Предупреждение выбросов горных пород и газа

Правилами безопасности предусмотрены дополнительные требова­ния безопасности при разработке пластов, опасных по выбросам горных пород и газа.

Дипломники применительно к условиям проекта по указанию консультанта разрабатывают (рассчитывают) следующие мероприятия по снижению выбросоопасности и предотвращению выбросов:

а) увлажнение угольного пласта как общий (региональный)
способ предотвращения выбросов угля и газа (см. ниже);

б) увлажнение выбросоопасного массива при вскрытии пласта
стволом (см. ниже);

в) увлажнение выбросоопасного угольного пласта при проведении подготовительной выработки по мощному пласту;

г) гидроотжим выбросоопасного массива угля в очистном
забое, подготовительном забое;

д) гидровымывание опережающих полостей в выбросоопасном
пласте при проведении:

- штрека на пологом или наклонном пласте;

- подготовительной выработки снизу вверх на пологом пласте;

е) защищенную зону при:

- подработке;

- надработке.

Значения W_ср и γ определяются во время практики!

а) Увлажнение угольного пласта как общий (региональный) способ предотвращения выбросов.

1. Увлажнение склонных к выбросам угольных пластов осуществ­ляется через длинные скважины впереди подготовительных и очист­ных забоев. Герметизация скважин осуществляется шланговыми гер­метизаторами или цементно-песчаным раствором.

При плохой смачиваемости угля необходимо производить его гидрофилизацию посредством добавок к воде поверхностно-активных веществ.

Для уменьшения сопротивления жидкости, создаваемого содер­жащимся в угле газом, необходимо производить предварительную дегазацию пласта с последующим использованием для увлажнения дегазационных скважин.

2. Для увлажнения угольных пластов необходимо бурить скважины
диаметром 42-100 мм по одной из схем параллельно-одиночного расположения скважин. Выбор схемы расположения скважин производится в каждом конкретном случае в зависимости от системы разработки, высоты этажа, порядка отработки пластов и участков.

Наиболее рациональной является такая схема, при которой из ранее пройденного вентиляционного штрека бурятся скважины по па­дению пласта на всю высоту этажа.

При выемке пластов, характеризующихся переменным углом паде­ния и имеющих большую наклонную высоту этажа, бурение нисходящих скважин может производиться последовательно из вентиляционного и подэтажных штреков.

На пологих пластах при большой наклонной высоте этажа воз­можно применение схемы расположения скважин, при которой бурение производится по простиранию пласта из наклонных выработок, оконтуривающих выемочный участок.

3. В том случае, когда при проведении подготовительных выра­боток или ведении очистной выемки выявляются неувлажнённые зоны, необходимо провести дополнительную обработку этих зон.

4. Основные параметры увлажнения угольных пластов:

- средняя влажность угля (%) на увлажнённом участке пласта пос­ле увлажнения W_ср;

- норма прироста влажности угля (%) на увлажнённом участке пласта ∆W_H;

- количество подаваемой в одну скважину воды на 1 т увлажня­емых запасов (м³/т) q;

- количество воды (м³), которое нужно закачать в скважину, Q_скв;

- давление (н/см²) нагнетания воды в пласт, Р_н;

- полная длина (м) скважины, l_скв;

- длина герметизации скважины, м, l_г;

- рабочее время нагнетания, ч, t_н;

- выдержка пласта во времени после нагнетания (мес), t_в;

- величина зоны эффективного увлажнения (расстояние между скважинами (м), по напластованию Х_э.

При коэффициенте фильтрационной анизотропии мощных пластов равном 0,25, Х_э = 4У_Э.

Величина зоны эффективного увлажнения (расстояние между сква­жинами, м) вкрест напластования У_э.

На тонких пластах и средней мощности, где скважины располага­ются в один ряд, зона эффективного увлажнения вкрест простирания не определяется.

5. Для обеспечения надежного увлажнения с целью предупреждения
выбросов угля и газа влажность угля после нагнетания воды W_ср должна составлять не менее 5%. При этом количество поданной в скважину, воды q должно составить 0,02-0,04 м³ на 1 т обрабатываемых запасов.

Норма прироста влажности на увлажняемом участке пласта ∆W_н определяется как разность между необходимой влажностью угля (5 %) и природной влажностью.

6. Давление нагнетания воды в пласт P_н определяется как разность между давлением воды у устья скважины P_н и давлением га­за в пласте P_г.

Увлажнение должно осуществляться при таком давлении, чтобы не происходило гидравлическое расчленение пласта;

- при увлажнении через горизонтальную скважину:

( 5.1 )

- при увлажнении через горизонтальную скважину:

( 5.2 )

где γ- объемная масса вмещающих пород, т/м³;

H - глубина от поверхности до устья скважины, м;

α_н - угол наклона скважины к горизонту.

В случае если скважина пробурена по падению пласта, второй член правой части неравенства (5.2) принимается со знаком "минус", для скважины, пробуренной по восстанию, - со знаком "плюс".

7. Длина скважин lскв определяется размерами выемочного поля (блока). Нисходящие скважины должны буриться с таким расчё­том, чтобы конец скважины находился на 5 м ниже отметки откаточ­ного или промежуточного штреков. При наличии заранее пройденных выработок, скважины не добуриваются до выработки на величину, равную 1,1·Х_э (Х_э - половина зоны эффективного увлажнения).

8. Для тонких пластов и средней мощности при длине блока по простиранию пласта и найденном расстоянии между скважинами, количество скважин в блоке определяется по формуле:

( 5.3 )

где М - число подэтажей в этаже.

Если увлажнение пласта производится на всю высоту этажа, то М = 1.

На мощных пластах необходимое число скважин, располагающихся в сечении пласта в шахматном порядке, определяется по формуле:

( 5.4 )

где m - мощность пласта, м;

N - число рядов скважин.

Верхний и нижний ряды скважин располагаются, соответственно, от кровли и почвы пласта на расстоянии у_э (м), величина кото­рого подсчитывается по формуле:

( 5.5 )

Внутренние ряды скважин располагается на расстоянии h (м) от верхнего или нижнего прилегающих рядов, которое определяется по формуле:

( 5.6 )

Расстояние (м) между скважинами в ряду определяется из выражения:

( 5.7 )

9. Для увлажнения используется вода из поверхностного про­мышленного водопровода, в отдельных случаях допускается применение шахтной воды, очищенной от механических и бактериологических при­месей. Для подачи воды на участок допускается использование проти­вопожарного водопровода.

Для увлажнения пластов могут применяться насосные установки производительностью не менее 30 л/мин.

Подача воды к насосной установке осуществляется по трубо­проводу низкого давления. От насосной установки вода к скважинам подается по высоко­напорному стволу.

10. Работы по увлажнению пласта ведутся в следующем порядке:

- бурение скважин с последующей герметизацией;

- дегазация пласта скважинами;

- нагнетание жидкости в пласт;

- выдержка увлажненного пласта во времени.

Бурение скважин должно производиться на значительном рассто­янии от очистного забоя - в зоне статического горного давления.

Определение увлажнением начала ведения подготовительных и очистных работ по пласту во времени обусловливается продолжитель­ностью различных видов работ и должно устанавливаться с учётом зат­рат времени на проведение выработки, из которой осуществляется бу­рение скважин, герметизацию скважин, вспомогательные работы, дега­зацию пласта, увлажнение, выдержку увлажнённого пласта во времени. При этом необходимо учитывать совмещение перечисленных работ.

б) Вскрытие пласта стволом с увлажнением угольного массива.

1. Увлажнение угольного массива производится через скважины диаметром 43-100 мм, пробуренные с расстояния не менее 6 м по нор­мали к пласту.

Число и схема расположения скважин определяются диаметром ствола и углом падения пласта. Герметизация скважин осуществляет­ся сплошными герметизаторами или цементным раствором на величину породной пробки.

2. Норма подачи воды q должна приниматься не менее 0,03 м³ на 1 т обрабатываемого угля. Давление нагнетания не должно пре­вышать 0,75γH. Ширина увлажнения массива в плоскости пласта за пределами контура ствола В должна приниматься не менее 7 м.

Объём воды (м³), который необходимо закачать в угольный мас­сив, определяется по формуле:

( 5.8 )

где D - диаметр ствола, м;

m - мощность пласта, м;

α - угол падения пласта, град.

3. Для контроля за режимом нагнетания насосная установка должна быть снабжена водомером и манометром. Нагнетание воды счи­тается законченным после подачи в скважины расчётного количества воды.