Расчет параметров разупрочнения.

Пласт мощный имеет следующую характеристику: пласт простого строения, крепость угля (f = 2.0 – 3.2) по шкале профессора Протодьяконова, мощность пласта 8,6 м, угол падения 72^о, марка угля КО. Почва и кровля пласта сложены – алевролитами. Пласт весьма склонен к самовозгоранию.

Так как крепость угля пласта мощного колеблется от 2,0 –до 3,2, а эффективность выемки угля при гидравлической добычи напрямую зависит от крепости угля необходимо предварительное разупрочнение массива.

Имеется положительный опыт ослабления угольного массива и отбойки угля гидровзрыванием, сущность которого заключается во взрывании зарядов ВВ скважинах, заполненных водой под давлением, создаваемым насосными установками. Однако требования безопасности к этому способу достаточно жесткие, а эффективность его применения не всегда высокая. Скважины бурятся параллельно линии очистного забоя на всю длину или на длину вынимаемой заходки. В пробуренные скважины помещают одну – две нитки детонирующего шнура и колонковые расредоточеные заряды. Заряженные скважины заполняют водой под определенным давлением соответствующим степени водоустойчивости применяемых ВМ и взрывают. Ослабленную таким образом полосу (заходки) вынимают при помощи струи воды с одной позиции гидромонитора.

Применение гидрозабойки увеличивают эффективность взрыва при прочих равных условиях в два – три раза. Кроме того, после взрывания зарядов в скважинах с гидрозабойкой по сравнению со взрыванием зарядов без гидрозабойки процентное содержание ядовитых газов в забое уменьшается.

Улучшение технико-экономических показателей при гидродобычи с ослаблением угольного массива взрыванием зарядов ВВ в скважинах с гидрозабойкой происходит главным образом благодаря непрерывности выемки заходки в виду ослабления ее в один прием, увеличение длины заходки примерно на 50% и такого же сокращения объема подготовительных работ, уменьшение расхода ВВ при взрывании зарядов с гидрозабойкой, повышение интенсивности выемки вследствие равномерного и эффективного ослабления массива по всему объему заходки, сокращение трудовых затрат по бурению и взрыванию скважин, а так же по выемки угля.

Для разупрочнения угольного массива опробован физический эффект вмброрыхления массива за счет одновременного действия, статистических и импульсивных растягивающих и сдвиговых напряжений. Успешно испытан вибратор мощностью 50 кВт с частотой вибрации 10-60 Гц, усилием распора 600 кН, разность совершенствования конструкции вибратора и технологии его применения.

Значительное уменьшение прочности угля (до 20 %) достигается при обработки угольного массива водой, применяемой для снижения пылеобразования, ударо – и взрывоопасности угольных пластов, что осуществляется нагнетанием воды в массив через скважины. Эффективность обработки массива водой зависит от проницаемости угля.

Известно, что угольный массив разбит трещинами различных размеров – от соизмеряемых с молекулами до трещин с просветами в несколько мм. Перенос жидкости в угольном пласте происходит по системам наиболее крупных трещин, а в отдельных случаях каналами преимущественного переноса жидкости служат перемытые пачки угля.

Достоинством этого способа является то, что он, на ряду с улучшением технико – экономических показателей и повышением безопасности работ, обеспечивается поточность процесса выемки угля.

Технология ослабления угольного массива при гидродобычи принято следующая. Перпендикулярно плоскости основной прирожденной трещиноватости бурят скважины определенной длинны. В скважины вводят герметизирующие устройства – гидрозатворы, подсоединенные к напорной водопдведенной магистрали, и насосами подают в пласт воду под максимально возможным давлением. Процесс нагнетания продолжают до тех пор, пока вода не появится на поверхности забоя, давление в нагнитательной системе не спадает.

Повышение эффективности разупрочнения массива нагнетанием воды в скважины возможно за счет добавления в нее поверхностно – активных веществ (ПАВ).

ПАВ в силу своих структурных особенностей являются перспективными компонентами разупрочняющей жидкости, так как добавка уже небольшого их количества в раствор существенно снижает поверхностную энергию материала и обусловливает изменения работы, необходимые для образования новых поверхностей и как следствие, изменение механических свойств материала.

В настоящее время для повышения интенсивности увлажнения угольных пластов и снижения их выброса опасности за счет регулирования метановыделения и повышения пластичности угля в нагнетаемую воду добавляются в небольших концентрациях пенообразователями, смачиватель ДБ, нафтанокс, сульфаном, полиокриамит.

Перспективным направлениям ослабления угольного массива являются нагнетения в пласт углекислого газа. Насыщение угля газом, как и нагнетения воды, приводит к значительному снижению его упругих характеристик и прочности, причем в силу большей проникающей способности газонасыщения дает более значительные результаты , чем влагонасыщение.

На основании проведенных исследований установлено, что насыщение угля углекислым газом приводит к уменьшению свободной поверхностной энергии (сил сцепления) на границах раздела фаз и расклинивающего действия сорбированных в трещинах угля молекул газа в процессе их капиллярной конденсации.

Полученное при нагнетании углекислого газа разупрочнение угольного массива имеет необратимый характер. Газонасыщение должно производится до очистных работ. При этом эффект разупрочнения тем большем, чем в большем массиве оно производится, и возрастает с увеличением глубины нагнетательных скважин и с удалением их от обнаженных поверхностей или забоя .

 Для разупрочнения массива бурятся скважины или шпуры веером по мощности пласта из выемочных штреков в 2-3 м от очистного забоя.

С нижнего штрека бурятся только восходящие шпуры, с остальных штреков восходящие и нисходящие. Шпуры оборудуются герметизаторами на глубину 1,5-1,6 м, после чего производится нагнетание в уголь углекислого газа из баллонов .

В условиях данного проекта считаем наиболее целесообразно применить разупрочнение массива шпуровыми зарядами перед отработкой каждой заходки , так как этот способ разупрочнения не требует какого – либо дополнительного оборудования.

Технологическая схема обработки пласта Мощного следующая: проводятся подэтажные штреки в подэтаже по лежачему и висячему бокам пласта и выемочные орты между ними через 8 м.

Проведение подэтажных штреков прекращается, не доходя до границы межблокового целика на длину струи гидромонитора . Из забоя подэтажного штрека , расположенного у почвы пласта , проводится разрезная печь на выше лежащей подэтаж сечением в свету 1,0-2,0м² и разрезной орт между штреками. 

Гидравлическая выемка угля в очистном забое производится «заходками» из выемочного орта , начиная от кровли пласта , а затем из подэтажного штрека ,у почвы пласта гидромонитором типа 12 ГД, который устанавливается в закрепленной части подэтажного штрека или орта.

Технологическая вода подается по трубам под давлением до 13МПа.

В каждой заходки уголь вынимается на полную ее длину, после чего гидромонитором разрушается потолочина, осуществляется обрушение кровли и перепуск обрушенных пород из вышележащего подэтажа с заполнением «заходки» породой гидромонитор передвигается по выемочному орту, а затем по подэтажному штреку на 6-8 м на выход и устанавливается для отработки следующей заходки.

Передвижение гидромонитора, производится с помощью ручной лебедки, переносится предохранительный щиток.

Производится укорачивание водоотводного и рештачного ставов. на протяжении 5 м от забоя усиливается крепь подэтажного штрека установкой средней стойки.

Крепление водоотводного става по прямой части подэтажного штрека производится проволокой диаметром 6 мм в три ветви через 20 м стойки крепи, а на поворотах с помощью накладок или уголков, которые крепятся анкерными болтами. Раскрепка рештачного става производится деревянными анкерами.

Размыв не габаритных кусков угля в «заходках» производится струей гидромонитора от основного штрека, не допуская попадания гидромониторной струи за отбитый уголь. По подэтажному штреку крупные куски угля разбиваются кувалдой.

Как уже упоминалось, разупрочнение угля производится перед каждой «заходкой».

Работы по бурению шпуров для разупрочнения межштрекового целика производится в выемочном орте только после того как будет посажена предыдущая и смежные заходки.

Предварительно укорачиваются водоотводный и рештачный ставы на 5-7 м и оттаскивается гидромонитор за обуреваемый участок. Бурение шпуров производится согласно паспорту БВР.

Шпуры бурятся веерообразно по периметру. Для бурения применяются электросверла ЭР-18Д, шпуры бурятся составными бурами.

Разметку направления и длины шпуров производит горный мастер.

Перед каждым новым циклом определяются параметры отрабатываемого заходкой массива с помощью бурения разведочных шпуров в потолочину борта. После обуривания забоя необходимо раскрепить призабойную крепь, усилить средними стойками или подхватами на протяжении 3 м произвести осланцевание выработок на протяжении 20м от забоя, также на этом протяжении убирается все оборудование и другие предметы.

Для проведения буровзрывных работ необходимо использовать: аммонит ПЖВ – 20, электродитонаторы ЭДК3 – ПКП и взрывной прибор – КВП 1/100.       

Определяем необходимое количество воздуха для проветривания очистного забоя по формуле:

 

                             

где Т – время проветривания (по ПБТ= 30мин)

      Vвв= 100*ВВуч – объем вредных газов, образующихся при взрывании по углю аммонита ПЖВ – 20.

      Sсв – средняя площадь выработки в свету м²,

             Lп – длина тупиковой части выработки, м

             Кобв – коэффициент обводнености выработки, Кобв = 0,6,

             Кут. Тр – коэффициент утечек в вентиляционном стволе, Кут.тр=1,1

 

             Тогда максимально допустимый объем ВВ взрываемых при разупрочнении угля определяется по формуле:

 

 

 

Расчет линии наименьшего сопротивления до поверхности забоя определяется по формуле:

 

где qн – удельный расход ВВ зарядов нормального выброса, кг/м³, для f=3.2.

qн = 1,2

 

Линия наименьшего сопротивления до поверхности отработанного подэтажа определяется по формуле:

Для уточнения количества ВВ на цики разупрочнения определяем объем разупрочняемого массива, который определяется из технологических условий и зависит от длинны заходки L, высота подэтажа h, и ширины заходки m и определяется по формуле:

Vр = [(L – 2Wз)(h – Wn)(m – Wn)] - [Sсв (L – 2Wз)], м

 

V =[( 8-2*0,91)(10-1,12)(8-1,12) ] -[ 4,5(8-2*0,91) ] =304 м

Количество ВВ необходимы для разупрочнения объема Vр определяется по формуле:

Qр = Vp*qp, кг

Где qp – удельный расход ВВ необходимого для разупрочнения, для f=3.2, qp = 0.4 кг/ м³

Qр =304*0,4=122,4 кг

 

 По условиям проветривания забоя мене чем за 30 мин Qр≤ВВуч, 122,4≤137,8, кг

 

Производим расчет количества шпуров на цикл разупрочнения. Количество шпуров верх до потолочины равно:

 

Nn = m*√ qн -2 = 8 * √ 1,2 – 2 = 6,72 : 7 шпуров.

Количество бортовых шпуров равно:

Nб =(h-Wn)* √ qn-2=(10-1.12)* √ 1.2-2=6.63., 6 шпуров

Суммарное количество шпуров в сечении выработки равно :

Ns=Nn+Nб=7+6=13 шпуров.

Количество рядов равно

Кр =(L-2 Wз)* √ qн=(8-1,82)* √ 1,2=6,73: 7рядов:

Общее количество шпуров равно:

N = (Nn+Nб)*Кр=(7+6)*7= 91 шпур.

Средняя величина заряда равна

qcp = Qp/N =122.4/91=1.34 кг

количество шпуров, направленных к потолочине по всей длине заходки равно:

7*7=49 шпуров.

Принимаем все заряды 1,5 кг, тогда количество ВВ на верхние шпуры равно :

49*1,5=73,5 кг

Длина шпуров, пробуренных в потолочину равно:

Ln = 9-2-1.2=5.8 м, принимаем: ln = 4.5 м

Количество бортовых шпуров: 6*7=42 шт

Длина бортового шпура: l б = 8-1,12=4,88 м, принимаем 4,5 м, вес заряда 1,2 кг

Количество ВВ на бортовые шпуры: 1,2*42=50,4 кг

Общий расход ВВ на «заходку»: 50,4+73,5=123,9 кг

Приминяемое ВВ при разрушении аммонит ПЖВ – 20

Конструкция горизонтальных и наклонных до 18^о зарядов: гидроампулы 3шт, заряд, гидроампулы, глина.

Конструкция вертикальных и наклонных свыше 18^о шпуров: заряд, глина.

Длина забойки должна быть не менее длины заряда с тем, чтобы не допустить вышпуривание заряда.

Для более длительного воздействия на массив взрыва целесообразно применять ЭД нескольких степеней замедления, но с учетом подрыва мнгновеных верхних шпуров.

 В виду того, что шпуры в ряду по периметру бурятся веерообразно и расстояние между зарядами в шпуре будет более 0,6 м, допускается расстояние между устьями шпуров 0,35 м.