1. Гидрообработка пластов
1. Гидрообработка пластов 
1.1. Общие положения.
Служба прогноза и борьбы с горными ударами на шахтах должна быть оснащена необходимым оборудованием для гидрообработки пластов. Работы, связанные с нагнетанием воды, по приказу технического руководителя - главного инженера шахты осуществляет лицо, имеющее специальную подготовку. Контроль за расходом и давлением по расходометру и манометру осуществляется в процессе нагнетания воды в участок пласта. Показания приборов в начале и конце процесса заносятся в наряд-путевку мастеров и журнал мероприятий по профилактике горных ударов.
1.2. Технологические схемы гидрообработки предусматривают:
региональное увлажнение пластов и свит пластов из полевых выработок и выработок, пройденных по другим пластам;
глубинное увлажнение через скважины, пробуренные из подготовительных выработок опасного пласта;
гидрорыхление и гидроотжим через шпуры и скважины, пробуренные из забоев очистных и подготовительных выработок.
1.3. Региональное увлажнение обеспечивает заблаговременную гидрообработку опасного пласта или свиты пластов в пределах выемочного этажа или блока. Скважины для региональной гидрообработки бурят диаметром 56 - 90 мм и оборудуют на всю длину водоподающими трубами с фильтром (рис. 9.1). Породный интервал скважин герметизируют цементным раствором на глубину не менее 10 м.
Радиус эффективного увлажнения (м) определяется формуле:
________
/ Q t
R = 31,6 \/---------,
пи m N ро
где:
Q - темп нагнетания, куб. м/ч;
t - время нагнетания, ч;
пи = 3,14;
m - мощность пласта;
N - норма увлажнения пласта, л/т;
ро - плотность угля, т/куб. м.
Расстояние между фильтрующей частью скважины и выработанным пространством по пласту должно превышать расчетный радиус эффективного увлажнения, а расстояние между скважинами должно отвечать условию С < 1,5R.
Норму увлажнения N (л/т) определяют с учетом недостатка водонасыщения порового пространства угля по формуле:
N = 10 (W - W ),
мг е
где:
W - максимальная гигроскопическая влажность угля, %;
мг
W - естественная влажность угля, %.
е
При залегании удароопасных пластов на глубине менее 400 м норма увлажнения рассчитывается по формуле:
N = 10 (W - W ),
п е
где W - полная влагоемкость угля, %.
п
Нормативный объем воды (куб. м) для закачки в каждую скважину
определяют по формуле:
3
V = 10 N C C pо,
1 2
где С и С - расстояние между скважинами по падению и
1 2
простиранию пласта.
При гидрообработке одной скважиной нескольких угольных пластов нормативный объем закачки определяется как сумма расчетных объемов для каждого пласта. Нагнетание воды по региональным схемам проводят с максимальным давлением и расходом, но первые кубометры рекомендуется закачивать при давлении, не превышающем (0,6 - 0,7) гамма Н, где гамма - объемный вес налегающей толщи пород (в среднем 2,5), т/куб. м; Н - глубина разработки, м. Типовые схемы регионального увлажнения приведены на рис. 9.2.
1.4. Глубинное увлажнение проводят при подготовке и отработке выемочных столбов и этажей (подэтажей) из подготовительных выработок вне зоны влияния очистных работ по схеме, показанной на рис. 9.3.
Не рекомендуется применять этот метод на участках перемятого угля, где невозможно пробурить шпуры для досылки герметизаторов.
При большой протяженности очистных забоев нагнетательные скважины могут быть заложены с вентиляционного и откаточного штреков. Скважины герметизируют гидрозатворами или цементируют на глубину не менее ширины защитной зоны. Расстояние С между скважинами должно быть:
С < 2l , м,
г
где l - глубина герметизации скважины.
г
Нагнетание воды должно производиться за пределами зоны
опорного давления с опережением L , удовлетворяющим требованию:
оп
L < (t + t + t + t ) V + l, м,
оп б г н в пз
где:
t - время бурения скважины на паспортную глубину, сут.;
б
t - время, необходимое для оборудования скважин, сут.;
г
t - продолжительность нагнетания воды, сут.;
н
t - время выдержки пласта после нагнетания, равно 30 сут.;
в
V - скорость подвигания очистного забоя, м/сут.;
пз
l - ширина зоны опорного давления, м (см. рис. 1).
Объем воды для закачки в скважину при глубинном способе
увлажнения рассчитывают по формуле:
3
V = 10 N m l C pо, куб. м,
с
где l - длина скважины.
с
1.5. При гидрорыхлении схему расположения нагнетательных скважин принимают в зависимости от системы разработки, строения, мощности пласта и его отдельных пачек, свойств боковых пород (рис. 9.4).
При нагнетании воды в режиме гидрорыхления глубина герметизации должна соответствовать условию:
_
l = (от 4 до 6)\/m, м.
г
Длина фильтрующей части скважины l = 1,5 - 2,5 м. Общая
ф
длина нагнетательной скважины l = l + l должна быть не более
c г ф
12 м и удовлетворять условию:
l > n + b,
с
где:
n - ширина защитной зоны;
b - подвигание забоя за один или несколько циклов.
Расстояние между скважинами принимают из условия С < 1,5l .
c
Удельный расход жидкости (норму нагнетания N, л/т) при
гидрорыхлении через скважины глубиной 6 - 12 м определяют из
выражения N = 10W . На пластах сложного строения величина N
мг
может быть скорректирована ВНИМИ на основании изучения фазово-
физических свойств отдельных пачек.
Количество воды V, куб. м, закачиваемое в каждую скважину
глубиной 6 - 12 м, составляет:
в очистных забоях и стенках подготовительных выработок:
3
V = 1,3 х 10 N m l C;
с
в забоях подготовительных выработок при нагнетании через
одиночную скважину N рассчитывается в соответствии с
п. 1.2 Приложения 9:
3
V = 1,3 х 10 N m l (2n + a),
с
где а - ширина выработки;
в забоях подготовительных выработок при нагнетании через две
скважины и более:
-3
V = 1,3 х 10 N m l C',
c
где С' - расстояние между фильтрующими частями скважин, м.
При глубине скважины до 6 м расчетный объем воды необходимо увеличивать на 25 - 30%.
Давление нагнетания поднимается ступенями по (0,2 - 0,3) гамма Н до величины, исключающей гидроразрыв пласта. Продолжительность нагнетания на первых ступенях должна составлять не менее 10 мин. На последней ступени (0,8 - 0,9) гамма Н нагнетание производят до закачивания необходимого количества воды.
Во избежание преждевременного гидроразрыва пласта целесообразно подключить к одному насосу 2 - 3 нагнетательные скважины.
В случае гидроразрыва пласта нагнетание прекращают, бурят новую скважину на расстоянии 2,5 - 3 м от старой и нагнетание продолжают до закачивания необходимого количества воды.
При трудности бурения скважин на оптимальную глубину гидрообработку начинают через скважины с минимально возможной глубиной, но не менее n + b, где b - минимально допустимое подвигание забоя за один цикл.
Если по технологическим причинам значение l необходимо
c
увеличить, то переход к более длинным скважинам нужно
осуществлять постепенно, в течение 3 - 4 циклов нагнетания. В
очистных забоях прямолинейной формы скважины последующего цикла
гидрорыхления бурят между скважинами предыдущего цикла.
1.6. Гидроотжим краевой части пласта применяют только в
действующих очистных или подготовительных забоях при вынимаемой
мощности пласта (слоя) не более 2 - 2,5 м (рис. 9.5).
Длину фильтрующей части шпура, как правило, принимают равной
0,3 - 0,5 м. При использовании нагнетательного оборудования,
позволяющего поднять давление до 30 - 40 МПа, длину фильтрующей
части скважины целесообразно увеличивать до 0,8 - 1,5 м.
Расстояние между шпурами принимают из условия С < 1,5l . После
с
падения давления воды в системе до 5 МПа и ниже нагнетание
прекращают; при большем остаточном давлении, но не менее чем в 2
раза по сравнению с давлением до гидроразрыва, подачу воды
продолжают в течение 10 - 15 мин.
1.7. Способ борьбы с горными ударами с использованием пластификаторов основан на адсорбционном понижении прочности угольного массива в результате воздействия жидкостей с заданными физико-механическими свойствами.
Областью использования данного способа являются участки угольных пластов с низкой трещиноватостью и высокой прочностью, плохо принимающие воду и склонные к повторному восстановлению удароопасности. Это охранные целики выработок длительного срока эксплуатации, выработки, которые в перспективе могут оказаться в зонах ПГД.
Использование метода производится под методическим руководством ВНИМИ.
Нагнетание производят в режиме увлажнения в два этапа. На первом этапе нагнетают растворы, содержащие поверхностно-активные вещества (сульфанолы, синтанолы, сульфанаты и др.), а затем составы, увеличивающие вязкость после нагнетания (полиоксиэтилен и др.).
1.8. Комплекс мероприятий для предотвращения горных ударов и выбросов при проходке выработок в зонах ПГД на пласте Тройном Воркутинского месторождения.
1.8.1. Комплекс мероприятий включает следующее.
Прогноз ударо- и выбросоопасности по выходу буровой мелочи и начальной скорости газовыделения согласно требованиям настоящей Инструкции и Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа.
Прогноз ударо- и выбросоопасности начинают при подходе забоя выработки к границе зоны ПГД со стороны защищенной зоны в соответствии со схемой рис. 9.6.
При переходе выработкой зоны ПГД, сформированной краевой частью остановленного забоя на пласте Четвертом, на расстоянии от створа забоя (граница зоны ПГД) до 0,5l (l - ширина зоны опорного давления) проводят бурение разгрузочных скважин. Дополнительным мероприятием по снижению ударо- и выбросоопасности участков пластов является гидровымыв. На участке l - 0,5l от створа забоя пласта Четвертого проводят только гидровымыв, дополнительно проводят бурение разгрузочных скважин с последующим гидровымывом, аналогично тому, как это требуется для участка 0,5l - створ.
При переходе зон ПГД, сформированных на пласте Тройном над целиками угля пласта Четвертого, порядок применения мероприятий определяется размерами целика, а именно:
а) при размерах целика, превышающих 2l, порядок применения мероприятий аналогичен вышеизложенному;
б) при размерах целика, превышающих l, но меньших 2l, необходим следующий порядок применения мероприятий:
на участке от створа целика в сторону зоны ПГД до 0,5l проводят бурение разгрузочных скважин, а дополнительно - гидровымыв;
в центральной части зоны ПГД на расстояние более 0,5l от створов целика проводят только гидровымыв, а дополнительно - бурение разгрузочных скважин с последующим гидровымывом аналогично участку зоны ПГД 0,5l - створ забоя;
в) при размерах целика меньше l в пределах всей зоны ПГД нужно проводить бурение разгрузочных скважин, а дополнительно - гидровымыв.
При мощности выбросоопасной пачки угля менее 0,1 м независимо от результатов прогноза выбросоопасности допускается вести проходку подготовительных выработок на любом участке зоны ПГД только с разгрузочными скважинами или гидрорыхлением.
1.8.2. Бурение разгрузочных скважин первого цикла осуществляют первоначальным бурением 4 скважин, из которых 2 центральные имеют длину 20 м, а боковые - 15 м. После 8 м подвигания забоя выработки бурят 3 скважины второго цикла, центральную длиной 20 м и боковые - 15 м. Через 8 м подвигания забоя выработки вновь бурят 4 скважины, повторяя весь цикл. Боковые скважины выходят за контур выработки на 4 м, диаметр бурения - 300 мм. Схема бурения, представленная на рис. 9.7, обеспечивает неснижаемое опережение, равное 7 м.
1.8.3. Гидровымыв опережающих полостей проводится в соответствии с требованиями п. 6.4.7 Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. При совместном использовании разгрузочных скважин и гидровымыва эффективным является образование 5 полостей, из которых центральная имеет длину 15 м, а боковые - 10 м. Максимально допустимое подвигание забоя после гидровымыва - 8 м, неснижаемое опережение - не менее 7 м.
1.8.4. Эффективность применения разгрузочных скважин как способа снижения выбросоопасности оценивают по выходу штыба и скорости газовыделения при бурении контрольных шпуров по выбросоопасной пачке в соответствии с п. 2.5.1 Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа (рис. 9.7, 9.8). Частота бурения контрольных шпуров - через 4 м подвигания забоя подготовительной выработки.
Эффективность бурения разгрузочных скважин как способа снижения удароопасности оценивают по выходу штыба при бурении контрольных шпуров по крепкой пачке угля (рис. 9.7, 9.8). Периодичность контроля - через 4 м подвигания забоя подготовительной выработки.
Контроль эффективности гидровымывания опережающих полостей проводят в соответствии с п. 6.4.7 Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа.
