Определение напряженного состояния краевой части пласта с помощью методов текущего прогноза выбросоопасности

Abstract

Актуальность исследования обусловлена потребностью в оперативном методе экспериментальной оценки напряженного состояния пласта впереди проводимой выработки, определяемого совокупностью основных факторов выбросоопасности: горным и газовым давлением, а также прочностью угля. Цель: обосновать метод оценки напряженного состояния краевой части пласта в форме отношения текущего и критического значений показателя выбросоопасности с помощью одновременно выполняемых спектрально-акустического и инструментального метода текущего прогноза выбросоопасности. Объекты: склонные к динамическим явлениям угольные пласты подземных шахт. Методы: анализ инструментальных и геофизических методов контроля напряженного состояния призабойного пространства; оценка напряженного состояния с позиций геомеханики твердого тела; инструментальный метод контроля выбросоопасности - по начальной скорости газовыделения и выхода штыба при поинтервальном бурении скважины; геометрическая акустика; геофизический метод контроля выбросоопасности, основанный на спектральном анализе «шума» рабочего органа буровой установки; оценка напряженного состояния краевой части пласта по результатам одновременного контроля инструментальным и геофизическим методом. Результаты. Дана характеристика инструментальных и геофизических методов контроля горного давления и в целом напряженного состояния призабойного пространства подземных выработок. Показано, что для оценки степени выбросоопасности важны не величины горного и/или газового давления, а отношение текущего и критического значений напряженного состояния, которое приближенно определяется тремя основными факторами: давлением вышележащих пород, внутрипластовым давлением газа и прочностью наиболее нарушенной угольной пачки пласта. Обоснована технология такого определения напряженного состояния пласта, включающая поинтервальное бурение скважины в борт выработки на необходимую глубину с длиной интервала в 1 м, на каждом интервале измерение показателя выбросоопасности инструментальным и геофизическим методом. По результатам измерения определяют отношение средних значений текущего и предельного напряжений на участке между фрезой буровой штанги в конце текущего интервала бурения контрольной скважины и геофоном, установленным в борт выработки.

The relevance of the research is conditioned by the demand in operational method of experimental estimation of the stress-state of a coal seam ahead of the working, which is defined by key outburst danger factors: ground pressure, gas pressure and coal strength. The main aim is to substantiate the method of estimating the stress state of a coal seam selvage in the form of ratio of current and critical values of outburst danger indicator applying simultaneously performed spectral-acoustic method and instrumental method of outburst danger current (operational) prediction. Objects: underground mine coal seams prone to dynamic phenomena. Methods: the analysis of instrumental and geophysical methods of a face space stress state control; the estimation of a stress state based on geo-mechanics of solid bodies; instrumental method of outburst danger control - on the initial speed of gas emission and cutting fines output under interval drilling of boreholes; geometric acoustics; geophysical method of outburst danger control based on spectral analysis of the drilling rig working element noise; estimation of a stress state of a coal seam selvage on the result of simultaneous control fulfilled by instrumental and geophysical methods. Results. The paper introduces the characteristics of instrumental and geophysical methods of the ground pressure control and a stress state of underground working face space, in general. It is shown that for estimating the outburst danger degree neither ground pressure value nor gas pressure value bear any importance but the ratio of current and critical values of a stress state and it is, approximately, defined by three key factors: overlaying rock pressure, in-situ gas pressure and by the strength of the most broken coal layer. The technology of defining the stress state of a coal seam, which includes interval drilling of a borehole into the wall of the working into a certain depth with the interval length of 1 meter and measuring outburst danger indicator at each interval by instrumental and geophysical methods, is substantiated. Based on the measuring results one can determine the ratio of medium values of current and critical stresses at the distance between the miller of the drillrod at the end of the current drilling of a control borehole and a geophone, installed into the wall of the working.