ПОДЗЕМНЫЕ РАБОТЫ

Оригинальная статья

УДК 622.831.24:622.833.5:539.219.2 © В.И. Клишин, Г.Ю. Опрук, А.С. Телегуз, А.В. Николаев, С.И. Махраков, И.А. Печенев, 2021

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 11-2021 /1148/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2021-11-6-12

Название

Реализация метода направленного гидроразрыва (НГР) при решении геотехнологических задач управления повышенным горным давлением

Авторы

Клишин В.И., доктор техн. наук, профессор, чл.-кор. РАН, директор Института угля ФИЦ УУХ СО РАН, 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: klishinvi@icc.kemsc.ru

Опрук Г.Ю., канд. техн. наук, заведующий лабораторией эффективных технологий разработки угольных месторождений Института угля ФИЦ УУХ СО РАН, 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: opruk@yandex.ru

Телегуз А.С., младший научный сотрудник Института угля ФИЦ УУХ СО РАН, 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: alexanderteleguz@rambler.ru

Николаев А.В., заместитель главного инженера по технологии ООО «Шахта «Есаульская», 654006, г. Новокузнецк, Россия, e-mail: Aleksey.Nikolaev4@evraz.com

Махраков С.И., генеральный директор ООО «Шахта «Листвяжная», 652614, пгт. Грамотеино, Кемеровская обл., Россия, e-mail: office2@list.hcsds.ru

Печенев И.А., директор ООО «КарьероУправление № 42», 653047, г. Прокопьевск, Россия, e-mail: ooo@ku42.ru

Аннотация

Представлен метод направленного гидроразрыва (НГР) для управления труднообрушающейся кровлей в угольных шахтах и средства его реализации. Анализируется опыт реализации метода на угольных шахтах Кузбасса для различных технологических задач: поддержание повторно используемых подготовительных выработок; снижение первичного и последующих шагов обрушения кровли, пучения почвы впереди очистного забоя, газовыделения в очистную выработку. Рассмотрены результаты мониторинга и шахтных экспериментов по управлению кровлей с использованием метода сейсмического просвечивания выемочного столба на проходящих волнах.

Ключевые слова

Управление горным давлением, поддержание выработок, направленный гидроразрыв, труднообрушаемая кровля.

Список литературы

1. Охрана подготовительных выработок целиками на угольных шахтах / В.Б. Артемьев, Г.И. Коршунов, А.К. Логинов и др. СПб.: Наука, 2009. 231 с.

2. Труднообрушаемые кровли: проблемы и решения для механизированных забоев современного технического уровня угольных шахт / В.И. Клишин, В.В. Рашевский, В.Б. Артемьев и др. М.: Издательство «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2016. 480 с.

3. Проблемы безопасности и новые технологии подземной разработки угольных месторождений / В.И. Клишин, Л.В. Зворыгин, А.В. Лебедев и др. Новосибирск: Издательский дом «Новосибирский писатель», 2011. 524 с.

4. Оганесян С.А. Авария в Филиале «Шахта Тайжина» ОАО ОУК «Южкузбассуголь» - хронология, причины, выводы // Уголь. 2004. № 6. С. 25-28.

5. Цивка Ю.В., Петров А.Н. Гидродинамические явления на руднике Баренцбург архипелага Шпицберген // Уголь. 2005. № 7. С. 49-50.

6. Li T., Cai M.F., Cai M. A review of mining-induced seismicity in China // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2007. Vol. 44. P. 1149–1171.

7. Prevention and forecasting of rock burst hazards in coal mines / L.M. Dou, C.P. Lu, Z.L. Mu et al. // Mining Science and Technology (China). 2009. Vol. 19. P. 585–591.

8. Application of rock directional hydraulic fracture / T.T. Du, L.M. Dou, J.W. Yang et al. // Coal Mining Technology. 2010. Vol. 15. P. 4–7.

9. Deep-hole directional fracturing of thick hard roof for rockburst prevention / H. He, L. Dou, J. Fan et al. // Tunnelling and Underground Space Technology. 2012. Vol. 32. P. 34-43.

10. Directional hydraulic fracturing to control hard-roof rockburst in coal mines / Fan Jun, Dou Linming, He Hu et al. China University of Mining & Technology, 2012.

11. Monitoring and measuring hydraulic fracturing growth during preconditioning of a roof rock over a coal longwall panel / R. Jeffrey, Z. Chen, S. Pegg et al. / ISRM International Conference for Effective and Sustainable Hydraulic Fracturing. International Society for Rock Mechanics and Rock Engineering, 2013.

12. Jackson M.J., Tweeton D.R. MIGRATOM – Geophysical Tomography Using Wavefront Migration and Fuzzy Constraints / Report of Investigations 9497, Bureau of Mines. URL: http://pubs.usgs.gov/of/2000/ofr-00-0457/ (дата обращения: 15.10. 2021).

13. Three dimensional forms of closely-spaced hydraulic fractures / J. Kear, J. White, A.P. Bunger et al. / The International Conference for Effective and Sustainable Hydraulic Fractur‐ing. 20-22 May, 2013. Brisbane, Australia, In Tech: Rijeka, Croatia.

14. Van As.A., Jeffrey R.G. Caving induced by hydraulic fracturing at Northparkes Mines / The Fourth North American Rock Mechanics Symposium. 31 July - 3 August, 2000. Seattle, WA, USA, Rotterdam.

15. Experimental investigation of the interaction among closely spaced hydraulic fractures / A. Bunger, R. Jeffrey, J. Kear et al. / In 45th US Rock Mechanics / Geomechanics Symposium. 26-29 June, 2011. San Francisco, CA, USA ARMA.

16. Jeffrey R.G., Mills K.W. Hydraulic fracturing applied to inducing longwall coal mine goaf falls / The Fourth North American Rock Mechanics Symposium. 31 July - 3 August, 2000. Seattle, WA, USA, Rotterdam.

17. Measurement and Analysis of Full-Scale Hydraulic Fracture Initiation and Reorientation / R.G. Jeffrey, Z.R. Chen, X. Zhang et al. // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2015. Vol. 48. P. 2497–2512.

18. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. Л.: ВНИМИ, 1991. 102 с.

19. Чернов О.И., Кю Н.Г. О флюидоразрыве породных массивов // ФТПРПИ. 1988. № 6.

20. Клишин В.И. Адаптация механизированных крепей к условиям динамического нагружения. Новосибирск: Наука, 2002. 200 с.

21. Джевецки Ян. Новые методы предотвращения опасности горных ударов // Глюкауф. 2002. № 2. С. 18-21.

22. Dubinski J.A. Geophysical assessment of the hydraulic injection process in coal seams under rockburst hazard / Geomechanics 93. Proc. Conference, Ostrava, 1994. P. 55–58.

23. Тайлаков О.В., Соколов С.В., Салтымаков Е.А. Определение свойств кровли в пределах выемочного столба на основе применения автономных сейсмических регистраторов в шахтных геофизических измерениях // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: сб. науч. статей Междунар. научн.-практ. конф. Новокузнецк, 2018. № 4. С. 437-441.

Поддержка

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №17-17-01143).

Для цитирования

Реализация метода направленного гидроразрыва (НГР) при решении геотехнологических задач управления повышенным горным давлением / В.И. Клишин, Г.Ю. Опрук, А.С. Телегуз и др. // Уголь. 2021. № 11. С. 6-12. DOI: 10.18796/0041-5790-2021-11-6-12

Информация о статье

Поступила в редакцию: 21.09.2021

Одобрена рецензентами: 04.10.2021

Принята к публикации: 15.10.2021

РЕЦЕНЗИЯ

на статью: «Реализация метода направленного гидроразрыва (НГР) при решении геотехнологических задач управления повышенным горным давлением», авторы: Клишин В.И., Опрук Г.Ю., Телегуз А.С., Николаев А.В., Махраков С.И., Печенев И.А.

Рецензент

Федорин В.А., доктор техн. наук, главный научный сотрудник лаборатории эффективных технологий разработки угольных месторождений Института угля ФИЦ УУХ СО РАН.

Актуальность рассматриваемой статьи обусловлена тем, что применение механизированных комплексов нового технического уровня высокого сопротивления сдерживается повышенными нагрузками на краевые части массива, обусловленными зависанием пород основной кровли над выработанным пространством.

Авторами статьи предложен принципиально новый способ направленного гидроразрыва (НГР), при котором для устойчивого расширения трещин в массиве предварительно создается концентратор напряжений в виде искусственной щели. Разработаны схемы расположения скважин для гидроразрыва и мероприятия для снижения степени влияния зависающей консоли основной кровли на межлавный целик и краевые части вентиляционного штрека, осуществляемые разупрочнением пород методом НГР и бурением разгрузочных скважин по углю. Совокупное применение метода НГР, и способов разгрузки угольного пласта, позволяет решать различные технологические задачи при разработке угольных пластов с тяжелой кровлей при ее полном обрушении. При этом выполнен инструментальный контроль, с помощью геофизических методов за ориентацией трещины НГР относительно напластования пород и ее распространение в заданном направлении на расчетную длину. Обоснован вывод о том, что применение предлагаемой технологии управления кровлей позволило снизить деформации боков выработки и значительно уменьшить интенсивность пучения пород почвы на штреке в зоне опорного давления и за ней.

Вопросы, рассматриваемые в статье являются актуальными. Статью следует опубликовать в открытой печати. Статья «Реализация метода направленного гидроразрыва (НГР) при решении геотехнологических задач управления повышенным горным давлением» рекомендуется к публикации в журнале «Уголь».