СПОСОБ ПРОГНОЗА ВЫБРОСООПАСНОСТИ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано с целью прогноза выбросоопасных зон при ведении или проектировании очистных работ на выбросоопасных пластах.

Известен способ определения выбросоопасности горных пород по авторскому свидетельству №1585535 (кл. E21F 5/00, заявлено 17.12.1987 г., опубликовано в 1990 г. Б. №30). Известный способ включает отбор проб, определение объемной плотности, открытой пористости, естественной влажности, степени заполнения влагой пор горной породы, глубины залегания и оценку выбросоопасности путем сравнения полученных параметров с их критическими значениями. По мнению заявителя, данный способ позволяет повысить надежность определения выбросоопасности горных пород. Основным недостатком известного способа прогноза выбросоопасности является недостаточная точность прогноза в нарушенных зонах пласта, когда выход штыба и распределение влажности не соответствует существующему распределению напряжений в очистном забое пласта.

В качестве прототипа принят способ прогноза выбросоопасности очистных работ, изложенный в книге В.Н.Вылегжанин, П.В.Егоров и В.И.Мурашов «Структурные модели горного массива в механизме геомеханических процессов» (Новосибирск, «Наука», Сибирское отделение. 1990, с.243-253).

Известный способ заключается в том, что предварительно измеряют величину вынимаемой заходки, мощность вынимаемого пласта, глубину ведения горных работ от поверхности, дегазируемую часть зоны предельного состояния пласта, интенсивность нарастания напряжений в области предельного состояния, величину отжима в очистной выработке, сцепление, угол внутреннего трения, средневзвешенный коэффициент крепости, трещинную пористость и т.д. Для оценки выбросоопасности пласта используют разность равнодействующих активных и пассивных сил F_a и F_п, определяемую по математической формуле.

К недостаткам известного способа следует отнести:

- сложность определения F_a и F_п пластов угля, что отрицательно отражается на результатах оценки выбросоопасности очистных забоев;

- предложенный способ применяют, в основном, для оценки выбросоопасности действующих выемочных столбов, что значительно сокращает объемы его использования.

Техническим результатом применения предлагаемого способа прогноза выбросоопасности очистных забоев является повышение эффективности прогноза за счет выбора технических параметров, более точно характеризующих условия развязывания внезапного выброса угля и газа.

Предложен способ прогноза выбросоопасности очистных забоев, включающий определение глубины ведения горных работ от поверхности h, длины лавы по падению пласта Д_л, величины вынимаемой заходки l, угла падения пласта α и его мощности m, скорости подвигания очистного забоя ν, средневзвешенного коэффициента крепости угля f пласта, напряжений в нетронутом массиве σ_o и на линии забоя σ_з, а также показателя выбросоопасности очистного забоя R_з.

Отличием предлагаемого способа является то, что дополнительно определяют первичный и вторичный шаги обрушения кровли ξ_пер и ξ_o, предел прочности пород на одноосное сжатие , реологический параметр а, проведенное время t, коэффициент концентрации напряжений К, расстояние от забоя до максимума опорного давления Х_ср, а показатель выбросоопасности очистного забоя определяют по формуле

где Х_ср - расстояние от забоя до максимума опорного давления, м;

σ_o - напряжение в нетронутом массиве

σ_з - напряжение на линии забоя измеряют или определяют по формуле

К - коэффициент концентрации напряжений определяют по данным аналогичных участков или по формуле;

l - величина вынимаемой заходки, м;

и при R_з≥0 зону очистного забоя относят к неопасной, а при R_з≤0 к опасной по внезапным выбросам угля и газа.

Следующим отличием является то, что расстояние от забоя до максимума опорного давления Х_ср определяют по данным аналогичных участков или по формуле

где ξ_o - вторичный шаг обрушения определяют по формуле

a - реологический параметр определяют по формуле

,

t - определенное время определяют по формуле

- предел прочности пород на одноосное сжатие определяют по данным аналогичного участка или по формуле

Отличием является также то, что коэффициент концентрации напряжений К определяют по данным аналогичных участков или по формуле

где ξ_пер - первичный шаг обрушения, определяемый по формуле

Предлагаемый способ прогноза выбросоопасности очистных забоев может использоваться как для действующих выемочных участков, когда все необходимые параметры очистного забоя принимают путем их замера или расчетным путем для проектируемых очистных забоев, когда параметры и технические характеристики принимают на основе проектных решений или по аналогии с действующими или отработанными выемочными участками.

Способ прогноза выбросоопасности очистных забоев поясняется приведенной на чертеже схемой развязывания внезапного выброса угля и газа в очистном забое.

Способ включает определение известных параметров, таких как глубина ведения горных работ h, длина лавы по падению пласта Д_л, величина вынимаемой заходки l, угла падения пласта α и его мощность m, скорость подвигания очистного забоя ν, средневзвешенный коэффициент крепости угля f, напряжения в нетронутом массиве σ_o и на линии забоя σ_з. Указанные технические характеристики определяют или замеряют в действующих очистных забоях или в аналогичных участках. Аналогичными способами или по формулам дополнительно определяют первичный и вторичный шаги обрушения кровли ξ_пер и ξ_o, предел прочности пород на одноосное сжатие , реологический параметр а, приведенное время t, расстояние от забоя до максимума опорного давления Х_ср, коэффициент концентрации напряжений К. Полученные данные подставляем в математическую формулу, приведенную в независимом пункте формулы изобретения,

и по величине R_з судят о выбросоопасности очистного забоя, т.е. если R_з≥0 - то очистной забой относят к неопасным по внезапным выбросам угля и газа, если R_з≤0 - к опасным. Ниже приведен пример прогноза выбросоопасности очистного забоя.

На основании параметров действующих очистных забоев, выемочных участков, отрабатываемых в аналогичных условиях или технических характеристик, заложенных в проектных решениях, составлены следующие данные:

h=365 м - глубина ведения горных работ от поверхности;

Д_л=175 м - длина лавы по падению пласта;

l=0,8 м - величина вынимаемой заходки;

α=8° - угол падения пласта;

m=2,7 м - мощность пласта угля;

ν=15 - скорость подвигания очистного забоя;

f=0,8 - средневзвешенный коэффициент крепости угля;

F=7 - коэффициент крепости пород основной кровли;

σ_o=91,3 МПа - напряжение в нетронутом массиве;

ξ_o=10,9 м - вторичный шаг обрушения кровли;

ξ_пер - 56,9 м - первичный шаг обрушения кровли;

=700 МПа - предел прочности пород на одноосное сжатие;

σ_з=21,2 МПа - напряжение на линии забоя;

a=0,13 - реологический параметр;

t=1,26 ч - приведенное время;

К=2,36 - коэффициент концентрации напряжений;

Х_ср=1,47 м - расстояние от забоя до максимума опорного давления;

т.е. R_з<0 - очистной забой относят к опасному по внезапным выбросам угля и газа.

Если для прогноза выбросоопасности очистных забоев используются какие-либо данные, определяемые по формулам (Х_ср, ξ_o, ξ_пер, a, t и др.), то применяют зависимые пункты формулы изобретения (пп.1 и 2), в которых указаны математические формулы для определения тех параметров, которые по разным причинам не могут быть определены путем выполнения измерений.

Существенным преимуществом предложенного способа прогноза выбросоопасности очистных забоев является его высокая точность и возможность прогноза как на стадии выемки, так и на стадии проектирования выемочных участков.