Рекомендации по совершенствованию выполнения гидрорыхления в зонах нарушений выбросоопасных угольных пластов и контроль его эффективности
Разработаны рекомендации по совершенствованию параметров способа гидрорыхления призабойной части выбросоопасного угольного пласта при ведении горных работ в зонах геологических нарушений и предложены мероприятия повышающие безопасность и эффективность выполнения данного противовыбросного мероприятия...
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2014
|
| Schriftenreihe: | Геотехнічна механіка |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109537 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Рекомендации по совершенствованию выполнения гидрорыхления в зонах нарушений выбросоопасных угольных пластов и контроль его эффективности / С.П. Минеев, А.А. Потапенко // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 115. — С. 31-44. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-109537 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1095372016-12-02T03:02:08Z Рекомендации по совершенствованию выполнения гидрорыхления в зонах нарушений выбросоопасных угольных пластов и контроль его эффективности Минеев, С.П. Потапенко, А.А. Разработаны рекомендации по совершенствованию параметров способа гидрорыхления призабойной части выбросоопасного угольного пласта при ведении горных работ в зонах геологических нарушений и предложены мероприятия повышающие безопасность и эффективность выполнения данного противовыбросного мероприятия. В рекомендациях даны технологические схемы выполнения способа и контроля эффективности его применения для структурных пликативных и дизъюнктивных (разрывных) нарушений. Даны основные требования при эксплуатации высоконапорной арматуры, трубопровода находящегося под давлением и работающую во время нагнетания жидкости насосную установку. Розроблено рекомендації по вдосконаленню параметрів способу гідророзпушування привибійної частини викидонебезпечного вугільного пласта під час ведення гірських робіт в зонах геологічних порушень і запропоновані заходи виконання даного противикидного заходу, що підвищують безпеку і ефективність робіт. В рекомендаціях наведено технологічні схеми виконання способу і контролю ефективності його вживання для структурних плікативних і диз'юнктивних (розривних) порушень. Дані основні вимоги при експлуатації високонапірної арматури, трубопроводу, який знаходиться під тиском, і насосної установки, що працює під час нагнітання рідини. Developed recommendations for improving the process parameters of the bottomhole gidroryhleniya outburst coal seam during mining operations in areas of geological faults and suggested measures to enhance security and efficiency of the present protivovybrosnogo event. The recommendations are flow diagrams of the process and monitor the effectiveness of its application for structural multiplicative and disjunctive (discontinuous ) violations. Are the basic requirements when operating high-pressure valves , piping under pressure and working during liquid injection pump installation. 2014 Article Рекомендации по совершенствованию выполнения гидрорыхления в зонах нарушений выбросоопасных угольных пластов и контроль его эффективности / С.П. Минеев, А.А. Потапенко // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 115. — С. 31-44. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109537 622.234.5:622.831.322 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Разработаны рекомендации по совершенствованию параметров способа гидрорыхления призабойной части выбросоопасного угольного пласта при ведении горных работ в зонах геологических нарушений и предложены мероприятия повышающие безопасность и эффективность выполнения данного противовыбросного мероприятия. В рекомендациях даны технологические схемы выполнения способа и контроля эффективности его применения для структурных пликативных и дизъюнктивных (разрывных) нарушений. Даны основные требования при эксплуатации высоконапорной арматуры, трубопровода находящегося под давлением и работающую во время нагнетания жидкости насосную установку. |
| format |
Article |
| author |
Минеев, С.П. Потапенко, А.А. |
| spellingShingle |
Минеев, С.П. Потапенко, А.А. Рекомендации по совершенствованию выполнения гидрорыхления в зонах нарушений выбросоопасных угольных пластов и контроль его эффективности Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Минеев, С.П. Потапенко, А.А. |
| author_sort |
Минеев, С.П. |
| title |
Рекомендации по совершенствованию выполнения гидрорыхления в зонах нарушений выбросоопасных угольных пластов и контроль его эффективности |
| title_short |
Рекомендации по совершенствованию выполнения гидрорыхления в зонах нарушений выбросоопасных угольных пластов и контроль его эффективности |
| title_full |
Рекомендации по совершенствованию выполнения гидрорыхления в зонах нарушений выбросоопасных угольных пластов и контроль его эффективности |
| title_fullStr |
Рекомендации по совершенствованию выполнения гидрорыхления в зонах нарушений выбросоопасных угольных пластов и контроль его эффективности |
| title_full_unstemmed |
Рекомендации по совершенствованию выполнения гидрорыхления в зонах нарушений выбросоопасных угольных пластов и контроль его эффективности |
| title_sort |
рекомендации по совершенствованию выполнения гидрорыхления в зонах нарушений выбросоопасных угольных пластов и контроль его эффективности |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2014 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109537 |
| citation_txt |
Рекомендации по совершенствованию выполнения гидрорыхления в зонах нарушений выбросоопасных угольных пластов и контроль его эффективности / С.П. Минеев, А.А. Потапенко // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 115. — С. 31-44. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT mineevsp rekomendaciiposoveršenstvovaniûvypolneniâgidroryhleniâvzonahnarušenijvybrosoopasnyhugolʹnyhplastovikontrolʹegoéffektivnosti AT potapenkoaa rekomendaciiposoveršenstvovaniûvypolneniâgidroryhleniâvzonahnarušenijvybrosoopasnyhugolʹnyhplastovikontrolʹegoéffektivnosti |
| first_indexed |
2025-07-07T23:17:34Z |
| last_indexed |
2025-07-07T23:17:34Z |
| _version_ |
1837032019187466240 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 31
УДК 622.234.5:622.831.322
С.П. Минеев, д-р техн. наук, профессор
(ИГТМ НАН Украины),
А.А. Потапенко, инженер
("Донецкая угольная энергетическая компания")
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ВЫПОЛНЕНИЯ
ГИДРОРЫХЛЕНИЯ В ЗОНАХ НАРУШЕНИЙ ВЫБРОСООПАСНЫХ
УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ И КОНТРОЛЬ ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТИ
С.П. Мінєєв, д-р техн. наук, професор
(ІГТМ НАН України),
О.О. Потапенко, інженер
(«Донецька вугільна енергетична компанія»)
РЕКОМЕНДАЦІЇ ПО ВДОСКОНАЛЕННЮ ВИКОНАННЯ
ГІДРОРИХЛЕНІЯ В ЗОНАХ ПОРУШЕНЬ ВИБРОСООПАСНИХ
ВУГІЛЬНИХ ПЛАСТІВ І КОНТРОЛЬ ЙОГО ЕФЕКТИВНОСТІ
S.P. Mineev, D.Sc. (Tech.), Professor
(IGTM NAS of Urraine),
A.A. Potapenko, M.S. (Tech.)
("Donetsk Coal Energy Company")
RECOMMENDATIONS TO IMPROVE PERFORMANCE GIDRORIPPING
ZONE VIOLATIONS OUTBURST COAL SEAMS CONTROL ITS
EFFECTIVENESS
Аннотация. Разработаны рекомендации по совершенствованию параметров способа гид-
рорыхления призабойной части выбросоопасного угольного пласта при ведении горных ра-
бот в зонах геологических нарушений и предложены мероприятия повышающие безопас-
ность и эффективность выполнения данного противовыбросного мероприятия. В рекоменда-
циях даны технологические схемы выполнения способа и контроля эффективности его при-
менения для структурных пликативных и дизъюнктивных (разрывных) нарушений. Даны ос-
новные требования при эксплуатации высоконапорной арматуры, трубопровода находящего-
ся под давлением и работающую во время нагнетания жидкости насосную установку.
Ключевые слова: гидрорыхление, выброс, газодинамические явления.
При ведении горных работ тектонически нарушенные участки угольного
пласта отличаются повышенной газодинамической активностью, а горные ра-
боты в зонах горногеологических нарушений (в зонах ГГН) относится к особо
сложным условиям отработки шахтопластов. Гидрорыхление угольного пласта
________________________________________________________________
© С.П. Минеев, А.А. Потапенко, 2014
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 32
в настоящее время является одним из достаточно широко применяемым проти-
вовыбросным мероприятием на шахтах Донбасса. Так, например, по данным
работы [1] в 1991 г. способ применялся в 53 очистных и 52 подготовительных
забоях; в 1992 г. – в 50 очистных и 51 подготовительном
Анализ литературных источников [1 -6] показал, что в отдельных случаях
эффективность гидрорыхления в зонах ГГН более низкая по сравнению с нор-
мальными условиями залегания угольных пластов. Это можно объяснить сле-
дующим: в нормативных документах [2] даны параметры гидрорыхления для
нормальных условий залегания пластов, а применение неизменяемых парамет-
ров при пересечении ГГН приводит к их несоответствию конкретным горно-
геологическим условиям. Наличие зоны ГГН оказывает существенное влияние
на эффективность применения гидрорыхления . Так, за период 1971 - 1994гг. на
участках, где применялось гидрорыхление, произошло 89 внезапных выбросов,
в том числе в зонах ГГН - 37. Анализ показал, что внезапные выбросы происхо-
дили как при выдержанных параметрах гидрорыхления, так и при их наруше-
нии. При выдержанных параметрах способа произошло 40 внезапных выбро-
сов, в том числе в зонах ГГН - 22; при нарушенных параметрах способа зафик-
сировано 49 выбросов, в том числе в зонах ГГН - 15.
Анализ надежности применения контроля эффективности гидрорыхления
показывает, что за период 1975 - 1994гг. произошло 26 внезапных выбросов, в
том числе в зонах ГГН - 10; при выдержанных параметрах гидрорыхления от-
мечено 18 выбросов, в том числе в зонах ГГН - 8; при нарушении параметров
гидрорыхления произошло 8 выбросов, в том числе в зонах ГГН – 2 [1]. Выпол-
ненный анализ указывает на необходимость разработки рекомендаций для по-
вышения эффективности применения гидрорыхления в зонах ГГН, необходимо
также совершенствовать параметры гидрорыхления и контроля эффективности
гидрорыхления по qн.
Применение гидрорыхления в зонах ГГН предусматривает ряд последова-
тельных этапов, процессов и операций: оценка степени выбросоопасности зоны
ГГН; выбор комплекса мер для безопасного пересечения ГГН; выбор парамет-
ров и технологической схемы контроля эффективности гидрорыхления; выбор
параметров и технологической схемы гидрорыхления в случае возможности его
применения; в отдельных случаях проведение серии опытных нагнетаний, а
также уточнение параметров и технологической схемы гидрорыхления и кон-
троля эффективности;
По результатам оценки степени выбросоопасности зоны ГГН - оценка вы-
полняется согласно требований [2]. Принимается решение о возможности при-
менения и осуществления выбора основных параметров гидрорыхления. Ос-
новные параметры гидрорыхления в зонах ГГН необходимо уточнить по срав-
нению с нормальными условиями залегания пластов, поэтому необходимо учи-
тывать следующие факторы: глубину разработки, Н, м; мощность пласта,
т, м; угол падения пласта, а°; крепость угля, fу.е.; степень выбросоопасности зоны
ГГН (определяются по результатам оценки); тип геологического нарушения;
основные параметры нарушения; минимальную величину зоны разгрузки в гео-
логическом нарушении lр, м. Определение величины lр выполняется для веде-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 33
ния горных работ в зонах ГГН по методике, изложенной в работах [1, 2], а оп-
тимальный диаметр скважин для гидрорыхления рекомендуется принимать Ǿ =
42.. .44 мм, а оптимальную длину скважины в нарушениях: lс = 6 ... 8 м. Длина
скважины включает в себя две составляющие глубину герметизации скважины
lг и длину фильтрующей части скважины, lф = 2 м.
Для определения оптимальной величины lг для конкретного геологического
нарушения возможно использовать инженерный метод определения параметров
гидрорыхления [4], основанный на использовании системы коэффициентов, со-
гласно [3] lг рассчитывается по формуле:
5г н fl m к к кα= × × × , (1)
где lг - глубина герметизации скважины, м; т - мощность пласта, м; кн, кα ,
fк - коэффициенты, учитывающие соответственно влияние: глубины горных
работ; угол падения пласта и прочностных свойств угля. Числовые значения
коэффициентов кн, кα , fк приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Значение коэффициентов
Наименование факто-ров и
коэффициентов
Числовые значения влияющих факторов и коэффициентов
Н, м 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
кн 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5
б, град. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
кα 1,01 1,00 0,98 0,95 0,91 0,87 0,83 0,80 0,78 0,77
f 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
fк 1,94 1,30 1,01 0,83 0,71 0,64 0,57 0,50 0,45 0,42
Важной характеристикой напряженного и газодинамического состояния
пласта является величина зоны разгрузки в нарушении lр, которая для уточне-
ния параметров гидрорыхления в зонах ГГН измеряется перед производством
гидрорыхления. Согласно методике, изложенной в работе [1] величина lг в за-
висимости от значения величины lр может выражаться следующей зависимо-
стью:
0, 41 4,54г рl l= + , м (2)
Для зон ГГН характерна высокая степень изменчивости крепости угля (f) и
углов падения пласта (б) - поэтому величину lp необходимо корректировать с
учетом конкретных горно-геологических условий. С этой целью, по мнению ав-
торов [1, 5], для очистных забоев в зоне геологических нарушений величину lг
следует определить по формуле:
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 34
( )0, 4 1 4, 5 4г р fl l к кα= + × × , м (3)
В зонах ГГН, в связи с их высокой неоднородностью, наблюдается также
повышенная изменчивость величины зоны разгрузки 1р, поэтому к расчету сле-
дует принимать ее минимальное измеренное значение. Выбранные основные
параметры гидрорыхления в зоне нарушения уточняются путем проведения не
менее чем в 3-х сериях опытных нагнетаний. Таким образом, путем корректи-
ровки достигается соответствие параметров гидрорыхления конкретным горно-
геологическим условиям.
Рассмотрим наиболее типичные технологические схемы гидрорыхления и
контроля эффективности способа на пологих нарушенных пластах. В зоне ГГН
и на 10-метровых прилегающих к нарушению участках должно буриться опти-
мальное количество скважин для гидрорыхления. Число скважин Nс и техноло-
гические схемы гидрорыхления и контроля эффективности способа применяют
в зависимости от степени выбросоопасности нарушения участка пласта, типа
нарушения и основных его параметров. Для очистных забоев расстояние между
скважинами гидрорыхления рекомендуется принимать не более 2Rэф. Согласно
работ [1, 2] на выбросоопасных и особо выбросоопасных пластах в очистных
забоях, непосредственно в самой зоне нарушения и на 10-метровых прилегаю-
щих к нарушению участках, необходимо вести усиленный контроль эффектив-
ности гидрорыхления.
Технологические схемы гидрорыхления и контроля эффективности для очи-
стных забоев показаны на рис. 1.
Рисунок 1 - Схемы выполнения гидрорыхления и контроля эффективности его применения
для очистных забоев в зонах нарушений: а- структурных; б – пликативных; в - дизъюнктив-
ных (разрывных)
В разрывных геологических нарушениях с амплитудой смещения более по-
ловины мощности пласта, т.е. при значениях А > m/2 применение гидрорых-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 35
ления не рекомендуется.
Проведение подготовительных выработок на особо выбросоопасных уголь-
ных пластах в зонах нарушений всех типов рекомендуется осуществлять с по-
мощью буровзрывных работ в режиме сотрясательного взрывания. На выбро-
соопасных и угрожаемых шахтопластах, в зонах нарушений при выявлении те-
кущим прогнозом опасных зон, подготовительные забои разрешается прово-
дить с применением гидрорыхления в случае возможности бурения скважин
необходимой глубины, при этом обязателен усиленный контроль эффективно-
сти способа (рис. 2).
Рисунок 2 - Схемы выполнения гидрорыхления и контроля эффективности его применения
для подготовительных выработок, проводимых по нарушенным участкам пласта:
а- структурные нарушения; б –утонение мощности пласта; в - увеличения мощности пласта
На рисунке 2 приведены схемы расположения скважин для гидрорыхления и
шпуров и ведения контроля эффективности гидрорыхления по qн для подгото-
вительных выработок, проводимых по следующим типам нарушений: струк-
турных, пликативных в виде утонения или увеличения мощности пласта. Схе-
мы, приведенные на рисунке 2, предназначены для угрожаемых и выбросо-
опасных угольных пластов, а приведенные на рис. 1 – для выбросоопасных
угольных пластов. При этом следует иметь в виду, что на выбросоопасных и
особо выбросоопасных пластах в подготовительных забоях при амплитуде раз-
рывных нарушений А > m/ 2применение гидрорыхления не рекомендовано.
Ниже приведем упрощенный расчет параметров применения данного способа.
Ширина обрабатываемой полосы угля в подготовительных забоях принима-
ется равной:
С = В + 2×в, м, (4)
где В - ширина угольного забоя, м; в - ширина обрабатываемой полосы за кон-
туром выработки, в = Rэф – 1, м.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 36
Число скважин в подготовительных выработках должно быть не менее двух.
Глубина герметизации скважин для подготовительных забоях определяется по
следующей формуле:
п
г г Пl l к= × , (5)
где 1г - расчетное значение глубины герметизации нагнетательных скважин для
очистного забоя, рассчитанное по формуле 3; Пк - коэффициент, учитывающий
соотношение ширины подготовительного забоя В и мощность пласта m). Значе-
ния коэффициента Пк приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Значения коэффициентов Пк
Отношение В/т 2 3 4 5 6 7 8
Пк
0,50 0,58 0,66 0,75 0,84 0,92 1,00
Подставляя в зависимость (5) выражение (3) получим окончательное значе-
ние глубины герметизации скважин для подготовительных забоях, которое вы-
ражается в следующем виде:
( )0, 41 4,54г р f Пl l к к кα= + × × × . (6)
Рассчитанные значения 1г для практического применения округляются с
точностью до 0,5 м. В качестве дополнительной меры безопасности при пересе-
чении геологических нарушений в очистных выработках необходимо приме-
нять дистанционное управление комбайном при выемке угля, независимо от ре-
зультатов гидрорыхления и контроля эффективности. При наличии предупре-
дительных признаков выбросоопасности при бурении скважин для гидрорых-
ления (шпуров для контроля эффективности) как в очистных, так и в подгото-
вительных выработках необходимо прекратить работы, и в дальнейшем выемку
угля осуществлять сотрясательным взрыванием.
Применение изложенных рекомендаций по ведению гидрорыхления в зонах
ГГН на пологих пластах будет способствовать повышению эффективности гид-
рорыхления, однако для обеспечения более высокого уровня безопасности ве-
дения горных работ в особо сложных условиях разработки шахтопластов, необ-
ходимо проведение дополнительных исследований.
Для повышения эффективности выполнения противовыбросных мероприя-
тий, основанных на использовании нагнетаемой жидкости в угольный пласт
ИГТМ НАН Украины совместно с МакНИИ были разработаны рекомендации,
которые были направлены на уточнение режимов и параметров нагнетания
жидкости. [6]. Сущность разработанных рекомендаций заключается в следую-
щем. Предлагаемые противовыбросные мероприятия, основанные на нагнета-
нии жидкости в выбросоопасный угольный пласт, включающие в себя такие
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 37
элементы, как: выбор места и режима нагнетания жидкости, бурение в уголь-
ный пласт нагнетательных скважин, оборудование в них герметизирующей и
фильтрационной части, герметизацию устьев этих скважин и контроль за со-
стоянием массива. Кроме этого, рекомендуется предварительно исследовать
угольный пласт по крепости, выделить наиболее крепкие и наиболее мягкие
пачки угля. Расстояние между нагнетательными скважинами принимают рав-
ным не более двух радиусов эффективной пропитки жидкостью. Причем, гер-
метизирующую часть скважин рекомендовано оборудовать по наиболее креп-
ким пачкам, а фильтрующую часть в наиболее мягкой пачке угольного пласта.
В зависимости от горно-технологических условий в забое применяют один
из видов регулируемого нагнетания жидкости в пласт в режиме гидрорыхления,
гидроотжима, низконапорного или регионального увлажнения [6]. Сущность
предлагаемых рекомендаций проиллюстрирована рисунками 3 – 8. Так, на ри-
сунках 3 и 4 представлены технологические схемы регулируемого гидроотжи-
ма, причем на рис. 3 представлена схема при мощности пачки прочного угля не
менее 1 м; а на рисунке 4 в любых других условиях. На рисунке 5 представлена
схема расположения нагнетательных скважин для гидрорыхления в очистном
забое крутого угольного пласта, причем на рис. 5,а приведена схема с исполь-
зованием одной скважины в уступе, а на рисунке 5,б - при использовании двух
скважинах в уступе. На рисунках 6 и 7 приведены технологические схемы рас-
положения скважин при гидрорыхлении в очистном забое пологого угольного
пласта, причем на рис. 6 - в прямолинейной части забоя, а на рис. 7 в комбайно-
вой нише. На рисунке 8 представлена технологическая схемы расположения
скважин при гидрорыхлении в забое подготовительной выработки на крутых
угольных пластах (рис. 8,а) и пологих пластах (см. рис. 8,б).
Рисунок 3 - Технологическая схема регулируемого гидроотжима при мощности пачки
прочного угля в пласте, не менее 1 м
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 38
Рисунок 4 - Технологическая схема регулируемого гидроотжима
а б
Рисунок 5 – Технологические схемы расположения нагнетательных скважин для гидрорых-
ления в очистном забое крутого угольного пласта: а - с использованием одной скважины в
уступе, б - с использованием двух скважинах в уступе
Рисунок 6 - Технологическая схема расположения скважин при гидрорыхлении в очистном
забое пологого угольного пласта в прямолинейной части забоя
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 39
Рисунок 7 - Технологическая схема расположения скважин при гидрорыхлении в очистном
забое в комбайновой нише
а б
Рисунок 8 – Технологические схемы расположения скважин при гидрорыхлении в забое
подготовительной выработки: а - на крутых угольных пластах;
б - на пологих пластах
При нагнетании жидкости в угольный пласт в режиме гидроотжима глубину
герметизации нагнетательных скважин определяют по формулам: для очистных
забоев lг=(3,2±1)×m ≥2 м и для подготовительных забоев lг=(7,5±1)×S/P≥2 м,
где S - площадь угольного забоя, м2; P - периметр угольного забоя, м; m - мощ-
ность пласта, м, а давление нагнетаемой в пласт жидкости принимают Pmax =
(0,8-2)γ H+ Pc, где Pc- потери напора в гидросистеме, МПа.
Длина шпура l принимается на величину la, равную 0,3 м, превышающую
глубину герметизации пласта lг. Технологическая схема гидроотжима приведе-
на на рис. 3 и 4, где приведены схемы для условий: на рис. 3 при наличии в се-
чении выработки пачки прочного угля мощностью не менее 1 м; на рис. 4 в
любых других условиях. Количество шпуров и их расположение принимаются
в соответствии с выбранной технологией. На схемах приведены следующие
обозначения: 1, 2 - положения забоя выработки при очередном гидроотжиме; 3
- шпуры гидроотжима; 4 - загерметизированный участок шпура; 5 шпуры для
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 40
контрольных реперов; 6, 7 – образовавшаяся щель и трещина в результате гид-
роразрыва.
Насосные установки, предназначенные для гидроотжима, устанавливаются
на свежей струе воздуха на расстоянии кровли не менее 120 м от забоя подго-
товительной выработки и не менее 30 м от забоя очистной выработки. Допус-
каются установки насоса на вентиляционном штреке на исходящей струе при
производстве гидроотжима в очистном забое и наличии средств обеспечения
безопасности рабочих. Cкорость нагнетания принимают не менее 15 л/мин.
Шпуры для гидроотжима должны были бурить в наиболее мощной пачке пла-
ста, в которой достигается их качественная герметизация. В подготовительных
выработках для обеспечения качественной герметизации бурят шпур из пород-
ного забоя на пласт.
Неснижаемое опережение отжатой зоны lн.о. рекомендуется, как правило, не
менее 0,7 м для очистных забоев и не менее 1 м для подготовительных забоев.
В очистных забоях нагнетательные скважины бурят перпендикулярно к за-
бою, в кутках под углом, обеспечивающим выход фильтрующей части скважи-
ны непосредственно за его контур, пункт замера выдвигания пласта располага-
ют на расстоянии 0,5 м от кутка, посредине между шпурами.
В подготовительных забоях гидроотжим производят не менее чем через две
скважины, устья которых находятся на расстоянии 1 м от боксов выработки, а
фильтрующие части скважин - непосредственно за ее контуром. При ширине
угольного забоя 2,5 м и менее гидроотжим производится через один шпур, про-
буренный в средней части забоя. Пункты замера выдвигания пласта в подгото-
вительных выработках должны быть расположены в угольном забое по обе
стороны от нагнетательного шпура на расстоянии 0,5 м от боков выработки и
посередине между шпурами. Гидроотжим считается эффективным при отжиме
кромки забоя в очистных забоях не менее 0,01×lг, в подготовительных забоях не
менее 0,02×lг, а осмотр забоя после гидроотжима осуществляют не менее чем за
20 мин после отключения насоса и при концентрации метана в атмосфере менее
1%.
При нагнетании жидкости в пласт в режиме гидрорыхления, в соответствии
с рекомендациями, длина нагнетательных скважин составляет 6-11 м, глубина
герметизации 4-8 м, а величина неснижаемого опережения принимается равной
длине фильтрующей части скважины. Количество жидкости, подаваемой в одну
скважину, составляет:
Q = 2Rэф×g×mγ уг (lг+ lн.о.)/1000, (7)
где g - удельный (расчетный) расход жидкости, л/т; m - мощность угольного
пласта, м; γ уг - удельный вес угля, кг/м3; Lг - глубина герметизации шпура, м;
lн.о. - величина неснижаемого опережения 1 м, а эффективный радиус нагнета-
ния равен Rэф ≈ 0,8 lг. Кроме того, ширину гидрообрабатываемой полосы в под-
готовительных выработках принимают равной C= В +2b, где B - ширина выра-
ботки, м; b - ширина обрабатываемой полосы за контуром выработки, м.
Гидрорыхление считают эффективным при подаче расчетного количества
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 41
жидкости в скважину или появлении жидкости на плоскости забоя и снижении
давления в высоконапорном трубопроводе не менее чем на 30%.
При низконапорном увлажнении диаметр нагнетательных скважин прини-
мают равным 45-100 мм, глубину герметизации принимают равной не менее
5 м при диаметре скважины 45-60 мм и не менее 10 м при большем диаметре, а
объем жидкости, закачиваемый в скважину, определяют с использованием за-
висимости:
Q = 2Rэф×l×mγ g, (8)
где l - длина скважины, м; m - мощность угольного пласта, м; g - норма подачи
жидкости на 1 т угля, при этом давление нагнетания жидкости в пласт прини-
мают равным не более 0,75γ Н, причем расчетную влажность угля для эффек-
тивного нагнетания жидкости в пласт принимают не менее 6%.
Эффективный радиус нагнетания жидкости составляет Rэф≈0,8×lг. Выемку
угля после гидрорыхления производят на глубину не более, чем на глубину lг.
Давление при нагнетании жидкости Pн=(0,75-2)× γ H. Темп нагнетания состав-
ляет не менее 3 л/мин.
Для герметизации скважин применяют рукавные гидрозатворы длиной не
менее 2,5 м с использованием удлинителей, позволяющих устанавливать гидро-
затворы на требуемой глубине. В случае, если гидрозатвор длиной 2,5 м не
обеспечивает надежную герметизацию скважин, применяют гидрозатворы
большей длины. Для улучшения качества герметизации в очистных забоях кру-
тых пластов, сложенных мягкими и сыпучими углями, бурение и герметизацию
скважин осуществляют заранее при наличии (помимо неснижаемого опереже-
ния) обработанной ранее зоны, соответствующей суточному подвиганию забоя.
Нагнетание воды производят через одну или несколько скважин отдельными
насосными установками, расположенными на расстоянии не ближе 30 м от на-
гнетаемой скважины. Перед началом нагнетания производят проверку высоко-
напорного водопровода на герметичность. На высоконапорном трубопроводе
не более 15 м от гидрозатвора и у насосной установки должены быть установ-
лены манометры и разгрузочный вентиль-тройник, регулированием которого
обеспечивается плановое повышение или сброс давления. Нагнетание воды в
пласт необходимо начинать с плавным повышением давления до максимально-
го его значения в течение 3-5 мин.
При региональном увлажнении угольных пластов нагнетание жидкости
производят через длинные скважины диаметром 80-110 мм, пробуренные впе-
реди очистных или подготовительных забоев с опережением, при этом ширину
зоны опережения увлажненного участка определяют по формуле Lувл=lн.з.+Vзаб,
где lн.з. - неснижаемый запас увлажнения, необходимый для выдержки увлаж-
ненного участка в течении одного месяца; Vзаб - скорость подвигания забоя,
м/мес, а увлажнение выбросоопасных пластов осуществляют до содержания
физически связанной жидкости в угле 2-3%, причем глубину герметизации
скважин принимают равной половине расстояния между нагнетательными
скважинами.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 42
При низконапорном увлажнении пласта диаметр нагнетательных скважин
составляет 45-100 мм. Длина скважин не ограничивается. Глубина герметиза-
ции принимается равной не менее 5 м при диаметре скважины 45-60 мм и не
менее 10 м при большем диаметре. Неснижаемое опережение увлажненной зо-
ной забоя выработки должно составлять не менее 5 м. Расстояние от стенок вы-
работки до границы увлажненной зоны должны составлять не менее 5 м. Дав-
ление нагнетания воды не должно превышать 0,75γ H. Объем закачиваемой
жидкости определяют:
Q=2Rэфlmγ g, (9)
где l - длина скважин, м; m - мощность угольного пласта, м; g - норма подачи
жидкости на 1 т угля.
Скважины для увлажнения бурят по крепкой пачке пласта. Герметизацию
скважин осуществляют рукавными гидрозатворами или цементно-песчаным
раствором. При увлажнении пласта через барьерные скважины нагнетание воды
можно производить через обе скважины одновременно. Для повышения качест-
ва увлажнения нагнетание воды необходимо производить с перерывами на 1-
2 ч в смену. Увлажнение считается законченным после подачи в скважины
жидкости до достижения заданной влажности угля.
При применении способа в условиях выбросоопасных угольных пластов не-
обходимо выполнять оценку эффективности гидрорыхления и осуществлять
контроль его параметров следующим образом. Так, при контроле гидрорыхле-
ния пласта оценивают соответствие паспортным следующих параметров: длины
и расположения скважин, глубины их герметизации, величины неснижаемого
опережения, давления и количества нагнетаемой воды. Каждая насосная уста-
новка должна быть снабжена водомером, предохранительным клапаном и ма-
нометром, а контроль их проверяют в процессе ведения работ по гидрорыхле-
нию. Давление воды и темп нагнетания определяют по показаниям манометра и
водомера через каждые 5 мин после начала нагнетания. При этом фиксируют
максимальное и конечное давление, средний темп нагнетания и суммарный
расход воды, закачанной в скважину. Контроль эффективности гидрорыхления
осуществляют в соответствии с требованиями нормативных документов [1, 7].
Кроме того, при выполнении мероприятия необходимо обязательно выпол-
нять ряд мер безопасности. При гидрорыхлении оборудование и приборы
должны отвечать требованиям заводских инструкций, а состояние и работоспо-
собность оборудования для нагнетания воды в пласт должны проверяться перед
каждым циклом нагнетания лицом технического надзора.
Для предотвращения самопроизвольного выбрасывания гидрозатвора из
скважины перед нагнетанием воды его прикрепляют гибкой связью (цепью,
тросом) к элементу крепи.
В очистных забоях на пологих пластах при выполнении гидрорыхления ме-
жду местом нахождения людей, занятых нагнетанием, и местом установки на-
соса должна быть налажена переговорная связь.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 43
При выполнении гидрорыхления запрещается соединять, разъединять и ре-
монтировать высоконапорную арматуру, если высоконапорный трубопровод
находится под давлением; эксплуатировать высоконапорный трубопровод при
нарушении его герметичности и оставлять без присмотра работающую насос-
ную установку во время нагнетания жидкости.
Таким образом, как правило, эффективность применения гидрорыхления в
зонах геологических нарушений существенно более низкая по сравнению с
нормальными условиями залегания угольных пластов, поскольку параметры
мероприятия рассчитаны для нормальных условий залегания пластов. Для зон с
повышенной нарушенности угля разработаны рекомендации по совершенство-
ванию выполнения гидрорыхления со специальными технологическими схема-
ми и параметрами его выполнения.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Горные работы в сложных условиях на выбросоопасных угольных пластах // С.П. Минеев,
А.А. Рубинский, О.В. Витушко, А.Г. Радченко – Донецк: Східний видавничий дім, 2010.- 603 с.
2. СОУ 10.1.00174088.011-2005 Правила ведения горных работ на пластах, склонных к газодина-
мическим явлениям. – Киев: Минуглепром Украины, 2005. – 225 с.
3. Рубинский А.А. Эффективность гидрорыхления в зонах геологических нарушений на пологих
шахтопластах / А.А. Рубинский, А.Г. Радченко, А.И. Резниченко // Способы и средства создания
безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб. научн. трудов МакНИИ. – Макеевка:
МакНИИ, 1995. – С. 84-91.
4. Балинченко И.И. Инженерный метод, определения параметров гидрорыхления угольного пла-
ста / И.И. Балинченко, Л.Ф. Горягин, А.И. Резниченко А.И. // Способы создания безопасных и здоро-
вых условий труда в угольных шахтах: Сб. научн. тр. МакНИИ.- Макеевка: Донбасс, 1983.- С. 48-50.
5. Выбор параметров гидрорыхления для предотвращения выбросов в конкретных горно-
геологических условиях / И.И. Балинченко, Л.Ф. Горягин, Т.Я. Мхатвари, А.И. Резниченко // Совер-
шенствование технологии строительства горных предприятий - Донецк: ЦБНТИ, 1992.- С. 125- 135.
6. Патент России 20067181 МПК6 E21F5/00. Способ снижния газодинамической активности вы-
бросоопасного пласта / С.П. Минеев, Л.А. Вайнштейн, А.А. Рубинский, Л.Ф. Горягин.- Заявл.
16.01.1992.- Опубл. 27.09.96, 1996.- Бюл. 18.- 14 с.
7. Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах: Сборник документов. Серия
05. Выпуск 2. – 2-е изд., испр. – М.: Государственное предприятие. Научно-технический центр по бе-
зопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2001. – 320 с.
REFERENCES
1. Mineev, S.P., Rubinsky, A.A., Vitushko, O.V. and Radchenko, A.G. (2010), Gorniye raboty v
slozhnich usloviyakh na vybrosoopasnykh ugolnikh plastakh [Mining operations in difficult conditions on the
outburst coal seams], Shіdny vidavnichy Dim, Donetsk, Ukraine.
2 . Ministry of Coal Industry of Ukraine (2005), JMA 10.1.00174088.011-2005: Pravila vedeniya
gornikh rabot na plastakh, sklonnikh k gazodinamicheskim yavleniyam [JMA 10.1.00174088.011-2005,
Rules mining in seams prone to gas-dynamic phenomena], Ministry of Coal Industry of Ukraine, Kiev,
Ukraine.
3 . Rubinsky, A.A., Radchenko, A.G. and Riznichenko, A.I. (1995), "Gidroryhleniya efficiency in areas
of geological disturbances on gentle shahtoplastah", Methods and means of providing a safe and healthy
working conditions in coal mines : Sat Nauchn . MAKNii works, pp. 84-91.
4 . Balinchenko, I.I., Goryagin, L.F. and Reznichenko, A.I. (1983), "Engineering method of determining
the parameters gidroryhleniya coalbed", Methods of providing a safe and healthy working conditions in coal
mines : Sat Nauchn . MAKNii works, pp. 48-50.
5 . Balinchenko, I.I. , Goryagin, L.F. , Mhatvari, T.Ya. and Reznitchenko, A.I. (1992), Vybor paramet-
rov gidrorykhleniya dlya predotvrashcheniya vybrosov v konkretnykh gorno-geologicheskikh usloviyakh [Se-
lection of parameters gidroryhleniya to prevent emissions in specific geological conditions], Improvement of
construction technology of mining enterprises, Donetsk, Ukraine.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 44
6. Mineev, S.P., Weinstein, L.A., Rubinsky, A.A. and Goryagin, L.F., Russian Patent 20067181 MPK6
E21F5/00 (1996), Sposob snizheniya gazodynamicheskoy aktivnosti vybrosoopasnogo plasta [Method lower-
ing of gas-dynamic activity of outburst seam], Moscow, Russia.
7. Warning gasdynamic phenomena in coal mines : A Collection of Documents (2001), State Enterprise
. Scientific and Technical Center for Industrial Safety Gosgortechnadzor Russia, Moscow, Russia.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Минеев Сергей Павлович, д-р техн. наук, профессор, зав. отделом управления динамическими
проявлениями горного давления Института геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Ук-
раины (ИГТМ НАН Украины), sergmineev@gmail.com.
Потапенко Александр Алексеевич, инженер, генеральный директор "Донецкая угольная энерге-
тическая компания" (ДУЭК).
About the authors
Mineev Sergey Pavlovich, Doctor of Technical Sciences (D.Sc.), Professor, Head of Department of
Pressure Dinamic Control in Rocks of the N.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics NAS of
Ukraine, sergmineev@gmail.com.
Potapenko Alexander Alekseyevich, Master of Science, General Director of "Donetsk Coal Energy
Company" (DUEK).
–––––––––––––––––––––
Анотація. Розроблено рекомендації по вдосконаленню параметрів способу гідророзпу-
шування привибійної частини викидонебезпечного вугільного пласта під час ведення гірсь-
ких робіт в зонах геологічних порушень і запропоновані заходи виконання даного противи-
кидного заходу, що підвищують безпеку і ефективність робіт. В рекомендаціях наведено
технологічні схеми виконання способу і контролю ефективності його вживання для структу-
рних плікативних і диз'юнктивних (розривних) порушень. Дані основні вимоги при експлуа-
тації високонапірної арматури, трубопроводу, який знаходиться під тиском, і насосної уста-
новки, що працює під час нагнітання рідини.
Ключові слова: гідророзпушування, викид, газодинамічні явища.
Abstract. Developed recommendations for improving the process parameters of the bottomhole
gidroryhleniya outburst coal seam during mining operations in areas of geological faults and sug-
gested measures to enhance security and efficiency of the present protivovybrosnogo event. The
recommendations are flow diagrams of the process and monitor the effectiveness of its application
for structural multiplicative and disjunctive (discontinuous ) violations. Are the basic requirements
when operating high-pressure valves , piping under pressure and working during liquid injection
pump installation .
Keywords: gidroripping , emission, gas-dynamics effects.
Статья поступила в редакцию 25.02.2014
Рекомендовано к печати д-ром техн. наук К.К. Софийским
mailto:sergmineev@gmail.com�
http://www.multitran.ru/c/m.exe?t=670582_1_2&s1=%E3%E0%E7%EE%E4%E8%ED%E0%EC%E8%EA%E0�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 45
УДК 551.508.53.001.5:533.6
Т.В. Бунько, д-р техн. наук, ст. научн. сотр.,
М.Н. Дудник, мл. научн. сотр.,
В.Н. Веретенник, мл.научн.сотр,
А.И.Вишницкий, мл. научн. сотр
(ИГТМ НАН Украины)
А.Ш. Жалилов, инженер
(ГП «Селидовуголь»)
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
КРЫЛЬЧАТКИ ТАХОМЕТРИЧЕСКОГО АНЕМОМЕТРА ПРИ
ВОЗДЕЙСТВИИ МАКСИМАЛЬНОГО СКОРОСТНОГО ПОТОКА
ВОЗДУХА
Т.В. Бунько, д-р техн. наук, ст. наук. співр.,
М.Н. Дуднік, мол. наук. співр.,
В.М. Веретеннік, мол. наук. співр.,
О.І. Вишницький, мол.наук. співр.
(ІГТМ НАН України)
А.Ш. Жалілов, інженер
(ДП «Селідоввугілля»)
ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФУНКЦІОНУВАННЯ
КРИЛЬЧАТКИ ТАХОМЕТРИЧНОГО АНЕМОМЕТРА ПІД ЧАС ДІЇ
МАКСИМАЛЬНОГО ШВИДКІСНОГО ПОТОКУ ПОВІТРЯ
T.V. Bunko, D.Sc. (Tech.), Senior Researcher,
M.N. Dudnik, M.S.(Tech.),
V.N. Veretennik, M.S. (Tech.),
A.I. Vishnitskiy, M.S. (Tech.)
(IGTM NAS of Ukraine)
A.Sh. Zhalilov, M.S. (Tech.)
(SE «Selidovugol»)
SPECIFICITY OF TACHMETER ANEMOMETER IMPELLER
OPERATION UNDER THE ACTION OF MAXIMAL VELOCITY FLOW
Аннотация. В статье проанализированы особенности функционирования крыльчаток со-
временных тахометрических приборов, изготавливаемых из различных материалов в миро-
вой горнотехнической практике. Отмечено, что основным показателем их эффективной ра-
боты является механическая прочность при воздействии различных скоростных потоков воз-
духа при сохранении необходимой точности измерений при их предельно возможных значе-
ниях. Приведен метод расчета напряжений, вызывающих изгибающие моменты в крыльчатке
от скоростного напора набегающего на нее воздушного потока, позволяющий выбрать опти-
мальный материал для ее изготовления с учетом всех влияющих на качество измерений фак-
торов. Также изложены основные положения метода измерения сечений горных выработок
произвольной формы. Полученные результаты могут быть использованы при совершенство-
вании существующей модели АПР-2, а также при создании опытного образца прибора кон-
троля расхода воздуха и депрессии горных выработок.
_______________________________________________________________________________
© Т.В. Бунько, М.Н.Дудник, В.Н. Веретенник, А.И. Вишницкий, А.Ш. Жалилов, 2014
|