Вся электронная библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Шахтное и подземное строительство


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Часть 2. ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ШАХТ

ПРОХОДКА СТВОЛОВ В СЛОЖНЫХ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

 

 

Проходка стволов в сложных газодинамических условиях, как показывает опыт строительства, состоит из двух этапов: вскрытие пласта, перед которым необходима профилактика выбросов через породную пробку, и пересечение пласта, когда мероприятия по борьбе с выбросами осуществляют только по углю. При вскрытии пластов малой мощности оба эти этапа выполняют, как правило, одновременно, и борьбу с выбросами ведут через породную пробку.

Анализ опыта проходки стволов показывает, что для пересечения выбросоопасных пластов могут быть использованы: способы, основанные на дегазации угольного массива или на разгрузке пласта от повышенных напряжений с одновременной его дегазацией; увлажнение угольного массива; камуфлетно-сотрясательное взрываение; способы укрепления угольного массива.

При вскрытии стволами склонных к выбросам пластов допустимы взрывные работы без применения специальных способов предотвращения выбросов при условии, что пласт будет пересечен на всю мощность посредством одного  взрывания.

К способам, основанным на дегазации угольного массива, относят способ вскрытия выбросоопасных пластов путем бурения скважин малого диаметра (до 100 мм). Могут быть применены три варианта дегазации участка пласта: естественное истечение газа; извлечение газа вакуумированием; повышение газоотдачи пласта путем его прогрева.

Практика вскрытия выбросоопасных пластов с применением естественной дегазации показала, что естественное газовыделение из скважин незначительно и требует длительного времени на снижение давления газа до безопасной величины.

Для ускорения сроков дегазации в некоторых случаях применяют ва-куумирование скважин, а также прогрев угольного пласта.

Схемы расположения дренажных скважин для дегазации пласта в месте вскрытия зависят от его мощности и угла падения.

Для вскрытия пологого пласта скважины диаметром 70—100 мм бурят через породную пробку с расстояния не менее 2 м от пласта по нормали. Длина скважин зависит от мощности пласта.

При вскрытии тонкого пласта ( 9.26, а) бурят одну серию скважин с таким расчетом, чтобы пласт был пересечен ими на полную мощность.

 

 

Скважины располагают рядами. Число скважин в ряду и число рядов назначают в зависимости от радиуса дренирования одной скважины, поперечного сечения ствола и площади, подлежащей дренированию. Точки выхода из пласта скважин первого ряда расположены со стороны восстания пласта на расстоянии 3 м от проекции контура ствола в проходке, а точки выхода из пласта скважин последнего ряда — со стороны падения пласта по линии, проходящей через проекцию контура ствола в проходке.

К вскрытию пласта приступают после прекращения газовыделения из скважин или при его снижении до стабильного минимума. Дебит газа замеряют газосчетчиком или ротаметрами, которые подключают к скважине.

При вскрытии тонких крутых пластов с углом падения до 55° через породную пробку бурят одну серию дренажных скважин, которая служит для обнажения и пересечения пласта. С увеличением угла падения применение одной серии дренажных скважин означало бы существенное увеличение их длины по породе. Поэтому для сокращения объема буровых работ вскрывать тонкие пласты с углом падения свыше 60° наиболее целесообразно лишь частью сечения ствола под защитой одной или двух серий дренажных скважин диаметром 70—100 мм, пробуренных через пробку. Пересечение пласта в этом случае выполняют под защитой дренажных скважин диаметром 150 мм и более, пробуренных из забоя ствола ( 9.26, б).

В отдельных случаях может быть применен вариант вскрытия пласта с использованием дополнительной горизонтальной вскрывающей выработки и дренажных скважин, пробуренных по пласту угля из этой выработки ( 9.26, в). Горизонтальную вскрывающую выработку проходят из забоя ствола, остановленого на расстоянии 2 м от пласта по нормали. Вскрытие пласта дополнительной выработкой выполняют с соблюдением всех мер безопасности.

Вскрытие мощных крутых пластов (их обнажение и пересечение) проводят под защитой двух серий дренажных скважин и более ( 9.26, г). Скважины первой серии, используемые для обнажения пласта, располагают по такой же схеме, как при вскрытии тонких пластов, однако параметры скважин определяют для глубины, соответствующей полному обнажению пласта забоем ствола.

Для вскрытия мощных пологих пластов применяют те же схемы, что и для тонких крутых. Разница состоит лишь в том, что для безопасного пересечения пласта скважины по нему бурят в несколько рядов, число которых зависит от его мощности.

Если при строительстве или углублении ствола он проходит вблизи действующих горных выработок, дегазационные скважины целесообразно бурить непосредственно из них ( 9.27), тогда заблаговременное проведение противовыбросных мероприятий позволит осуществить проходку ствола без остановок.

Дегазация и разгрузка пласта скважинами большого диаметра (200-300 мм) являются одним из наиболее эффективных способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа. При бурении скважин происходит значительное снижение напряжений в массиве угля впереди забоя выработки, дренирование газа через скважины и снижение его давления. Степень эффективности опережающих скважин зависит от их числа и времени воздействия на пласт.

Увлажнение угольного массива является одним из самых распространенных способов борьбы с внезапными выбросами угля и газа. Способ основан на том, что при проникновении воды в уголь его пластичность увеличивается, упругая потенциальная энергия снижается, остаточные деформации возрастают. В связи с этим при повышении нагрузки на увлажненный участок пласта деформации массива в сторону выработки протекают плавно, т.е. в значительной степени снижается  вероятность развития первой фазы внезапного выброса — быстрого хрупкого разрушения угля. Снижается также роль газового фактора в реализации внезапных выбросов.

Обширный опыт вскрытия пластов с применением увлажнения показал, что интенсивность газовыделения не увеличивается, как предполагали ранее, а в некоторых случаях даже уменьшается.

В настоящее время принят следующий порядок увлажнения пластов при их вскрытии. Бурят одну или несколько скважин диаметром 50 — 100 мм (в зависимости от сечения ствола), их устье герметизируют и в определенном режиме в пласт нагнетают воду. При использовании нескольких скважин воду подают одновременно во все скважины.

Для предотвращения внезапных выбросов пласт нужно увлажнить не только в пределах контура вскрывающей выработки, но и в некоторой области вне его пределов. Ширина защитной (обработанной водой) зоны зависит от величины зоны влияния выработки на прилегающий массив. Имеющиеся данные показывают, что ширину зоны влияния в радиальном направлении от борта ствола можно принимать равной диаметру ствола.

Для равномерного увлажнения угольного массива в зоне вскрытия тонкого пологого пласта бурят, как правило, четыре скважины по контуру поперечного сечения ствола и одну дополнительную, в сторону восстания пласта. При наклонном и крутом залегании пласта число скважин в сторону восстания увеличивают.

Величина породной пробки при нагнетании воды должна быть не менее диаметра ствола, считая по ближнему к пласту борту ствола параллельно его оси.

Для увлажнения угольного массива применяют специальное оборудование, которое позволяет нагнетать воду в пласт в различных горногеологических условиях (высоконапорные переносные или передвижные насосные установки с электрическими и пневматическими приводами, гидрозатворы, водопроводная арматура и измерительные приборы).

Выбранная насосная установка в зависимости от массы и размеров, а также от глубины ствола может быть расположена на проходческом полке, на поверхности у ствола или в забое. Для подачи воды от насосной установки к скважинам применяют высоконапорный трубопровод с быстроразъемными соединениями.

При вскрытии выбросоопасных пластов вертикальными стволами можно рекомендовать применение камуфлетного взрывания в сочетании с нагнетанием воды при вскрытии пологих и наклонных пластов. При вскрытии мощных пологих пластов камуфлетное взрывание может быть применено в качестве самостоятельного способа предупреждения выбросов угля и газа, так как в этом случае можно взрывать заряды повышенной мощности, т.е. по сути дела применять торпедирование угольного массива.

В местах, прилегающих к контуру выработки, осуществляют укрепление массива. Оно предотвращает не только высыпание (обрушение) угля, но и любое разрушение, являющееся началом развития выброса. Применяют несколько способов, одни из которых выполняют функцию чисто механического укрепления массива (анкерная и каркасная крепи), другие помимо укрепления снижают способность угольного пласта отдавать газ (замораживание и химические способы укрепления), имеют целью уменьшить размеры обнаженной части пласта (передовая и шпунтовая крепь) или затормозить процесс разрушения угольного массива в начальный период развития выброса (способ вскрытия пластов с применением охлаждения угольного массива).

Широкое применение в практике шахтного строительства получила каркасная крепь. Сущность каркасного крепления состоит в том, что при подходе к выбросоопасному пологому пласту стены ствола расширяют, т.е. устраивают кольцевую нишу, из которой по ее периметру бурят скважины диаметром 100—150 мм на расстоянии друг от друга 0,2—0,4 м через весь выбросоопасный пласт и с выходом их в породы на глубину не менее чем 0,3—0,5 м. Скважины армируют металлическими трубами и заполняют цементным раствором. Под защитой этих труб осуществляют пересечение опасного пласта.

При вскрытии тонких пологих пластов за один прием концы каркасных стержней заделывают в бетонную крепь ствола, а их другие концы опирают на породы почвы пласта.

При пересечении мощных пластов стержни каркаса одним концом заделывают в крепь ствола, а другим опирают на угольный массив.

При вскрытии наклонных и крутых угольных пластов их обнажение происходит под защитой нескольких ярусов каркасной крепи.

 

К содержанию книги: ГОРНОЕ ДЕЛО: Шахтное и подземное строительство

 

 Смотрите также:

 

Строительные машины    Оборудование для производства железобетонных изделий    Строительные машины   Краны для строительства мостов   Монтаж трубопроводов   Грузовые автомобили    Строительные машины и их эксплуатация