Способ разработки удароопасных пластов

СПОСОБ РАЗРАБОТКИ УДАРООПАСНЫХ ПЛАСТОВ Предложен способ разработки удароопасных пластов угля и других тврдых полезных ископаемых в контексте авторской концепции о природе внутренних разрывных напряжений и механизме проявления горных ударов. Сущность заявляемого способа заключается в том,что известными методами определяют векторы и модули максимальных и минимальных значений внутренних разрывных напряжений. Очистные забои и забои вспомогательных выработок по возможности ориентируют перпендикулярно векторам минимальных значений внутренних разрывных напряжений. С целью минимизации вероятности проявления горных ударов дополнительно бурят разгрузочные скважины или устраивают пропилы в извлекаемой части пласта и в охранных целиках в плоскостях, по возможности перпендикулярных вектору максимальных значений внутренних разрывных напряжений. Аналогичные мероприятия осуществляют в отношении охранных целиков из выработанного пространства по мере продвижения очистного забоя. Технический результат заключается в уменьшении перечня используемого оборудования,сроков проведения и объмов профилактических мероприятий по снятию внутренних разрывных напряжений в отрабатываемом массиве.SU-A-1055891 КОВДЕРКО ВЛАДИМИР ЭДУАРДОВИЧ; МАЛЯВКО ЛЕОНИД ПЕТРОВИЧ (BY) 016581 Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при добыче угля и других тврдых полезных ископаемых, подверженных горным ударам, внезапным выбросам угля и метана, а также при проектировании новых горнорудных предприятий. Невыделенные последние два понятия прочно вошли в шахтрскую практику как самостоятельные явления, хотя, по мнению авторов, их дистанцирование друг от друга представляется не обоснованным. Легитимнее относить их к одному явлению - горным ударам (ГУ). К примеру, самопроизвольный выброс метана может иметь место лишь при вскрытии горной выработкой или скважиной природной полости либо заброшенных невентилируемых выработок. Большая часть ураганных выбросов метана связана с хрупким саморазрушением угля или вмещающих пород - горным ударом. Обусловленный им взрыв метано-воздушной смеси способствует дальнейшему развитию ГУ. В подобных случаях оказываются недееспособными самые совершенные системы контроля концентраций метана в рудничной атмосфере. Чтобы минимизировать число и масштабы последствий ГУ, необходимо знать природу внутренних разрывных напряжений (ВРН), их уровень и главный вектор(ГВ). Изучение авторами патентной литературы и публикаций в изданиях разного уровня убедило нас в том, что на настоящее время нет общепризнанной удовлетворительно научно обоснованной концепции горных ударов. По этой причине нет значимых результатов в деле их прогноза и профилактики. Это довольно странно, поскольку один из заявителей, В.Э. Ковдерко, изложил основные положения теории ГУ 15 лет назад в Горном журнале [1]. Предлагаемое изобретение создано в контексте представлений авторов об источнике энергии ГУ и механизме е реализации. Предложено и используется довольно много способов отработки удароопасных полезных ископаемых и вмещающих их пород [2-10], среди которых преобладают способы с проходкой разгрузочных скважин и производством гидроразрывов. Способа, отвечающего прототипу заявляемого изобретения по набору и порядку осуществления основных операций, не обнаружено. Причиной тому несхожие и неверные, по мнению авторов, представления о природе горных ударов (внезапных выбросов угля и метана) и причинах их проявления. По мнению С.Г. Авершина, вблизи горной выработки основной перепад давления, порождающий движения,равен разности между гидростатическим давлением в породах на данной глубине и атмосферным давлением, подводимым сюда горной выработкой [11]. Довольно многочисленные факты из горной практики противоречат этой точке зрения. Так, на руднике Колар в Индии интенсивность горных ударов на глубинах 150 и 3000 м примерно одинаковая. На руднике Блайберг горные удары начали проявляться с глубины 400 м, их интенсивность росла до 600-650 м, затем стала снижаться и после 900 м ГУ практически прекратились [12]. Значительно ближе к истине, по нашему мнению, подошл И.М. Петухов: Горный удар есть результат разрушения предельно напряжнной части массива пород в зоне влияния горных выработок, возникающего в условиях, при которых скорость изменения напряженного состояния в этой части превышает скорость релаксации напряжений в ней, а энергия горного удара складывается из энергии, запаснной в разрушающемся объме пород, и энергии, запаснной в окружающем массиве [13]. Верным представляется то, что ГУ есть результат внезапного разрушения напряжнного горного массива, однако, не получили приемлемого научного объяснения природа внутренних напряжений, причины,побуждающие к их реализации, и механизм передачи энергии из сопредельных массивов. По мнению авторов, последнее просто невозможно. Тем не менее, в горной практике широко применяются и дают хорошие результаты способы снижения удароопасности горных пород, вплоть до полного устранения, путм бурения в напряжнных массивах разгрузочных скважин, производства гидроразрывов, механического и волнового воздействия на напряжнные породы. Приемлемого теоретического обоснования применяемых способов заявители не обнаружили. Известно только, что стенки скважин растрескиваются и обрушаются, а если породы обладают некоторой пластичностью, первоначально цилиндрические скважины превращаются в эллиптические[14]. Этот весьма важный факт свидетельствует о том, что внутренние разрывные напряжения неравнозначны по разным направлениям: по одному направлению они имеют максимальные значения, по другому - минимальные, разумеется, имеются векторы с промежуточными модулями. По мнению авторов, внутренние разрывные напряжения, обеспечивающие хрупкое саморазрушение горных пород и угля, не связаны генетически с современными геодинамическими процессами и современным геостатическим давлением налегающих масс. Они законсервированы породами и углями в процессе их литификации (окаменения) и обусловлены сближением элементарных частиц (атомов, ионов,молекул) в кристаллических рештках под действием тогдашних налегавших масс. Таким образом, напряжнные породы можно отождествлять со сжатыми пружинами. Внутренним разрывным напряжениям противостоят силы сцепления - сопротивление на разрыв. Если оно больше ВРН, порода сохраняет монолитность. В процессе отработки месторождений сопротивление на разрыв в результате протекания процессов выветривания и динамических воздействий может стать ниже ВРН, и станет возможным самопроизвольное хрупкое разрушение горной массы, именуемое горным ударом. При определении степени удароопасности массива горных пород и/или угля очень важно знать векторы максимальных (ГВ) и минимальных значений внутренних разрывных напряжений. С их учтом можно выбрать вариант отработки полезного ископаемого, при котором вероятность ГУ будет незначи-1 016581 тельной даже без проведения профилактических мероприятий, например бурения разгрузочных скважин,гидроразрывов, проходки дополнительных выработок и т.д. Сущность заявляемого способа заключается в следующем. Известными способами (по дискованию кернов буровых скважин, измерению удельного электрического сопротивления, регистрации акустической и электромагнитной эмиссий, скорости распространения сейсмических волн, др.) устанавливаются векторы максимального (ГВ) и минимального внутренних разрывных напряжений на конкретном горнорудном объекте. Плоскости очистных забоев и забоев вспомогательных выработок по возможности необходимо располагать нормально векторам минимальных значений ВРН. При такой ориентировке забоев будет обеспечена минимизация ГУ даже без дополнительных мероприятий. Для обеспечения большей безопасности отрабатываемую часть пласта следует разбить линейно расположенными разгрузочными скважинами на ряд блоков. Длина или мощность блоков будут определяться для каждого конкретного объекта в зависимости от максимальных значений ВРН. Разгрузочные скважины следует располагать в плоскостях, перпендикулярных вектору максимальных значений ВРН. Ещ результативнее было бы устраивать по тем же направлениям сплошные пропилы. Известен способ предотвращения ГУ путм проходки вдоль выемочного столба на границе с целиком штрека, из которого разгрузочными скважинами обуривают целик (патент РФ 2224890). Одной из целей способа является, очевидно, предположение о доступе энергии из целика в отрабатываемую часть пласта в случае горного удара. По версии авторов такое исключено, а предупреждение разрушения самого целика есть отдельная задача. Разгрузочные скважины будут проходиться из выработанного пространства по мере продвижения очистного забоя. При использовании заявляемого способа между выемочным столбом и целиком достаточно опережающего пропила или разгрузочных скважин. Создание изобретения мотивировано стремлением уменьшить или даже свести до минимума людские и материальные потери при разработке удароопасных тврдых полезных ископаемых и существенно снизить затраты на профилактику горных ударов на действующих рудниках с позиции собственных принципиально новых представлений о природе и источнике энергии этих грозных событий. Поскольку профилактика ГУ осуществима известными методами, есть надежда на дальнейшее е совершенствование, упрощение и удешевление при одновременном снижении затрат в физическом и стоимостном выражениях. Основной технический результат заключается в уменьшении перечня используемого оборудования,сроков проведения объмов профилактических мероприятий по снятию внутренних разрывных напряжений в отрабатываемом массиве. Дополнительный технических результат видится в возможности стабилизации охранных целиков путм бурения разгрузочных скважин или устройства пропилов из выработанного пространства по мере продвижения очистного забоя. Предпочтительным представляется устройство разгрузочных щелей. Предполагается, что в большинстве случаев они будут перпендикулярны максимальным значениям ВРН,следовательно, будет наиболее быстрой и эффективной релаксация напряжнного массива. Примеры реализации заявляемого способа. На стадии проектирования. По дискованию кернов путм лабораторного изучения образцов, а также по результатам геофизических исследований скважин и межскважинных участков пластов выявляют векторы минимальных и максимальных (ГВ) значений внутренних разрывных напряжений. С их учтом принимаются адекватные проектные решения по отработке удароопасных пластов или массивов и определяются профилактические мероприятия по подавлению горных ударов. На действующих предприятиях. По возможности пересматриваются проектные решения, касающиеся схем отработки удароопасных слоев или массивов и корректируются профилактические мероприятия по подавлению ГУ. Источники информации. 1. Ковдерко В.Э. К теории горных ударов. Горный журнал. 1993,2, с. 63-64. 2. RU 2296859 (14), 2007.04.10. 3. RU 2002124540, 2004.03.20. 4. RU 2224890, 2004.02.27. 5. RU 2143074, 1999.12.20. 6. RU 2083832, 1997.07.10. 7. RU 2083831, 1997.07.10. 8. RU 95116414, 1997.09.27. 9. RU 95107529, 1997.04.27. 10. RU 2058484, 1996.04.20. 11. Авершин С.Г. Горные удары. М.: Углетехиздат, 1955, 236 с. 12. Айтматов И.Т. Прогноз удароопасности рудных месторождений Средней Азии.//Проблемы механики горных пород и разработки месторождений полезных ископаемых.Фрунзе, Илим, 1982, с. 154. 13. Петухов И.М. Развитие теории горных ударов.//Горные удары. Шахтная геология и геофизика. Л.: 1988, с. 8.-2 016581 14. Марков Г.А. Тектонические напряжения и горное давление в рудниках Хибинского массива. Л.: Наука, 1977. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ разработки удароопасных пластов, включающий определение векторов максимальных и минимальных внутренних разрывных напряжений и опережающее бурение разгрузочных скважин или устройство пропилов в отрабатываемом участке пласта и в ограничивающих целиках, отличающийся тем, что очистные забои ориентируют перпендикулярно вектору минимальных внутренних разрывных напряжений. 2. Способ разработки удароопасных пластов по п.1, отличающийся тем, что разгрузочные скважины или пропилы располагают в плоскости, перпендикулярной вектору максимальных значений внутренних разрывных напряжений. 3. Способ разработки удароопасных пластов по п.1, отличающийся тем, что бурение разгрузочных скважин или устройство пропилов осуществляют из выработанного пространства по мере продвижения очистного забоя в плоскости, перпендикулярной вектору максимальных значений внутренних разрывных напряжений.