2015-05-12
609
Внезапный выброс породы – это взрывоподобное разрушение породы с отбрасыванием ее в выработку. Или другое определение – это динамическая форма проявления горного давления, выражающаяся в быстром разрушении и выносе части пород и газа в выработку, что приводит к нарушению крепи, поломке оборудования и др.
Выбросы происходят в капитальных и подготовительных выра- ботках (стволах квершлагах, штреках). Скорость проходки снижается в 2–3 раза. С 1955 г. выбросы имели место на 16 строящихся и дейст- вующих шахтах, было около 3000 выбросов с силой до 1350 м3.
Внезапные выбросы породы и газа имеют много общего с вне- запными выбросами угля и газа, горными ударами, но есть и особен- ности.
I. Выбросы происходят только в прочных и упругих породах (в Донбассе в песчаниках, а в рудниках Африки на большой глубине и в других породах).
2. Минимальная глубина, на которой зафиксированы выбросы – 700 м.
3. Выбросы происходят при взрывных работах в забоях подго- товительных выработок.
4. При выбросах на 2–30повышается температура пород.
|
|
|
5. Наблюдается выделения газа метана.
6. Песчаник дробится до размеров песчинок, но среди этой мас-
сы имеются и отдельные куски и глыбы.
Типичный выброс, происшедший в стволе шахты, когда при взрывании ВВ в 46 шпурах (164 кг) забой подвинулся на 8 м, убрали 1000 т породы (рис. 24.1). Основные факторы влияющие на выбросо- опасность: напряженно-деформированное состояние массива пород; физико-механические свойства; действие взрывного импульса; давле- ние газа.
10,5×8,0
Рисунок 24.1 – Форма полости выброса породы и газа
Давление газа оказывает влияние на выброс пород, но не является ре- шающим фактором, так выделяется небольшое его количество (0,2–0,8 м3на 1 т).
С увеличением глубины разработки увеличивается напряжение. На глубине 700 м напряжения составляют 17,5 МПа, что значительно меньше предела прочности на сжатие песчаника. На основании иссле- дований Николина В.И, установлено, что в Донбассе нет современ- ных тектонических движений, нет и повышенных напряжений текто- нического происхождения. Взаимодействие двух родов сил гравитаци- онных и давления газа определяет напряженное состояние выбросо-
опасного породного массива.
Выбросоопасными свойствами обладает весьма прочный песча- ник (80,0–120,0 МПа), но не всякий песчаник, а песчаник с малым ос- таточными деформациями (рис. 24.2). На рисунке ОС – участок де- формации сжатия при нагружении; СД – участок при разгрузке опас- ного песчаника, СД1– не опасного.
G
С
O Д Д1 s
Рисунок 24.2 – Характер деформирования образцов песчаника
При разгрузке (восстановлении) действуют растягивающие на- пряжения.
|
|
|
24.2 Механизм выброса
На рисунок 24.3 показано распределение напряжений до взрыв- ных работ в забое и после отрыва части массива в результате ведения взрывных работ. При практически мгновенном отрыве части напря- женного массива взрывом изменяется напряженное состояние от все-
стороннего сжатия до сложного, при котором возникают напряжения отрыва. Когда эти напряжения превысят предел прочности породы на разрыв, то произойдет выброс.
Gс
Gс Gс
GсGс
Gр Gс
Gс
Рисунок 24.3 – Распределение напряжений впереди выработки
С помощью скоростной съемки изучали характер и механизм разрушения пород при выбросе. Камера СКС–1м была установлена на полке в 18–25 м от породного забоя. На 16 мм пленку А-2 чувстви- тельностью 180–250 ед. при частоте 340-700 кадров и освещении лам- пами мощностью по 2 ква производили съемки в течение 14 циклов, в 11 из которых зафиксировали выбросы. При анализе было установле- но, что через 26–28 мс начинается истечение газа через забой, через 0,2–0,8 с – выброс породы. Скорость разлета кусков породы 45–60 м/с, за- тем выброс породы со скоростью 15–45 м/с. Его длительность 1,2 – 1,6 с.
24.3 Прогноз выбросоопасных зон
В 1962 г. сотрудники КПИ при бурении скважин по выбросо- опасному песчанику на шахте Щегловка-Глубокая на гор. 915 м полу- чили на участке скважины в интервале 4–10 м не столбик песчаника (керн), а диски (пятаки) выпукло-вогнутой формы толщиной 2–10 мм, т.е. меньше диаметра скважины. Разрушение на диски происходит при бурении за счет восстановления деформаций. Деление на диски – на- дежный критерий для прогноза выбросоопасных зон. Если получается 30–40 дисков на I м, то участок высокой степени опасности, если 20– 30 на 1м, – средней степени опасности, при выходе столбиков керна длиной 0,15-0,20 м и единичных дисков – зона невысокой степени вы- бросоопасности. Метод довольно трудоемкий, так как надо бурить много скважин в различных направлениях.
При прогнозе выбросов в солевых породах используют свойство выбросоопасных солей потрескивать при растворении (700–800 имп/мин).
24.4 Способы предотвращения или уменьшения интенсивности внезапных выбросов породы
Все выбросы породы происходят при взрывных работах и при соблюдении требований правил безопасности реальной угрозы для работающих не представляют. Необходимо изыскать способы не толь- ко предотвращения выбросов, но и способ уменьшения их влияния. Применяют следующие способы.
1. Разгрузка опасного пласта песчаника (надработка, подработка и передовое торпедирование).
2. Безвзрывная проходка горных выработок.
3. Ведение буровзрывных работ с оптимальными параметрами.
4. Возведение заградительных перемычек со специальными па- раметрами БВР.
Опережение очистным забоем забоя подготовительной выра- ботки при надработке должно быть не менее мощности междупластья пород.
Взрывание торпед в месте проведения выработки на опасном участке может быть осуществлено из соседних выработок. Вес торпе- ды 33 кг.
Предотвращение выбросов при проведении выработок комбай- нами достигается за счет уменьшения скорости деформаций восста- новления массива и напряжений на контуре выработки, приданием ей сферической формы. Такая технология обеспечивается специальными комбайнами. Скорость проведения выработки не более 0,5 – 1 м/час в зависимости от степени опасности.
Изменением пространственного расположения шпуров, пара- метров буровзрывных работ можно в определенной степени регулиро- вать силу выброса. При этом расход предохранительных ВВ – 1,2–1,5 кг на 1 м3породы, что меньше, чем для соответствующих категорий по буримости (для Х-ХV категорий расход 2,1–2,4 кг на 1м3породы); не- обходимо проводить выработку с опережающим забоем сечением 1/3 от всего сечения и при одновременном взрывании в обоих забоях с замедлением (рис. 24.4).
|
|
|
1,6
NaCl
до 2 м
ВВ
Рисунок 24.4 – Проведение
выработки двумя забоями
Рисунок 24.5 – Разрез демпфирую- щего заряда взрывчатого вещества
В опережающей части располагают не более 12 шпуров, из ко- торых отбойные по эллиптическому контуру. В отстающем забое взрывается только один ряд шпуров, затем второй. Передовой забой проводится с опережением 1–2 м. Глубина шпуров 1,6–1,8 м. В забоях с высокой степенью опасности рекомендуется применять патроны ВВ с демпфирующей прокладкой, которые состоят из аммонита Т-19, по- мещенного эксцентрично в двойную полиэтиленовую оболочку. Диа- метр внутренней оболочки равен 26 мм, наружной – 39 мм. Простран- ство между оболочками заполнено (рис. 24.5) хлористым натрием (ка- менная соль) в виде гранул размером не более 3 мм. Масса патрона 115-132 г при плотности 1–1,2 г/см3. Длина патрона 220 м. Патрон рас-
полагается демпфирующей стороной к массиву. Взрывные работы ве- дутся в 2–3 приема.
На определенном расстоянии от забоя (3–3,3 м) устанавливается заградительная перемычка, а взрывными работами разрушается снача- ла часть пород в сечении выработки. При этом взорванная и вынесен- ная выбросом порода не отбрасывается, а заполняет пространство до перемычки, тормозя развитие выброса. Конструкция перемычки из канатов показана на рисунке 24.6.
0,6-0,7
0,15-0,2
А 0,5-0,6
А 18-20 мм
22-25 мм
Мм
Рисунок 24.6 – Конструкция заградительной крепи
Лекция 25
