Современная методология прогноза выбросоопасности песчаников при ведении горных работ на угольных шахтах Украины

Abstract

Рассмотрена методология включающая в себя основные правила выполнения прогноза, оценки степени выбросоопасности, оценки эффективности применения мероприятий, предотвращающих выбросы песчаника и газа или уменьшающих их частоту и интенсивность при проведении горных выработок в угольных шахтах Украины. Прогноз выбросоопасности песчаников осуществляют при выполнении геолого-разведочных работ и в процессе проведения горных выработок по этим песчаникам. На стадии геологоразведочных работ прогноз выбросоопасности песчаников осуществляют на основании анализа проб, отбираемых из керна на участках пересечения песчаников скважинами, пробуренными с поверхности до глубин 600 м и более. Песчаники по анализу геолого-разведочных данных относят к невыбросоопасным до глубин 600 м их залегания, а также на глубинах 600 м и более, только на участках детальной разведки и доразведки угольных пластов определённых марок со значениями показателя отражательной способности витринита R° менее 0,75 % и содержания углерода С0 0 менее 84 %. Способы борьбы с выбросами или БВР в режиме сотрясательного взрывания (СВ) в горных выработках вводят при получении прогноза «Опасно» или при приближении их забоев к опасной зоне по песчанику с расстояния не менее 3 м по нормали и отменяют при отходе от этой зоны на такое же расстояние. Основным показателем прогноза выбросоопасности песчаника, определённого на основании анализа кернового материала, полученного при бурении скважины в горной выработке, является разделение керна на диски и наличие кольцевых трещин, по интенсивности образования которых выделяют три степени выбросоопасности песчаников – высокую, среднюю и низкую. Однако в ряде случаев бурение керновых скважин не всегда возможно или достаточно трудоёмко. Поэтому применяются другие способы прогноза выбросоопасности. Учитывая изложенное следует считать, что одним важнейших элементов безопасного проведения выработок по выбросоопасным песчаникам является выполнение надёжного и достоверного прогноза выбросоопасности. Этому вопросу и посвящена данная статья. При проведении горных выработок прогноз выбросоопасности осуществляют по делению керна разведочной скважины, по эффективной поверхностной энергии (ЭПЭ), по комплексному критерию В, вычисляемому по геолого-геофизическим данным, по параметрам акустического сигнала, регистрируемого в процессе воздействия горного оборудования на забой или при проведении акустических зондирований, а также по некоторым дополнительным особенностям в выполняемом прогнозе, вводимом при пересечении забоем выработки геологического нарушения. В статье кратко рассмотрены общие принципы каждого из указанных выше методов прогноза выбросоопасности песчаников.

Розглянуто методологію включає в себе основні правила виконання прогнозу, оцінки ступеня викидонебезпечності, оцінки ефективності застосування заходів, що запобігають викиди пісковика і газу або зменшують їх частоту і інтенсивність при проведенні гірничих виробок у вугільних шахтах України. Прогноз викидонебезпечності пісковиків здійснюють при виконанні геолого-розвідувальних робіт і в процесі проведення гірничих виробок за цими піщаниках. На цій стадії робіт прогноз викидонебезпечності пісковиків здійснюють на підставі аналізу проб, що відбираються з керна на ділянках перетину пісковиків свердловинами, пробурених з поверхні до глибин 600 м і більше. Пісковики з аналізу геолого-розвідувальних даних відносять до невибросоопасним до глибин 600 м їх залягання, а також на глибинах 600 м і більше, тільки на ділянках детальної розвідки і дорозвідки вугільних пластів певних марок зі значеннями показника відбивної здатності вітриніту R° менше 0,75 % і вмісту вуглецю С0 0 менше 84 %. Способи боротьби з викидами або БПР в режимі хитного підривання (СВ) в гірничих виробках вводять при отриманні прогнозу «Небезпечно» або при наближенні їх вибоїв до небезпечної зони по пісковику з відстані не менше 3 м по нормалі і скасовують при відході від цієї зони на таке ж відстань. Основним показником прогнозу викидонебезпечності пісковику, визначеного на підставі аналізу кернового матеріалу, отриманого при бурінні свердловини в гірничій виробці, є поділ керна на диски і наявність кільцевих тріщин, по інтенсивності утворення яких виділяють три ступеня викидонебезпечності пісковиків високий, середній і низький. Однак в ряді випадків буріння кернових свердловин не завжди можливо або досить трудомістким. Тому застосовуються інші способи прогнозу викидонебезпечності. З огляду на викладене слід вважати, що одним найважливіших елементів безпечного проведення виробок по викидонебезпечних піщаниках є виконання надійного і достовірного прогнозу викидонебезпечності. Цьому питанню і присвячена ця стаття. При проведенні гірничих виробок прогноз викидонебезпечності здійснюють з розподілу керна розвідувальної свердловини, по ефективної поверхневої енергії (ЕПЕ), по комплексному критерію В, обчислюваному по геолого-геофізичних даних, за параметрами акустичного сигналу, що реєструється в процесі впливу гірського устаткування на забій або при проведенні акустичних зондувань, а також за деякими додаткових особливостей в виконуваному прогнозі, вводиться при перетині забоєм вироблення геологічного порушення. У статті коротко розглянуті загальні принципи кожного з зазначених вище методів прогнозу викидонебезпечності пісковиків.

The considered methodology includes basic rules of making forecast and assessment of outburst risk and effectiveness of the measures to prevent sandstone and gas outbursts or to reduce their frequency and intensity during the mining operations in the Ukrainian coal mines. Normally, forecast of the sandstone outbursts is carried out during geological exploration and in the process of mining operations. At the stage of geological exploration, the forecast of the sandstone outburst is carried out basing on analysis of samples taken from the core in areas where boreholes, drilled from the surface to the depth up to 600 m and more, cross the sandstone. By analysis of exploration data, sandstones are considered as not prone-to-outburst at their occurrence at depths of 600 meters and at their occurrence at depth of 600 m and more, but only in areas of detailed exploration and additional exploration of the seams of certain coal grades, in of vitrinite reflectance R° is less than 0.75 % and carbon content of С0 0 is less than 84 %. Methods for preventing outbursts by means of the shock blasting are used in the roadways when the forecast is “Danger” or when the faces approach the danger-by-sandstone zone at a distance not less than 3 m in normal and are not used when the faces are driven away from this zone at the same distance. The key characteristic of the forecasted risk of the sandstone outbursts is division of the core (the core is taken while drilling the borehole in the roadway) into separate layers and presence of ring cracks. By intensity of their formation, three degrees of the sandstone outburst risk are distinguished - high, medium and low. However, in some cases, drilling of the core boreholes is not always possible or requires great labour-intensity. Therefore, other methods are applied for forecasting the outburst risk. Taking into consideration the above mentioned, it should be assumed that one of the most important conditions for safety face driving in the proneto-outburst sandstones is a true and reliable forecast of outburst. This is the subject of this article. In the process of the face driving, the forecast is made basing on the following characteristics: division of the core taken from the exploration borehole; effective surface energy; integrated criterion B, which is calculated by geological and geophysical data; parameters of the acoustic signal recorded when mining equipment impacts the face, or detected by acoustic sounding; and some other additional specific characteristics of forecast conducted when a face crosses the roadway with geological faults. In the article, general principles of each of the above methods of forecasting the sandstone outburst is briefly described.