Основные требования и порядок применения комплекса мер при разработке выбросоопасных и угрожаемых шахтопластов

Разрабатываемые угольные шахтопласты подразделяют на невыбросоопасные, угрожаемые и выбросоопасные. В отдельных случаях выделяют особо выбросоопасные шахтопласты или участки.

К выбросоопасным относят пласты в пределах шахтного поля, на которых произошли внезапные выбросы угля и газа, или выбросоопасность которых установлена текущим прогнозом[1].

К угрожаемым относят пласты в пределах шахтного поля, потенциальная выбросоопасность которых с определенной глубины установлена прогнозом по геологоразведочным данным и разработка которых с этой глубины ведется с текущим прогнозом выбросоопасности.

При этажном способе подготовки шахтного поля границы выбросоопасности устанавливают с изогипсы, расположенной на 100 м выше первого выброса или опасной зоны, установленной прогнозом и экспертной оценкой, но не ниже отметки вентиляционного (верхнего) штрека. При панельном или погоризонтном способах подготовки шахтопласт считают выбросоопасным с изогипсы, проходящей на расстоянии 100 м по пласту выше отметки первого выброса угля и газа или опасной зоны, установленной прогнозом и экспертной оценкой.

К особо выбросоопасным относят шахтопласты или участки в зонах активных по выбросам тектонических нарушений; в зонах повышенного горного давления (ПГД), осложненных геологическими нарушениями; при переходе створов с краевыми частями целиков или остановленных забоев; на пластах с незащищенной нижней частью этажа.

Перечень и порядок отработки особо выбросоопасных шахтопластов или участков, выбросоопасных, угрожаемых, защитных шахтопластов, выбросоопасных пород и др., ежегодно определяет специальная комиссия.

Для безопасной разработки выбросоопасных и угрожаемых угольных пластов предусматривают следующий комплекс мер.

1. Прогноз выбросоопасности Необходимость проведения прогноза выбросоопасности обусловлено по сути тремя факторами: различием шахтопластов по степени (категории) выбросоопасности; природной локальностью (зональностью) выбросоопасности пластов; наличием участков разгруженных и дегазированных участков пластов, примыкающих к ранее отработанным этажам (ярусам) и подготовительным выработкам. Поэтому прогноз выбросоопасности угольных пластов производится практически на всех этапах освоения шахтного поля: при ведении геологоразведочных работ; при вскрытии пластов; при проведении подготовительных выработок и ведении очистных работ.

Разработаны и являются нормативными следующие способы прогноза выбросоопасности.

1. Способ прогноза с использованием геологоразведочных данных (который можно отнести к региональному способу)[2], позволяющий устанавливать выбросоопасность в пределах геолого-промышленного района бассейна или месторождения в целом и относить шахтопласты к невыбросоопасным или с определенной глубины к угрожаемым, разрабатываемым с прогнозом выбросоопасности.

2. Локальный способ прогноза, позволявший уточнять глубину ведения горных работ, с которой необходимо выполнять текущий (непрерывный по мере подвигания забоя) прогноз выбросоопасности[3];

3. Способ прогноза выбросоопасности участка шахтопласта в месте пересечения (вскрытия) его полевой выработкой.

4. Способ текущего (непрерывного по мере подвигания забоя) прогноза выбросоопасности призабойной части пласта (выбросоопасных зон) по величине начальной скорости газовыделения из контрольных шпуров.

5. Способ текущего прогноза выбросоопасности призабойной части пласта по акустической эмиссии горного массива.

6. Способы контроля (текущего) выбросоопасности призабойной части пласта в подготовительных и очистных выработках по параметрам акустического сигнала.

7. Способ оценки выбросоопасности зон (участков) шахтопласта, примыкавшей к ранее отработанным этажам (лавам).

2. Опережающую разработку защитных пластов. Применение опережающей разработки защитных пластов является обязательным и первоочередным требованием[4]. По сути, отработка защитных пластов относится к региональному, причем самому эффективному способу предотвращения выбросов. Вскрытие пластов, а также очистные и подготовительные работы в пределах защищенных зон производят без применения прогноза выбросоопасности и способов предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа, а взрывные работы ведут в режиме, предусмотренном для сверхкатегорных по газу шахт. Однако из-за горно-геологических и сложившихся горнотехнических условий в среднем на пологих пластах только 5%, а на крутых только 20% очистных и подготовительных забоев работают под защитой и возможности увеличения защитных пластов практически исчерпаны. Поэтому большинство шахтопластов в свите (свитах) разрабатываются как одиночные с применением всего комплекса противовыбросных мероприятий.

3. Систему разработки и технологию в очистных и подготовительных забоях, снижающих вероятность возникновения выбросов угля и газа. Разработку незащищенных выбросоопасных угольных шахтопластов необходимо производить столбовыми системами. В случаях, когда по горно-геологическим условиям не представляется возможным применить столбовую систему разработки допускается применение сплошной или комбинированной системы разработки. При применении сплошной системы разработки на незащищенных выбросоопасных крутых и крутонаклонных пластах забой откаточного штрека должен опережать очистной забой (считая от первого уступа лавы или нижнего сопряжения лавы со штреком) не менее чем на 100 м. Просеки (нижние печи) должны опережать очистной забой не менее чем на 20 м.

На пологих и наклонных пластах при сплошной системе разработки допускается проведение откаточного (конвейерного) штрека по углю одним забоем с лавой или с опережением не менее 100 м. В отдельных случаях по заключению МакНИИ опережение конвейерного штрека может устанавливаться менее 100 м в зависимости от горнотехнических условий. При этом отбойку угля в опережении осуществляют сотрясательным взрыванием.

Выемку угля в очистных забоях пологих и наклонных выбросоопасных пластов следует производить самозарубывающимися комбайнами или струговыми установками. При отсутствии самозарубывающихся комбайнов выемка угля в нишах производится выбуриванием, отбойными молотками или сотрясательным взрыванием. Выемку угля узкозахватными комбайнами следует производить по односторонней схеме. Выемка угля по двухсторонней схеме допускается в неопасных зонах, установленных текущим прогнозом, а также в зонах, обработанных способами предотвращения внезапных выбросов с контролем их эффективности.

В исключительных случаях допускается выемка угля широкозахватными комбайнами, а при неустойчивой, легкообрушаейся кровле отбойными молотками по всей длине лавы (или отдельной ее части) с применнием специальных мероприятий.

Выемку угля на крутых выбросоопасных шахтопластах необходимо производить лавами по падению с применением щитовых агрегатов, а также лавами по простиранию с применением дистанционно управляемых комбайнов (комбайновая часть лавы при этом должна составлять не менее 80% от общей ее длины) или отбойными молотками.

При потолкоуступной форме очистного забоя расстояние между уступами не должно превышать 3 м для пластов мощностью до 1 м и 4 м для пластов мощностью более 1 м.

Управление кровлей в очистных забоях выбросоопасных шахтопластов должно производиться полным обрушением или полной закладкой выработанного пространства. Способы управлений кровлей плавным опусканием или удержанием на кострах допускаются в исключительных случаях.

Заложение полевых выработок необходимо проводить на расстоянии не менее 5 м от выбросоопасных угольных пластов, считая по нормали. В отдельных случаях по согласованию с МакНИИ допускается заложение полевых выработок на меньшем расстоянии. При этом полевую выработку необходимо проводить с бурением разведочных контрольных скважин через каждые 5 м подвигания. При проведении полевой выработки буровзрывным способом режим сотрясательного взрывания вводят при приближении к пласту на расстояние, равное 3 м по нормали.

Для особо выбросоопасных шахтопластов применяют дополнительные мероприятия (устанавливается скорость подвигания очистных и подготовительных забоев, чило циклов выемки, технологические перерывы между производственными процессами, максимальная глубина ниш). Контроль продолжительности технологического перерыва между производственными процессами при струговой выемке угля обеспечивается аппаратурой АКМ с телеметрической регистрацией.

Горные работы в зонах влияния геологических нарушений на пологих выбросоопасных пластах Донбасса осуществляют с применением специальных мероприятий на этапах приближения забоя к геологическому нарушению, пересечения и удаления от него.

4 Способы предотвращения внезапных выбросов угля и газа. Незащищенные выбросоопасные угольных шахтопласты должны отрабатываться с применением прогноза и способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа.

Способы предотвращения внезапных выбросов угля и газа по определенным признакам разделяются на региональные и локальные. При этом в категории локальных способов, отдельно следует выделять способы предотвращения выбросов угля и газа при вскрытии пластов.

Региональные способы позволяют заблаговременно устранить выбросоопасность участка пласта до начала ведения на нем очистных или подготовительных работ. Кроме опережающей разработки защитных пластов к нормативным региональным способам относятся дегазация угольных пластов и увлажнение угольных пластов через длинные скважины, пробуренные впереди очистного забоя[5]. Достоинством этих и других региональных способов[6] является то, что работы по выполнению способов практически не влияют на ведение горных работ. Основным недостатком региональных способов, который в силу специфики не относится к защитной отработке, является то, что при относительно большой площади обработки пласта не учитывается локальность выбросоопасности.

Локальные способы предназначены для приведения призабойной части угольного массива в невыбросоопасное состояние и осуществляются со стороны очистных или подготовительных забоев. К локальным способам относятся: гидрорыхление, образование разгрузочных пазов и щелей, торпедирование угольного массива, бурение опережающих скважин, гидроотжим пласта[7]. Достоинство локальных способов, - возможность их выполнения в реально выбросоопасных зонах, установленных текущим прогнозом выбросоопасности. Основным недостатком способов является необходимость остановки забоя для их выполнения, как правило, с выделения специальной смены, что сдерживает ведение горных работ.

Способы предотвращения выбросов угля и газа при вскрытии пластов несколько различаются по технологии применения (а отдельные способы и по физической сущности) на способы вскрытия стволами и вскрытия квершлагами и другими полевыми выработками. Вскрытие пласта стволами может осуществляться с бурением дренажных скважин, с возведением каркасной крепи, с гидрорыхлением угольного массива. При вскрытии пласта квершлагами и другими полевыми выработками может применяться бурение дренажных скважин, нагнетание воды в режиме гидрорыхления, возведение каркасной крепи, гидровымывание угля[8].

4. Контроль эффективности способов предотвращения выбросов угля и газа. Все способы предотвращения внезапных выбросов угля и газа (кроме опережающей отработке защитных пластов при соблюдении нормативных параметров) подлежат обязательному контролю эффективности устранения выбросоопасности перед началом работ по выемке угля. Контроль эффективности локальных способов предотвращения выбросов угля и газа осуществляется в основном двумя способами.

1. По динамике начальной скорости газовыделения в контрольных шпурах (способ является основным и достаточно простым в исполнении).

2. Определением величины зоны разгрузки призабойной части пласта по параметрам акустического сигнала.

Характерной особенностью способов является то, что в основу способов положено определение размеров безопасной зоны разгрузки призабойной части пласта, являющейся интегральной характеристикой его напряженно-деформированного и газодинамического состояния.

С определенными допущениями к способу контроля эффективности обработанного участка пласта можно отнести оперативное управление интенсивностью технологических процессов.

Специфические методы контроля эффективности имеют региональные способы предотвращения выбросов угля и газа.

5. Мероприятия по обеспечению безопасности работающих. При разработке незащищенных выбросоопасных угольных шахтопластов должны применяться следующие мероприятия по обеспечению безопасности работающих: производство взрывных работ в режиме сотрясательного взрывания; схемы вентиляции, обеспечивающие устойчивое проветривание забоев с подсвежением исходящей из очистного забоя струи воздуха; регламентацию последовательности выполнения технологических процессов и способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа; организацию телеметрического контроля за содержанием метана в очистных и подготовительных забоях; дистанционное управление машинами и механизмами; телефонную связь; устройство индивидуальных и групповых пунктов жизнеобеспечения на случай выброса угля и газа[9].