CC BY
75
УДК 622.2
ОТРАБОТКА ЛАВЫ 5А-10-20 НА ШАХТЕ «РАСПАДСКАЯ» В ЗОНЕ, ОПАСНОЙ ПО ВНЕЗАПНЫМ ВЫБРОСАМ
Е. А. Плотников, Е. В. Кузнецов
На основе анализа горно-геологических условий и свойств углепородного массива рассматривается необходимость выявления потенциально выбросоопасных зон в выемочном столбе 5а-10-20 на участке ниже критической глубины. Освещается методика проведения геофизических исследований, направленных на определение энергетического критерия, необходимого для выявления энергетической возможности развязывания внезапного выброса угля и газа, а также применение в составе противовыбросных мероприятий на этом участке невыбросоопасных параметров подвигания очистного забоя и определённой на этом основании критической скорости движения комбайна вдоль линии очистного забоя.
Ключевые слова: углепородный массив, критическая выбросоопасная глубина, зона угрожаемая по внезапным выбросам угля, породы и газа, меры по контролю уровня вы-бросоопасности, геофизические исследования.
Лава 5а-10-20 отрабатывает часть запасов пл.10 блока 5а шахты «Рас-падская» (рис. 1).
Рис. 1. Лава 5а-10-20, пласт10, блок 5а шахты «Распадская»
В стратиграфическом разрезе пласт 10 залегает в 23...33 м ниже пласта 11. Ниже пласта 10 залегает пласт 9. Гипсометрия пласта пологоволнистая, углы падения 4.8°. Пласт сложного строения. Мощность междупластья колеблется в пределах от 0,05 до 1,68 м в зоне отщепления пласта.
Уголь пласта марки ГЖ, Adn - 13,8 %, Асу - 9,2 %, V - 36,5 %, осж. угля -14,2 МПа.
Пласт, угрожаемый по горным ударам, - с глубины 150 м. Зона, угрожаемая по внезапным выбросам угля, породы и газа, ниже отметки ±0 м. Угольная пыль взрывоопасна. Уголь пласта склонен к самовозгоранию.
Мощность пласта изменяется от 1,50 до 2,64 м при среднем значении 2,05 м. Пласт содержит 3-4 породных прослоев мощностью от 0,01 до 0,10 м. Средняя суммарная мощность чистых угольных пачек составляет 1,99 м.
Кровля пласта в основном представлена алевролитами темно-серыми, преимущественно мелкозернистыми, слабо трещиноватыми. Отмечаются небольшие отслоения по плоскостям, обогащенным углефицированными растительными остатками. Мощность непосредственной кровли 0,30...15,0 м. Кровля среднеустойчивая. Коэффициент крепости алевролитов по шкале Протодьяконова f=4-5, прочность на сжатие осж.=40...50 МПа. По обрушаемости тип кровли изменяется от I до III, по устойчивости кровля относится к I классу. Имеются выходы песчаника основной кровли. Песчаник серый, мелкозернистый с параллельной слоистостью.
Основная кровля сложена песчаниками серыми, мелкозернистыми с редкой слабослоистой параллельной слоистостью за счет растительного детрита. Мощность основной кровли 10,0...27,0 м. Коэффициент крепости f=7, прочность на сжатие осж= 70 МПа.
Почва пласта представлена преимущественно алевролитами темно-серыми, мелкозернистыми, однородными, не трещиноватыми. Мощность пород почвы 2,0...4,0 м. Коэффициент крепости алевролитов f=4-5, прочность на сжатие осж. = 40...50 МПа.
В восточной части блока, в районе уклонов встречается ложная почва, представленная алевролитом мелкозернистым, углистым, перемятым. Мощность ложной почвы 0,2...0,76 м.
В интервале ПК148+2,5 м^ПК150+13,5 м по вентиляционному штреку 5а-10-20 простирается зона сближенных геологических нарушений типа надвиг с амплитудой Н=0,10-0,30 м и углом падения 10°.
В интервале ПК308+19,0 м^ПК310+4,0 м по вентиляционному штреку 5а-10-20 встречено тектоническое нарушение типа взброс с амплитудой Н=0,25 м и углом падения 45...30°. В зоне влияния тектонических нарушений кровля неустойчивая. III тип кровли по обрушаемости, I класс по устойчивости.
В интервале ПК233^ПК236 по конвейерному штреку 5а-10-20 встречены два сближенных геологический нарушения типа надвиг с амплитудами Н=0,75...0,60 м и Н=0,70...0,90 м. Падение сместителей на северо-восток, простирание северо-западное. Кровля в зонах влияния тектонических нарушений
неустойчивая, склонна к обрушению. Коэффициент крепости алевролитов кровли составляет f=4-5, прочность на сжатие осж = 40...50 МПа. Класс кровли по устойчивости - I. Тип кровли по обрушаемости - III.
В зонах горно-геологических нарушений возможно проявление кливажа угольного массива и обрушения угля с бортов выработок. При бурении шпуров под анкерную крепь возможно повышенное выделение газа.
В соответствии с оценкой НЦ ВостНИИ критическая выбросоопасная глубина для угольного пласта 10 соответствует горизонту ±0 м. Значительная часть выемочного столба 5а-10-20 находится ниже критической глубины по внезапным выбросам. Критическая выбросоопасная глубина (гор. ±0 м) расположена на 30 м (по падению) ниже вентиляционного штрека 5а-10-20 по всей длине выемочного столба, поэтому конвейерный штрек 5а-10-20 проводился с текущим прогнозом выбросоопасности. Вентиляционный штрек на всю длину расположен выше критической выбросоопасной глубины (гор. ±0 м).
Это обстоятельство в соответствии с инструкцией [1] вызвало необходимость принятия специальных мер по контролю уровня выбросоопасности при ведении горных работ в опасной зоне, разрабатываемых на основе геофизических исследований.
В выемочном столбе 5а-10-20 проведены комплексные геофизические исследования. Для работ в подземных условиях применялся комплект аппаратуры «СЭР-1» и ШЭРС -5М во взрывобезопасном исполнении. Комплекс состоит из дипольных методов электроразведки: дипольного электропрофилирования (ДЭП), экваториально-дипольного электропросвечивания (ЭДЭП). Сущность метода ДЭП заключается в том, что электрическое поле в массиве горных пород создается и изучается в одной и той же выработке с помощью питающего (АВ) и приемного (MN) диполей, расположенных друг за другом. Параметры установки ДЭП: АВ 50 MN. Шаг перемещения 10 м. Сущность методов ЭДЭП заключается в том, что электрическое поле создается и регистрируется синхронно перемещаемыми питающим и измерительным диполями, расположенными в разных выработках и ориентированными по высоте выработки. Шаг перемещения при наблюдениях методами ДЭП и ЭДЭП составлял 10 м.
По материалам геофизических исследований методами электроразведки определены участки высокого и низкого сопротивления и построены графики и карты (рис. 2, 3) распределения сопротивления пород кровли и пласта выемочного участка.
Изменения физических свойств, близких к пороговым выбросоопас-ным, не выявлено (рис. 3). Послойных нарушений в пределах выемочного пласта не выявлено. Аномалии по краям лавы вызваны влиянием перпендикулярных выработок.
Сопротивление в у.ев.
Расстояние в метрах от Трансп. уклона
Рис. 2. Графики изменения электрического сопротивления в пределах выемочного столба 5а-10-20
1 | | н .I1 <
ишь 1
1 я
175— 288— 225-258—
и.ж (1./50 !.'1(11; 1.25(1 1Ш 1.150 2.Ш 2.2 VI ¿¡00 2.151) }.0®
Расстояние от транспортного уклона, км
Рис. 3. Карта изменения пороговых значений выбросоопасности по электросопротивлению пласта 10 в пределах лавы 5а-10-20
Оценка энергетической возможности развязывания внезапного выброса угля и газа в аномальных зонах влияния дизъюнктивной нарушенности пласта 10 лавы 5а-10-20, установленных по результатам текущего прогноза выбросоопасности при проведении оконтуривающих выработок и геофизических исследований, производилось в соответствии с [2, 3] исходя из условия
Э = Жг + 0,33Жу - 0,18 > 0, МДж/м3, (1)
где Жг - энергия газа; Жу - энергия упругого восстановления угля.
Для определения энергетического критерия Э рассчитываются следующие параметры:
модуль упругости угля
(Я - 31,1)
Е = 103
4,7
0,87
МПа, (2)
удельная масса угля
103
, = 100^(159,4 -19,041 ), кг/м3, (3)
относительное газовыделение из угля за 30 с
(Я - 31,1)
Ь30 = 0,165-^, (4)
30 407
значения
Жг = 10-6 (9,3 X - 0,01) ХЬ30,, МДж/м3, (5)
Жу , МДж/м3, (6)
у Щ
где я - минимальная прочность пласта (по прочностномеру П-1), я=75-85; Уа- средний выход летучих веществ, У^ = 36,8 %; А - средняя зольность угля, А = 13,3 %; X — максимальная природная газоносность пласта, X = =14,9 м3/т с. б. м; к - максимальный коэффициент концентрации напряжений, к=2,5; Н - максимальная глубина от поверхности, Н=400 м; у - удельный вес угля, у=0,0138 МН/м3.
На основании выполненных изысканий по определению энергетического критерия на участках выемочного столба 5а-10-20 угольного пласта 10, где пластовая дегазация не проведена, энергии газа и упругой деформации достаточно для развязывания газодинамического явления. Она может быть реализована в зонах влияния дизъюнктивной и пликативной нарушенности пласта 10 при появлении в забое потенциально выбросоопасной тектонической структуры угля.
В случае появления в пределах выемочного столба 5а-10-20 потенциально выбросоопасной структуры угля необходимо обеспечить невыбросо-опасные параметры подвигания забоя при ее пересечении.
Расчет невыбросоопасных параметров подвигания очистного забоя в пределах выемочного столба 5а-10-20 по пласту 10 произведен в НЦ ВостНИИ по специальной программе для ПЭВМ. При рассмотрении пяти вариантов скорости отработки выемочного столба 5а-10-20 по пласту 10 в аномальных зонах с величиной захвата Ьзах = 0,8 м проанализированы условия отработки и определены невыбросоопасные параметры подвигания очистного забоя на глубине ниже критической в зонах влияния дизъюнктивной и пликативной нарушенности, характеризующихся проявлениями внутрипластовых дислокаций и повышенной трещиноватости. Установлено, что согласно критерию
Я = ГА/ГП < 1 опасности на данной глубине нет, однако по второму критерию
Хш > Ьзах опасность существует, то есть возможен отжим угля в лаву при отбойке угля.
Выводы
1. Необходимо проводить подекадные обследования действующего очистного забоя в зоне ниже критической выбросоопасной глубины.
2. В ходе обследования определять прочность угольных пачек.
3. В случае появления в забое зоны с выбросоопасной структурой угля (при минимальной прочности угольной пачки q < 75 и максимальной газоносности) следует перейти на невыбросоопасные параметры подвигания очистного забоя.
4. При величине захвата Ьзах = 0,8 м безопасные значения показателей (Я1 < 1 и Хш < Ьзах) достигаются при отработке не более 6-9 «стружек» в сутки, поэтому при подвигании очистного забоя в зонах внутрипластовых дислокаций и повышенной трещиноватости со скоростью 6-9 «стружек» в сутки выбросоопасной ситуации создаваться не будет. В этом случае определяется критическая скорость движения комбайна вдоль линии очистного забоя
Д ■ п 254 ■ 6 9
V =н. ц.Кр = 254 6,9 = 125,186 м/ч ,
кр 14 14
где пцкр = 6 - 9 - критическое количество циклов выемки угля в сутки, соответствующее безопасным значениям показателям выбросоопасности (Я1<1 и Хт > Ьзах). Под циклом имеется в виду выемка одной полной «стружки» угля при величине захвата Ьзах = 0,8 м. При этом в одну смену должно выполняться не более 2-3 циклов.
5. Полученные невыбросоопасные параметры подвигания очистного забоя по пласту 10 должны выдерживаться при отработке выемочных столбов в зонах влияния мелкоамплитудной нарушенности и внутрипластовых дислокаций.
Список литературы
1. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа (РД 05-350-00). М.: Госгортехнадзор России, 2000. 174 с.
2. Зыков В. С., Мурашев В.И., Пузырев В.Н. Руководство по предупреждению внезапных выбросов угля и газа в очистных забоях угольных шахт. 2-е изд., исп. Кемерово: НЦ ВостНИИ, 2002. 34 с.
3. Инженерные методы расчета параметров региональных способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа (методические рекомендации) / В. Н. Пузырев [и др.]. Кемерово: ВостНИИ, 1986. 29 с.
Плотников Евгений Анатольевич, канд. техн. наук, доц., PEA015@yandex. ru, Россия, Кемеровская обл. Междуреченск, Филиал КузГТУ в г. Междуреченске,
Кузнецов Евгений Владимирович, канд техн. наук, зам. директора по науке, kevlad@mail.ru, Россия, Кемеровская обл. Междуреченск, Филиал КузГТУ в г. Междуре-ченске
LONGWALL MINING IN AREA 5A-10-20 OF 'RASPADSKAYA ' COALMINE WITHIN THE ZONE PRONE TO SPONTANEOUS OUTBURSTS
E. A. Plotnikov, E. V. Kuznetsov
The present article evaluates the necessity for identification of potential outburst hazardous zones within the extraction column 5a-10-20 in areas below the critical depth level on the basis of mining and geological conditions analysis. The article describes the methodology for geophysical measurements aimed to determine the energy criterion necessary for evaluation of energy potential which may result in occurrence of spontaneous outbursts of coal and gas. As well as application of non-hazardous parameters for face advance which define the critical speed rate for coal shearer movement along the face room as part of the outburst prevention plan for this area.
Key words: coal bearing formation, critical outburst hazard depth, troublesome zone prone to spontaneous outbursts of coal, rock and gas, outburst hazards control, geophysical measurements.
Plotnikov Evgeniy Anatolevich, candidate of technical science, Assistant Professor, PEA015@yandex.ru, Russia, Kemerovo Oblast, Mezhdurechensk, branch KuzGTU in the of Mezhdurechensk,
Kuznetsov Evgeny Vladimirovich, сandidate of technical science, Deputy Director ин Science, kevlad@mail.ru, Russia, Kemerovo Oblast, Mezhdurechensk, branch KuzGTU in the of Mezhdurechensk
Reference
1. Instrukcija po bezopasnomu vedeniju gornyh rabot na plastah, opasnyh po vnezapnym vybrosam uglja (porody) i gaza (RD 05-350-00). M.: Gosgortehnadzor Rossii, 2000. 174 s.
2. Zykov V. S., Murashev V.I., Puzyrev V.N. Rukovodstvo po predu-prezhdeniju vnezapnyh vybrosov uglja i gaza v ochistnyh zabojah ugol'nyh shaht. 2-e izd., ispravlennoe. Kemerovo: NC VostNII, 2002. 34 s.
3. Inzhenernye metody rascheta parametrov regional'nyh sposobov predotvrashhenija vnezapnyh vybrosov uglja i gaza (metodicheskie rekomendacii) / V. N. Puzyrev [i dr.]// Kemerovo: VostNII, 1986. 29 s.
