Введение к работе
Актуальность работы. При разработке угольных пластов на шахтах России с 1943 по 1999 г. зарегистрировано 905 внезапных выбросов угля и газа, из них в Кузбассе 190.
В настоящее время разрабатывается 107 опасных и 122 угрожаемых по внезапным выбросам угля и газа шахтопласта. В условиях потенциальной или фактической выбросоопасности горные работы ведут 67 шахт.
Около 80 % от всего числа внезапных выбросов произошло при проведении подготовительных выработок.
Для предотвращения внезапных выбросов угля и газа применяются специальные меры по их предотвращению: прогноз выбросоопасных зон, противовыбросная обработка массіша впереди забоев подготовительных выработок в зонах, классифицированных по результатам прогноза как выбросоопасные, и контроль эффективности этой обработки.
Однако применение этих мер требует иногда значительных затрат времени на их выполнение. Учіпьівая, что почти все меры выполняются непосредственно в забое выработки, а, значит, требуют его остановки, их осуществление снижает темпы проведения выработок.
В настоящее время, когда высокая производительность ведения горных работ является необходимым условием существования и нормального экономического состояшія угольного предприятия, проблема обеспечения безопасности по внезапным выбросам угля и газа при высоких темпах под-вигаиия подготовительных выработок является одной из самых актуальных.
Диссертацноішая работа выполнена в соответствии с тематическими планами и программами научно-исследовательсюк работ ВостНИИ 1987-1999 гг., являвшимися составными частями отраслевого плана научных исследований Минуглепрома СССР, а в дальнейшем - отраслевой научно-технической программы "Уголь Россіш". В рамках этих программ автор принимал участие в выполнении 10 работ в качестве исполнителя, ответственного исполшггеля и руководителя.
Целью настоящей работы является разработка и совершенствование методов прогноза и способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа применительно к технологии проведеніїя подготовительных выработок высокими темпами.
Идея работы - исследование кинетических характеристик напряжённо-деформированного газоносного угольного массива, современных подходов к оценке его газодинамической активности и её снижению и разработка на этой основе оперативных способов прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа, обеспечивающих безопасность по данным явлениям при высоких темпах проведения подготовительных выработок.
Задачи исследований:
исследовать характеристики газодинамической активности массива и установить критерии для оперативной оценки выбросоопасности забоя;
разработать способ и устройство для повышения эффективности предварительной противовыбросной обработки массива впереди забоев выработок;
разработать и усовершенствовать оперативные локальные способы предотвращения внезапных выбросов угля и газа;
разработать комплекс мероприятий по прогнозу и предотвращению внезапных выбросов угля и газа применительно к технологии проведения подготовительных выработок высокими темпами.
Методы исследований. При решении поставленных задач использованы аналитические и экспериментальные методы исследований в лабораторных и шахтных условиях с применением современной измерительной аппаратуры и ЭВМ.
Объектами исследований являются подготовительные горные выработки на шахтах, разрабатывающих опасные и угрожаемые по внезапным выбросам угля и газа угольные пласты.
На защиту выносятся:
-
Закономерности изменения активности электромагнитного излучения (ЭМИ) из массива в призабойную часть выработки при при-ближешш забоя к потенциально выбросоопасной (аномальной) зоне и входе в неё.
-
Совокупность критериев для оценки'опасности зоны впереди забоя выработки по внезапным выбросам угля и газа, основанных на шмерениях газодинамических характеристик массива и параметров активности ЭМИ.
-
Комплексный газо-электромагнитный метод текущего прогноза выбросоопасности при проведении выработок по угольным пластам, позволяющий повысить в среднем в 1,6 раза оперативность оценки выбросоопасноспь
4. Методика определения области применения наиболее опера
тивного локального способа предотвращения внезапных выбросов угля
и газа - гидроотжима призабойной части угольного пласта.
5. Параметры и технология оперативного локального противовыб-
.росного способа - разгрузочного бурения.
6. Комплекс мероприятий по прогнозу и предотвращению внезап
ных выбросов угля и газа при высоких темпах проведения выработок.
Научная новизна работы:
-
Теоретически и экспериментально обоснована возможность использования измерений параметров электромагнитного излучения (ЭМИ) из призабойной части массива для установления входа забоя выработки в потенциально выбросоопасную (аномальную) зону и установлен соответствующий критерий опасности.
-
Впервые предложена новая технология текущего прогноза вы-бросоопасности с использованием одновременно газодинамических и электромагнитных характеристик массива для выявления трёх зон: аномальных, угрожаемых и выбросоопасных.
-
Обоснована целесообразность локальной концентрации напряжений на стенках скважин для интенсификации противовыбросных способов и разработан винтовой концентратор напряжений для её реализации (А.С. СССР № 1557317).
-
Предложен новый принцип для оперативного определения прочности угля по буримости, основанный на автоматической фиксации числа оборотов шпинделя электросверла при бурении шпура стандартной длины, и разработано устройство для его применения (Патент РФ № 2041356).
Достоверность научных положений подтверждается:
- теорепгческим обоснованием связи выбранных для оперативной
оценки выбросоопасности забоев газодинамических и геофизических ха
рактеристик массива с основными, определяющими возможность внезап
ного выброса, факторами;
- представительным объёмом экспериментальных наблюдешш
(более 300 циклов измерений) в забоях подготовительных выработок с
различной степенью выбросоопасности;
соответствием полученных критериев оценки выбросоопасности фактической опасности зон;
положительными результатами промышлетюй проверки и внедрения способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа при проведеніш подготовительных выработок по угольным пластам.
Практическая значимость работы заключается в разработке комплекса мероприятий по предотвращению внезапных выбросов при высоких темпах проведения подготовительшгх выработок по угольным пластам, включающего метод текущего прогноза выбросоопасности, предварительную обработку выбросоопасных пластов, способы предотвращения внезапных выбросов в опасных зонах и методы контроля эффективности их выполнения.
Реализация работы. С использованием научных результатов и практических рекомендаций, полученных в процессе диссертационных исследований, разработано 7 действующих отраслевых и региональных нормативно-методических документов. Методы, способы, технологические схемы и критерии, регламентированные указанными нормативно-методическими документами, прошли промышленные испытания и внедрены на угольных шахтах Кузбасса. Их применение позволяет повысить безопасность горных работ ниже критической выбросоопасной глубины разработки, сделать более технологичными меры по прогнозу и предупреждению газодинамических явлений и получить значительный экономический эффект.
Отдельные положения разработанного в результате диссертационных исследований комплекса мероприятий по прогнозу и предотвращению внезапных выбросов угля и газа при высоких темпах проведения выработок включены в проект подготавливаемой к изданию новой отраслевой "Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа" (приложение к ПБ).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседанитх Ученого совета ВостНИИ (1994-1995), Научно-практической конференции молодых учёных и специалистов «Совершенствование техники, технологии и организации шахтного строительства» (Кемерово, Кузниишахтострой, 1985), XXIV Международной конференции научно-исследовательских институтов по безопасности работ в горной промышленности (г. Донецк, 1991), Конференщш по методам исследования напряженного состояния угольного массива (г. Алма-Ата, 1992), Научно-практической конференции "Безопасность жігз-недеятельности предприятий в угольных регионах" (г. Кемерово, 1994),
Отраслевом семинаре по вопросам совершенствования вентиляции и дегазации шахт, повышения эффективности участков вентиляции и техники безопасности (ВТБ) и профилактических работ по технике безопасности (ПР и ТБ) шахт, служб депрессионноггазовых съёмок (ДГС) и газоанали-тнческих лабораторий ВГСЧ (г. Кемерово, 1994 г.), II Международной научно-практической конференции "Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах" (г. Кемерово, 1998).
Публикации. Результаты диссертационных исследований содержатся в 21 опубликованной работе, включая 7 отраслевых и региональных нормативно-методических документов, 2 авторских свидетельства, 1 патент, статьи, тезисы докладов.
Структура и объем работы:
Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 140 страницах, содержит 34 рисунка, 10 таблиц, список литературы in 98 источников и 2 приложения.
Автор выражает глубокую благодарность своим коллегам по работе (докт.техн.наук Полевщикову Г.Я., канд.техн.наук Рудакову В.А.; инж. Крючкову В.И., Исаеву А.Н., Игнатьеву П.В., Потапову П.В. и другим), оказавшим помощь в проведении экспериментальных исследований, проверке, развитии и реализации научных разработок, выполненных в процессе подготовки диссертации, а также научному руководителю работы докт.техн.наук Зыкову B.C. за постояішое вшшание к работе на всех ее этапах и творческое обсуждение результатов.
