Технологические схемы проходки горных выработок по пластам, опасным по выбросам угля и газа

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СОВЕТА МИНИСТРОВ СССР ПО ТОПЛИВНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

УКРАИНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОРГАНИЗАЦИИ и МЕХАНИЗАЦИИ ШАХТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ПРОЕКТ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОХОДКИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПО ПЛАСТАМ, ОПАСНЫМ ПО ВЫБРОСАМ УГЛЯ И ГАЗА

ХАРЬКОВ 196 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СОВЕТА МИНИСТРОВ СССР ПО ТОПЛИВНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Украинский научно-исследовательский институт организации и механизации шахтного строительства

УкрНИИОШС

Проект

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОХОДКИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПО ПЛАСТАМ, ОПАСНЫМ ПО ВЫБРОСАМ УГЛЯ И ГАЗА

Харьков - 1962

Стр.

G. Лидоёынап перы-’ооиая гакуум-насосная

уСТЗКОВКй *«••#••••••••••••••    ^

7. Устройстве гля капгада и отвода суфляров    50

В. 1'амери-у<^сс::;пза............. 50

Ш_# M-''то;: установления расчетных параметров Г* -«столика расчета параметров передовых

_ч дренаSH! ix) скнаяин.............. 54

г. Методика определения радиуса дренирования скважш ....••#••••••••••••••    58

о. Способ!.! замера давления газа в угольных

пластах......• • • •......... 60

•'». Организация работ по бурению передовых (дрекохшсО сквакин • •••••• ........ 64

5* Методика проектирования сотрясательного взрывания............. 68

11

1, СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ВНЕЗАПНЫМИ ВЫБРОСАМИ УГЛЯ И ГАЗА И СУФЛИРНЫМИ ВЫДЕЛЕНИЯМИ

1. Факторы, определяющие формирование вне-_запных выбросов_

Обобщение многолетнего опыта разработки пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа, и результатов исследования по этому вопросу показывает, что внезапные выброоы угля и газа в шахтах происходят в результате совокупного действия трех основных факторов: горного давления, газа, содержащегося в угольном пласте, и физико-механических свойств угля. На крутых пластах к этим факторам добавляется еще влияние веса угля в призабойной зоне.

Угольная масса пласта, склонного к выбросам, будучи насыщена газом, под влиянием горного давления находится в напряженно-равновесном состоянии. При наличии импульса, которым в общем виде являются горные работы и, в частности, проходка горной выработки, указанное равновесие нарушается. Происходит мгыовенн» простатее смещение угля и разрушение его до пылевидной массы, есвабоздение газа и переход его в свободное состояние. МЬсса разрушенного угля, насыщенная газом, находит выход в направлении выработки, что проявляется в форме выброса угля и газа. В толще пласта в результате выброса образуется полость той или иной формы и размеров.

2. Классификация внезапных выбросов

По внешнему проявлению внезапные выбросы угля и газа сличаются друг от друга величиной отброса угля и характером выделения метана. Исходя из этого, в существующих Правилах безопасности в угольных и сланцевых шахтах /1У58г/ дается следующая классификация внезапных выбросов угля и газа при ведении горных работ;

12 -

а/ внезапные выбросы угля и газа, характеризующиеся значительным отбросом угля от места выброса и большим выделением газа|

б/ внезапные выдавливания в забоях масс угля с усиленным газовыделением|

в/ внезапные высыпания угля с усиленным газовыделе-

нием.

К указанным трем классам необходимо добавить два следующих дополнительных класса:

г/ внезапные поднятия слоев породы при подходе забоя ствола к угольному пласту, сопровождающееся усиленным выделением метана|

д/ выбросы угля и газа при бурении дренажных и других передовых скважин.

3. Отнесение угольных пластов к опасным _по    выбоосам угля и газа_

Угольные пласты, склонные к внезапным выбросам угля и газа, подразделяются на опасные и угрожаемые. Кроме того» МакН’Л'Л установил еще одну категорию пластов: потенциально-угрожаемых по выбросам угля и газа.

Согласно правилам безопасности к опасным относятся угольные пласты, на которых в пределах поля данной шахты имели место случаи внезапных выбросов.

К угрожаемым относятся пласты угля, на которых в пределах

0

поля соседней шахты по протиранию на тех же горизонтах были случаи внезапных выбросов.

К потенциально угрожаемым МакНИИ относит угольные пласты, которь*е по ряду об"ектиБных данных /появление предвестников различных динамических явлений/ требуют исследований для отнесения их к угрожаемым или не опасным по внезапным выбросам угля и газа.

13

В настоящее время в Донбассе насчитывается более ста шахтопластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа.

Не на всех пластах одной и той же свиты имеют место внезапные выбросы. Наряду с пластами, на которых происходят выбросы, есть пласты, где внезапных выбросов никогда не наблюдалось. Кроме того, имеются случаи, когда на одном крыле поля выбросы имеются, на другом - нет.

Практикой установлены следующие факты:

а/ дри юбросах вместе с газом выбрасывается тонкоизмель-ченный /пылевидный/ уголь|

б/ преобладающее расположение опасных по выбросам зон вблизи тектонических нарушений»

в/ в подавляющем числе случаев боковые породы опасного пласта - крепкие и упругие*

г/ минимальная глубина, на которой происходят выбросы порядка 150-200mj

д/ при отработке ближайшего пласта на опасном пласте выбросы не происходят.

Тщательное изучение свойств опасных и не опасных пластов не установило различия между ними и ввиду этого характерные признаки, по которым можно было бы отнести пласт к опасным или неопасным по выбросам, не найдены.

Предложенные некоторые способы распознавания опасных пластов не являются надежными.

Ввиду вышеуказанного отнесение пластов угля к опасным по выбросам должно производиться периодически специальной комиссией, создаваемой совнархозом, которая и принимает решение об отнесении пластов к опасным или неопасным по имеющимся материалам в совокупности .

Установленная опасность пластов по внезапным выбросам фиксируется актом и утверждается приказом по соответствующему совнархозу /комбинату/.

14

4, Признаки начинающегося выброса

Многочисленные случаи внезапных выбросов показывают, что, несмотря не внезапность протекания явления, во всех случаях отмечались предвестники, служащие признаками начинающегося выброса. Этими признаками являются следующие:

а/ Изменен и е _ с т ру к ту р J*крепости угля. Обычно уголь пласта струйчатый, с резко выраженным кливажем и обладает определенной крепостью.

Перед выбросом уголь становится более мягким, аморфным, с землистой структурой. При отбойке уголь превращается в мелочь и пыль. Такое изменение бросается в глаза и указывает на близость выброса.

б/ Изме не ние _ в л    с ? и_ угля. Перед выбросом уголь

становится более сухим и пыльным, причем это изменение происходит резко. И, наоборот, бывает перед выбросом увлажнение угля и появление капежа.

в/ Появлекие^трес'Ка, шума, грохота, грома. Очевидцы утверждают, что перед выбросом они сдашади"треск, напоминающий пулеметную стрельбу или ружейный выстрел. Они указывают что слышали шум в виде гула вдали или напоминающего паровоз при выпуске пара.

Время этих явлений от секунд до 10 мин до момента собственно выброса.

г/ Похолодание в забое. Перед самым выбросом находящиеся у забоя лица ощущали’*похолодание.

А/ Другие признаки^ Наблюдается перед выбросом отскакивание кусков угля, потрескивание, выпираниа угля, резкое выделение газа. Наличие геологического нарушения также является признаком возможного выброса угля и газа.

Необходимо отметить, что указанные признаки нельзя обобщать, считать проявляющимися в одном месте и распространять на все пласты.

15

Каждый пласт имеет свои особенности и свойственные ему предупредительные признаки. Поэтому для каждого пласта необходимо изучать предупредительные признаки и довести о них до сведения всех работающих е выработках.

5. Меры борьбы с внезапными выбросами

Существует большое число способов борьбы с внезапными выбросами угля и газа, которые в той или иной мере применялись на практике. Все эти способы разделяются на две группы:

а/ Способы, обеспечивающие предупреждение выбросов.

б/ Способы, обезвреживающие внезапные выбросы.

К первой группе относятся следующие способы*

Разработка защитных пластов_t Сущность способа состоит в том, что прежде чем проводить горные работы по опасному по выбросам пласту, производится отработка соседнего неопасного пласта. В результате отработки соседнего пласта снимается напряженность в угле опасного пласта и по нему можно безопасно производить горные работы. Выбросы при этом не происходят.

В условиях строящихся шахт этот способ борьбы с внезапными выбросами использовать не представляется возможным, так как очистные работы не ведутся.

Бурение опережающих скважин большого диаметра. Сущность способа состоит в том, что по угольному пласту, опасному по выбросам, впереди забоя выработки бурятся оквадины. Число, диаметр, длина и расположение скважин устанавливаются расчетом.

Назначение скважин преследует две пгелигдренирование массива угля от газа и тем самым снижение газового давления в пласте и снижение напряженности массива угля впереди забоя.

Недостатками способа являются: медленное протекание

АННОТАЦИЯ

Сборник технологических схем проходки горных выработок по пластан, опасным по выбросам угля и газа, разработан лабораторией вентиляции и техники безопасности УкрИИИОШС в результате выполнения научно-исследовательских работ (темы Уа 6-60 и Jp 17-61), проведенных в I960 и 1961 гг.

Сборник включает современные способы борьбы с выбросами и суфлярами во взаимной увязке с общей организацией проходки выработок как по простиранию и при вскрытии пласта, так и по линии падения или восстания пласта.

Сборник предназначен для работников проектных и шахтостроительных организаций как руководство при разработке проектов проходки горних выработок по пластам, опасным по выбросам угля и газа.

Ответственный за выпуск - канд.техн.наук Н.П. ЯКУШИН

Харьков, УкрШШОШИС. Зак. № 89, III лист., тир.50 экз.20.УП.б2г

3 -

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..............

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

Способы борьбы с внезапными выбросами и суфлярами. Характеристика основного оборудования. Методыуста-новления расчетных параметров (9-75}

I. Способы борьбы с внезапными выбросами угля и газа и суфлярными выделениями........ II

П. Основное оборудование, устройства и приборы, применяемые для борьбы с внезапными выбросами и суфлярами.................... 18

11!. Метода установления расчётных параметров    54

опасные по выбросам угля и газа (77-128)

I. Общие положения и правила ......... 79

П. Технологические схемы вскрытия .плахтой . .    81

A.    Крут опадающие и наклонные пласты..... 81

B.    Пологопадающие пласты......... 118

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ

Проведение горизонтальных выработок по угольному пласту, опасному по выбросамугля H raj» _(I29-I68)

А. Крутопадающие пласты ............131

Б. Пологопадающие пласты.......... Т5Г

-    4    -

Стр.

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ

Проведение выработок по восстания и падению пластов, опасных по выбросай угля и газа (пологие пласты) (169-222)

I. Общие сведения и основные полохения    171

П. Яроходка бремсбергов (уклонов) и их ходков в направлении сверху вниз ............ 173

Ш. Проходка бремсбергов (уклонов) и их ходков

в направлении снизу вверх .......... •    196

1У. Проходка разрезных печей.........214

б

ВВЕДЕНИЕ

Борьба с суфлярным и усиленным метановыделением в горных выработках, а также явлениями внезапного выброса угля и газа представляет сложную проблему на строяцихся и эксплуатационных шахтах.

Особую остроту эта проблема приобретает теперь, когда горные работы в больших масштабах переходят на большие глубины, где интенсивность и сложность этих явлений в значительной мере увеличивается.

В результате проведенных значительных работ целого ряда научно-исследовательских и производственных организаций имеются большие успехи в деле борьбы с метановыделением и внезапными выбросами угля и газа в шахтах. Предложено и проверено на практике несколько эффективных способов борьбы с внезапными выбросами, а также разработан и получает распространение метод дегазации спутников и массива угля для борьбы с суфлярным и усиленным метановыделением в шахтах.

Все это вызвало значительное сокращение случаев внезапных выбросов и суфлярных выделений метана в выработках, обеспечивая повышение безопасности работ в шахтах.

Вместе с тем, нельзя сказать, что в полной мере проблема борьбы с газом в шахтах разрешена. Несмотря на то, что уже созданы научные основы борьбы с внезапными выбросами угля и газа, разработаны методы оценки выбросоопасно-сти угольных пластов и даны некоторые методы расчета средств борьбы с этими явлениями, все же природа и причины их возникновения полностью не установлены, мероприятия по борьбе о ними во многом носят эмпирический характер и вследствие этого в ряде случаев не оправдывают своего назначения. Не имеется полной гарантии, что при применении тех или иных мероприятий выбросы не произойдут.

6

Кроме того, применение способов и средств борьбы с внезапными выбросами и суфлярными выделениями газа создает сложность в организации проведения горных работ, вызывающую значительное снижение темпов проходки выработок.

При разработке и применении мероприятий по борьбе с явлениями выброса и суфлярных выделений газа в шахтах нет увязки этих мероприятий с производственными процессами, нет комплексного разрешения вопросов.

В существующих правилах безопасности в угольных и сланцевых шахтах дается целый ряд указаний по безопасному проведению горных выработок по пластам угля, опасным по внезапным выбросам угля и газа. Эти правила обоснованы научными исследованиями и практикой борьбы с внезапньми выбросами угля и газа на шахтах.

Выполнение этих правил в значительной мере повышает бе-* зопасность ведения горных работ.

Однако широкое разнообразие условий проведения выработок на шахтах не позволяет считать существующие правила достаточными. В целом ряде случаев необходимо проведение дополнительных исследований и установление новых правил для безопасного проведения выработок в иных условиях.

Так, например, за последнее время при строительстве шахт в Луганской и Донецкой областях имели место случаи больших суфлярных выделений газа и внезапных выбросов при проведении горных выработок. Для обеспечения безопасности работ в этих условиях указания в правилах безопасности оказались недостаточными. Были случаи прекращения работ по проведению выработок и задержки строительства шахты.

Потребовалась разработка новых мероприятий, не предусмотренных правилами безопасности, и совершенствование существующих, Причем требовалась, чтобы эти мероприятия находились в увязке с общей организацией работ по проведению горных выработок.

В связи с указанным выше институту УкрНИИОМШС было пору-

?

чено провести исследования и разработать способы проведения горных выработок в тяжелых горногелогических условиях /суфлярное выделение метана, внезапные выбросы и др./

В результате проведенных работ институт разработал технологические схемы проведения горных выработок в трудных горногеологических условиях, сочетающие прогрессивные методы ведения работ по проходке и мероприятия по созданию безопасных условии. При разработке технологических схем учтены современные методы борьбы с выбросами и суфлярами для разнообразных условии проведения выработок.

Сборник технологических схем проведения горных выработок в тяжелых горногеологических условиях представлен в виде настоящего альбома, который включает четыре раздела:

способы бррьбы с в не залипни выбросами и суфлярами , характеристика основного оборудования и методы установления расчетных параметров!

проведение выработок, вскрывающих пласты угля, опасные по выбросам угля и газа|

проведение горизонтальных горных выработок по угольному пласту, опасному по выбросам угля и газа|

проведение выработок по восстанию и падению пластов, опасных по выбросам угля и газа /пологие пласты/.

На основе проведенного обобщения существующих методов выделены следующие меры борьбы с выбросами и суфлярами: естественная дегазация пласта путем бурения дренажных /передовых/ скважин, активная дегазация пласта путем отсасывания газа из угля через скважины вакууу-насосной установкой и проведение выработок с применением сотрясательного взрывания. Эти мероприятия и заложены в основу технологических схем проведения выработок.

Каждая технологическая схема проходни выработок включает пункты: исходные данные, сущность мероприятия по борьбе с выбросами, установление параметров

8

выполнение проходческих процессов, организация работ, технико-экономические показатели и условия применения технологической схемы проходки выработок.

При разработке технологических схем проведения выработок приняты следующие основные положения:

а/ Проведение выработки ведется по суточному графику цикличности, в котором для каждого процесса отведено определенное время|

б/ в целях безопасности число людей в угольном забое принято минимальным /два-три/!

в/ выполнение производственных процессов производится механизированным способом, бурение дренажных и дегазационных скважин - при дистанционном управлении!

г/ выполнение основных процессов принято производить последовательно, без совмещения во времени!

д/ все мероприятия по безопасности и созданию нормальных условий работ в выработке введены в график организации работ и должны выполняться полностью при тщательном контроле со стороны инженерно-технического персонала!

е/ принята взаимная увязка производственных процессов с мероприятиями по технике безопасности и главным образом с мероприятиями по предупреждению выбросов.

Кроме того, в основу разработки технологических схем проходки выработок положены указания правил безопасности.

Разработанные технологические схемы проведения выработок по пластам, опасным по выбросам, обеспечивают достаточные скорости проходки выработок при безопасных условиях труда. В альбоме для каждой технологической схемы указываются условия применения. Пользуясь этими указаниями и общим расположением материала в альбоме /по оглавлению/, легко подбирается необходимая технологическая схема проведения выработок для того или иного конкретного случая.

9

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ Способы борьбы с внезапными выбросами и суфлярами»

установления расчетных параметров

I. Способы 6o^bj&_ с_внезапными_выбросами УГ^ЯЯ_^И_^ГЗЗ§ ^я суфлярными выделениями . 7 7 7 .

1.    Факторы, определяющие формирование внезапных

выбросов ......................

2.    Классификация внезапных выбросов ......

3.    Отнесение угольных пластов к опасным по выбросам угля и газа.................

4.    Признаки начинающегося выброса .......

5.    Меры борьбы с внезапными выбросами .....

6.    Меры борьбы с суфлярами ...........

7.    Требования к проектированию проходок вырабо

ток по пластам, опасным по выбросам угля и газа и суфлярному выделению................

И» -Основное оборудование, устройства^ и_ прн-_боры, применяемые _для._ борьбы с внезапными выбросами и суфлярами......... .......

1„ Станки для бурения дренанных и дегазационных сквахин .......................

2.    Вакуум-насосы для отсасывания газа .....

3.    Устройства для герметизации устьев дегазационных сквахин.....................

4.    Приборы для производства сотрясательного взрывания ........................

5.    Оборудование для выемки угля по способу выбуривания .......................