Проведение выработок по выбросоопасным породам в незащищенных зонах осуществляют с применением прогноза их выбросоопасности и способов борьбы с выбросами.
При подходе вскрывающей выработки к выбросоопасному песчанику из забоя выработки, начиная с 10 м по нормали, бурят не менее двух (с 5 м керновых) разведочнык скавжин глубиной более 5 м для уточнения условий залегания песчаника.
Перед вскрытием выбросоопасного песчаника или песчаника, выбросоопасность которого неизвестна, на глубине 600 м и более при подходе к нему с расстояния не менее 4 м необходимо осуществлять прогноз выбросоопасности.
Если прогноз выбросоопасности не производят или прогнозом установлено, что пласт песчаника выбросоопасный, то подход к нему с расстояния не менее 4 м, пересечение и отход от него на расстояние не менее 4 м при проведении выработки буровзрывным способом осуществляют в режиме сотрясательного взрывания.
Вскрытие выбросоопасного песчаника мощностью 0,5 м и менее на глубине более 600 м производят сотрясательным взрыванием без предварительного прогнозирования выбросоопасности и без применения противовыбросных мероприятий.
При проведении выработок буровзрывным способом вблизи выбросоопасного песчаника взрывные работы должны вестись в режиме сотрясательного взрывания при расстоянии по нормали от песчаника высокой степени выбросоопасности менее 4 м, средней степени выбросоопасности — менее 3 м и низкой степени выбросоопасности — менее 2 м.
В неопасных зонах, установленных прогнозом, проведение выработок может осуществлятся без применения противовыбросных мероприятий, а взрывные работы — в режиме, предусмотренном для газовых шахт. Проведение выработок по выбросоопасным породам без применения способов борьбы с выбросами производится при опережающей отработке защитного угольного пласта.
При проведении выработок в выбросоопасных породах следует применять шпуры длиной 1,6-1,8 м. При проходке вертикальных стволов буровзрывным способом по выбросоопасным породам допускается длина шпуров не более 4,5 м.
При проходке вертикальных стволов комбайнами управление комбайном при вскрытии и пересечении выбросоопасных песчаников должны осуществлять дистанционно с поверхности при полном отсутствии людей в стволе и на поверхности не ближе 50 м от ствола.
Прогноз выбросоопасности пород (песчанников) Донбасса. Выбросопасность пород прогнозируется по данным разведочного бурения с поверхности или из горных выработок. Прогнозирование осуществляют по делению кернов на диски и наличию в кернах кольцевых трещин, комплексному показателю «В», величине эффективной поверхностной энергии (ЭПЭ) и акустическим методом (применяется только при проведении выработок).
Прогноз по данным разведочного бурения с поверхности дает возможность оценить выбросоопасность пород в пределах геолого-промышленного района или отдельных шахтных полей с целью выбора при проектировании шахт наиболее устойчивых и невыбросоопасных пород для проведения полевых выработок. В случае если пласт песчаника по данным разведочного бурения определен как выбросоопасный, степень его выбросоопасности может быть уточнена при проведении выработок на основании анализа кернового материала, полученного при бурении скважин диаметром 59-76 мм в направлении подвигания забоя, или по величине ЭПЭ.
Характерной особенностью дисков и кольцевых трещин, образующихся при бурении керновых скважин в выбросоопасных пластах песчаника, отличающнй их от дисков и трещин, образование которых обусловленно не выбросопасностью, а режимом бурения или петрографическими особенностями песчанника, является перпендикулярность к оси скважин плоскостей ограничивающих кольцевые трещины или диски выпукло-вогнутой формы, с выпуклостью, направленной в сторону забоя скважины.
Признаки степени выбросоопасности пород следующие: наличие более 30-40 выпукло-вогнутых дисков в I м кернов — зона высокой степени опасности, возможны выбросы силой более 500 т; наличие в 1 м кернов не более 20-30 дисков, перемежающихся породными цилиндрами длиной 50-100 мм с характерными кольцевыми трещинами — зона средней степени опасности, возможны выбросы силой менее 500 т; выход кернов размером 150-200 мм и более, опоясанных трещинами и перемежаемых единичными дисками — зона невысокой степени опасности, возможны выбросы до 50-100 т; отсутствие дисков (кольцевых трещин) — зона невыбросоопасная.
Определение выбросоопасности пластов песчаников комплексному показателю «В» ведут в следующем порядке.
I этап. Осуществляют визуальный осмотр кернового материал с глубины свыше 600 м, описывают структурно-текстурные особенности песчаников, на основании чего их разделяют по зернистости и слоистости на генетические типы, выделяют более светлые (темные) слои, особое внимание обращают на наличие и регистрацию выпукло-вогнутых дисков и характер кольцевых трещин.
II этап. Производят отбор проб песчаника: в местах разделения кернов на диски или наличия кольцевых трещин (выбросоопасный слой); в этом же пласте песчаника, но в невыбросоопасном слое (или в ближайшем пласте песчаника), который характеризуется, во-первых отсутствием дисков или кольцевых трещин, во-вторых более темным цветом.
Пробы не отбирают и песчаники на глубинах 600 м и более относят к невыбросоопасным на участках детальной разведки и доразведки углей марок Д, Т, А, а также части марки Г со значениями показателя отражения R0 менее 0,75 у.е. и содержания углерода С менее 84%.
Ш этап. При наличии в керне песчаника дисков (кольцевых трещин) по пробам, отобранным в выбросоопасном и невыбросоопасном слоях, определяют по стандартным методикам: временное сопротивление растяжению по методу раскалывания кернов, пористость общую или эффективную, содержание цемента, кварца обломочного и кварца регенерированного; размеры зерен породообразующих материалов.
1У этап. Сопоставляют величины показателей, характеризующих свойства песчаников выбросоопасного и невыбросоопасного пластов (слоев). Пласт песчаника, в котором обнаружено разделение керна на диски (наличие кольцевых трещин), относят к выбросоопасным, если при выполнении экспериментальных работ, предусмотренных этапом Ш, будет установлено отличие физико-механических и петролого-минералогических свойств песчаников различных слоев, при котором: временное сопротивление растяжению песчаника выбросоопасного слоя в 1,5-2 раза ниже временного сопротивления растяжению песчаника невыбросоопасного слоя; пористость песчаника выбросоопасного слоя в 1,5-2 раза выше пористости песчаника невыбросоопасного слоя того же пласта; процентное содержание кварца в песчаниках выбросоопасных слоев в 1,3-1,5 раза больше, процентное содержание цемента в 2-3 раза меньше, а размеры зерен породообразующих минералов примерно в 2 раза больше чем в песчаниках невыбросоопасных слоев одного и того же выбросоопасного пласта.
Отсутствие выбросоопасности у песчаников, в керне которых не обнаружены диски (кольцевые трещины), дополнительно контролируется путем сопоставления с табличными показателями выбросоопасности.
Комплексный критерий выбросоопасности «В» определяют как среднеарифметическое критериев выбросоопасности для двух групп показателей. Слои песчаников, характеризующиеся величинами «В» в пределах 0,8-1,0, относят к высокой степени выбросоопасности. При величине В, равной 0,6-0,8 и 0,4-0,6, песчаники относят соответственно к средней и низкой степени выбросоопасности. Критерий «В», меньший 0,4, указывает, что слои песчаников являются невыбросоопасныыи. Выбросоопасность песчаников в интервалах, где керн разделился на диски, соответствует критерию «В», равному 0,8-1,0, в интервалах развития кольцевых трещин — 0,6-0,8.
Прогноз выбросоопасности пород по эффективной поверхностной энергии (ЭПЭ) осуществляют по данным разведочного бурения с поверхности или из горных выработок. Длина и диаметр скважин не ограничиваются.
Определение выбросоопасности песчаника ведут в следующем порядке.
I этап. Производят отбор проб песчаника: в скважинах, пробуренных вкрест простирания, с каждого метра или с каждого слоя, если мощность его менее I м; в скважинах, пробуренных по простиранию через 2,5 м. Пробы отбирают в виде части керна длиной не менее 200 мм. При делении кернов на диски отбирают несколько дисков общей длиной не менее 200 мм.
II этап. Из каждой отобранной пробы изготавливают не менее трех образцов для определения величины эффективной поверхностной энергии по стандартной методике — модуль упругости.
Ш этап. Для каждой пары смежных проб определяют фактический перепад поверхностной энергии по отношению величин ЭПЭ дальнего слоя к ближнему относительно забоя выработки.
Песчаник считают выбросоопасным, если величина фактического перепада n = Г2/Г1 больше расчитаного по формуле крического значения, а фактическая (измеренная) эффективная поверхностная энергия больше ее критического значения
где Г1 и Г2— ЭПЭ ближнего и дальнего слоя соответственно; Е2 — модуль упругости дальнего слоя, кгс/см2.
Для проведения акустического прогноза применяют звукоулавливающую аппаратуру типа ЗУА и низкочастотные анализаторы спектров типа С4-48. Сейсмоприемник помещают в шпур диаметром 42 мм, который бурят на расстоянии 15-50 м в бок выработки в выбросоопасном слое песчаника на глубину не менее 1 м, жестко расклинивают и герметизируют.
До начала ведения прогноза на пласте песчаника проводят разведочные наблюдения. Для этого по оси будущей выработки в выбросоопасном слое песчаника бурят разовую керновую скважину и проводят оценку выбросоопасности песчаника по делению кернов на диски.
При проведении выработки комбайном в разведанной зоне породного массива определяют среднее значение отношения амплитуд в невыбросоопасной зоне. Оценку выбросоопасности пород производят по критерию, представляющему собой отношение Кп текущих значений амплитуд акустического сигнала, определенных на частотах 2000 и 300 Гц в прогнозируемой зоне Кi, к среднему значению отношения амплитуд акустического сигнала на этих же частотах в неопасных зонах Кн. Прогноз «опасно» меняют на «неопасно» при снижении значений критерия прогноза до величины Кп<1 и подвиганием забоя выработки на 2 м.