Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа

7.1.2. При проведений выработок буровзрыьным способом вбли­зи выбросоопасного песчаника взрывные работы должны вестись в режиме сотрясательного взрывания при расстоянии по нормали от песчаника высокой степени выбросоопасности менее 4 м, средней степени выбросоопасности - менее 3 м и низкой степени выбросоопасности - менее 2 м.

7.1.3. При подходе вскрывающей выработки к выбросоопасному песчанику осуществлявляют его разведку в соответствии с требования­ми п.2.2.2. Керновое бурение производят с расстояния 5,0 м. Пе­ред вскрытием выбросоопасного песчаника или песчаника, выбросоопасность которого неизвестна, на глубине 600 м и более при под­ходе к нему с расстояния не менее 4 м необходимо осуществлять прогноз выбросоопасности в соответствии с п.7.2.5.

Если прогноз выбросоопасности не производят или прогнозом установлено, что пласт песчаника выбросоопасный, то подход к не­му с расстояния не менее 4 м, пересечение и отход от него на

расстояние не менее 4 м при проведении выработки буровзрывным способом осуществляют в режиме сотрясательного взрывания.

Вскрытие выбросоопасного песчаника мощностью 0,5 м и менее не глубине более 600 м производят сотрясательным взрыванием без предварительного прогнозирования выбросоопасности и без применения противовыбросных мероприятий.

7.1.4. Проведение выработок по выбросоопасным породам без применения способов борьбы с выбросами производится при опережающей обработке защитного угольного пласта.

Опережение очистного забоя по отношению к забою полевой выработки должно быть не менее величины мощности пород между защитным пластом и выработкой. Границы защищенных зон в массиве выбросоопасных пластов песчаника определяют в соответствии с разделом 3.

7.1.5. При проходке вертикальных стволов буровзрывным способом по выбросоопасным породам допускается длина шпуров не более 4,5 м при оптимизации параметров буровзрывных работ в соответствии с требованиями подраздела 7.3.

При проходке вертикальных стволов комбайнами управление комбайном при вскрытии и пересечении выбросоопасных песчаников должна осуществлять дистанционно с поверхности при полном отсутствии людей в стволе и на поверхности не ближе 50 м от ствола.

7.2. Прогноз выбросоопасности пород Донбасса

7.2.1. Выбросоопасность пород устанавливают по делению кернов на диски и наличие кольцевых трещин,комплексному показателю "В",величине эффективной поверхностной энергии (ЭПЭ) и акустическим методом.

Харахтерной особенностью дисков и кольцевых трещин, образующихся при бурении керновых скважин в выбросоопасных пластах песчаника является перпендикулярность к оси скважин плоскостей, ограничивающих диски или кольцевые трещины.

7.2.2 Определение выбросоопаскости пластов песчаников по комплексному показетелю "В" ведут в следующем порядке.

I этап. Осуществляют визуальный осмотр кернового материала с глубины свыше 600 м, описывают структурно-текстурные особенности песчаников, на основании чего их разделяют по зернистости а слоистости на генетические типы, выделяют более светлые (тем-

ныв) слои, особое внимание обращают на наличие к регистрацию выпукло-вогнуты дисков и характер кольцевых трещин.

II этап. Производят отбор проб песчаника:

а) в местах разделения кернов на диски или наличия кольце­вых трещин (выбросоопасный слой) ;

б) в этом же пласте песчаника, но в невыбросоопасном слое который характеризуется, во-первых отсутствием дисков или кольцевых трещин, во-вторых более темным цветом, чем у песчаников, в месте, где обнаружены признаки выбросоопасности, В тех случаях когда такой слой не обнаружен, пробы отбирают в ближайшем пласте песчаника, отвечающем перечисленным требованиям ;

в) во всех других пластах песчаника следующих генетических типов ,в которых имели место выбросы породы и газа ; русловых песчаниках, песчаниках подводных выносов рек, с признаками прибрежноморских песчаников в зонах развития углей марок Г,Ж,К,ОС.

Число проб зависит от мощности, числа прослоев и генетического типа песчаников. В песчаниках, состоящих из различных прослоев, отличающихся по генетическое типу, отбирают одну про­бу из прослоя, если его мощность более 2,5 м.

В мощных песчаниках одного генетечесхого типа и однородных по структурно-текстурным признакам следует отбирать одну пробу на 5-10 м мощности в зависимости от цвета прослоя. Образцы для определения влажности керна и расчета соотношения влага-газ в порах отбирают из средней части керна способом его раскалывания в виде кусочков массой 50-80 г, немедленно оборачивают марлей и парафинируют,

Пробы не отбирают и песчаники на глубинах 600 м и более от­носят к невыбросоопасным на участках детальной разведки и доразведки углей марок Д,Т,А, а также части марки Г со значениями показателя отражения R₀ менее 0,75 у.е. и содержания углерода С°₀ менее 84%.

III этап. При наличии в керна песчаника дисков (кольцевых трещин) по пробам, отобранным в выбросоопасном и невыбросоопасном слоях, определяют; временное сопротивление растяжению по методу раскалывания кернов, пористость общую или эффективную , содержание цемента, кварца обломочного и кварца регенерированного; размеры зерен породообразующих материалов (по стандартным методикам). Из каждой пробы должно быть изготовлено не менее трех шлифов. Число определений в шлифе - не менее 50.

При отсутствии в керне дисков (кольцевых трещин) кроме вы­шеуказанных характеристик определяют; содержание слюдисто-глинистых минералов, протяженность контактов зерен, соотношение влага-газ в порах.

IY этап. Сопоставляют величины показателей, характеризую­щих свойства песчаников выбросоопасного и невыбросоопасного пластов {слоев).

Пласт песчаника, в котором обнаружено разделение керна на диски (наличие кольцевих трещин), относят к выбросоопасным, если при выполнении экспериментальных работ, предусмотренных этапом III, будет установлено отличие физико-механических и петролого-минералогических свойств песчаников различных слоев, при котором:

- временное сопротивление растяжению песчаника выбросоопасного слоя в 1,5...2 раза ниже временного сопротивления растяжению песчаника невыбросоопасного слоя ;

- пористость песчаника выбросоопасного слоя в 1,5,,2 раза выше пористости песчаника невыбросоопасного слоя того же плас­те ;

- процентное содержание кварца в песчаниках выбросоопасных слоев а 1,3,...1,5 раза больше, а процентное содержание цемента в 2...3 раза меньше, чем в песчанниках невыбросоопасных слоев одного и того же выбросоопасного пласта. Размеры зерен породообразующих минералов примерно в 2 раза больше у первых песчаников.

Отсутствие выбросоопасности у песчаников, в керне которых не обнаружены диски (кольцевые трещины), дополнительно контролируется на основании сопоставления показателей выбросоопасности с данными табл,7.1. Определение показателей выбросоопасносности, приведенных в таблице 7.1. производят по "Временному руководству по применению метода регионального прогноза выбросоопасности по­род Донбасса по геологоразведочным данным".

Диапазоны колебаний значений каждого показателя разбиты на ранги выбросоопасности, которым присвоены числовые значения 0,0 ; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 (табл.7.1). Комплексный критерий выбросоопасности "В" определяют как среднее арифметическое кри­териев выбросоопасности для первой В₁и второй В₂ групп показателей.

Критерий В₁ вычисляют как среднее арифметическое критериев выбросоопасности для каждой подгруппы, которые в свою очередь являются средним арифметическим чисел рангов в подгруппе, а критерий В₂ находят как среднее арифметическое чисел рангов во второй группе показателей. Слои песчаников, характеризующиеся ве­личинами комплексного критерия 0,8...1,0 относят к высокой сте­пени выбросоопасности. При величине В, равной 0,6...0,8 и 0,4...0,6, песчаники относят соответственно к средней ки низкой степени выбросоопасности. Критерий В, меньший 0,4, указывает, что слои песчаников являются невыбросоопасными. Выбросоопасность песчаников а интервалах, где керн разделился на диски, со­ответствует критерию В, равному 0,8.,.1,0, в интервалах разви­тия кольцевых трещин - 0,6...0,8.

7.2.3. Прогноз выбросоопасности пород по эффективной по­верхностной энергии (ЭПЭ) осуществляют по данным разведочного бурения с поверхности или из горных выработок. Длина и диаметр скважин не ограничивается.

Определение выбросоопасностн песчаника ведут в следующем порядке:

I этап. Производят отбор проб песчаника :

а) в скважинах, пробуренных вкрест простирания, с каждого метра или с каждого слоя, если мощность его менее I м ;

б) в скважинах, пробуренных по простиранию через 2,5 м. Пробы отбирают в виде части керна длиной не менее 200 мм. При делении кернов на диски отбирают несколько дисков общей длиной не менее 200 мм.

II этап. Из каждой отобранной пробы изготавливают не менее трех образцов для определения величины эффективной поверхност­ной энергии по методике ДонФТИ АН УССР. По стандартной методике определяет также модуль упругости.

III этап. По трем значениям эффективной поверхностной энергии для каждой пробы вычисляет среднюю. Для каждой пары снежных проб определяют фактический перепад поверхностной енергии (по отношению величин ЭПЭ дальнего слоя к ближнему относительно за­боя выработки).

Песчаник считают выбросоопасным, если величина фактичес­кого перепада п= Г₂/Г₁, больше рассчитанного по формуле

n к_р= ((20 √ Е₂Г₂⁾/ γН)1/2, (7.1)

а эффективная поверхностная энергия, полученная экспериментально

Гф_акт>Г_кр=10^-8 n² γH, кгс/см² ,

гдеГ₁ и Г₂ - ЭПЭ ближнего и дальнего слоя соответственно; Е - модуль упругости дальнего слоя, кгс/см² .

Таблица 7.1

Показатели

Ранги выбросоопасности песчаников

0

0,2

0,3

0,6

0,8

1,0

1

2

3

4

5

6

7

I группа показателей

I подгруппа

Кварц обломочный, %

30,0

(30,0-40,0)/35,0

(40,0-50.0)/

45,0

(50,0-60,0)/ 55,0

(60,0-70,0)/ 65,0

70,0

Кварц регенерированный ,%

2,5

(2,5-5.0)/3.7

(5,0-7,7)/ 6,2

(7.5-10.0)/ 8,8

(10,0-12.5)/ 11,3

12,5

Слюдисто-глинистые мине­ралы, %

45,0

(45,0-35,0)/40,0

(35,0-25,0) 30,0

(25,0-15,0)/

20,0

(15,0-5,0)/

10,0

5,0

Средневзвешенный размер зерен, мм

0,12

(0,12-0.13)/0,12

(0,13-0,16) 0,15

(0,16-0,20)/

0,18

(0,20-0,28)/

0,24

0,28

Протяженность контак­тов, мм

0,10

(0,1-0,2)/0,15

0,2-0.3 0,25

(0,3-0,4)/ 0,35

(0,4-0,5)/0,45

0,5

II подгруппа

Пористость открытая, %

2,5

(2.5-4.5)/ 3,5

(4,5-6,5)/5,5

(6,5-8,5)/ 7,5

(8.5-10.5)/ 9,5

12

Предел прочности на разрыв, кгс/см2

100

(100-86)/ 93

(86-72)/ 79

(72-56)/ 65

(58-44)/ 51

40

III подгруппа

Степень заполнения пор газом (по массе), %

40

(40-50)/ 45

(50-60)/ 55

(60-70)/ 65

(70-80)/ 75

80

II группа показателей

Глубина, м

500

(500-700)/ 600

(700-900)/ 800

(900-1100)/ 1000

(1100-1300)/ 1200

1200

Примечание. В числителе даны пределы изменения показателей, в знаменателе - средние значения показателей, соответствующие каждому рангу выбросоопасности.

.

7.2.4. Заключение о выбросоопасности пластов песчаника должно содержать: полевое описание керна скважин с выделением генетических типов песчаника и слоев, различающихся по цвету, с описанием распространения и характера изменения их мощности ; таблицы результатов определения показателей выбросоопасности и критерия "В" (величины ЭПЭ} слоев песчаника по их мощности в каждой изученной скважине: колонки, в которых выделены гене­тические типы песчаника с вынесением критерия "В" (величины ЭПЭ} и данными о делении керна на диски (образовании кольцевых трещин) ; прогнозные разрезы выбросоопасности слоев исследованных пород ; карты гипсометрии и мощности слоев разной степени выбросоопасности ; вывода и рекомендации проектным организа­циям о наиболее целесообразных местах заложения горных вырабо­ток.

7.2.5. В случае, если пласт песчаника по данным разведоч­ного бурения определен как выбросоопасный, степень его выбросоопасности может быть уточнена при проведении горных выработок при этом степень выбросоопасности определяют на основании ана­лиза кернового материала, полученного при бурении скважин диа­метром 59...76 мм, или по величине ЭПЭ.

Керновые скважины следует бурить:

а) по оси будущей выработки, если выбросоопасный слой песчаника наводится во всем сечении выработки

б) в выбросоопасном слое песчаника в направлении подвигания выработки, если в сечении выработки находятся выбросоопасный и невыбросоопасный слои песчаника, или по каждому слою, если выбросоопасность слоев неизвестна ;

в) при проведении подготовительных выработок по песчанику керновые скважины необходимо бурить непрерывно с неснижаемым опережением скважин не менее 2 м.

Если степень выбросоопасности песчаника не уточняют, про­ведение выработки осуществляют в режиме сотрясательного взрыва­ния.

Признаки степени выбросоопасности пород следующие:

а) наличие более 30...40 выпукло-вогнутых дисков в I м кернов - зона высокой степени опасности ;

б) наличие в I м кернов не более 20...30 дисков, перемежаю­щихся породными цилиндрами длиной 50...100 мм с характерными кольцевыми трещинами - зона средней степени опасности;

в) выход кернов размером 150...200 мм иболее, опоясанных трещинами и перемежаемых единичными дисками - зона невысокой степени опасности ;

г) отсутствие дисков ( кольцевых трещин) - зона невыбросоопасная,

При прогнозе выбросоопасности из вскрывающей выработки песчаник необходимо перебуривать керновой скважиной за один или несколько приемов на всю мощность пласта.

Заключение о выбросоопасности пород подписывает геолог шахты, начальник службы (группы) прогноза и утверждает главный инженер шахты.

7.2.6. Для проведения акустического прогноза применяют звукоулавливающую аппаратуру типа ЗУА и низкочастотные анализаторы спектров типа С4-48.

Сейсмоприемник помещают в шпур диаметром 42 мм, который бу­рят в бок выработки в выбросоопасном слое песчаника на глубину не менее I м, жестко расклинивают и герметизируют. Расстояние сейсмоприемника от забоя выработки должно быть в пределах 16...50 м.

7.2.7. До начала ведения прогноза на пласте песчаника про­водят разведочные наблюдения. Для этого по оси будущей выработ­ки в выбросоопасном слое песчаника бурят разовую керновую скважину и проводят оценку выбросоопасности песчаника по делению кернов на диски.

При проведении выработки комбайном а разведанной зоне породного массива определяют среднее значение отношения амплитуд в невыбросоопасной зоне.

7.2.8. Оценку выбросоопасности пород акустическим прогно­зом производят по критерию, представляющему собой отношение (Кп) текущих значений амплитуд акустического сигнала, определен­ных на частотах 2000 и 300 Гц в прогнозируемой зоне (К0 ), к среднему значению отношения амплитуд акустического сигнала на этих же частотах в неопасных зонах ( Кн ).