Повышение безопасности и эффективности ведения горных работ на пластах, опасных по газодинамическим явлениям

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Повышение безопасности и эффективности ведения горных работ на пластах, опасных по газодинамическим явлениям

С.С. Андрейко

В настоящее время в мире подземным способом разрабатывается около 30 месторождений калийных солей и практически на всех месторождениях сталкиваются с проблемой газодинамических явлений (ГДЯ), которая, несмотря на достигнутые определенные успехи, по-прежнему остается одной из актуальных и сложных задач безопасной и эффективной разработки калийных пластов. Сегодня ГДЯ на Верхнекамском и Старобинском месторождениях продолжают происходить как при отработке сильвинитовых пластов камерной и столбовой системами разработки, так и при механизированной выемке карналлитового пласта В на руднике СКПРУ-1 ОАО «Сильвинит». Современное состояние проблемы ГДЯ для повышения безопасности и эффективности ведения горных работ требует решения в первую очередь следующих задач: разработка эффективных способов предотвращения внезапных разрушений пород почвы очистных камер, сопровождающиеся газовыделениями, при механизированной выемке карналлитового пласта В в условиях рудника СКПРУ-1; разработка способов предотвращения внезапных отжимов призабойной части пород, сопровождающихся ударной воздушной волной, разрушением и выносом разрушенной породы в выработку при отработке пласта АБ в условиях рудника СКПРУ-3 и Третьего калийного пласта в условиях рудников 2 РУ и 3 РУ РУП «ПО «Беларуськалий»; разработка безопасной и эффективной технологии инициирования и пересечения выбросоопасных геологических нарушений при отработке Третьего калийного пласта в условиях рудников 1-4 РУ РУП «ПО «Беларуськалий»; совершенствование нормативной документации, регламентирующей безопасное ведение горных работ на пластах, опасных по газодинамическим явлениям.

При механизированной выемке нижнего технологического слоя карналлитового пласта В происходят газодинамические явления в виде внезапных разрушений пород почвы, сопровождающихся газовыделениями. В силу своей внезапности и большой мощности (до 120 т/явление) ГДЯ данного типа представляют серьезную угрозу жизни шахтеров (рис.1). В настоящее время в ГИ УрО РАН разработан метод прогноза зон, опасных по ГДЯ из почвы при отработке карналлитового пласта В, в основу которого положены современные представления о физико-геологическом механизме формирования очагов ГДЯ в соляном породном массиве, и построена карта зон, опасных по ГДЯ из почвы для условий шахтного поля рудника СКПРУ-1. В соответствии с результатами прогноза зоны, опасные по ГДЯ из почвы при механизированной выемке карналлитового пласта В, выделены на 5, 7 и 9 восточных панелях рудника СКПРУ-1. Для предотвращения внезапных разрушений пород почвы при выемке нижнего технологического слоя пласта В сегодня применяется торпедирование пород почвы, которое внедрялось по аналогии с торпедированием самого разрабатываемого пласта В. Данный способ имеет ряд следующих недостатков: большая трудоемкость работ по дегазации пород почвы (в одной камере необходимо пробурить и взорвать 70-75 шпуров); опасность травмирования бурильщиков буровым инструментом и породной мелочью при бурении шпуров вручную; снижение производительности проходческо-добычного комплекса.

Для устранения указанных недостатков разработан способ предотвращения внезапных разрушений пород почвы, сопровождающихся газовыделением, который заключается в дегазации пород почвы с помощью шпуров профилактического дегазационного бурения (рис.1).

горный пласт порода газодинамический

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вертикальные шпуры бурятся в почву среднего хода очистной камеры буровой установкой, которая располагается на комбайне, непосредственно в процессе отработки нижнего технологического слоя. Параметры дегазационного бурения следующие: глубина шпуров должна обеспечивать вскрытие пласта Б не менее чем на 0,2 м; расстояние между шпурами не более 2,5 м; диаметр дегазационных шпуров не менее 42 мм. В предлагаемом способе использован эффект дегазации вертикальными шпурами расслоившихся в результате надработки газонасыщенных пород почвы. Предлагаемый способ имеет следующие преимущества: исключается ручное бурение шпуров и взрывные работы, снижается в 3 раза общее количество шпуров, исключается сейсмическое воздействие взрыва на приконтурный массив при торпедировании пород почвы, а также снижаются простои проходческо-добычного комплекса.

В настоящее время около 33% от общего количества ГДЯ в рудниках ОАО «Сильвинит» произошло из забоя и стенок горных выработок. Особо следует обратить внимание на тот факт, что для предотвращения газодинамических явлений из забоя и стенок горных выработок при отработке сильвинитовых пластов АБ и В защитные мероприятия вообще не применяются. В тоже время, газодинамические явления из забоя и стенок горных выработок представляют серьезную угрозу жизни шахтеров. Газодинамические явления из забоя горных выработок имеют интенсивность, не превышающую несколько тонн. В то же время, совершаемая ими работа угрожает жизни шахтеров и вызывает разрушение элементов конструкций применяемых комбайнов. В калийных рудниках известны случаи травмирования шахтеров мелкими частями разрушенной породы, отброса комбайнов от забоя на расстояние до 3,0 м и разрушения ограждающих щитов. Детальный анализ случаев отжимов призабойной части пород показал, что все они приурочены к геологическим трещинам. В настоящее время основным мероприятием по защите от поражающих факторов отжимов призабойной части пород является оборудование проходческих комбайнов оградительными щитами, которые должны выполнять функцию защиты шахтеров от травмирования мелкими породными фракциями. Однако, практика ведения горных работ на калийных пластах, опасных по ГДЯ, свидетельствует о недостаточной эффективности применения ограждающих щитов. В отдельных случаях ограждающие щиты при отжимах призабойной части пород разрушались и не всегда выполняли функцию защиты от разлета мелких фракций породы.

Пространственное моделирование НДС в окрестности забоя подготовительной выработки, пройденной в соляном породном массиве, позволило установить, что управление газодинамическими явлениями в виде отжимов призабойной части пород может осуществляться путем выбора рациональной формы забоя. Установлено, что вогнутая форма забоя по сравнению с плоской обеспечивает более устойчивое состояние соляного породного массива впереди забоя за счет существенного снижения уровня действующих в массиве напряжений и деформаций. Так соответственно максимальные касательные напряжения по оси выработки снижаются на 15-20% и максимальные касательные напряжения впереди забоя снижаются на 40-45%. Установлено, что вогнутая форма забоя позволяет в 5-8 раз уменьшить объем разрушенной при отжимах породы, а также изменить направление выноса разрушенной породы и газа. При вогнутой форме забоя газосолевой поток при ГДЯ направлен к центру выработки на исполнительный орган комбайна. Таким образом, исключается воздействие газосолевого потока в призабойном пространстве на шахтеров. Разработаны технологические схемы и параметры дегазации соляных пород впереди забоя при поинтервальной проходке выработок субмеридианального и субширотного направления на участках развития систем геологических трещин. Применение данных схем дегазационных работ позволит исключить такие газодинамические явления как внезапные отжимы призабойной части пород, что повысит безопасность ведения горных работ на участках шахтных полей калийных рудников с развитыми системами газонасыщенных геологических трещин. В настоящее время пересечение выбросоопасных мульд длинными очистными забоями при отработке Третьего калийного пласта в условиях рудников РУП «ПО «Беларуськалий» представляет собой сложный технологический процесс. В технологии пересечения выбросоопасных геологических нарушений предусмотрено инициирование выбросов соли и газа буровзрывными работами при проведении передовой выработки. Паспорт буровзрывных работ, применяемый при инициировании выбросов соли и газа, отличается высокой надежностью, однако имеет следующие недостатки: низкий коэффициент использования шпуров; большое число циклов взрывания; большая длительность пересечения выбросоопасного геологического нарушения, которая может изменяться от 3-4 недель и до 6 месяцев. Повышение эффективности буровзрывных работ при инициировании выбросов соли и газа может быть достигнуто путем совершенствования параметров применяемых клиновых врубов и применением в параметрах буровзрывных работ врубовых скважин большого диаметра. В процессе проведения исследований нами разработаны и испытаны в шахтных условиях параметры буровзрывных работ (БВР) с врубовыми скважинами диаметром 130 мм (с четырьмя врубовыми скважинами, располагаемыми в горизонтальный ряд; с четырьмя врубовыми скважинами, располагаемыми крестообразно; с тремя врубовыми скважинами, располагаемыми в горизонтальный ряд). Результаты опытных взрываний в шахтных условиях показали высокую эффективность предлагаемых параметров буровзрывных работ. Так для всех испытанных параметров БВР величина коэффициента использования шпуров составила не менее 0,9. Для инициирования выбросов соли и газа в подготовительных выработках разработаны параметры БВР со смещаемым по забою призматическим врубом с врубовыми скважинами.

В части совершенствования нормативной документации, регламентирующей безопасное ведение горных работ на пластах, опасных по газодинамическим явлениям, нами разработана новая редакция «Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по газодинамическим явлениям» для условий рудников РУП «ПО «Беларуськалий». В «Инструкцию…» включены новые результаты исследований. Введены новые разделы, регламентирующие способы предотвращения газодинамических явлений при слоевой выемке Третьего калийного пласта, а также способы предотвращения газодинамических явлений при отработке I калийного горизонта в условиях рудника 1 РУ. Новые параметры БВР при инициировании выбросов соли и газа в очистных и подготовительных выработках включены в «Инструкцию …» отдельным приложением.

Размещено на Allbest.ru