Предупредительный признак внезапного выброса

Внезапные выбросы угля и газа

Автор: Бобровников В. Н.
Источник: Конспект лекций по предмету Безопасность жизнедеятельности ВГИ СПГГИ(ТУ) 2002–2003 учебный год, преподаватель Бобровников В. Н.

Внезапные выбросы – это быстропротекающий процесс разрушения горного массива, сопровождающийся отбросом угля и усиленным газовыделением. Обычно внезапные выбросы появляются при глубине разработки 200–300 метров, с ростом интенсивности с увеличением глубины разработки, мощности и угла падения пласта. Воркутинское месторождение считается опасным по выбросам при давлении в скважинах не менее 10 атмосфер.

Пласты подразделяются на:

К выбрасоопасным относят пласты в пределах шахтного поля ниже вентштрека того горизонта, на котором имели место случаи выброса. При системе отработки длинными столбами по восстанию (падению), пласт считается опасным до 100 метров выше отметки места выброса.

Угрожаемый – пласт имеющий общую границу с опасным пластом по простиранию.

Согласно эмпирической теории выброса, внезапный выброс происходит в две фазы:

Признаки внезапного выброса:

В результате прогноза выделяются опасные и угрожаемые зоны, наносятся на планы работ, что позволяет разработать планы предупреждения, организовать контроль.

При подходе забоя к предполагаемому нарушению на расстояние не менее 25-и метров прогноз ведётся через каждые 4–5 метров. По максимальным значениям замера, по номограмме данного бассейна оценивается опасность пласта. Если забой вошёл в опасную зону, то необходимо применение специальных профилактических мер. При выходе из опасной зоны и отходе на 25 метров, прогноз прекращается. В лаве контрольные шпуры бурят через каждые 10 метров и зона считается опасной, если хотябы в одном из них скорость газовыделения достигает 5-и л/мин, а размер опасной зоны ограничивается соседними шпурами, где скорость менее 5-и л/мин.

Содержание спецпроекта на отработку выбросоопасных пластов:

Требования к технологии ведения подготовительных и очистных работ:

Способы борьбы с выбросами:

Наиболее безопасной по внезапным выбросам являются системы разработки длинными столбами, которые обеспечивают:

Меры безопасности, при работах по борьбе с выбросами:

ПБ при сотрясательном взрывании (цель сотрясательного взрывания – спровоцировать выбросы породы, угля, газа).

Взрывание ведётся согласно специальной инструкции, прилагаемой к паспорту БВР. В ней предусмотрено:

Оказание первой помощи:

Источник

Понятие о внезапных выбросах угля, породы и газа

Проблема борьбы с газодинамическими явлениями в глубо­ких угольных шахтах стала одной из наиболее актуальных во многих угольных бассейнах. Многие угольные пласты Донецко­го бассейна склонны к внезапным выбросам угля и газа, а с глубины 700—800 м здесь все чаще происходят выбросы породы, которые весьма осложняют подготовку новых горизонтов и строительство глубоких шахт. Внезапный выброс представляет собой быстропротекающее разрушение, призабойной части газоносного угольного или по­родного массива под воздействием сил горного давления, дав­ления газа и собственной массы угля, сопровождающееся от­бросом или обрушением угля (породы) в горную выработку и обильным газовыделением, превышающим обычное газовыде­ление.

Основные признаки происшедшего внезапно­го выброса угля и газа: образование в угольном масси­ве характерной полости, отброс угля от забоя в горизонтальных выработках крутых пластов и во всех выработках пологих пластов, наличие повышенного по сравнению с обычным содер­жания газа в горной выработке после выброса.

Дополнительные признаки происшедших внезапных выбросов угля и газа: механическое по­вреждение крепи выработки отброшенным углем, повреждение и отброс оборудования, установленного в выработке, наличие тонкоизмельченного пылевидного угля в конце откоса выброшенного угля и на крепи, а иногда и по всей выброшенной мас­се, меньший угол откоса выброшенного угля в горизонтальной выработке по сравнению с углом его естественного откоса.

Предупредительные признаки внезапных выбросов: уменьшение прочности угля, выдавливание угля из забоя, усиленное давление на крепь, удары и трески различной силы и частоты в массиве, отскакивание кусочков угля и шелушение забоя, появление пылевого облака, резкое выделение газа в выработку, зажим штанг, выброс штыба и газа при бурении скважин.

Понятие о горных ударах

По силе проявления горные удары подразделяют на собст­венно горные удары, микроудары, толчки и стреляния.

Микроударпроявляется в виде выброса или осыпания угля (породы) в горные выработки без нарушения крепи и без сме­щения машин и механизмов. Микроудар сопровождается зву­ком, незначительным сотрясением массива горных пород и образованием пыли.

Толчок проявляется в разрушении пласт угля (породы) в глубине массива без выброса в горную выработку. Толчок сопровождается звуком, сотрясением массива, появлением пыли.

Стреляниепроявляется в отскакивании от угольного пласта (пород) отдельных кусков. Оно сопровождается резким звуком.

Классификация горных пород физико-механическим свойствам

Для возможности сравнения прочности различных пород с целью создания эффективных средств механизации разработки нормативов производительности машин и труда рабочих приближенной экономической оценки

коэффициенты крепости горных пород имеют корреляцион­ную зависимость с некоторыми физико-механическими константами горных пород, определяемыми более точными методами,
например контактная прочность, усилие среза, усилие разрыва, упругие константы и др.

Недостатки этой классификации: предел пучности на сжатие для одной и той же породы значительно меняется в зависимости от формы и размеров испытываемых образцов, направления сжимающей силы по отношению к напластованию породы (например, предел прочности каменной соли при увеличении высоты образца с 5 до 20 см уменьшается в 2 раза и более);

не всегда подтверждается справедливость одного из основных исходных положений о том, что коэффициент крепости пород при различных производственных процессах одинаков (например, коэффициент крепости у глины, определенный по бурению, равняется единице, а по взрыванию он доходит до десяти).

Существует более точная корреляционная зависимость между пре­делом прочности на сжатие и коэффициентом крепости :

Коэффициент крепости имеет довольно четкую связь с буримостью, расходом взрывчатого вещества и др. процессами разрушения породы. Классификация пород по СНиПу (строительным нормам и правилам) аналогична классификации М. М. Протодьяконова, но построена она в обратном порядке — наиболее крепкие породы относятся к XIкатегории, наиболее слабые и плывучие — к Iкате­гории.

Имеются классификации пород по буримости, взрываемости, разрушаемости породы, расходу режущего инструмента (зубков врубовых машин) и др. Буримость выражается либо длиной шпура, пробуренного за минуту чистого времени в стандартных условиях, либо затратой чистого времени бурения 1 м шпура при тех же усло­виях. Взрываемость, т. е. сопротивляемость породы разрушению взрывом, характеризуется расходом взрывчатого вещества (кг) на 1 м 3

Показатели буримости получают для так называемых стан­дартных условий, предусматривающих применение одного типа бурового молотка по всем категориям крепости горных пород при одной форме и диаметре коронки, бурение шпуров глубиной 1м при давлении воздуха 0,45 Мпа. При применении для опре­деления буримости пород других типов перфоратора формы и диаметра коронки рекомендуются поправочные коэффициенты полученные опытным путем.

Источник

Внезапный выброс

Внезапный выброс — газодинамическое явление, возникающее вследствие быстрого изменения напряжённого состояния краевой части газоносного пласта вблизи горной выработки, как правило, при вскрытии пласта/пропластка, из груди подготовительного или очистного забоя. Различают внезапные выбросы угля и газа, породы и газа. Сопровождается частичным или полным разрушением забоя, бурным выделением газа и образованием потока угля или породы, взвешенного в газе. Причём, осмотр забоев после выброса показал, что взвесь имеет такой тонкий «помол», что наводит на мысль, что горный массив разрушился не только от напряжения горного массива, но и по причине выброса внутримолекулярного, прежде связанного, газа. Стоит отметить, что природа внезапных выбросов до сих пор не понятна до конца, а существующие теории горного давления в массиве, не могут объяснить суть явления.

Читайте также:  Признаки слабого сердца у мужчин

Во многих странах мира на шахтах происходят внезапные выбросы угля и газа, песчаников и газа, калийных солей и газа, а при сооружении тоннеля Арпа-Севан в Армении имели место выбросы порфиритов и газа. Уголь, песчаники, калийные соли и порфириты существенно различаются по своим физико-механическим свойствам. Общим для всех взрывоопасных пород и угля являются высокие упругие свойства и наличие газа в поровом пространстве.

Характеристикой внезапного выброса является его интенсивность, измеряемая количеством выброшенной горной массы и дальностью его отброса. Количество выбрасываемой горной массы внезапным выбросом составляет от нескольких тонн до тысяч тонн, а объём выделяющегося газа — от нескольких м³ до сотен тысяч м³. Горные выработки при этом заваливаются горной массой на десятки метров и заполняются газом, а в массиве образуется полость или каверна, которая на крутых пластах часто имеет грушевидную форму. При наиболее крупных выбросах выделялось 0,6—1,2 млн. м³ газа и выбрасывалось до 12—14 тысяч тонн угля. Они сопровождались ударной воздушной волной, особенно сильной при выбросах, вызванных сотрясательным взрыванием. Воздушная волна усиливала, останавливала или опрокидывала вентиляционную струю, а также нарушала крепь в призабойной части части выработки, повреждала рельсовые пути и оборудование.

Угли пластов, опасных по внезапным выбросам, в большинстве случаев отличаются пониженной прочностью в отдельных сильно нарушенных пачках, перемятостью, отсутствием ясно выраженного кливажа и развитием трещин тектонического происхождения. Выбросы угля и газа чаще всего происходят у зон мелкой нарушенности угольных пластов (разрывные формы микротектоники, мелкая пликативная складчатость). Разработка опасных по внезапным выбросам угольных пластов связана с высокой степенью опасности для шахтёров, так как крупные внезапные выбросы газа нередко переходят в подземные взрывы газа с большим числом погибших. Выброшенный газ, обычно представлен метаном (CH4), реже — двуокисью углерода (CO2), смесью CH4 и CO2, может содержать примеси тяжёлых углеводородов.

Первый выброс угля и газа произошел на шахте «Исаак» во Франции в бассейне Лауры. В дальнейшем выбросы происходили на шахтах Бельгии, Германии, Англии.
В Донбассе первый внезапный выброс произошел на шахте «Новая Смолянка» на горизонте 706 м при вскрытии пласта h7 «Смоляниновский» квершлагом, проводимого с помощью буровзрывных работ. Этот выброс был описан в книге пионера горноспасательного дела России Н.Н. Черницына, вышедшей из печати за несколько дней до трагической гибели автора во время горноспасательных работ на шахте №1 в г. Горловка. Самый крупный выброс угля и газа в мировой практике при подземной разработке угольных пластов подземным произошел в Донбассе на шахте им. Ю. А. Гагарина ПО «Артемуголь» при вскрытии квершлагом угольного пласта 13 «Мазурка» на горизонте 710 м. При этом было выброшено 14 тыс. т угля и выделилось по различным данным от 7500 до 250 тыс. м 3 метана
Выбросы угля и газа имеют место в России, Польше, Китае, Казахстане, Чехии и других странах. Минимальная глубина, на которой происходили выбросы угля и газа составляет 120—150 метров.

Наиболее крупные выбросы угля и газа на угольных шахтах.

Страна Шахта Количество выброшенного угля, т Количество выделившегося газа, м³
Австралия Коллинсвил 800 140000
Великобритания Корвей 2500 70000
Германия Иббенбюрен 2500 4700
Канада Моррисей 3500 60000
Китай Санхуба 12780 1000000
Польша Нова Руда 3000 820000
СССР им. Гагарина 14500 >250000
Турция Козлу 1100 110000
Франция Фонтэн 5600 100000
Япония Юбари Шин 4000 600000

Выбросы угля и газа могут происходить при выемке угля и пород в выработках любого, самого различного назначения: от стволов до очистных забоев (лав) при всех существующих способах выемки: обушками, отбойными молотками, комбайнами (добычными или проходческими), стругами, при бурении скважин и шпуров, при продувке шпуров сжатым воздухом, при разрушении углепородного массива буровзрывным способом, при оборке забоя, при разрушении угольного пласта водяными струями.

Предупредительные признаки внезапного выброса [ править ]

Однако выброс может произойти и неожиданно. С увеличением глубины разработки угольных пластов растёт давление горных пород и газа, увеличиваются частота и сила внезапных выбросов. Разработан комплекс мероприятий по прогнозу и предупреждению внезапных выбросов. Различают несколько видов прогноза: региональный (оценка опасности выброса по данным геологической разведки), локальный (определение опасности по данным обследования механических, фильтрационных, сорбционных, петрографических свойств, структуры угля и пласта в целом) и текущий (улавливание предупредительных признаков или предвестников внезапного выброса, в том числе сейсмоакустическими методами).

Наиболее надёжными способами предупреждения внезапного выброса являются:

Источник

Обучение

ТОР 7.Ведение работ в сложных горно – геологических условиях

1. Ведение работ в зонах геологических нарушений.

Увеличение глубины отработки угольных пластов, увеличение параметров выемочных столбов с целью уменьшения потерь из-за перемонтажей комплексов, приводит в свою очередь к увеличению вероятности появления в пределах выемочного столба геологических нарушений, подлежащих переходу комплексно – механизированными лавами. В этих зонах резко повышается давление на гидрофицированную крепь, ухудшается состояние пород кровли из-за развитой вблизи нарушений эндогенной трещиноватости, зачастую наблюдается повышенное выделение газа метана. Это приводит к необходимости применения целого ряда дополнительных мер по улучшению взаимодействия крепи с боковыми породами. Осуществление указанных мер связаны со значительными дополнительными и трудовыми затратами, что отрицательно влияет на добычу угля.

Виды нарушений.

В Кузбассе в основном встречаются такие нарушения, как сбросы, взбросы, надвиги пережимы, вздутия, карсты, складчатость, перемятость угля и вмещающих пород, ложные кровля и почва. По форме линий простирания нарушения различают: прямолинейные, криволинейные, комбинированные, а так же простые и сложные. Простые представлены одним типом нарушения, сложные – двумя и более.

По величине амплитуды смещения выделяют два типа нарушений: с амплитудой не превышающей мощности пласта, и с амплитудой, превышающей мощность пласта, а также с изменяющейся амплитудой в пределах выемочного столба, и с неизменяющейся амплитудой. Нарушения в выемочном столбе могут быть с простиранием по всему фронту очистного забоя, и с простиранием не по всему фронту очистного забоя.

Последствия перехода нарушений.

При переходе механизированными комплексами через геологические нарушения возможны критические ситуации из – за необходимости присечки боковых пород снижение скорости подвигания лавы, уменьшения устойчивости крепи на криволинейных участках, повышенный износ механизированного комплекса и многое другое. Все эти факторы могут привести к утрате работоспособности комплекса.
Факторы, вызывающие неблагоприятные взаимодействия комплекса с вмещающими породами могут быть обусловлены горно- геологическими условиями, параметрами нарушения и зоны его влияния. А так же могут быть обусловлены принятой технологией, конструктивными особенностями и режимами управления горных машин. Правильный выбор решений по переходу нарушений с учетом всех факторов способно предотвратить утрату работоспособности комплекса.

Читайте также:  Первые признаки рак глаза

Проявления нарушений и их последствия.

1. Заколы кровли при крупноблочном обрушении. Работа гидрофицированной крепи осложнена высоким горным давлением, неблагоприятным его распределением. Секции крепи неустойчивы из-за значительной разности нагрузок по забойному и завальному рядам стоек и часто теряют подвижность при посадке нажестко ( еще говорят «насухо»).
2. При входе комплекса в зону влияния тектонического нарушения в кровле часто образуются вывалы и купола. Куполение – процесс трудноустранимый, и однажды образовавшийся купол распространяется на соседние секции по мере их входа в зону нарушения. Секции крепи становятся крайне неустойчивыми, поскольку нет надежной опоры со стороны перекрытий и оснований.
3. Перепуск пород кровли по перекрытиям наблюдается при образовании купола над поддерживающими элементами секций крепи в верхней части лавы, выемочный контур которой искривлен в зоне перехода нарушения. Неустойчивость крепи обусловлена интенсивным перемещением потерявших сплошность пород.
4. Боковое смещение пород, наблюдаемое при нормальных просадках кровли, приводит к опрокидыванию секций мехкрепи, деформированию стоек и их соединений в опорных элементах, к односторонним просадкам оснований в почву. Чем больше мощность пласта, тем интенсивнее проявляется этот фактор. (В настоящее время эксплуатируются комплексы на мощность пласта до 7м).
5. Движение секций крепи по криволинейным траекториям приводит к изменению их заданного положения. Это выражается различным внедрением оснований крепи в породы почвы, созданием нестабильных условий их передвижения, и в результате – к потере устойчивости.
Секции крепи работают под нагрузкой, как консоли на выпуклых участках, и как балки ан двух опорах – на вогнутых участках.
6. Увеличивается отжим угля от забоя при подходе к нарушению из-за снижения прочности боковых пород и пласта, а также рост горного давления по границам зоны тектонического нарушения.
7. Наличие посторонних включений в массиве угля большой крепости (например включения колчедана) может привести к выходу из строя выемочных машин.

Целесообразность перехода нарушения.

Паспорт перехода комплексом нарушения

Очень важны параметры комплекса:
— Предельные радиусы вписывания комплекса в формируемый контур;
— Предельные углы разворота секций конвейера относительно друг друга в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
— Предельные углы разворота секции крепи относительно друг друга в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
— Максимальная и минимальная раздвижность секции крепи;

Чем детальнее произведена разведка (чем больше пробурено разведочных скважин), чем полнее учтены параметры комплекса, тем полнее и точнее можно оценить влияние нарушенных участков на горные работы и принять наиболее правильное решение о целесообразности прохождения нарушения, его обхода или перемонтажа комплекса за нарушение.

Переход очистными забоями зон нарушения.

Рассмотрим два варианта перехода зон нарушения:
— маневрирование комплексом в плоскости пласта для обвода лавы по контуру нарушения или разворота;
— маневрирование комплексом в пространстве при фронтальном переходе разрыва или складки.

Маневрирование комплексом в плоскости пласта для обвода лавы по контуру нарушения или разворота;

Обвод лавы по контуру геологических нарушений осуществляется в случаях, когда нарушения непереходимо из-за слишком больших амплитуд, обводненности или значительной площади нарушения. Перевод нецелесообразен по экономическим или технологическим причинам. Основной способ обвода лавы по контуру нарушения – это маневрирование комплекса.

Схема маневрирования комплексом.
а) сгонка волной; б,в) ступенчатый разворот;
г,д) набор цыклов

Принцип поворота основан на изгибе базы комплекса (базой является забойный конвейер) и снятия клиновидных выемочных полос угля, а затем обновление полос полными циклами.
Поворот лавы осуществляется в следующей последовательности. Конвейер диагонально придвигается к забою. При этом сохраняется его прямолинейность. Производится выемка клиновой полосы на протяжении всей лавы. Вслед за проходом комбайна передвигаются секции крепи. Затем опять конвейер диагонально придвигается к забою, сохраняя прямолинейность, производится выемка диагональной полосы и т.д. В зависимости от устойчивости пород кровли и угла полного разворота комплекса выбирается режим чередования клиновидных и полных циклов. Этот способ применяется если нарушение находится у одного из флангов очистного забоя, т.е. у конвейерного или вентиляционного штреков.
В связи с изменением прямолинейности трассы комплекса будет изменяться трасса передвижения его концевых частей относительно конвейерного и вентиляционного штреков. Для этого нужно предварительное проведение выработок по трассе обхода или проведение выработок впереди очистного забоя (по типу сплошной системы разработки).
Если нарушение находится в середине очистного забоя, то возможен разрыв комплекса и обход нарушения с двух сторон с последующим соединением частей мехкомплекса. Вариантов обхода нарушений множество и принимаются они в зависимости от конкретных условий.

Маневрирование комплексом в пространстве при фронтальном переход разрыва или складки.

Объемная графическая модель диагонального перехода нарушения комплексом

Источник

Понятие о выбросе

Внезапным выбросом угля и газа называют явление, при кото- ром из угольного забоя в течение весьма короткого времени в горную выработку выделяется значительное количество газа с одновременным выбросом разрыхленного угля.

В результате выброса в угольном массиве образуются полости различных размеров в зависимости от количества выброшенного угля.

На рисунке 22.1 показаны характерные для крутого и пологого падении полости.

6,0

13,0

Рисунок 22.1 – Формы полостей в массиве

Внезапные выбросы происходят в рабочих забоях очистных и подготовительных выработок, а также при пересечении пластов квер- шлагами. На крутых пластах выбросы обычно направлены сверху вниз, реже по простиранию и весьма редко снизу вверх. На пологих пластах выбросы большей частью происходят по простиранию.

Обычно выбросам предшествуют предупредительные признаки: треск, удары в массиве, осыпание угля, отскакивание кусочков угля от забоя, изменение мощности пласта, крепости угля, скорости газовыде- ления.

Виды внезапных выбросов: выбросы угля и газа; внезапные вы- давливания в забое масс угля с усиленным газовыделением; внезапные высыпания угля с усиленным газовыделением.

Первый внезапный выброс угля и газа произошел в 1906 г. в Донбассе. Сейчас газодинамические явления наблюдаются в Кузбассе и в Караганде, в Воркутинском и Норильском месторождениях, в ме- сторождениях острова Сахалин и др.

Внезапный выброс – это грозное газодинамическое явление, представляющее большую опасность для жизни горняков и ведущее к большим материальным затратам.

Самый крупный выброс произошел на шахте им. Гагарина в 1969г. При вскрытии пласта l3было выброшено 14000 т угля и 250000 м3метана. Средняя сила внезапных выбросов на пологих пластах (в ла- вах) за период 1953–76гг. составила 48,1 т.

В Донецко-Макеевском районе отрабатывается примерно поло- вина всех опасных пластов пологих, а в Центральном районе Донбасса 70% пластов являются выбросопасными.

Выбросы происходят в: штреках и просеках – 25%; гезенках – 7%;

yклонах, бремсбергах, печах – 7%;квершлагах – 2%; очистных выработ- ках – 50%.

Какой же главный, определяющий фактор, измерив который, можно предсказать выброс? Такого фактора не выявлено, несмотря на большие исследования проведенные МакНИИ и ИГД им. А.А. Ско- чинского и др. институтами. Ниже приведен анализ горно- геологических факторов, которые следует анализировать при опреде- лении степени опасности угольных пластов по внезапным выбросам угля и газа.

Читайте также:  Что на чертеже служит признаком пересекающихся прямых

1. Выбросы происходят в весьма широком диапазоне газоносно- сти пластов от 6 м3/т и выше.

2. Выброс становится невозможным при давлении газа менее 0,3-1,0 МПа. Впервые давление газа измерено в 1903 г. на шахте № 7–8 им. Калинина: в З м впереди забоя лавы оно составило 13,4 МПа.

3. Безопасная глубина менее 150 м. С увеличением глубины опасность увеличивается, хотя по статистике количество выбросов уменьшается, что можно объяснить лучшим использованием средств борьбы с выбросами.

4. Примерно 1/2 выбросов приурочена к местам геологических нарушений, а вторая половина вне них.

5. Зональность выбросов. Выбросы происходят неравномерно по площади. Обычно происходит от 2 до 10 выбросов в небольшой зоне. Зоны прослеживаются и на нижележащих горизонтах; размеры зон – десятки, сотни и даже тысячи метров. С точки зрения образова- ния угленосной толщи выбросоопасные зоны – это своего рода газо- вые ловушки.

6. Влияние мощности пласта. Выделено только, что в условиях

Донбасса при глубине разработки более 300 м пласт мощностью более 1,5 м опасен по выбросам. Анализом установлено, что средняя мощ- ность опасных пластов в 1,5 раза выше, чем у неопасных.

7. У опасных пластов сложная структура бывает чаще, чем у не- опасных. Большинство выбросопасных пластов состоят из 3 и более пачек.

8. Сильная нарушенность, перемятость пачек угля обуславли- вают низкую газопроницаемость и создают благоприятнее условия для развязывания внезапного выброса.

22.2 Механизм внезапного выброса

При внезапном выбросе происходит дробление угольного мас- сива, вынос угля, выделение газа. Этот процесс протекает неодинаково не только в условиях различных пластов, но даже на одном и том же пласте. Особенности протекания выбросов изучены МакНИИ в шахт- ных условиях. Использованы электродинамические датчики, пробона- борники воздуха.

Например, на пласте к3внезапный выброс протекал так: подго- товительный период – 8 с; вынос угля – 1,6 с; перерыв – 6,1с; вынос угля – 2,5 с.

Таким образом, выброс – одноциклический или многоцикличе- ский процесс, длительностью несколько секунд или первые десятки секунд. Важно знать ответы на два вопроса:

1. Что является первопричиной выброса (что развязывает вы- брос?).

2. Каков механизм протекания выброса (что является движущей

силой, почему затухает выброс)?

Предложено много гипотез. Рассмотрим наиболее распростра- ненную энергетическую гипотезу, идеи которой предложены еще ака- демиком А.А. Скочинским, получившую широкое признание и разви- тую В.В. Ходотом в конце 50-х годов, и в настоящее время разрабо- танную до уровня теории.

Боковые породы опасных пластов имеют повышенные, нерав- номерно распределенные напряжения. Неравномерность распределе- ния напряжений может быть создана в результате тектонических про- цессов, а в отдельных случаях технологией выемки угля (оставление целиков угля, зависание кровли и т.д.). Когда отсутствует резкое отли- чие в напряжениях окружающих пород при одинаковых технологиче- ских процессах в забое выработки, боковые породы после каждого цикла сближаются на одну и ту же величину, вследствие чего в глуби- не массива угля, как правило, наблюдаются характерные зоны: отжи- ма, сжатия, нетронутого массива (рис. 22.2).

При неравномерном распределении напряжений в глубине мас- сива проведение выработки сопровождается неравномерным сближе- нием боковых пород, деформации их имеют различную амплитуду и знак; при этом наблюдается уменьшение или «задержка» смещений пород, чем создается их неустойчивое равновесие. Задержка сближе- ния боковых пород, обычно предшествующая выбросу, характеризует- ся значительно уменьшенными размерами зоны отжима и в большин- стве случаев отсутствием зоны сжатия (кривая эпюр напряжений 2 на рисунке 22.2). При этом наблюдается как бы стабилизация давления газа на незначительном расстоянии от забоя.

2

зона повышенных напряжений

Рисунок 22.2 – Распределение опорного давления впереди лавы

Нарушение неустойчивого равновесия боковых пород перед вы- бросом механическим воздействием на забой вызывает резкое их сближение и распрямление. После выброса, как правило, снова про- слеживаются три зоны, причем зоны отжима и сжатия с несколько большими размерами.

Сближение боковых пород (удар) и последующее затем измене- ние давления газа в пласте дают основание полагать, что первопричи- ной внезапного выброса является разрядка напряженного состояния боковых пород. Процесс выброса, как и деформации боковых пород, носит импульсивный характер.

Протекание уже начавшегося выброса можно уяснить из теоре- тических работ Боброва И.В., Никольского А.А., Христиановича Г.А. Перепад давления в некотором слое угля у обнаженной поверхности, образовавшейся при разрушении части массива, может оторвать этот слой. При этом снова обнажается насыщенная газом поверхность и процесс повторяется. Математической абстракцией этого скачкообраз-

ного процесса является непрерывная волна дробления, которая пере- мешается в глубь массива и дополнительно дробит уголь перепадом давления, поддерживающимся на ее фронте. Отрыв слоя происходит в том случае, если у обнаженной поверхности угля в какой-то момент времени образовалось распределение давления, при котором в этом слое (толщиной несколько мм) предел прочности на растяжение будет меньше действующих напряжений.

Оторвавшаяся часть угля дробится и давление в угольном мас- сиве быстро падает до давления, равного за волной дробления. При этом уголь и газ под влиянием перепада давления приобретает некото- рую скорость. Если считать отрывающийся слой бесконечно тонким и заменить прерывный процесс беспрерывным, то можно принять, что волна дробления – это волна, на фронте которой происходит скачко- образное изменение давления и других параметров газа.

При разрушении слоя угля в сторону массива будет направлена волна дробления и совпадающая с ней волна понижения давления, а в сторону выработки – питающаяся за счет волны понижения давления волна выброса, несущая уголь и газ.

Процесс дробления протекает до тех пор, пока имеется доста- точно большой перепад давления, который постепенно уменьшается. Этому может способствовать газовыделение из выбрасываемой уголь- ной мелочи или отставание угля от газа и постепенное накопление его в полости выброса.

Уменьшение перепада давления ограничивает разрушение при- легающего к обнаженной поверхности слоя до размеров, необходимых для выделения заключенного в нем газа. Перепад давления при этом перемешается в следующий слой, который также подвергается частич-

ному разрушению. Процесс частичного разрушения угля распростра- няется в глубь массива, оставляя за собой увеличивающийся слой на- рушенного, но оставшегося на месте угля. По аналогии с волной дроб- ления такой процесс можно назвать волной фильтрации, на фронте которой изменение давления газа достаточно только для раскрытия трещин, через которые газ фильтруется.

Волной фильтрации можно объяснить ряд существенных осо- бенностей внезапных выбросов: естественное затухание выбросов; вытянутую вверх форму полости при выбросах на крутых пластах; наличие вокруг полостей дренированной зоны и др.

Процесс разрушения и выноса угля соединяет в себе особенно- сти волны дробления и волны фильтрации. Наиболее близкой по сво- ему характеру к волне дробления является первая стадия выброса сни- зу, когда уголь выбрасывается из нижней части забоя вверх против действия сил тяжести. Прообразом волны фильтрации является проис- ходящий на пологих пластах выброс одного газа, при котором уголь разрушается, но остается на месте.

Источник

Adblock
detector