CC BY
27
УДК 622.81:622.816
А.В. Лебедев, В.И. Мурашев, П.В. Потапов
ОАО «НЦ ВостНИИ»
Состояние и пути повышения безопасности горных работ при отработке пластов, склонных к внезапным выбросам
угля и газа
Показано, что при современной технологии добычи угля целесообразно развивать направление предварительного контроля состояния угольного пласта геофизическими методами, нашедшими применение при выявлении аномальных (потенциально выбросоопасных зон) в выемочном столбе
В связи с постоянным увеличением глубины разработки угольных пластов проблема прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа в очистных забоях обострилась и требует единого комплексного подхода.
В настоящее время угольными шахтами России отрабатывается 125 склонных к внезапным выбросам угля и газа шахтопластов. Примерно половина всей подземной добычи угля в год на этих пластах обеспечивается 100 очистными забоями.
Наиболее остро проблема стоит для механизированных очистных забоев на пологих и наклонных пластах, отрабатываемых с большими скоростями и дающих основной объем подземной добычи.
Опыт предупреждения внезапных выбросов при очистной выемке угля, имеющийся на шахтах Донбасса, где противовыбросные мероприятия применялись непосредственно в забоях и требовали длительного их простоя, здесь неприемлем. Такие мероприятия сделают шахты нерентабельными.
За последние десять лет в Кузбассе при ведении горных работ произошло 11 внезапных выбросов угля и газа и 110 газодинамических явлений, при этом смертельно травмировано 25 шахтеров.
При внезапном выбросе происходит неожиданное лавинообразное разрушение угольного массива в призабойной части пласта с выделением громадного объема газа метана и отбросом в выработку на значительное расстояние разрушенного угля.
Исследователи, рассматривающие природу возникновения внезапных выбросов угля и газа, отводят большую роль формированию предельных напряженных зон в окрестности горных выработок.
Динамическое перераспределение напряжений в этих зонах обусловливает подготовительную фазу внезапных выбросов. С другой стороны, силовые эффекты, которыми сопровождаются внезапные выбросы, требуют анализа энергетических процессов, приводящих к развязыванию этих явлений.
Конечная цель анализа физических условий возникновения мощных динамических явлений -установление критериальной модели для их прогноза в конкретной горнотехнической обстановке. Исследования напряженно-деформированного состояния и модели хрупкого разрушения в очагах динамических явлений указывают на вероятностную их природу.
Ниже приводятся пути решения и отдельные результаты оценки геомеханического состояния горного массива геофизическими методами.
При современной технологии добычи угля целесообразно развивать направление предварительного контроля состояния угольного пласта геофизическими методами, нашедшими применение при выявлении аномальных (потенциально выбросоопасных) зон в выемочном столбе.
Основными методами предварительного контроля состояния массива впереди забоя подготовительных выработок и очистных забоев являются сейсмический, электрометрический и метод электромагнитных излучений.
С помощью указанных методов с достаточной точностью выявляются тектонические нарушения и устанавливаются границы потенциально выбросоопасных участков в контуре выемочного столба на стадии проведения подготовительных выработок. А это позволит заранее провести региональную противовыбросную обработку пласта в опасной зоне, рассчитать ограничения параметров подвигания забоя и применить локальные способы предотвращения внезапных выбросов угля и газа.
Исследования и опыт ведения горных работ показали, что внезапные выбросы угля и газа происходят в зонах нарушенных углей (трещиноватых или перемятых), приуроченных к местам распространения пликативных и дизъюнктивных нарушений. На этих участках наблюдаются резкие изменения физических свойств угля (рисунок 1).
Рисунок 1 - Зарисовка участка пласта с нарушенной пачкой угля
В качестве примера приведем результаты, полученные на шахте «Первомайская» в выемочном столбе 33 пласта XXVII.
Геофизической съемкой выделены зоны резких изменений физических свойств угля, связанные с изменением физико-механических свойств угля и вмещающих пород и обусловленные внутрипластовыми дислокациями в зонах влияния пликативной тектоники, частично вскрытой конвейерными штреками 31 и 33 (рисунок 2).
установленные текущим прогнозом.
Рисунок 2 - План горных выработок, совмещенный с результатами геофизических исследований выемочного столба лавы 33 шахты «Первомайская»
Опасность по аномальным газопроявлениям представляют зоны перехода между черными и серыми участками. В этих зонах, как правило, наблюдается увеличение мощности мягкой пачки.
После исследования выемочного столба 33 с конвейерного и вентиляционного штреков в выемочном столбе проводился вентиляционный разрезной штрек.
Опасные по внезапным выбросам зоны, выявленные текущим прогнозом при проходке разрезного вентиляционного штрека, находились в местах с резкими изменениями физических свойств пласта и пород кровли, что полностью подтвердило достоверность результатов геофизического прогноза.
С целью повышения безопасности горных работ при отработке пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа, необходимо широкое внедрение этого метода, что потребует разработки искробезопасной геофизической аппаратуры на современной элементной базе.
