Технология взрывных работ при проведении выработок в выбросоопасных породах

При строительстве и реконструкции шахт на больших глубинах (более 700 м) в крепких породах (песчаниках) происходят выбросы породы и газа.

Выбросы песчаников приводят к значительному ухудшению условий безопасного ведения горных работ, резкому снижению темпов проведения горных выработок, удорожанию и значительному увеличению сроков строительства шахт. По данным института “Донгипрошахт”, удорожание, связанное с выбросоопасностью песчаников, при строительстве шахты им. А.А. Скочинского составило более 30 млн руб. (в ценах 1975 г.)

Для борьбы с выбросами песчаников разработаны следующие способы:

1. Торпедирование выбросоопасного породного массива, прилегающего к забою, для создания в нем сети трещин.

2. Использование канатных и других перемычек, предусматривающее самоподбучивание призабойной зоны при взрывании зарядов BB с целью уменьшения интенсивности выброса.

3. Использование демпфирующих прокладок, за счет чего уменьшается динамическое воздействие энергии взрыва на выбросоопасный породный массив. Демпфирующую прокладку устанавливают между зарядом и стенкой шпура со стороны контура выработки или оставляют воздушный промежуток между дном и патроном ВВ.

4. Создание зарубной щели по контуру проводимой горной выработки предусматривает снятие напряженного состояния в ядре (сечении выработки), тем самым уменьшается вероятность и интенсивность выброса песчаников.

5. Проведение высокоэффективной дегазации выбросоопасного породного массива методом глубинного взрывания скважинных зарядов (способ разработан в МГГУ).

На основе теоретических и лабораторных исследований явления выброса пород при проходке горных выработок на глубоких горизонтах угольных шахт установлено, что процесс выброса обусловлен в основном энергией газа, заключенного в порах пород. Поэтому предварительная дегазация газонасыщенного породного массива может служить одним из самых эффективных методов борьбы с явлением выброса.

С учетом замкнутости пор, низкой газовой проницаемости, а также упруго-прочностных и коллекторских свойств песчаников наиболее эффективной следует считать дегазацию, направленную на раскрытие и разрушение пор в массиве, производимую методом глубинного взрывания скважинных зарядов ВВ.

При определенном расстоянии от поверхности забоя до взрываемых зарядов волны напряжений, образующиеся при взрыве, могут вызвать разрушение массива в момент подхода к открытой поверхности и после их отражения, образуя откольные воронки, что может быть причиной развития явления выброса породы и газа. Поэтому параметры глубинного взрывания скважинных зарядов должны быть такими, чтобы при их взрывании исключить указанные явления. Одним из основных параметров является минимально допустимое расстояние от забоя выработки до взрываемых зарядов, при котором энергия волн напряжений не в состоянии вызвать откольный эффект.

Минимальное допустимое расстояние от поверхности забоя до взрываемых скважинных зарядов, м, определяют из условия

где l1 - протяженность участка массива, прилегающего к забою и нарушенного трещинами в результате проведенного взрыва шпуровых зарядов, которая, по результатам экспериментальных исследований, составляет 0,5-0,7 м; l2 - протяженность ненарушенного участка массива, расположенного между первой зоной и взрываемыми зарядами, зависящая от упруго-прочностных свойств пород и параметров взрываемых зарядов BB (типа BB, диаметра скважин, массы заряда и т.д.). Определение l2 рекомендуют производить по формуле

где Rвыр - радиус выработки; u - коэффициент Пуассона; Pг -давление метана в выбросоопасных песчаниках.

Длину участка массива, при которой выброс при глубинном взрывании скважинных зарядов исключается, вычисляют по формуле

Экспериментальными исследованиями установлено, что эффективная дегазация породного массива происходит при взрывании скважинных зарядов массой 3,5-4 кг на 1 м скважины, при котором в породах с коэффициентом крепости f > 6 эффективный радиус дренирования Rэф - 1-1,2 м.

Число скважин, необходимых для дегазации выбросоопасного породного массива, зависит от его площади и объема, величины эффективного радиуса области дренирования, образованной взрывом заряда BB, расположенного в одной скважине, и определяют по формуле

где Sв.заб - площадь выбросоопасного забоя, м2; Sдр - эффективная площадь дренирования, образованная взрывом заряда BB, расположенного в одной скважине, м2.

Эффективный радиус дренирования устанавливают на основе экспериментальных взрывов. Эффективная глубина дегазации зависит от длины зарядов и размеров массива, нарушенного трещинами в результате взрывания, и определяется по формуле

где lз - длина заряда, м.

При опытно-промышленной проверке параметров предварительной дегазации породного массива разработанным методом выбросы пород не зарегистрированы как при глубинном взрывании скважинных зарядов BB, так и при проходке горной выработки по всей глубине дегазированной (отработанной) зоны, что свидетельствует об эффективности примененного метода.

Способ глубинного взрывания скважинных зарядов BB применим при проведении горных выработок по породам с любой степенью выбросоопасности.

При этом технология выполнения работ должна быть следующей:

1. Определение степени выбросоопасности пород (выбросоопасных характеристик), их горно-геологических параметров, например, по методам оценки кернов (деление керна на диски).

2. Осуществление предварительной дегазации методом глубинного взрывания скважинных зарядов BB, которую производят до подхода к выбросоопасному породному массиву и на всем его протяжении.

3. Определение минимально-допустимого расстояния до взрываемых зарядов BB, эффективного радиуса дренирования, числа необходимых скважин и глубины отработки массива. Неснижаемое опережение обработанного массива при диаметре скважин 105 мм и расходе BB 3,5-4 кг/м должно быть не менее 5 м.

4. Обработку массива следует производить зарядами из высокобризантных ВВ.

5. Угол наклона скважин определяют с учетом возможности заполнения их водой перед взрыванием зарядов BB, а при восстающих и вертикальных скважинах следует применять песчаноглинистую забойку.

6. При применении двуярусных рассредоточенных зарядов осуществляют внутрискважинное замедление с интервалом не менее 30 мс, а расстояние между ярусами не должно превышать 2-2,5 м.

7. Если в сечении выработки имеются выбросоопасные и не выбросоопасные породы, дегазацию массива необходимо производить только в выбросоопасном слое.

8. После каждого проходческого цикла следует производить замер зоны разрушения для построения контуров обработанной зоны.