репецкий В.В. О влиянии выработки на гвзодина-мическуи активность угольного пласта // Уголь Украины.-1980,- К 12-G.27-28.

2. Костиря З.Н. Модель управления состоянием выбросоопаскости участка угольного пласта // Охлаждение воздуха, борьба с пнлъв и выбросами в угольных вахтах,- Макеевка -Донбасс: МакШИ,1982.-88-89.

3. Ьожко d.JI., Недосекин Ь.Н., Костыря В.Я. Особенности полевой подготовки выемочных участков на шахтах Центрального района Донбасса // Уголь Украины. -IS&J.- » I2.-C.8-9.

'4. Кедосекин Ь.Н., Костиря В.Н., Базикало A.B. Анализ схем вскратил выбросоопасных угольных пластов с полевых выработок. Добыча угли педзенным способом // Реф. на картах.М.: ЩШИуголь,вып.б, I9öö, карта 169 / 805 /.

Ъ, A.C. 1550169 С СССР ). Способ предотвращения внезапных выбросов угля и газа / Костиря B.ii., Больиинский М.П., Ьожко В.Д., Недосекин E.h. - Опубл. 15.03.1»90 г., Ь'.И. £ 10.

6. Костыря З.Я., дедосекин H.ti. Руководство по использовании реэггуямавго действия полевых выработок, проводимых вблизи крутых ъыС'рессопасных угольных пластов Центрального районе Донбасса JUw-its: ИНГ >5 угольусЧ про-ипленности, I9J2.- 13с»

- Г" письне г печать С5Л1ЛЗГ. Гп»г.-1(!!Т ,-itni-:;'".;, 317. Тирах IZCoxz