Исабек Т.К., Хуанган Н., Каратаев А.Д., Имашев А.Ж.

Карагандинский государственный технический университет

СХЕМЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВНЕЗАПНЫХ ВЫБРОСОВ НА ШАХТАХ КАРАГАНДИНСКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА

При разработке свиты пластов в первую очередь в качестве защитных разрабатываются неопасные по ВВУГ пласты и пропластки. Если все пласты в свите отнесены к выбросоопасным, то в первую очередь по возможности разрабатывается менее опасный пласт.

Существуют различные способы защиты пластов (таблица 1): при использовании способов 1, 2, 3, 4 осуществляется полная защита в пределах всего этажа, в остальных случаях (5, 6) защита на всю высоту этажа не обеспечивается, а только участков с повышенной опасностью по внезапным выбросам (а₁) [1].

Таблица 1 – Способы использования защитных пластов

Название способов	Предел защиты	Схемы использования защитных пластов
Надработка опасного пласта 2. Защитный пласт 1 отрабатывается на вышележащем горизонте.	Полная защита в пределах этажа
Двойная защита (сочетание надработки и подработки, при этом отрабатываются выше-лежащий 1 и нижележащий 2 пласт). Опасный пласт 3расположен между ними.	Полная защита в пределах этажа
Подработка опасного пласта 3. Защитный пласт 1 отрабатывается на нижележащем горизонте с опережением на один этаж и более	Полная защита в пределах этажа
Восходящий порядок отработки этажей и пластов	Полная защита в пределах этажа
Последовательная разработка участков, с переходом на надра-ботку опасной зоны	Частичная защита
С изменением последова-тельности разработки участков с переходом на подработку опасной зоны	Частичная защита

Целики и краевые части, оставленные на соседних угольных пластах свиты, создают зоны повышенного горного давления (зоны ПГД), являющиеся участками повышенной выбросоопасности. Построение границ зон ПГД выполняют в соответствии с рисунком 1.

В зонах ПГД опасность по внезапным выбросам отсутствует, если опасный пласт надработан пластом, расположенным на расстоянии, не превышающем установленные расстояния [1].

a)

б)

а - при надработке защитный пласт расположен на расстоянии h₂ ≤ 0,4S₂; б - при

подработке защитный пласт расположен на расстоянии h₁ ≤ 0.6S₁; 1 - пласт

опасный по выбросам; 2 – защитный пласт.

Рисунок 1 - Условия эффективной защиты от внезапных выбросов

при наличии зон ПГД

В определенных условиях с целью установления наличия защиты и определения границ защищенных зон производят оценку и контроль эффективности защитного действия. При выявлении незащищенных зон должен применяться текущий прогноз выбросоопасности, а в опасных зонах, установленных текущим прогнозом - способы предотвращения выбросов угля и газа [1].

В таблице 2 приведены геотехнологические схемы, которые и поныне актуальны для действующих шахт Карагандинского бассейна. В ней помимо горно-геологических данных приведены расчетные показатели S₂′/S₂ и К, где S₂ - размер защищенной зоны в почву пласта S₂ = β₁β₂S₂′, β₁ - коэффициент, зависящий от эффективной мощности защитного пласта, β₂ - коэффициент, учитывающий процентное содержание песчаников в составе пород междупластья; К - показатель степени защищенности данного пласта.

Для шахт Карагандинского бассейна в свое время были разработаны следующие рекомендации по опережающей отработке защитных пластов [2, 3].

Шахта им. Костенко. Разрабатываются пласты К-12, К-10, К-7, К-6, К-4, К-3, К-2, К-1. К опасным по ВВУГ отнесены пласты К-12, К-7, К-3, К-2 с глубины соответственно 440, 460, 660, 660 м. Остальные пласты отнесены к угрожаемым с глубины 350 м. Принят нисходящий порядок отработки пластов (таблица 2). При горных работах по пласту К-12 не имеющему защитного, необходим прогноз выбросоопасности, а в опасных зонах следует применять локальные противовыбросные меры. При подготовке выемочных столбов по пласту К-12 необходимо проводить предварительную пластовую дегазацию с перебуриванием контура будущей выработки.

Шахта им. Ленина. На шахте разрабатывают пласты Д-10, Д-9, Д-6, Д-5. Пласты Д-10, Д-9, Д-6 отнесены к опасным по ВВУГ с глубин соответственно 380, 440 и 250 м. С глубины 320 м пласт Д-6 - особоопасный. Пласты Д-10, Д-9, Д-5 - угрожаемые с глубины 230 м (таблица 2). Пласт Д-6 не имеет защитного, при его отработке необходимы прогноз выбросоопасности и проведение локальных противовыбросных мероприятий в опасных зонах. При отработке этого пласта следует осуществлять предварительную пластовую дегазацию с перебуриванием контура будущей выработки. Для интенсификации дегазации необходимо применять подземный гидроразрыв. Пласт Д-10 следует отрабатывать с прогнозом выбросоопасности, проводя локальные мероприятия в опасных зонах. Пласт Д-9 отрабатывается под защитной надработкой пласта Д-10. При отработке III горизонта пласта Д-6 целесообразна полевая подготовка с противовыбросными мероприятиями через породный массив.

Шахта «Казахстанская». На шахте разрабатываются пласты Т-3, Т-1, Д-11, Д-10, Д-9, Д-6. Пласты Т-1 (западное крыло) и Д-6 отнесены к опасным по ВВУГ с глубины 270 м, а с глубины 360 м пласт Д-6 отнесен к особо-выбросоопасным. Пласты Т-3, Т-1, Д-6, Д-9, Д-10, Д-11 - угрожаемые с глубины 230 м. Порядок отработки пластов (нисходящий) и расчет показателя степени защищенности пластов приведен в таблице 2. Пласт Т-1 не имеет защитного в кровле, поскольку пласт Т-3 не отрабатывают. Не имеет защитного и пласт Д-6. В связи с этим при отработке пластов Т-1 и Д-6 необходимы прогноз выбросоопасности, а в опасных зонах - локальные противовыбросные мероприятия. На пласте Д-6 целесообразно проводить пластовую дегазацию. По Д-6 необходимо осуществлять полевую подготовку с противовыбросными мероприятиями через породный массив. Пласты Д-10 и Д-9 отрабатывают под защитной надработкой пластами Д-11 и Д-10.

Шахта «Шахтинская». Шахта разрабатывает пласты Д-11, Д-7, Д-6. Пласт Д-6 (центральный блок) отнесен к опасным по ВВУГ с глубины 270 м. К угрожаемым отнесены пласты Д-7 (центральный блок) с глубины 310 м, Д-6 с глубины 350 м, а Д-11 (центральный блок) с глубины 216 м. Порядок отработки пластов – нисходящий. Пласт Д-7 не имеет защитного в кровле, поэтому его следует отрабатывать с прогнозом выбросоопасности. Пласт Д-6 имеет защиту от надработки пластом Д-7, это видно из таблицы 2 (К = 1,32).

Шахта «Тентекская». В разработке находятся пласты Т-3, Т-1, Д-11, Д-10, Д-9, Д-7, Д-6. Пласт Д-6 отнесен к опасным по ВВУГ с глубины 350 м. Остальные пласты считаются угрожаемыми с глубины 230 м. Порядок их отработки - смешанный. Опасный пласт Д-6 отрабатывают под защитой вышележащего пласта Д-7 с показателем степени защищенности К = 1,43 (таблица 2). Первыми на шахте отрабатывают пласты Т-3 и Т-1 в восходящем порядке (пластом Т-1 подрабатывается Т-3). Затем в нисходящем порядке отрабатывают пласты Д-11 и Д-6. На опасном пласте Д-6 целесообразна пластовая дегазация в зоне разгрузки.

Шахта им. Т. Кузембаева. Разрабатываются пласты К-14, К-13.

Показатель ΣК для смешанного порядка выше, чем для нисходящего: 4,10 > 3,7 (таблица 2). Таким образом, выгоден смешанный порядок отработки пластов. Сначала отрабатывают пласты К-14 и К-13 в нисходящем порядке, далее пласт К-10, который подрабатывает пласт К-12 с опережением на 2 - 3 столба. Затем отрабатывают в обычном режиме пласт К-12, перешедший уже в категорию неопасных. Последним отрабатывают пласт К-7. На пласте К-10 производят предварительную пластовую дегазацию. С этой целью в зону разгрузки пласта К-12 (от К-10) бурят восходящие дегазационные скважины из выработок пласта К-10 и вертикальные - с поверхности с последующим вакуумированием.

Таблица 2 - Геотехнологические схемы предупреждения ВВУГ

Шахта	Индекс пласта	Горно-геологнческне условия					Расчетные показатели		Геотехнологические схемы с использованием надработки
			глубина работ, м	длина лавы, м	наличие песчаника в междуп-ластье, %	мощность пород меж-дупластья, м	S2′/ S2	К
Им Костенко	К-12	615		125	-	26	50/50	-	Нисходящий, с использованием надработки и дегазации в зонах разгрузки
	К-10	615		125	-	70	50/50	1,33
	К-7	685		100	-	20	40/40	0,73
	К-6	685		150	-	35	49/49	1,33
	К-4	685		150	-	50	49/49	1,20
	К-3	685		-	-	15	49/49	1,00
	К-2	685		-	-	40	49/49	1,47
	К-1	685		-	-	-	-	1,13
Им.Ленина	Д-10	400		125	-	35	66/66	-	Нисходящий, с использованием надработки и дегазации в зонах разгрузки
	Д-9	400		125	-	135	66/66	1,31
	Д-6	500		125	-	140	56/56	0,33
	Д-5	-		125	-	-	-	-
«Казахстанская»	Т-1	300		100	-	100	76/76	-	исходящий, с использованием надработк и дегазации в зонах разгрузки
	Д-11	350		100	60	20	67/50	0,79
	Д-10	350		100	53	30	67/52	1,40
	Д-9	350		100	-	150	67/67	1,28
	Д-6	400		125	-	200	66/66	0.17

«Шахтинская»	Д-7	400	150	-	37	71/71	-	Нисходящий, с использованием надработки и дегазации в зонах разгрузки
	Д-6	400	150	-	-	-	1,32
«Тентекская»	Т-3	400	125	-	17	-	1.59	Нисходящий, с использованием надработки и дегазации в зонах разгрузки
	Т-1	400	125	-	128	134/134	-
	Д-11	350	125	-	14	74/74	-
	Д-10	-	-	-	20	-	1.54
	Д-9	350	125	-	130	-	1.36
	Д-7	400	150	-	24	6666	-
	Д-6	400	150	-	132	-	1.43

Шахта	Вари-ант отработки		Индексы пластов								Геотехнологические схемы с использованием подработки
			К-14	К-13	К-12	К-10	К-7			ΣК
Им. Т.Кузембаева	Нисходящий		-	1,42	-	1,29	1,00			3,7	Смешанный, с использованием подработки
	Смешанный		0,73	0,87	1,50	-	1,00			4,1
			К-14		К-12	К-10	К-7			ΣК
«Саранская»	Нисходящий		-		-	1,00	0,89			1,9	Смешанный, с использованием подработки
	Смешанный		-		1,25	-	0,89			2,1
		К-18		К-13	К-12	К-11	К-10	К-7	К-6	ΣК	Смешанный, с использованием подработки
«Абайская»	Нисходящий	-		-	-	1,40	1,26	-	1,40	4,1
	Смешанный	-		0.95	1.53	-	1,26	1,52	-	5,3
Им.Калинина		К-18		К-13	К-12	К-10	К-7,8			ΣК	Смешанный, с использованием подработки
	Нисходящий	-		0,86	-	1,00	1,31			3,2
	Смешанный	-		0,86	1,25	-	1.31			3.4

Шахта «Саранская». На шахте разрабатывают пласты К-14, К-12, К-10, К-7. Пласты К-12, К-10, К-7 - опасные по ВВУГ с глубины от поверхности соответственно 280, 300 и 350 м. Пласт К-14 - угрожаемый с глубины 200 м. Порядок отработки пластов - смешанный. Первым отрабатывают пласт К-14, вторым – К-10, третьим – К-12, приобретающий необходимую защиту от выбросов после подработки пластом К-10 (К = 1,25, таблица 2), последним - пласт К-7. При смешанном порядке отработки пластов показатель ΣК выше, чем при нисходящем 2,14 > 1,89. На пласте К-10 рекомендуется предварительная пластовая дегазация. С этой целью в зону разгрузки пласта К-12 (от К-10) бурят восходящие дегазационные скважины из выработок пласта К-10 и вертикальные - с поверхности с последующим их вакуумированием. Подготовку выемочных столбов по пласту К-7 необходимо осуществлять с предварительной дегазацией и перебуриванием контура будущей выработки.

Шахта «Абайская». Разрабатывает пласты К-18, К-13, К-12, К-11, К-10, в перспективе - нижнюю группу пластов К-7 и К-6. Все пласты отнесены к категории угрожаемых по ВВУГ с глубины 270 м. Порядок отработки пластов: смешанный - на восточном крыле, нисходящий - на западном. Применение смешанного порядка наиболее рационально, это обосновано расчетными величинами степени защищенности пластов К и показателем ΣК для различных вариантов (таблица 2). При смешанном порядке отработки пласт К-12 приобретает необходимую защиту от подработки пластом К-11 (1,53 > 0). Показатель ΣК для смешанного порядка выше, чем для нисходящего 5,26 > 4,06. Таким образом, выгодным является смешанный порядок отработки пластов. В подработанной зоне пласт К-12 отрабатывают в обычном режиме, так как он переходит в категорию неопасных, за исключением участков, не защищенных по площади. После подработки пластом К-12 и надработки пластом К-18 отрабатывают газоносный пласт К-13 с дегазацией в зоне разгрузки от пласта К-12. Пласт К-10 отрабатывают под защитой К-11. Газоносный пласт К-7 отрабатывают после подработки его пластом К-6. При горных работах по пласту К-13 (в зоне разгрузки) также следует осуществлять предварительную пластовую дегазацию.

Шахта им. Калинина. На шахте разрабатывают пласты К-18, К-13, К-12, К-10 и незначительно К-7, К-8 (на северном блоке). Все пласты отнесены к угрожаемым по ВВУГ с глубины 270 м. При смешанном порядке отработки пластов показатель ΣК выше, чем при нисходящем, т. е. 3,42 > 3,17 (таблица 2). Таким образом, рекомендуется смешанный порядок отработки пластов. Первым отрабатывают пласт К-10, который подрабатывает пласт К-12 с опережением на 2 - 3 столба, четвертым – К-12 под гарантированной защитой пласта К-10 (К=1,25).

Выбросоопасные пласты бассейна отличаются высокой газоносностью, сложностью структуры (стратиграфии) и пологим залеганием. Среднее значение природной газоносности достигает 10 м³/т горной массы в интервале глубин 100 - 200 м, 22 - 23 м³/т горной массы на глубинах до 300 м [4].

На выбросоопасных пластах применяется комплекс способов дегазации. Из всех видов наиболее приемлемые следующие (рисунок 2 - 3) [2]:

− предварительная пластовая дегазация при надработке и подработке защищаемого пласта;

− дегазация скважинами, пробуренными на защищаемый пласт из полевых и пластовых выработок, пройденных по защищаемому пласту или другим близлежащим пластам;

− дегазация вертикальными скважинами с поверхности;

− дегазация в защищенных зонах.

1 – защищаемые пласты; 2 – защитный пласт

Рисунок 2 - Дегазация защищаемых пластов вертикальными

скважинами, пробуренными с поверхности

А - разгрузочные дегазационные скважины.

Рисунок 3 - Дегазация выбросоопасной нижней угольной пачки

мощного пласта при многослойной его отработке

1 - вентиляционная выработка защищаемого пласта; 2 - линия защитного пласта;

3 - скважины по защищаемому пласту; 4 - газодренажная выработка; 5 –

транспортная выработка защитного пласта.

Рисунок 4 - Дегазация защищаемого пласта газодренажными выработками и скважинами, буримыми по пласту К-12 на шахте «Стахановская»

В нижеприведенной таблице 3 приводятся рекомендуемые виды дегазации для ныне действующих шахт Карагандинского бассейна [5, 2].

Таблица 3 – Способы дегазации, рекомендованные для действующих шахт и шахтопластов Карагандинского бассейна

Шахта	Индекс пласта		Показатель степени защищен-ности, К	Рекомендуемые способы дегазации
	склон-ного к выбросу	газоно-сного
Им. Костенко	К-12	-	0.00	Пластовая дегазация
Им- Костенко	К-7	-	0.73	Дегазация в зонах разгрузки
Им. Ленина	Д-6	-	0,33	Пластовая дегазация, региональная гидрообработка
Им. Ленина	Д-10	-	0,00	Пластовая дегазация
«Казахстанская»	-	Д-11	0.79	Дегазация в зонах разгрузки
«Тентекская»	-	Т-1	0.00	Пластовая дегазация
«Тентекская»	-	Д-11	0.00	- » -
«Тентекская»	-	Д-7	0.00	- » -
Им. Кузембаева	-	К-14	0.73	Дегазация в зонах разгрузки от подработки пластом К-10
Им. Кузембаева	-	К-10	0.00	Пластовая дегазация
Им. Кузембаева	-	К-7	1.02	Дегазация в зонах разгрузки
«Саранская»	-	К-14	0.00	Пластовая дегазация
«Саранская»	К-10	-	0.00	- » -
«Саранская»	К-7	-	0.89	Дегазация в зонах разгрузки
«Абайская»	К-13	К-13	0.95	Дегазация в зонах разгрузки, региональная гидрообработка

При дегазации вертикальными скважинами с поверхности подрабатываемого пласта (рисунок 1) скважины необходимо закладывать в районах с наименьшей вероятностью их деформирования и уничтожения.

Эффективными являются схемы дегазации в зонах разгрузки (рисунки 2, 3). Они обеспечивают невыбросоопасное состояние и значительное снижение газоносности.

Стратегическим направлением является заблаговременная подготовка шахтного поля, крыла, участка к безопасной отработке путем их подработки и последующей интенсивной дегазации как самого пласта, так и его спутников [5, 2].

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа. - Караганда: КазНИИБГП, Утв. МЭиУП РК 21.06.1995 г., 1995. - 177 с.

2. Перспективные геомеханические схемы регионального управления выбросоопасным состоянием массива при разработке угольных пластов на шахтах Карагандинского бассейна. – Л.: МУП СССР, ВНИМИ, 1991. – 54 с.

3. Перспективные геомеханические схемы регионального управления выбросо-и удароопасным состоянием массива при разработке свит угольных пластов / Методические положения. – Л.: МПУ СССР; ВНИМИ, 1989. – 25 с.

4. Каталог внезапных выбросов угля и газа, происшедших на шахтах Карагандинского бассейна. – Караганда: ДГП «Казахский государственный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности РГП, «Национальный научно-исследовательский центр по проблемам промышленной безопасности», Агентство Республики Казахстан по чрезвычайным ситуациям, 2003 . – 155 с.

5. Типовые схемы вскрытия и подготовки новых горизонтов на действующих шахтах Карагандинского бассейна//Караганда, КНИУИ, ИГД им. А.А. Скочинского, "Карагандагипрошахт", 1986. - 97 с.