CC BY
28
© Т. А. Киряева, А.А. Рябцев, М. С. Плаксин, 2010
УДК 622.121.54
Т.А. Киряева, А.А. Рябцев, М. С. Плаксин
ГОРНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИННОВАЦИОННОГО ПОДХОДА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ПО ГАЗОНОСНЫМ УГОЛЬНЫМ ПЛАСТАМ*
Проведен анализ показателя газодинамической активности конвейерного и вентиляционного штреков, изменений газодинамической активности пласта по трассам выработок.
Ключевые слова: выработка, газоносный угольный пласт, междупластные, выделения метана, штреки.
Семинар № 3
з горного опыта известно, что проведение выработок по газоносным угольным пластам нередко сопровождается динамическими прито-ками метана. Их причиной является реализация энергии углегазоносного массива, провоцируемая технологическими операциями в условиях неравномерности его свойств и напряженно-деформированного состоя-
ния.
Общепринятая в России система оценки склонности угольных пластов к газопроявлениям включает три составляющие:
- региональный прогноз - оценка газодинамической опасности пластов в пределах месторождений и горных отводов шахт;
- локальный прогноз - установление критических выбросоопасных глубин ведения горных работ в пределах выемочных столбов;
- текущий прогноз - контроль газодинамического состояния призабойной
части пласта при ведении очистных и подготовительных работ.
В рамках этого системного подхода разрабатываемый метод относится к первым двум. Его апробация выполнена по горнотехнологическим данным горного отвода шахты "Томусинская 5-6", в пределах которого при отработке пласта 45 установлены нетипичные для опыта данной шахты динамические выделения метана. Их сущность заключается в следующем.
На первых десятках метров проведения флангового уклона и монтажной камеры (в соответствии с рис. 1) рассматриваемые выработки находились в зоне тектонического нарушения. Его сместитель проходит под углом примерно 45° к плоскости пласта и трассам проведения выработок. Соответственно, выработки пересекали зоны с достаточно высокой изменчивостью геомеханических характеристик как пласта, так и вмещающих пород. В итоге, снизилась несущая способность междупластья и по-
*Работа выполнена при финансовой поддержке междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН № 89 и гранта Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научнотехнической сфере (Фонда Бортника).
Рис. 1. Схема проведения выработок по пласту 1У-У шахты «Томусинская 5-6»
высилась газодинамическая активность нижнего слоя угольного пласта.
Согласно геологоразве-
дочным данным мощность междупластья по трассе проведения выработок постоянна и равна 3 м. Компьютерная интерполяция данных планов горных работ несколько уточняет эту величину (в соответствии с рис. 2), указывая на ее изменение от 4 м до 3,2 м в направлении движения забоя.
Оценка газодинамических ситуаций в процессе проведения выработок (в соответствии с рис. 3) выполнена на основании подхода, изложенного в работе [1]. Из рисунка видно, что показатель газодинамической активности пласта, характеризующий потенциальную возможность углеметанового пласта создавать дополнительную поверхность в процессе разгрузки от горного давления, при значениях
средневзвешенного коэффициента крепости угля около 0,7 (зоны тектонических нарушений [2]) в пределах рассматриваемого участка изменяется от 5,9 м2/кг до 7,7 м2/кг, превышая критическую величину в 6 м2/кг практически на всей площади выемочного столба.
Приведенная на этом рисунке граница зоны, угрожаемой по внезапным выбросам угля и газа (по ВостНИИ), отражает подобную же тенденцию, но излишне, по нашим данным, смещена к началу выемочного столба. Возможно, она ориентирована больше на собственно внезапные выбросы угля и газа, а слабые газодинамические явления (ГДЯ) типа выдавливаний угля с повышенным га-зовыделением не контролирует. С позиций же решаемой задачи именно слабые ГДЯ являются причиной динамических выделений метана при проведении подготовитель-
Рис. 2. Компьютерная карта мощности междупластья пласта ІУ-У
Карга мощное!!! ме*д>шасіья
Рис. 3. Компьютерная карта газодинамической активности пласта ТУ-У шахты «Томусин-ская 5-6»
ных выработок.
Графическая интерпретация изменений газодинамической активности пласта отображает уровни опасности по трассам рассматриваемых выработок. Из рисунков видно, что обе выработки, за пределами зон тектонической нарушенности, проводились в практически стабильных условиях. Следовательно, сопутствующая динамика метанообильности обусловлена преимущественно газодинамической реакцией непосредственно пласта IV. Подтверждением этого вывода являются фактические данные о динамике мета-нообильности подготовительных выработок с ярко выраженной периодичностью динамических выделений метана с амплитудой в 3-7 раз превышающей
средние значения (в соответствии с рис. 4).
Условия проведения вентиляционного штрека 0-4-3 и конвейерного штрека 0-42 существенно отличаются от предыдущих выработок. Если фланговый уклон и монтажная камера пересекали ранее вскрытые нарушения, то штрека их вскрывали. При этом по мере проведения, постоянно увеличивалась мощность междупластья и периодически менялась
Рис. 4. Динамика метанообильности при проведении вентиляционного штрека по верхнему слою пластаТУ-У (Кузбасс)
степень нарушенности пласта и вмещающих пород. Большая протяженность выработок обусловила рост показателя газодинамической активности пласта с 6 м2/кг до 7,5 м2/кг для нарушенных участков и с 4,5 м2/кг до 5,5 м2/кг для не нарушенных. Эти значения указывают на возможность, при дальнейшей углубке горных работ, динамических выделений метана даже вне зон тектонических нарушений и более опасную газодинамическую реакцию массива при пересечении этих зон.
Значения показателя газодинамической активности конвейерного штрека 04-3 и вентиляционного штрека 0-4-4 в целом снижается. Но в отличии от вышележащих выработок эти значения даже при спокойном залегании пласта колеблются от 4,7 м2/кг до 5,8 м2/кг. Хотя они пока и не достигают опасных по газодинамическим явлениям значений, следует обратить особое внимание на поведение
1. Полевщиков, Г.Я. Оценка газодинамической активности пластов с учетом данных газового опробования [Текст] / Г. Я. Полевщиков, Т. А. Киряева, А. А. Рябцев, М. С. Плаксин // Горный информационно-аналитический
бюллетень. Тематическое приложение «Метан». - 2007. - С. 8
пласта при проведении выработок примерно посредине интервала между конвейерной разрезной печью и уклоном. Здесь отсутствуют относительно прочные породы междупластья, а величина показателя близка к опасной по газодинамическим явлениям.
Согласно геологическому (в соответствии с рис. 2) и региональному (в соответствии с рис. 3) прогнозам, проведение конвейерной разрезной печи 0-4-3 и транспортной разрезной печи 0-4-3 будет проходить в условиях резкой изменчивости прочностных свойств пласта и, соответственно, повышенной газодинамической опасности. Конвейерная разрезная печь пересекает геологическое нарушение в газодинамических условиях, практически равных условиям проведения вентиляционного штрека 0-4-3 в подобной зоне, но при отсутствии защитного действия породы междупластья.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Полевщиков, Г.Я. Динамические газопроявления при проведении подготовительных и вскрывающих выработок в угольных шахтах. / Г. Я. Полевщиков. - Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2003. - 317с. и:ц=1
г Коротко об авторах
Киряева Т.А. - научный сотрудник лаборатории газодинамики угольных месторождений ИУУ СО РАН, кандидат технических наук.
Рябцев А.А. - ведущий инженер лаборатории газодинамики угольных месторождений ИУУ СО РАН.
Плаксин М.С. - инженер-исследователь лаборатории газодинамики угольных месторождений ИУУ СО РАН.
