CC BY
22
1ИНАР8
(.ОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯК МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99
III© В.И. Тонких, Б.М. Иванов,
<1,1,1,1,1,,В.Г. Крупеня, П.И. Томилин,
С.В. Осипов, 2000
УДК 534.2:622.268.13:622.815
В.И. Тонких, Б.М. Иванов, В.Г. Крупеня,
П.И. Томилин, С.В. Осипов
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВИБРОИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТО^ ПО ВЫБРОСООПАСНЫМ ПЛАСТАМ
В
различных угледобывающих районах применяется большой набор способов, приборов и оборудования для предотвращения опасных газодинамических явлений (ГДЯ). Тем не менее при выполненных в полном объеме и с выдержанными параметрами рекомендованных защитных мероприятиях происходит 12,7-14,3 % внезапных выбросов угля и газа от общего их количества. Данное обстоятельство свидетельствует о необходимости тщательного контроля эффективности противовыбросных мер, в особенности при изменении горно-геологичес-ких условий и технологии разработки угольных пластов, а также разработки новых способов предотвращения ГДЯ.
В последние годы научно-техни-ческая общественность особое внимание уделяет способам повышения эффективности разработки защитных пластов, дегазационных скважин, разгрузки и дегазации призабойного массива газоносных и выбросоопасных пластов, используя, в том числе, положительный опыт работ в смежных областях промышленности. В нефтегазовой
промышленности воздействие геофизическими полями на околоскважин-ное пространство способствовало значительному увеличению добычи флюида, в частности, к этим способам относится виброимпульсное воздействие, эффективность которого связана с длительностью воздействия, частотой импульсов, величиной импульсного давления и начальной пористостью массива (М.А. Садовский, 1983 г.). Для исследования эффективности параметров виброимпульсного воздействия на угольно-породный массив ИГД им. А.А. Скочинского, ИГТМ
НАН Украины и МакНИИ были разработаны способы интенсификации дегазации и нагнетания воды в угольный пласт посредством генерирования в столбе жидкости, заполняющей скважину, волн определенной частоты и амплитуды.
На основании результатов исследований, проведенных в ИГД им. А.А. Скочинского и ВНИПИвзрывге-офизики, был разработан и проверен в шахтных условиях пневмогидрав-лический источник импульсов высокого давления (ПГИ) (П.И. Томилин, 1996г.). Экспериментальные исследования работоспособности ПГИ и эффективности параметров гидроимпульсной обработки выбросоопасного призабойного массива проводились на угольных шахтах Восточного Донбасса (Россия), Донбасса (Украина) и Караганды (Казахстан).
На шахте им. В.И. Ленина АО «Карагандауголь» наблюдения проводились во 2-ом западном конвейерном штреке, проходимом по особовыбросоопасному угольному пласту Д6. Пласт Д6 (Долинская свита) общей мощностью 5,8-6,3м., имеет сложное строение с пропластками аргиллита до 0,14м. и состоит, в основном, из двух слоев: верхнего - мощностью до 4-х м., представленного пачками
прочного угля 1,1-1,5 у.е. по шкале М.М. Протодьяконова, и нижнего -мощностью до 2-х м., представленного наиболее выбросоопасной пачкой перемятого угля прочностью 0,4-0,8 у.е.
Таблица 1
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВИО УГОЛЬНО-ПОРОДНОГО МАССИВА
Таблица 2
РЕЗУЛЬТАТЫ ВЛИЯНИЯ ВИО НА ГАЗОВУЮ ДИНАМИКУ УГОЛЬНО-ПОРОДНОГО МАССИВА
Забой 2-го западного конвейерного штрека проводится по верхнему прочному слою пласта, с присечкой кровли на 0,5 м., при этом в почве штрека остается около 1м. прочной пачки угля. Марка угля - КЖ, выход летучих веществ 23-24 %, газоносность 18-20 м3/т.с.м., зольность 13-15 %, глубина от поверхности - 600м. Забой проводится комбайном ГПК сечением вчерне 15,4 м2 с падением 90, в выработку подается около 950 м3/мин. воздуха спаренными ВМП.
В качестве противовыбросных мероприятий применяется бурение опережающих газо-дренажных скважин диаметром 250 мм. и глубиной до 11м. в три ряда (в зависимости от результатов прогноза выбросоопасно-сти) с обязательным пересечением нижним рядом скважин мягкой пачки угля.
Скважины для виброимпуль-сной обработки (ВИО) угольнопородного массива диаметром 130 мм. и глубиной 9-11м. были пробурены в забое выработки под углом 15250 к горизонту. Скважина заполняется водой, в устье скважины размещается ПГИ и подключается к высоконапорной магистрали с насосом УГН,
подающим воду под давлением 15-30 МПа.
Перед выполнением ВИО проводится по нормативному методу прогноз выбросоопасности угольного пласта. С включением УГН начинается собственно ВИО угольнопородного массива.
Результаты шахтных экспериментальных исследований приведены в таблица. 1 и 2.
На шахте «Западная» АО «Гуков уголь» горно-экспери-ментальные работы проводились на пласте iз, «Су-ходо-льский» в забое вспомогательного уклона 040. Пласт iз - мощность 1,1-1,8м.; марка угля К, ОС; угол падения 6-350; природная газоносность 13,5 м3/т.с.м. - является выбросоопасным с отметки 307м. по фактически происшедшему выбросу. Подготовительная выработка проводится буровзрывным способом в режиме сотрясательного взрывания на глубине 730м. сечением вчерне 15,4 м2 с верхней подрывкой.
Мощность пласта в месте проведения исследований - 1,37м., прочность угля - 0,75 у.е. по М.М. Прото-дьяконову. Было выполнено 4 серии ВИО массива по 100-400 импульсов в каждой (см. табл. 1,2).
Существенным представляется также анализ сейсмограмм ВИО ПГИ на шахте «Западная» в уклоне 040, проводимом буровзрывными работами в режиме сотрясательного взрывания (СБВР).
Прежде всего сейсмоакустические образы циклов СБВР до и после ВИО отличаются увеличенной паузой (в 8-10 раз) между собственно взрывным импульсом и последующей непрерывной акустической эмиссией. Далее, предварительное сравнение последовательностей импульсов ВИО по амплитудночастотным характеристикам (АЧХ) показывает заметное снижение относительных амплитуд после 80 импульсов и резкое уменьшение относительных амплитуд после 120-170 импульсов.
Проведенный анализ результатов экспериментальных исследований показывает, что эффективное воздействие ВИО на угольно-породный массив начинается после выполнения 80-100 импульсов, увеличивается до выполнения 150-200 импульсов (в отдельных случаях - 400 имп.), затем эффект ВИО заметно снижается.
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы.
1. К параметрам виброимпульсной обработки выбросоопасного угольнопородного массива следует отнести:
• глубину погружения ПГИ в скважину, м.;
• давление подаваемой воды, МПа;
• частоту следования импульсов, имп/мин;
• время одного цикла обработки, мин., или количество импульсов в серии, имп.;
• радиус эффективного действия ПГИ, м.
2. Эффективность виброимпульс-ной обработки можно
оценить:
• по сравнительному изменению га-зовыделения до и после ВИО при помощи аппаратуры АКМ;
• по поинтервальной газовой динамике (нормативный метод прогноза выбросоопасности и контроля эффективности защитных мероприятий);
• по изменению параметров акустического сигнала (АЧХ).
• Установление критериев эффективности ВИО в различных горногеологических условиях ждет своего экспериментального решения.
Тонких В.П., Крупеня В.Г., Осипов ( \В. ИмсI и I\ I юрмою дела им. Л.Л. Скочинского.
Иванов Б.М. — профессор, доктор технических наук, Институт горного дела им. А.А. Скочинского.
Томилин П.И. — кандидат технических наук, Институт горного дела им. А. А. Скочинского.
