Научная статья на тему 'Комплексный метод снижения удароопасности на угольных шахтах'

Комплексный метод снижения удароопасности на угольных шахтах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
687
106
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Уголь
Scopus
ВАК
CAS
GeoRef
Ключевые слова
НАПРАВЛЕННЫЙ ГИДРОРАЗРЫВ / DIRECTIONAL HYDRAULIC FRACTURING / ТРУДНООБРУШАЕМАЯ КРОВЛЯ / POORLY CAVING ROOF / ИНИЦИИРУЮЩАЯ ЩЕЛЬ / INITIATING FRACTURE / ГЕРМЕТИЗАТОР / ЩЕЛЕОБРАЗОВАТЕЛЬ / СЕЙСМИЧЕСКОЕ СОБЫТИЕ / SEISMIC EVENT / НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПЛАСТА / BED STRESSED STATE / КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД РАЗГРУЗКИ / COMPLEX RELIEF METHOD / PACK-OFF HEAD / SLOT FORMER

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Клишин Владимир Иванович, Опрук Глеб Юрьевич, Черепов Андрей Александрович

Представлен опыт разгрузки межлавного целика комплексным методом от последствий проявления повышенного горного давления, создаваемого впереди очистного забоя за счет зависания консоли труднообрушаемой кровли. Приведены результаты мониторинга напряженно-деформированного состояния углепородного массива системой непрерывных инструментальных наблюдений, с помощью геофизической, сейсмической аппаратуры и прогноза удароопасности. Приведены схемы для направленного гидроразрыва участков выемочного столба с труднообрушаемой кровлей в совокупности с бурением разгрузочных скважин в угольном пласте. Проведен анализ эффективности комплексного метода разгрузки в «особо сложных» условиях отработки лавы №3-32 шахты «Алардинская».

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Клишин Владимир Иванович, Опрук Глеб Юрьевич, Черепов Андрей Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Complex method of pressure burst hazard mitigation in coal mines

The paper presents the method of interlava pillar relieving from manifestations of rock pressure, generated in front of the working face due to overhanging poorly caving roof. Presented are the results of coal massif stressed-strained state monitoring through continuous instrumental observations using geophysical and seismic devices as well as pressure burst hazard prediction. Presented are patterns for directional hydraulic fracturing of extraction pillar with caving roof in combination with relief holes drilling in coal bed. The efficiency of complex relief method in extra complicated conditions of Alardinskaya mine lava No. 3-32 mining is analyzed.

Текст научной работы на тему «Комплексный метод снижения удароопасности на угольных шахтах»

УДК 622.831.32:622.831.325 © В.И. Клишин, Г.Ю. Опрук, А.А. Черепов, 2018

Комплексный метод снижения удароопасности на угольных шахтах

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-9-56-62 -

КЛИШИН

Владимир Иванович

Доктор техн. наук, профессор, член-корр. РАН, директор Института угля ФИЦ УУХ СО РАН, 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: klishinvi@icc.kemsc.ru,

ОПРУК

Глеб Юрьевич

Канд. техн. наук, заведующий лабораторией эффективных технологий разработки угольных месторождений

Института угля ФИЦ УУХ СО РАН, 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: opruk@yandex.ru

ЧЕРЕПОВ

Андрей Александрович

Технический директор ООО «Распадская угольная компания»,

654027, г. Новокузнецк, Россия, е-mail: Andrey.Cherepov@evraz.com

Представлен опыт разгрузки межлавного целика комплексным методом от последствий проявления повышенного горного давления, создаваемого впереди очистного забоя за счет зависания консоли труднообрушаемой кровли. Приведены результаты мониторинга напряженно-деформированного состояния углепородного массива системой непрерывных инструментальных наблюдений с помощью геофизической, сейсмической аппаратуры и прогноза удароопасности. Приведены схемы для направленного гидроразрыва участков выемочного стоба с трудно-обрушаемой кровлей в совокупности с бурением разгрузочных скважин в угольном пласте. Проведен анализ эффек-

тивности комплексного метода разгрузки в «особо сложных» условиях отработки лавы № 3-32 шахты «Алардинская». Ключевые слова: направленный гидроразрыв, трудноо-брушаемая кровля, инициирующая щель, герметизатор, щелеобразователь, сейсмическое событие, напряженное состояние пласта, комплексный метод разгрузки.

ВВЕДЕНИЕ

Проблема повышения безопасности и производительности очистных и подготовительных подземных горных работ свидетельствует о связи развития работ с геотехническими процессами в массиве. В ряде случаев хорошо показавшие себя в прошлом способы, методические подходы и параметры борьбы с горными ударами не способны обеспечить безопасность ведения горных работ. Нормы и требования действующей (очередная шестая редакция) Инструкции [1] трудно согласовываются с новыми интенсивными высокопроизводительными скоростными технологиями добычи. Неожиданные неуправляемые динамические обрушения горного массива наносят большой вред - опасны для людей, разрушают механизмы и горные выработки. Кроме того, зависание кровли вызывает концентрацию горного давления на угольный массив в зоне очистного забоя и на сопряжениях его с горными выработками, что провоцирует горный удар. Это приводит к разрушению горных выработок и, соответственно, к нарушению нормального режима работы добычных участков и к нарушению режимов проветривания забоев.

Чтобы подтвердить актуальность данной проблемы, напомним, что последние крупные аварии под землей в Кузбассе, на шахтах «Тайжина» (2004 г.) и «Ульяновская» (2007 г.) (ОАО ОУК «Южкузбассуголь»), произошли в очистных забоях, использующих самую высокопроизводительную современную технику, обеспечивающую безопасность и комфортность всех технологических операций. Одной из основных причин взрыва метана стало обрушение кровли на значительной площади при отходе лавы, что привело к образованию избыточного вентиляционного давления, выделению метана и угольной пыли в действующие горные выработки [2]. Аналогичная ситуация динамического явления произошла на шахтах рудника Баренц-бург архепилага Шпицберген и на шахте «Первомайская», где при обрушении труднообрушающейся кровли угольный комбайн подбросило вверх со смещением в сторону крепи [3]. Движение больших масс кровли вызывает не только залповый выброс метана из обрушенного пространства, но и высокую степень запыленности воздуха на аварийных участках.

МЕТОД СНИЖЕНИЯ

УДАРООПАСНОСТИ

Этого могло не произойти в случае своевременного искусственного обрушения основной кровли - принудительной ее посадке. Однако существующие методы разупрочнения труднообрушающихся пород (передовое торпедирование, гидромикро-торпедирование и другие) [4], несмотря на длительную опытную проверку, не дают в большинстве случаев положительных результатов.

Для разупрочнения таких кровель предложен принципиально новый способ направленного гидроразрыва (НГР), который качественно отличается от известных методов гидровоздействия на массив. На стенке скважины или шпура в породе прорезают инициирующую щель необходимой формы и размеров и производят герметизацию этой зоны пакером [5]. Повышение давления жидкости создает повышение растягивающих усилий на стенках инициирующей щели, а в ее «носике» происходит концентрация силовых напряжений, под действием которых щель страгивается и начинает развиваться в направлении нарезанной плоскости (рис. 1) [6, 7].

Экспериментально установлено, что процесс направленного гидроразрыва продолжается около минуты, при этом максимальное давление достигается в первые 5-10 с, далее происходит скачкообразное падение давления, что указывает на образование искусственной трещины в кровле.

Метод НГР кровли осуществляется как для предварительного разупрочнения монолитных кровель, так и для оперативного обрушения зависших пород. Предварительное (профилактическое) разупрочнение труднообруша-

Рис. 1. Схема расположения оборудования: 1 - пакер; 2 - насосная станция; 3 - нагнетательный трубопровод; 4 - расходомер; 5 - манометр; 6 - трубопровод (ПОТ)

ющихся пород кровли может быть использовано как для снижения первичного и последующих шагов обрушения основной кровли, так и при выезде механизированного комплекса из монтажной камеры [8].

Оперативное разупрочнение кровли может производиться в районе сопряжения очистного забоя с подготовительной выработкой или непосредственно из очистного забоя.

В результате разупрочнения труднообрушающиеся породы основной кровли расчленяются на блоки малых размеров [9]. Это приводит к многократному уменьшению не-обрушаемой площади кровли выработанного пространства, резкому снижению интенсивности и тяжести проявления первичных и вторичных осадок основной кровли, более низким величинам активных внешних нагрузок на крепь очистных забоев и разгрузке их краевых частей [10, 11, 12].

Перечисленные технологические процессы осуществляются с использованием как стандартного оборудования общего назначения, так и узкоспециального. К оборудованию общего назначения относятся буровые станки и нагнетательные установки (высоконапорные насосы, маслостанции механизированных комплексов), к специальному -щелеобразователь (инструмент для про-резания инициирующих щелей на стенках скважин) и герметизатор зоны инициирующей щели.

Бурение скважин и прорезание инициирующих щелей производятся буровым станком с одной установки. Для бурения скважин используются породные коронки диаметром 45 мм с устройством зачистки шпура -«пауком». Прорезание инициирующих щелей осуществляется при помощи механизированного щелеобразователя ЩМ-45/1 или ЩГ-45, который устанавливается на штангах бурового станка вместо коронки (рис. 2) [13]. Основными элементами, на основе которых созданы щелеобразователи, являются: режущие органы, механизм вывода режущих органов, фиксатор положения устройства в скважине, канал подвода к режущим органам жидкости, узел связи устройства с вращателем.

В зависимости от характера работы к основным элементам могут предъявляться

различные требования. Однако для выявления предельных возможностей щелеобразователей следует исходить из экстремальных условий их эксплуатации.

Другим важным элементом является пакер, герметизирующий область шпура, в которой находится инициирующая щель, со стороны устья. Герметизация зоны инициирующей щели осуществляется гидравлическим затвором по типу «Таурус» или ГАС- 42 (рис. 3).

Первые экспериментальные исследования при реализации способа НГР были начаты в 1983-1984 гг. на трех опытных участках шахты им. 60-летия СССР (позднее АО «Алар-да»), где подлежащие отработке угольные пласты имели труднообрушаемые кровли.

На шахте «Алардинская», на выемочном участке лавы № 3-32, произошли два инцидента с разрушением угольного целика, отделяющего лаву от вышележащего выработанного пространства, и выделением метана в вентиляционную выработку (рис. 4) [13].

Глубина ведения работ в лаве № 3-32 составляла 520660 м, что ниже 300 м, при которой пласт 3-3а отнесен к опасному по горным ударам. Непосредственная кровля пласта - алевролит крупнозернистый за счет переслаивания с прослойками песчаника, крепостью f = 6 и мощностью 0,6-5,29 м. На основной площади залегания пласта в кровле распространен песчаник разнозернистый, слоистый крепостью f = 7-9 и мощностью 9-22,9 м. В целом по

всей площади выемочного столбы 3-32 кровля пласта характеризуется как труднообрушаемая, то есть обрушение основной кровли происходит в виде ударной нагрузки и может сопровождаться быстрой деформацией крепи, посадкой ее «нажестко» и выходом из строя дорогостоящего выемочного оборудования, завалами лавы, остановкой горных работ, значительным снижением добычи угля и производительности труда [11, 14, 15].

При выемке угля из пластов, склонных к горным ударам и внезапным выбросам угля и газа, зависание труднообру-шающейся кровли увеличивает напряжения в краевой части пласта, а также в охранном целике, чем провоцирует и вызывает динамические явления [16, 17, 18]. Отработка лавы производилась комплексом «Глиник 22/47», на отрабатываемом участке пласт имеет большую мощность (5,5-8,4 м), пологое залегание (2-12), сложное строение и высокую прочность угля ^ = 1,5). Ширина зоны опорного давления (I) составляет 104 м, ширина целика между вентиляционным штреком № 3-32 и конвейерным штреком № 3-30 отработанной лавы - 40 м.

В результате, в сложившихся условиях для разгрузки целика, в соответствии с нормативными документами, было принято решение выполнить мероприятия по профилактике горных ударов за счет бурения разгрузочных скважин в целике глубиной 30-35 м (3/4 ширины целика), диаметром 130 мм на протяжении 115 м от лавы.

Рис. 5. Схема комплексного управления горным давлением: а - в механизированном забое из подготовительного штрека: 1,2 - разгрузочные скважины диаметром 130-150 мм, пробуренные из штрека в целик и выемочный столб; 3,4,5 - скважины для гидроразрыва кровли по слоистости и вкрест простирания; б - в забое механизированного комплекса: 1- разгрузочные скважины диаметром 130-150 мм, пробуренные из штрека в целик и выемочный столб; 3,4,5 - скважины для гидроразрыва кровли

Повтор инцидента говорил о недостаточности принятых мер по разгрузке целика, и одновременно с бурением разгрузочных скважин, для уменьшения степени влияния зависающей консоли труднообрущающейся кровли на целик и очистной забой, начали осуществлять посадку кровли методом направленного гидроразрыва [5, 19, 20] сначала над целиком, впоследствии непосредственно из лавы (рис. 5).

Следует особо обратить внимание на весьма существенный факт, что на всех этапах проведенных работ по внедрению направленного гидроразрыва труднообрушае-мой кровли на шахте к проблеме снижения аварийности работ при отработке запасов лавы № 3-32 руковод-

ство ОАО «ОУК «Южкузбассуголь» привлекло значительный научный потенциал России горного профиля: ВНИМИ, ВостНИИ, ИУ СО РАН, СибГИУ, СПб ГИ и достаточное количество вспомогательных производственных подразделений. Эта исключительно важная проблема для угольной промышленности решалась комплексно и объемно.

С началом научного сопровождения отработки лавы № 3-32 в «особо сложных условиях» ВНИМИ была организована система непрерывных инструментальных наблюдений, включающая в себя выполнение наблюдений геофизической аппаратурой АЭШ-1, Ангел и Импульс, сейсмической аппаратурой Байкал АСН-88 и прогноз удароо-пасности участков пласта 3-3а шпуровым методом (мето-

Рис. 6. Результаты наблюдений аппаратурой АЭШ-1 по оценке напряженного состояния пласта 3-3а в вентиляционном штреке № 3-32 от 11.11.2011. По значению показателя напряженности массива «Г» > 1 (синяя заливка) выделяется разгруженная, преимущественно трещиноватая зона в краевых частях пласта и зонах геологических нарушений. Значение показателя Г < 0,2 (красная заливка) соответствует высокому уровню напряженного состояния, при котором фиксируется категория «УДАРООПАСНО»

дом по выходу буровой мелочи). Наблюдения геофизической аппаратурой и прогноз удароопасности шпуровым методом выполнялись в наиболее ответственных и уда-роопасных местах - в вентиляционном штреке № 3-32 на участке протяженностью до 300 м впереди забоя лавы, а также в самой лаве № 3-32, а сейсмологической аппаратурой охватывали территорию всего горного отвода и прилегающие к ней районы [21, 22].

В ходе выполнения работ инструментальными наблюдениями устанавливалось постоянное изменение напряженного состояния массива. Геофизические наблюдения в вентиляционном штреке № 3-32 в удобной для визуализации форме фиксировали начало процесса концентрации опасных пригрузок в межлавном целике (рис. 6).

Общая динамика зарегистрированных в окрестностях выемочного столба лавы № 3-32 сейсмических событий в период с 28.09.2011 по 02.05.2012 представлена на рис. 7.

В результате, наблюдения позволили установить оптимальный шаг выполнения работ по разупрочнению кровли при отработке лавы № 3-32, который должен составлять не более чем 20 м подвигания забоя лавы.

Таким образом, разгрузка целика дает эффект только в комплексе со снятием нагрузки от консоли песчаника в кровле. Комплексное воздействие привело к перераспределению опорного давления и переносу нагрузки на краевую часть забоя лавы и зависанию кровли за механизированным комплексом (рис. 8). За весь период отработки лавы параметры разгрузочных скважин в целике и в массиве, а также гидроразрыва кровли уточнялись и корректировались в процессе ведения очистных работ в зависимости от эффективности его выполнения.

ВЫВОДЫ

1. При отработке очередной лавы на ранее оставленные целики ограниченных размеров действует допол-

■Ч

1н \ ll ll

..... i 4

Ю llllliiilllilJ ll, lllli 1 II

аоааооооо'ооооаоаоооаоооаоаоооооа'оааооаооооооаоооооооооооооаоооооаооооо яздддзанззвзя^йдззеязз^ Рис. 7. Динамика сейсмической активности вблизи выемочного столба лавы № 3-32 шахты «Алардинская» за период с 16.12.2011 по 02.05.2012 (красным цветом показаны события, происходящие при остановленном забое лавы № 3-32, зеленым - произошедшие в период выполнения мер по разгрузке массива)

Рис. 8. Схема расположения скважин для направленного гидроразрыва труднообрушаемой кровли на шахте «Алардинская» при отработке запасов лавы № 3-32

нительное горное давление, сосредоточенное на этих целиках. Передача нагрузки от горного давления на целики вызывает появление на данных участках высоких горизонтальных напряжений, определяющих повышенные напряжения в ослабленном природными трещинами целике. Пик опорного давления располагается в нескольких метрах впереди очистного забоя и в боку панели. При этом на сопряжении возникает наложение пиков опорного давления. За счет этого целики воспринимают максимальное опорное давление, место которого внутри целика зависит от ширины и размеров зоны влияния очистных работ. Увеличение горизонтальных напряжений за счет зависания основной кровли после отработки предыдущей лавы приводит к выдавливанию угольных целиков в выработки.

2. Сейсмическая активность на горном отводе в основном формируется работой лавы, что свидетельствует о преобладании техногенной составляющей в динамике сейсмического режима. Глубинный характер распределения очагов фиксируемых событий не исключает влияние природной компоненты, обусловленной значительным напряженно-деформированным состоянием массива.

3. Снизить проблему разрушения межлавного целика можно за счет комплексного метода, заключающегося в разгрузке целика от высоких горизонтальных напряжений и изгибающих нагрузок с помощью искусственно созданных ориентированных трещин и бурения разгрузочных скважин в угольном массиве как со стороны целика, так и со стороны выемочного столба. При разбуривании целиков и дальнейшем продвижении очистного забоя предохранительные целики, с одной стороны, оседают, в результате чего пик опорного давления смещается от забоя. С другой стороны, применение отсечных трещин гидроразрыва уменьшает прочность зависающих горных пород и снижает в целом нагрузку на целик.

Список литературы

1. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам (РД 05-328-99). В сб.: Предупреждение га-зодинамичеких явлений в угольных шахтах (Сборник документов) / Коллектив авторов. М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2000. 119 с.

2. Оганесян С.А. Авария в Филиале «Шахта Тайжина» ОАО ОУК «Южкузбассуголь» - хроника, причины, выводы // Уголь. 2004. № 6. С. 25-28.

3. Цивка Ю.В., Петров А.Н. Гидродинамические явления на руднике Баренцбург архепилага Шпицберген // Уголь. 2005. № 7. С. 49-50.

4. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. Л.: ВНИМИ, 1991. 102 с.

5. Проблемы безопасности и новые технологии подземной разработки угольных месторождений: монография / В.И. Клишин, Л.В. Зворыгин, А.В. Лебедев, А.В. Савченко. Новосибирск: Издательский дом «Новосибирский писатель», 2011. 524 с.

6. Numerical simulation by hydraulic fracturing engineering based on fractal theory of fracture extending in the coal seam / Xiaodong Zhang, Shuo Zhang, Yanlei Yang, Peng Zhang,

Gaoyang Wei // Journal of Natural Gas Geoscience. 2016. N 1. Pp. 319-325.

7. Near Wellbore Hydraulic Fracture Propagation from Perforations in Tight Rocks: The Roles of Fracturing Fluid Viscosity and Injection Rate / S.H. Fallahzadeh, M.M. Hossain, A. James Cornwell, V. Rasouli // Energies. 2017. N 10. 359 p.

8. Опыт применения направленного гидроразрыва основной кровли при выводе механизированного комплекса из монтажной камеры / В.И. Клишин, Г.Ю. Опрук, А.В. Сентюрев, А.В. Николаев // Уголь. 2015 № 11 С. 12-16. URL: http://www. ugolinfo.ru/Free/112015.pdf (дата обращения: 06.08.2018).

9. The effect of natural fractures on hydraulic fracturing propagation in coal seams / Tao Wanga, Wanrui Hua, Derek Elsworthc, Wei Zhoua, Weibo Zhoud, Xianyu Zhaoa, Lianzheng Zhaoa // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2017. N 150. Pp. 180-190.

10. Клишин В.И. Адаптация механизированных крепей к условиям динамического нагружения. Новосибирск: Наука, 2002. 200 с.

11. Якоби О. Практика управления горным давлением. М.: Недра, 1987. 566 с.

12. Sikora W., Kidybinski A., Saltysek K. Designing of Hard Roof-Rock Destressing Systems for Safe Warning of Rock Burst Prone Coal Seams. Central Mining Institute Report, Poland, 1978, 26 p.

13. Патент РФ № 129148. Щелеобразователь / Курленя М.В., Клишин В.И., Кокоулин Д.И., заявители и патентообладатели ИГД и ФГБУН ИУ СО РАН. Опубл. 20.06.2013. Бюл. № 17.

14. Бенявски З. Управление горным давлением. М.: Мир, 1990. 254 с.

15. Динамические формы проявлений горного давления / В.Б. Артемьев, Г.И. Коршунов, А.К. Логинов, В.М. Шик. СПб.: Наука, 2009. 347 с.

16. Охрана подготовительных выработок целиками на угольных шахтах: монография / В.Б. Артемьев, Г.И. Коршунов, А.К. Логинов и др. СПб: Наука, 2009. 231 с.

17. Численное моделирование геомеханического состояния неоднородных угольных целиков методом конечных элементов / С.В. Раб, В.В. Басов, А.М. Никитина, Д.М. Борзых // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. 2014. № 1. С.123-128.

18. Хеллан К. Введение в механику разрушения. М.: Мир, 1988.

19. Опыт применения технологии направленного гидроразрыва (НГР) пород кровли с целью обеспечения устойчивого состояния сохраняемой выработки в условиях шахты «Есаульская» / В.И. Клишин, Г.Ю. Опрук, А.С. Теле-гуз, П.А. Черноусов, А.В. Николаев // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. 2017. № 3. С.177-181.

20. Джевецки Я. Новые методы предотвращения опасности горных ударов // Глюкауф. 2002. № 2.

21. Харкевич А.С. Опыт борьбы с уда роопасностью угол ь-ных пластов в современных условиях и применяемых технологий угледобычи с использованием системы непрерывных инструментальных наблюдений / Сборник научных трудов ВНИМИ. СПб., 2012. С. 78-96.

22. Панин С.Ф., Поляков А.И. Опыт организации сейсмического мониторинга на участке проявления горных ударов на шахте «Алардинская» в Кузбассе / Сборник научных трудов ВНИМИ. СПб., 2012. С. 50-61.

SAFETY

UDC 622.831.32:622.831.325 © V.I. Klishin, G.Yu. Opruk, A.A. Cherepov, 2018

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 9, pp. 56-62

Title

complex method of pressure burst hazard mitigation in coal mines

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-9-56-62 Authors

Klishin V.I.1, Opruk G.Yu.', Cherepov A.A.2

1 Institute of Coal of SB RAS Kemerovo Science Center, Kemerovo, 650065, Russian Federation

2 Raspadskaya Coal Company" LLC, Novokuznetsk, 654027, Russian Federation

Authors' Information

Klishin V.I., Doctor of Engineering Sciences, Professor,

RAS Corresponding Member, Director, e-mail: klishinvi@icc.kemsc.ru

Opruk G.Yu., Ph.D. (Engineering), Head of Efficient Coal Deposits

Development Laboratory, e-mail: opruk@yandex.ru

Cherepov A.A., Technical Director, e-mail: Andrey.Cherepov@evraz.com

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Abstract

The paper presents the method of interlava pillar relieving from manifestations of rock pressure, generated in front of the working face due to overhanging poorly caving roof. Presented are the results of coal massif stressed-strained state monitoring through continuous instrumental observations using geophysical and seismic devices as well as pressure burst hazard prediction. Presented are patterns for directional hydraulic fracturing of extraction pillar with caving roof in combination with relief holes drilling in coal bed. The efficiency of complex relief method in extra complicated conditions of Alardinskaya mine lava No. 3-32 mining is analyzed.

Keywords

Directional hydraulic fracturing, Poorly caving roof, Initiating fracture, Pack-off head, Slot former, Seismic event, Bed stressed state, Complex relief method.

References

1. Instruktsiya po bezopasnomu vedeniyu gornyh rabot na shahtah razra-batyvayushchie ugolnye plasty sklonnye k gornym udaram RD 05-328-99) [Guidelines for safe mining operations in the coal beds with the tendency to pressure bursts (RD 05-328-99)]. In the collection: Prevention of gas dynamic events in coal mines (collection of documents). Group of authors. Moscow, GUP "NTC Promyshlennaya Bezopasnost" Publ., 2000, 119 p.

2. Oganesyan S.A. Avariya v Filiale Shahta Tayzhina OAO OUK Yuzhkuz-bassugol - hronika prichiny vyvody [Accident in Taizhina mine branch at "Yuzhkuzbasugol" JSC - events, causes, conclusions]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2004, No. 6, pp. 25-28.

3. Tsivka Yu.V., Petrov A.N. Gidrodinamicheskie yavleniya na rudnike Barents-burg arhepilaga Shpitsbergen [Mining dynamic phenomena in Barentsburg mine of archipelago Spitsbergen]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2005, No. 7, pp. 49-50.

4. Instruktsiya po vyboru sposoba i parametrov razuprochneniya krovli na vyemochnyh uchastkah [Manual for roof softening methods and parameters selection in mining areas]. Leningrad, VNIMI Publ., 1991, 102 p.

5. Klishin V.I., Zvorygin L.V., Lebedev A.V. & Savchenko A.V. Problemy be-zopasnosti i novye tekhnologii podzemnoy razrabotki ugolnyh mestorozh-deniy: Monografía [Safety issues and new technologies of underground coal deposits development. Monograph]. Novosibirsk, "Novosibirsky Pisatel" Publishing House, 2011, 524 p.

6. Xiaodong Zhang, Shuo Zhang, Yanlei Yang, Peng Zhang & Gaoyang Wei Numerical simulation by hydraulic fracturing engineering based on fractal theory of fracture extending in the coal seam. Journal of Natural Gas Geo-science, 2016, No. 1, pp. 319-325.

7. Fallahzadeh S.H., Hossain M.M., Cornwell A.J. & Rasouli V. Near Wellbore Hydraulic Fracture Propagation from Perforations in Tight Rocks: The Roles of Fracturing Fluid Viscosity and Injection Rate. Energies, 2017, No. 10, 359 p.

8. Klishin V.I., Opruk G.Yu., Sentyurev A.V. & Nikolaev A.V. Opyt primeneniya napravlennogo gidrorazryva osnovnoi krovli pri vyvode mekhanizirovan-nogo kompleksa iz montazhnoi kamery [Experience in Using Directional Hydraulic Fracturing of the Main Roof while Removing a Mechanized Complex from Assembly Chamber]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2015, No. 11,

pp. 12-16. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/112015.pdf (accessed 15.08.2018).

9. Tao Wanga, Wanrui Hua, Derek Elsworthc, Wei Zhoua, Weibo Zhoud, Xi-anyu Zhaoa & Lianzheng Zhaoa The effect of natural fractures on hydraulic fracturing propagation in coal seams. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2017, No. 150, pp. 180-190.

10. Klishin V.I. Adaptatsiya mekhanizirovannyh krepey k usloviyam dinam-icheskogo nagruzheniya [Powered supports adaptation to dynamic loading conditions]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2002, 200 p.

11. Yakobi O. Praktika upravleniya gornym davleniem [Mining pressure control practice]. Moscow, Nedra Publ., 1987, 566 p.

12. Sikora W., Kidybinski A. & Saltysek K. Designing of Hard Roof-Rock Destressing Systems for Safe Warning of Rock Burst Prone Coal Seams. Central Mining Institute Re-port, Poland, 1978, 26 p.

13. Kurpenya M.V., Klishin V.I. & Kokoulin D.I. RF patent no 129148. Shcheleo-brazovatel [Slot former]. Applicants and patent holders Institute of Mining and SB RAS Institute of Coal. Published on 20.06.2013, Bull. No. 17.

14. Benyavski Z. Upravlenie gornym davleniem [Mining pressure control]. Moscow, Mir Publ., 1990, 254 p.

15. Artemiev V.B., Korshunov G.I., Loginov A.K., Shik V.M. Dinamicheskie formy proyavleniy gornogo davleniya [Dynamic forms of mining pressure manifestations]. St-Petersburg, Nauka Publ., 2009, 347 p.

16. Artemyev V.B., Korshunov G.I., Loginov A.K. et al. Ohrana podgotovitelnyh vyrabotok tselikami na ugolnyh shahtah:Monografia [Coal mines developments protection by pillars. Monograph]. St-Petersburg, Nauka Publ., 2009, 231 p.

17. Rab S.V., Basov V.V., Nikitina A.M. & Borzykh D.M. Chislennoe modelirov-anie geomekhanicheskogo sostoyaniya neodnorodnyh ugolnyh tselikov metodom konechnyh elementov [Non-uniform coal pillars geomechani-cal state numerical modelling by FEM method]. Naukoemkie tekhnologii razrabotki i ispolzovaniya mineralnyh resursov - Hi-Tech Technologies of Mineral Resources Development and utilization, 2014, No. 1, pp. 123-128.

18. Hellan K. Vvedenie vmekhanikurazrusheniya [Introduction to destruction mechanics]. Moscow, Mir Publ., 1988.

19. Klishin V.I., Opruk G.Yu., Teleguz A.S., Chernousov P.A. & Nikolayev A.V. Opyt primeneniya tekhnologii napravlennogo gidrorazryva NGR porod krovli s tselyu obespecheniya ustoychivogo sostoyaniya sohranyaemoy vyrabotki v usloviyah shahty "Esaulskaya" [Experience of directional hydraulic fracturing method application in order to maintain preserved development stable condition with reference to "Yesaulskaya" mine conditions]. Naukoemkie tekhnologii razrabotki i ispolzovaniya mineralnyh resursov - HiTech Technologies of Mineral Resources Development and utilization, 2017, No. 3, pp. 177-181.

20. Dzevetski Ya. Novye metody predotvrashcheniya opasnosti gornyh udarov [New methods of pressure bursts prevention]. Gluchauf, 2002, No. 2.

21. Kharkevitch A.S. Opyt borby s udaroopasnostyu ugolnyh plastov v sovre-mennyh usloviyah iprimenyaemyh tekhnologiy ugledobychi s ispolzovaniem sistemy nepreryvnyh instrumentalnyh nablyudeniy [Experience of fighting coal formations pressure burst hazard using continuous instrumental observations in current environments and with applied coal mining technologies]. VNIMI collection of scientific research papers. St-Petersburg, 2012, pp. 78-96.

22. Panin S.F. & Polyakov A.I. Opyt organizatsii seysmicheskogo monitoringa na uchastke proyavleniya gornyh udarov na shahte Alardinskaya v Kuzbasse [Experience of seismic monitoring arrangement in the area of pressure bursts manifestations in Alardinskaya mine in Kuzbass]. VNIMI collection of scientific research papers. St-Petersburg, 2012, pp. 50-61.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.