Прогноз выбросоопасности по геологоразведочным данным. Прогноз производится геологоразведочными организациями, в том числе по данным геологоразведочных скважин, пробуренных с поверхности.
Шахтопласт относится к невыбросоопасным независимо от глубины разработки и природной газоносности, если комплексный показатель степени метаморфизма М > 27,7 у.е. или lgρ < 3,3, а также, если для углей конкретной степени метаморфизма природная газоносность или глубина разработки меньше значений, указанных в таблице 21.3. Расчет комлексного показателя М производится при Vdaf = 9–29% по формуле М = Vdaf – 0,16у, у.е., при Vdaf > 29% по формуле М = [(4Vdaf –91)/(у + 2,9)+24], у.е., где у – толщина пластического слоя угля при спекании, мм (для неспекающихся углей у = 0).
В остальных случаях с глубины, определяемой данными таблицы 21.3, осуществляется прогноз выбросоопасности шахтопластов.
Таблица 21.3 – Характеристики шахтопластов, определяющие отнесение их к выбросоопасным или неопасным, разрабатываемым с прогнозом выбросоопасности
| Выход летучих веществ Vdaf, % | Предельные значения комплексного показателя степени метаморфизма, М, у.е. | Критическая природная газоносность, м3/т.с.б.м. | Критическая глубина разработки, м |
|---|---|---|---|
| Более 29 | 26,3-27 24,5-26,2 23,7-27,6 | 8 9 | 400 380 |
| 9-29 | 17,6-23,6 13,5-17,5 ≤ 13,4 | 11 12 13 | 320 270 230 |
| Менее 9 |
| 15 | 150 |
Прогноз выбросоопасности участка шахтопласта в месте вскрытия его полевой выработкой. Способ осуществляют работниками службы прогноза шахты при оказании научно-технической помощи МакНИИ. При подходе вскрывающей выработки к пласту или пропластку мощностью не менее 0,2 м, начиная с 10 м по нормали к предполагаемому их залеганию, производится бурение разведочных скважин глубиной не менее 5 м для уточнения положения пласта (пропластка). На расстоянии не менее 3 м по нормали бурят контрольные скважины (шпуры), в которых с помощью механического газозатвора ЗГ-1 или пневматического типа ПГШ-1 и прибора ПГ-2м измеряют скорость газовыделения q, а с помощью кернонаборника отбирают пробы угля для определения в МакНИИ крепости угля f и иодного показателя ΔJ.
Ситуация перед вскрытием оценивается как невыбросоопасная, если максимальные значения определяемых показателей одновременно сооответствуют выполнению трех условий: q ≤ 2 л/мин; ΔJ ≤ 3,5 мг/г; f ≥ 0,6 у.е. Если хотя бы один из трех показателей не соответствует указанному условию, ситуация считается опасной и вскрытие пласта (пропластка) осуществляется при прогнозе «опасно».
Текущий прогноз выбросоопасности по начальной скорости газовыделения из шпуров. Сущность способа текущего прогноза выбросоопасных зон заключается в следующем. С целью получения исходных данных для текущего прогноза не более чем 25 м от геологического нарушения производят разведочные наблюдения. В подготовительных выработках эти наблюдения включают измерения начальной скорости газовыделения qн (л/мин) в интервале 3,0-3,5 по длине шпура с помощью прибора ПГ-2МА и газозатворов ЗГ-1 или ПГШ-1, крепости угля f (у.е.) в шпуре глубиной 2 м прибором ПК-1 и общей мощности пласта m (м) в крайних точках забоя в пяти циклах проходки. В очиcтных выработках измерения проводят в пяти пунктах (шпурах) расположенных равномерно по длине забоя. На участке разведочных наблюдений производят также отбор десяти проб угля для определения объемного выхода летучих веществ угля по массе Vdaf (%).
На основании обработки результатов разведочных наблюдений получают исходные данные для текущего прогноза: максимальную начальную скорость газовыделения шпуров qнmax (л/мин), средние арифметические значения крепости угля fср (у.е.) и удельного выхода летучих веществ угля Vcpdaf (%), а также изменчивость крепости угля Vf (%) и мощности пласта Vm (%).
Если Vf ≤ 20%; Vm ≤ 10%; fср ≥ 0,8 у.е., а qнmax при Vcpdaf < 15% менее 5 л/мин; при Vcpdaf = 15-20% менее 4,5 л/мин; при Vcpdaf = 20-30% менее 4,0 л/мин; при Vcpdaf > 30% менее 4,5 л/мин, то делается заключение об отсутствии выбросоопасности пласта на участке разведочных наблюдений и дальнейшее проведение выработки осуществляется с применением текущего прогноза выбросоопасности.
При текущем прогнозе измеряется только начальная скорость газовыделения в интервалах бурения шпуров 1,5-2,0; 2,5-3,0; 3,0-3,5 м. Шпуры бурят через 2 м подвигания подготовительного и 3,2 м очистного забоя, а в нишах лав — через 2 м.
В подготовительной выработке бурят два шпура в 0,5 м от стенок. В очистных забоях на пологих и наклонных пластах шпуры бурят в нишах на расстоянии 0,5 м от кутков, в 5 м от ниш и через 10 м по длине лавы .
Если хотя бы в одном из интервалов бурения шпуров начальная скорость газовыделения больше указанных критических значений или из-за сложных горно-геологических условий нельзя выполнить прогнозирование, то зона относится к опасной по выбросам. В этом случае дальнейшее проведение выработки осуществляется с применением способов предотвращения выбросов угля и газа или сотрясательным взрыванием.
Выход забоя из опасной зоны определяется с помощью контрольных наблюдений, которые проводятся по методике разведочных наблюдений в двух циклах выемки пласта в очистных выработках и в пяти проходческих циклах в подготовительных выработках. При показаниях прогноза «неопасно» способ предотвращения выбросов или сотрясательное взрывание отменяются, и вводится текущий прогноз выбросоопасности.
Текущий прогноз выбросоопасности по сейсмоакустической активности пласта. Сейсмоакустическая активность (шумность) пласта является характеристикой, отражающей изменение напряженно-деформированного состояния призабойной части пласта при ведении горных работ. За сейсмоакустическую активность принимается число естественных сейсмоакустических импульсов (характерных щелчков в звуковом диапазоне), обусловленных трещинообразованием угля при изменении напряженно-деформированного состояния пласта в процессе ведения горных работ и регистрируемых звукоулавливающей аппаратурой в единицу времени.
Для прогноза опасных зон при очистных работах находят значения часовой и среднечасовой шумности. Характерным признаком входа очистного забоя в опасную зону считается устойчивое, не менее двух раз увеличение среднего значения часовой шумности, вычисленное за опорный интервал осреднения, равный 30 часам. Этот признак называется «критерием двух точек». Кроме устойчивого повышения среднего уровня шумности признаком опасности является внезапное возрастание часовой шумности в четыре раза и более по сравнению со средним уровнем шумности. Этот признак называется «критерий критического превышения». Заключение о входе забоя в опасную зону дается, когда хотябы один из критериев имеет опасные значения. При этом заключение по «критическому превышению» является экстренным и требует немедленного оповещения руководства шахты и участка и прекращения работ по углю.
Регистрацию и замеры сейсмоакустической активности пласта осуществляют с помощью звукоулавливающей аппаратуры типа ЗУА-98 по типовой схеме: сейсмоприемник (геофон), усилитель низкой частоты, высокочастотный преобразователь, канал связи, демодулятор, регистрирующее устройство, магнитофон для контрольной записи активности пласта, одновременное ее прослушивание и регистрацию шумности оператором сейсмопрогноза.
В очистных выработках геофон может быть установлен путем расклинивания в шпуре длиной не менее 4 м, пробуренном по пласту из опережающей выработки или на элементах крепи. При малом радиусе действия геофона устанавливают несколько геофонов одного типа. В подготовительных выработках, проводимых взрывным способом, сейсмоприемник устанавливают на расстоянии 5-20 м от забоя в шпуре длиной не менее 2м, пробуренном по углю, или в шпуре длиной 1 м, пробуренного по породе. В выработках, проводимых комбайнами, расстояние от забоя до шпура должно быть 20-40 м.
Способы контроля выбросоопасности призабойной части пласта по параметрам акустического сигнала. Способы текущего контроля выбросоопасности призабойной части пласта в подготовительных и в очистных выработках по параметрам акустического сигнала регламентированы соответствующими Руководствами по применению на шахтах Донбасса акустических способов контроля состояния призабойной части выбросоопасного пласта по параметрам акустического сигнала и основаны на зависимости параметров акустического сигнала, возникающего при воздействии на угольный пласт проходческого или добычного оборудования, от напряженно-деформированного состояния пласта. Способы предназначены для выявления опасных по выбросам угля и газа зон в очистных и подготовительных выработках выбросоопасных или угрожаемых угольных пластов пологого и крутого падения и предусматривают регистрацию, передачу на поверхность акустического сигнала и его обработку в реальном времени на персональном компьютере.
В качестве специальных средств для реализации способов используются: система регистрации акустического сигнала и передачи его по линиям связи на поверхность (типа АПСС); персональный компьютер, совместимый с IBM; программа МакНИИ обработки и анализа акустического сигнала.
Для регистрации акустического сигнала при проведении подготовительных выработок устанавливается два сейсмоприемника (подземные блоки АПСС): один на расстоянии 5-10 м второй, (рабочий), на расстоянии 15-40 м от забоя, который подключается к аппаратуре АПСС. После подвигания забоя на 10-20 м АПСС подключается на первый сейсмоприемник, который становится рабочим, а второй устанавливается в 5-10 м от забоя. Допускается установка одного сейсмоприемника на расстоянии 15-20 м от забоя и его перенос на это же расстояние при подвигании забоя на 15-20 м.