CC BY
29
АД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ Г0РНЯКА-2000 А.^МГГУ.я31яянваряя-я4яфевраляя2000^годая
"
^ Л.М. Гусельников,
Ю.М.Погудин, А.А. Табалов, 2000
УАК 622.831.24
Л.М. Гусельников, Ю.М. Погулин,
А.А. Табалов ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЕ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ АКТИВНЫХ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННО-АЕФОРМИРОВАНННЫМ МАССИВОМ ПРИ ПОДДЕРЖАНИИ ВЫРАБОТОК НА ГРАНИЦЕ С ОТРАБОТАННЫМ ПРОСТРАНСТВОМ»
Совершенствование способов и средств поддержания выработок при бесцеликовом способе их охраны в условиях ОАО "Воркутауголь" является одним из направлений повышения эффективности работы шахт.
Пласт "Мощный" Воргашорского месторождения отрабатывается шахтами "Воргашорская" и "Октябрьская" и является самым продуктивным в ОАО "Воркутауголь". Нагрузки на очистной забой по пласту Мощному в 1,5-2 раза превышают среднюю ее величину (1554 т) по ОАО и составляют 2800-3400 т/сут. Дальнейшее повышение эффективности работы очистных комплексов сдерживается трудоемкостью поддержания прилегающих выработок при бесцеликовом способе охраны.
Особенно большие трудности при поддержании выработок возникают на участках с основной кровлей, представленной мощными песчаниками с прочностью на сжатие 70^100 МПа. В этих условиях при отсутствии непосредственной кровли или незначительной ее величине и залегающих в почве аргиллитах с прочностью на сжатие 30 МПа конвергенция пород в выработке достигает 800^1300 мм после прохода первой лавы и сопровождается деформацией, как основной крепи так и оградительной (обрезной), состоящей из одного ряда металлических стоек МТПШ и 2-^3 рядов деревянной органной крепи. В этих условиях, как показали испытания различных вариантов паспортов крепления, только использование
крепи - пассивный способ управления кровлей не обеспечивает сохранения устойчивости выработок в течении срока их эксплуатации в выемочном столбе.
Известно, что в рассматриваемых условиях надежное поддержание выработок на границе с выработанным пространством обеспечивается применением активных способов управления напряженно-деформированным состоянием массива.
Исследования, выполненные ПечорНИИпроектом совместно с техническими работниками шахт и ОАО "Воркутауголь" подтвердили необходимость применения активных способов управления напряженно - деформированным состоянием массива для повышения устойчивости выработок.
Установлено преимущество способов разгрузки, основанных на ликвидации зависаний кровли и разгрузке почвы у повторно используемых выработок с помощью направленного флюидораз-рыва (НФР) или гидроразрыва (НГР). Ликвидация зависаний кровли позволяет не только перенести зону концентрации напряжений от контура выработки, но и снизить величину концентрации. Разгрузка почвы изменяет механизм и интенсивность пучения. Влияние разгрузки массива пород, прилегающего к выработке, сохраняется длительное время, практически равное сроку службы выработки.
Сущность воздействия на массив способов НГР и НФР заключается в создании в труднооб-рушающихся породах искусственных протяженных трещин с заданной ориентацией за счет нагнетания воды в режиме гидроразрыва к инициирующим щелям, выполненным в скважинах специальными механическими устройствами - ще-леобразователями.
Применение направленного гидроразрыва вмещающих пород на шахтах "Комсомольская", "Заполярная", "Ворку-тинская" по пласту Четвертому показало, что при разгрузке кровли смещение уменьшается на 25 %, при одновременной разгрузке кровли и почвы их конвергенция уменьшается на 46 %, пучение почвы на 60 %. На
участках выработок, разгруженных способом НГР, число деформированных рам металлической крепи уменьшается в три раза.
Недостатком НГР (НФР) является высокая трудоемкость создания инициирующих щелей щелеобразователями, незначительная их глубина, что снижает эффективность гидроразрыва.
Для повышения эффективности управления напряженно-деформирован-ным состоянием при-контурного массива горных выработок для решения различных технологических задач ВНИМИ совместно с институтом ПечорНИИпроект" разработали взрывогидравлический способ разрушения прочных пород основной кровли, обеспечивающий при минимальных трудовых затратах высокую степень разгрузки от опасной концентрации напряжений краевых частей выработки. Способ основан на отсечении зависающих консолей основной кровли на больших площадях, вызывающих сильное деформирование выработок, вследствие повышенного нагружения крепи и значительного пучения почвы и опускания кровли.
Взрывогидравлический способ основан на образовании начальной трещины- плоскости в стенках разгрузочных скважин, образуемой взрыванием небольшого кумулятивного заряда ВВ (150 г) и развитие ее высоким давлением жидкости в режиме гидроразрыва на значительные расстояния.
С учетом горно-геологических условий и потребностей производства в качестве объекта проведения работ по разгрузке вмещающих пород на шахте "Октябрь-ская" был принят конвейерный бремсберг 1232-з пласта "Мощного". Участок разгрузки, состоящий из пяти скважин, находился в 70 м ниже линии очистного забоя.
Целью проведения экспериментальных работ в конвейерном бремсберге 1232-з явилось испытание технологии и разработка параметров способа взрывогидравлического разрушения крепких пород основной кровли для повышения устойчивости выработок при поддержании их на границе с выработанным пространством.
Выемочный столб 1232-з расположен в западной части шахтного поля в 1250 м от границы шахтного поля с шахтой "Воргашорская".
Длина выемочного столба 1232-з составляет 1600 м.
Угол падения в этом районе 10°, мощность пласта 3,2 м, глубина ведения горных работ от земной поверхности 320 м. Участок не имеет
горно-геологических нарушений. Расстояние между скважинами принимается 10 м, угол заложения +75 в сторону лавы. Протяженность контрольного участка не менее 50 м.
Горно-геологическая характеристика пласта "Мощного" и вмещающих пород в пределах экспериментального и контрольного участков конвейерного бремсберга представлена разрезами по скважинам с поверхности: скв. 3860, скв. 4014, скв. 4091, скв. 4093.
Ложная кровля представлена прослоем углистого аргиллита мощностью 0,1^0,4м, в среднем 0,2 м, обрушающегося вслед за выемкой пласта, крепостью f = 1^2 по шкале проф. М. М. Протодьяконо-ва.
Непосредственная кровля пласта представлена наслоениями мелкозернистого и крупнозернистого алевролита, мощностью 2-^4 м, крепостью 1=3 -^8, выше алевролитов залегает слой песчаника с увеличивающейся мощностью от 2 до 6 м, 1 = 7^ 9. Иногда прослой песчаника мощностью 0,7 м находится вблизи кровли пласта.
Рис. а - план горных работ и схема установки замерных станций: 1 - контрольный участок, 2 - экспериментальный участок; б - структурная колонка вмещающих пород; в - схема расположения скважин
Основная кровля пласта Мощного представлена слоями крупного и мелкозернистого алевролита и песчаника, мощностью последнего достигает 22 м, 1=7^9.
Кровля пласта относится к труднообрушае-мым.
Почва пласта Мощного представлена прослоем мелкозернистого алевролита мощностью 0,2^ 0,3 м, крепостью 1= 4^6, песчаника до 3 м, 1=7^9.
Для реализации способа разупрочнения кровли были использованы следующие расчетные параметры.
При глубине ведения горных работ 320 м и прочности пород на растяжение 5-^7 Мпа давление гидроразрыва Ртах=15 МПа. При ожидаемой длине трещин гидроразрыва в сторону лавы вдоль штрека равной 10^12 м, количество закачиваемой воды принималось в пределах 0,2^0,3 м3, при этом время нагнетания колебалось от 8 до 12 минут. Объем закачанной воды определялся по времени и производительности насоса УН-35.
Особенностью условий испытаний оказалась высокая межблочная проницаемость пород, что не позволяло создать давление гидроразрыва при производительности насоса УН-35, равной 35 л/мин.
Для создания условия гидроразрыва была применена предварительная закачка в каждую скважину насосом НБ-3 вязкого раствора бентонита до 0,3^0,5 м3 в течении 40^50 мин. После достижения давления в скважине 4 МПа приступали к гидроразрыву с одновременной закачкой раствора бентонита, причем нагнетательный став от насоса НБ-3 был оборудован обратным клапаном. После одновременной работы насосов НБ-3 и УН-35 в течении 10^15 мин. давление достигало 150^160 атм. и происходил гидроразрыв. Длина трещины гидроразрыва достигала 20 м и более, что было установлено после герметизации промежуточных скважин.
Выполненные инструментальные замеры на экспериментальном и контрольном участках за сдвижением пород и устойчивостью выработки показали, что применение взрывогидравлическо-
го способа управления напряженно-деформированным состоянием массива позволяет снизить трудоемкость поддержания выработок за счет уменьшения количества органных рядов при общем снижении конвергенции кровли и почвы до 25 % и, соответственно, уменьшении нагрузок на крепь на 20^35 %.
Результаты испытаний показали, что взрывогидравлический способ характеризуется достаточной эффективностью при высокой коллекторской (межблоч-ной) проницаемости пород и их обводненности. В таких условиях необходимо использовать вязкие флюиды (водные растворы бентонитовых глин) или насосные установки производительностью до 500л/мин. Технология
взрывогидравлического способа разгрузки массива обеспечивает возможность его применения в широком диапазоне изменения геотехнических условий.
Таким образом, эффективное применение активных способов управления напряженно-деформированным состоянием массива при поддержании выработок на границе с отработанным пространством, основанных на использовании направленного гидроразрыва (флюидо-разрыва), может быть достигнуто как при низкой, так и высокой межблочной водопроницаемости пород, при их обводненности и использовании высоконапорных насосных установок с производительностью не менее 35 л/мин.
Гусельников Л.М., Погудип Ю.М. - ПечорНИИпроект. Табалов А.А. - шахта "Октябрьская" ОАО "Воркутау голь".
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
ГУС
в:\С диска по работе в универе\01ЛВ_20\01ЛВ12_0\МЛСБТ С:\и8еге\Таня\АррБа1а\Коат^\Мюго80й\ШаблоныШогта1Ло1т Гусельников Л
Гитис Л.Х.
30.11.2000 10:42:00 10
10.12.2008 23:26:00 Таня
27 мин.
11.12.2008 0:04:00 4
1 547 (прибл.)
8 819 (прибл.)
