CC BY
127
IV. ПРОБЛЕМЫ И СУЖДЕНИЯ PROBLEMS AND OPINIONS
В.С. Зыков
д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник АО «ВНИМИ» (Кемеровское представительство)
УДК 622.831.322
И.Л. Абрамов
канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории Института угля СО РАН
УТОЧНЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИИ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
Предложено уточнение классификации динамических явлений в угольных шахтах. Введены названия и описания новых видов зарегистрированных при разработке угольных пластов явлений. Разграничены понятия «динамические явления» и «газодинамические явления».
Ключевые слова: ДИНАМИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ, ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ, ВНЕЗАПНЫЙ ВЫБРОС УГЛЯ И ГАЗА, ГОРНЫЙ УДАР, КЛАССИФИКАЦИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
а ля более правильной регистрации динамических явлений в угольных шахтах и выбора мероприятий по их предупреждению они должны быть ссифицированы. Авторами статьи проанализированы существующие классификации явлений и даны предложения по их усовершенствованию [1, 2].
Во-первых, существуют три наименования техногенных динамичесих явлений в шахтах: ди-намичесие явления, геодинамичесие явления и газодинамичесие явления.
Согласно терминологическому словарю [3], динамическое явление - это «внезапно возникающее и протекающее с высокой скоростью движение угля, пород, газов или жидкостей вблизи выработок, сопровождающееся сильным динамическим эффектом. Д. я. являются результатом проявления горного давления и движения заключенных в породах газов и жидкостей. К Д. я. относятся горные удары, внезапные выбросы угля и газа, внезапные выбросы породы и газа, прорывы газа, воды, плывунов, внезапные обрушения, высыпания и отжим, стреляние пород».
Термин «геодинамические явления в шахтах» расшифрован в «Российской угольной эн-
циклопедии [4] как результат обмена энергией в блочном массиве горных пород, деформирующемся (разрушающемся) в условиях существующего или возникающего предельно напряженного состояния. При этом отмечается, что он объединяет группу динамических и газодинамических явлений, физическая природа которых основана на хрупком разрушении угольных пластов и боковых пород силами горного и газового давления в процессе ведения горных работ, а также выбросы газа в горную выработку.
Отличие указанной в [4] группы «геодинамические явления» от группы «динамические явления» состоит лишь в том, что она не включает прорывы воды, плывунов, глины и пульпы. Но данные явления вполне подходят под приведенное выше определение «геодинамические явления», так как тоже представляют собой результат обмена энергией в блочном массиве горных пород. Исходя из этого, предлагается использовать термин «динамические явления в шахтах», поскольку его расшифровка в терминологическом словаре [3] объединяет все рассматриваемые в настоящей работе виды явлений.
Рабочей группой по углю Европейской экономической комиссии ООН при активном участии
74
российских ученых разработана международная классификация «Геодинамические явления в шахтах». Она представлена в энциклопедии [4]. Классификация включает 4 класса явлений:
1. Горные удары, обусловленные энергией напряженных угля и пород: горные удары, толчки, выдавливания угля, стреляния, горные удары с разрушением вмещающих пород.
2. Выбросы газа, обусловленные энергией газа: суфляры, выбросы (прорывы) газа, в том числе из зон тектонических нарушений.
3. Выбросы угля (породы) и газа, обусловленные энергией напряженных угля и пород и газа: выбросы угля и газа, выбросы породы и газа; выбросы с разрушением вмещающих пород; обрушения, высыпания угля с газовыделением.
4. Горно-тектонические явления, обусловленные энергией напряженных угля и пород и газа и энергией сейсмических волн: сотрясения (толчки) в массиве, горно-тектонические удары, горно-тектонические выбросы.
В соответствии с вышеизложенным предлагается классификацию назвать «Динамические явления в шахтах».
Термин «динамические явления в шахтах», в частности, был выбран и основоположником энергетической теории внезапных выбросов угля и газа Ходотом В. В. еще в 1961 г. [6]. В указанной работе он определяет «динамическое явление в каменноугольной шахте» как «внезапное сдвижение или выброс угля или породы и заключенных в них жидкостей и газов, протекающие со значительным силовым (динамическим) эффектом». Формулировка В. В. Ходота отличается универсальностью и предельной точностью и, на наш взгляд, должна оставаться в основе классификации явлений.
Следует отметить, что некоторые происходящие на шахтах России динамические явления не совсем укладываются в данную классификацию. Например, в класс горные удары включены выдавливания угля. Они имеют место при хрупком разрушении вблизи кромки пласта, которые можно назвать слабыми горными ударами. После них не отмечается таких масштабных последствий, как при мощных явлениях, называемых горными ударами. Отсутствует выраженная полость в разрушенном массиве, нет отброса угля в виде крупных глыб и кусков от массива. Выдвижение угля происходит без видимого разрушения. Предупредительные признаки перед данными явлениями отсутствуют. Они происходят на тех же пластах, что и горные удары, то есть сложенных крепким однородным углем, с
боковыми породами высокой прочности, в зонах повышенного горного давления, сформировавшихся вследствие влияния оставленных на данном или соседних пластах целиков угля или влияния близко расположенных геологических нарушений разрывного типа.
Однако в классификации не указаны геодинамические явления, называемые внезапными выдавливаниями или отжимами угля с повышенным газовыделением. Согласно современным представлениям, их природа точно такая же, как и у внезапных выбросов угля и газа. Но из-за недостатка потенциальной энергии, обусловленной газовым фактором, в этих явлениях остаются нереализованными стадии протекания явления, следующие за второй стадией, представляющей собой смещение слоя угля в выработку вблизи плоскости обнажения в окрестности забоя под действием активной силы, обусловленной силами газового давления на стенки пор и трещин при резких изменениях напряженно-деформированного состояния при-забойной части пласта вследствие выемки угля в забое или исчерпания несущей способности прочного участка угля в форме хрупкого разрушения, или динамической нагрузки на пласт со стороны вмещающих пород (рис. 1).
От выдавливаний угля, отнесенных к классу «горные удары», они отличаются следующим. В процессе данных явлений выделяется большое количество свободного газа с высокой интенсивностью газовыделения, поскольку они происходят на высокогазоносных пластах под воздействием сил давления свободного газа. По характеру газовыделение бывает близким к газовыделению при внезапном выбросе. В выработке создается опасная метановая атмосфера. Часто между кровлей и пластом образуется щель, заполненная тонкоизмельченным углем. Иногда образуется в массиве полость глубиной меньше ширины. Явления происходят при наличии слабого тектонически нарушенного угля в угольном пласте. Им предшествуют предупредительные признаки.
В международную классификацию должна быть внесена соответствующая поправка, и эти явления, несомненно, должны быть включены в класс «выбросы угля (породы) и газа». Чтобы их не путать с выдавливаниями из класса «горные удары», предлагается использовать для них второе их название - «отжимы угля с повышенным газовыделением».
Дополнительно к двум названным выше терминам в настоящее время используется еще термин «газодинамические явления в шахтах».
Рисунок 1 - Эскиз внезапного выдавливания (отжима) угля с повышенным газовыделением в сбойке с путевого уклона № 2 по пласту XXVII шахты «Первомайская» (Кузбасс): а - до выдавливания; б - после выдавливания
Согласно [3] они расшифровываются следующим образом: «Газодинамические явления - разрушения массива горных пород под влиянием горного давления, сопровождающиеся кратковременным выделением газа (метана, углекислого газа). В случае внезапного выброса угля и газа движущей силой может явиться упругая энергия газа». Такая формулировка практически уравнивает газодинамические явления с названными в международной классификации геодинамическими явлениями, поскольку любое разрушение газоносных угольных пластов, а тем более динамическое явление приводит к высокому газовыделению из угольных пластов. Действительно, в действующих «Методических указаниях по классификации газодинамических явлений на угольных шахтах» [5] к газодинамическим отнесены следующие явления: суфляры; внезапные прорывы газа из зоны геологического нарушения; внезапные разрушения пород почвы с выносом метана и угля; внезапные выбросы угля и газа; внезапные выбросы породы и газа; внезапные обрушения (высыпания) угля с повышенным газовыделением; внезапные выдавливания (отжимы) угля с повышенным газо-
выделением; горные удары; толчки; стреляния; горно-тектонические удары; горные удары с разрушением пород почвы (кровли) выработки.
Классификация газодинамических явлений в шахтах, если не принимать во внимание незначительные отличия в названиях одних и тех же явлений, практически повторяет международную классификацию геодинамических явлений в шахтах. Создается впечатление, что нет необходимости в существовании отдельной классификации газодинамических явлений. Но это не так. В этой связи следует вспомнить классификацию динамических явлений, предложенную Ходотом В. В. [6].
Им в общем перечне явлений выделены три категории:
1. Явления, происходящие в результате совместного проявления давления горных пород и заключенного в угле газа - внезапные выбросы угля и газа.
2. Явления, возбуждаемые только давлением горных пород: горные удары, внезапные обрушения, воздушные удары, внезапные высыпания, внезапные отжимы, раздавливания угля, стреляния угля и горных пород.
3. Явления, возбуждаемые только давлением газов, жидкостей или плывучих пород: прорывы газа через горные породы, суфляры, прорывы воды, плывунов, заиловочной массы (пульпы) и глины.
Таким образом, условием отнесения динамических явлений к первой категории является участие газа совместно с горным давлением в разрушении угольного массива, а не пассивное его выделение из предварительно разрушенного другими силами угля. Из этого следует, что данная категория представляет собой именно газодинамические явления. Строго следуя сделанному определению, Ходот В. В. отнес к первой категории динамических явлений, т. е. к газодинамическим явлениям, лишь один их вид - внезапные выбросы угля и газа, поскольку механизм некоторых других явлений, которые могут быть отнесены к этой же категории, был тогда еще неясен. Но и сейчас первыми в данной категории должны быть названы эти же явления, поскольку в их развязывании и протекании гармонично сочетаются как горное давление, так и работа газа. Согласно [6], главным и необходимым условием возбуждения внезапного выброса является выполнение неравенства
Ш+Э > F+U, (1)
где Ж - потенциальная энергия угля, МДж/м3; Э - кинетическая энергия горных пород, МДж/м3; ^ - работа, необходимая для смещения угля в сторону забоя, МДж/м3;
и - работа, необходимая для разрушения угля при внезапном выбросе, МДж/м3.
При этом потенциальная энергия угля включает и энергию заключенного в угле газа, которая в процессе явления перейдет в кинетическую энергию. Таким образом, газ является важным фактором в условии развязывания внезапного выброса уже в его подготовительной стадии. На этой стадии идет насыщение массива «газодинамической энергией» за счет того, что увеличиваются активные силы в растущих в зоне влияния призабойной части выработки квазипараллельных плоскостям обнажения системах трещин [7]. Соответственно, в каждой системе трещин возрастает отношение активной силы, стремящейся сдвинуть слой угля между трещинами и плоскостью забоя, к препятствующей этому пассивной силе.
Важнейшую роль играет газовый фактор и на второй стадии внезапного выброса угля и газа. При перемещении плоскости обнажения в процессе выемки угля расстояние до зоны концентрации напряжений остается еще значительным. Однако в этом случае большего развития
достигают системы квазипараллельных плоскости забоя трещин, и активных сил внезапного выброса бывает достаточно для осуществления второй стадии явления - разрушения слоя угля между наиболее активной системой трещин и плоскостью обнажения даже без предварительного хрупкого разрушения его под влиянием высоких напряжений. Условие разрушения на каком-либо расстоянии х от забоя вглубь массива в упрощенном виде может быть записано в следующем виде:
П Ь.Ах
Ч п (2)
где - активная сила внезапного выброса, МН; ¥т -сила, препятствующая развитию выброса,
Мн ;
Рх - избыточное давление газа, МПа; Бх - площадь поперечного сечения потенциально выбросоопасной угольной пачки, м2; Пх - периметр пачки, м;
Хх - просветность угольной пачки в плоскости, параллельной забою (измеряется в долях единицы);
тП - касательные напряжения по периметру П пачки, МПа;
у - плотность угля в пачке, кг/м3; а - угол наклона выработки к горизонту, град.
Выше отмечалось, что, если внезапный выброс угля и газа останавливается на второй стадии, то он относится к внезапным отжимам угля с повышенным газовыделением. Если же энергии угольного массива достаточно для перехода явления в третью стадию, то на этой стадии газ играет самую важную роль. Вблизи новой возникшей на второй стадии явления поверхности обнажения интенсивно образуются новые квазипараллельные ей системы трещин, и в них сразу же создается высокое давление газа за счет быстрого притока десорбируемого из массива газа. В трещинах возникают высокие активные силы за счет давления газа на стенки трещин. Этими силами разрушаются и выбрасываются в пространство выработки перемычки между плоскостью обнажения массива и трещинами. Выброшенные слои угля вследствие неустойчивой их формы распадаются на отдельные блоки и куски.
И здесь же стартует следующая, четвертая, стадия явления. Она представляет собой дальнейшее разрушение блоков и кусков угля, содержащих внутри газ под высоким давлением, до мелких фракций и даже тонкоизмельченной пыли («бешеной муки») вследствие их попадания в атмосферу горной выработки с низким
давлением. Таким образом, на этой стадии также важнейшую роль в продолжении процесса явления играет газ.
В пятой, предпоследней стадии внезапного выброса, предшествующей стадии торможения явления, газ продолжает играть важнейшую роль. За счет энергии его перемещения из полости внезапного выброса в горную выработку образующаяся при динамическом разрушении угля газоугольная смесь разносится по выработке.
Работа газа хорошо прослеживается при рассмотрении последствий разрушения угольного массива при внезапном выбросе угля и газа. Это, в первую очередь, образование уходящей из призабойной части выработки вглубь массива специфичной полости, суженной в непосредственной близости к забою, расширяющейся вглубь массива и уменьшающейся в поперечнике при приближении к ее удаленной границе (рис. 2). Вторым характерным и обязательным признаком внезапного выброса является наличие выброшенного газом в горную выработку угля, расположенного под углом меньше угла естественного откоса. Так, после показанного на рисунке 1 выброса уголь располагался, начиная с удаления 2,5 м от забоя, под углом, близким к 0°. Сверху на выброшенном угле и креплении горной выработки часто присутствует слой тонкоизмельченной угольной пыли - «бешеной муки», которая образуется на четвертой стадии явления при дроблении кусков угля газом на мелкие фракции.
В то же время, несмотря на такое активное участие газа во внезапном выбросе, очень
важной остается роль горного давления, особенно на подготовительной стадии явления, а также в процессах формирования квазипараллельных забою систем трещин и послойного отделения угля от массива.
Важную роль газ играет и в возбуждении и протекании процесса внезапного выброса породы и газа, но при объяснении рядом исследователей механизма данного явления большее значение придается влиянию перепада напряжений в процессе выемки породы, осуществляемой, как правило, взрывным способом, на развязывание данного явления.
Газовый фактор, как следует из вышеизложенного, является одним из определяющих и при возникновении внезапных отжимов угля с повышенным газовыделением. Это хорошо видно из приведенной выше формулы (2).
К газодинамическим явлениям, несомненно, относятся внезапные выбросы газа с разрушением вмещающих пород (рис. 3). Они представляют собой быстропротекающие разрушения пород почвы или кровли выработки, сопровождающиеся динамическим эффектом и интенсивным выделением газа, порой с углем, водой. Образуются зияющие трещины, ориентированные под некоторым углом к напластовани-ию пород и, как правило, вдоль линии очистного забоя и продольной оси подготовительной выработки. Поднимаются породы почвы, резко повышается выделение газа в горную выработку, возможны повреждения крепи и оборудования. Прорывы газа происходят на значительных глубинах ведения горных работ, как правило, более
Ппан
А*
ОшйиМцл
! Г I ' I
__
...-----------------а
1 Б.йм
Рисунок 2 - Эскиз внезапного выброса угля и газа в конвейерном штреке 1121-С по пласту Мощному шахты
«Комсомольская» (Воркутинское месторождение)
3 Образование газонаполненных полостей разгрузки
5 2
9 \
8
/ /
Г А XX X X X X X X X X
\1
-А
8
б Положение трещин прорыва
___^с^^
у \ У\ \ \. \. у
1,2- разрабатываемый пласт и пласты-спутники;
3, 4 - забой лавы и монтажная камера;
5, 6, 7 - зоны статического, опорного давления и разгрузки;
8 - газо-наполненные полости-коллекторы;
9 —трещины прорыва.
Рисунок 3 - Схема развязывания внезапного выброса газа с разрушением вмещающих пород
300 м при наличии ниже- или вышележащих газоносных пластов на расстояниях не более 100 м при их подработке и 60 м при надработке [8, 9].
Внезапные выбросы газа с разрушением вмещающих пород являются результатом сопутствующего отрицательного эффекта под- и над-работки выбросоопасных зон угольных пластов. За счет упругого восстановления ранее сжатого угольного пласта его газопроницаемость и газоотдача значительно возрастают, и создаются условия для накопления больших объемов свободного метана под давлением в щелевых полостях-коллекторах в виде трещин расслоения по контакту угольного пласта с породами между-пластья или внутри пласта между пачками тектонически нарушенного и прочного угля.
Согласно [10], условием расслоения массива в надработанной толще является:
а1 < р.s - 0,25hcosА - а, (3)
р г I у I к х '
где а1р - предел прочности пород на одноосное растяжение перпендикулярно напластованию, МПар. - давление газа в пласте, МПа; яу - удельная площадь поперечного сечения пор наиболее пористой из двух контактирующих поверхностей, м2; h. - расстояние от почвы выработки до рассматриваемого контакта двух поверхностей расслоения, м; А - угол падения
пласта, град;ак - предел прочности крепи на 1 м2 рабочего пространства очистного забоя (для подготовительных, капитальных выработок и камер ак = 0), МПа.
Реализуются газопроявления в период движения очистного забоя под- и над выбросо-опасной зоной, как только появляются каналы (трещины) прорыва - сообщающиеся газонаполненные полости-коллекторы с выработанным пространством разрабатываемого пласта.
Возникновение и протекание этих явлений определяется энергией свободного газа, заключенного в расслоениях между пачками соседних пластов и пропластков, и участием горного давления в формировании трещин расслоения пластов (пропластков) угля и горных пород.
При проведении расследований динамических явлений на шахтах выделяется еще один их вид - внезапные выбросы газа из тектонически нарушенной угольной пачки за контуром выработки, которые также следует считать газодинамическими явлениями. Они имеют механизм, схожий с механизмом выбросов из вмещающих пород, однако происходят в специфичных условиях - на мощных пластах при проведении выработки у кровли пласта и наличии в почве пласта за пределами сечения выработки пачки тектони-
чески нарушенного угля. В данном случае разрушаются не вмещающие породы, а слой прочного угля между выработкой и находящейся в нижней части пласта пачкой с нарушенной структурой. Не исключено, что такие явления могут произойти и из нарушенной пачки, расположенной за ее контуром со стороны кровли выработки.
Авторами перечислены явления, которые могут быть отнесены к первой категории согласно рассмотренной выше классификации В. В. Ходота или к категории под названием «газодинамические явления».
В международной классификации данной категории соответствует класс явлений под названием «выбросы угля, пород и газа».
Однако в этом классе отсутствует последнее из перечисленных выше газодинамических явлений, которое нужно к ней присовокупить.
В то же время из данного класса следует исключить обрушения и высыпания угля с газовыделением (рис. 4). Эти явления происходят и на не газоносных пластах. Условие их развязывания в общей форме, согласно [11], можно записать в следующем виде:
у sinвx > [о^ (4)
где у - объемный вес массива горных пород, МН/м3; в - угол направления перемещения горной массы в процессе обрушения или высыпания к горизонту; х - расстояние по указанному направлению от обнажения вглубь массива до поверхности отрыва обрушившейся горной массы от массива; [о]- предел прочности массива горных пород на растяжение на поверхности отрыва, м.
Как следует из условия (4), газ активного
участия в возникновении явления не принимает, поскольку возможность обрушения (высыпания) определяется гравитационными силами, прочностной характеристикой массива и углом в.
После обрушения (высыпания) с повышенным газовыделением в массиве горных пород или угля образуется полость куполообразной формы, а обрушившаяся (высыпавшаяся) масса располагается в виде конуса под углом естественного откоса к горизонтальной плоскости (рис. 4), что подтверждает отсутствие работы газа по разрушению массива и отбросу разрушенной массы.
Поэтому, по-нашему мнению, данные явления необоснованно отнесены в международной классификации к классу «выбросы угля, пород и газа».
Ходотом В. В. они тоже не отнесены к первой категории, соответствующей газодинамическим явлениям. Внезапные обрушения и высыпания определены им во вторую категорию, т. е. причислены к явлениям, возбуждаемым только давлением горных пород. Учитывая, что давление горных пород родственно связано с гравитационными силами, наше мнение об исключении этих явлений из числа газодинамических, т. е. из класса «внезапные выбросы угля, породы и газа», совпадает с его представлением о них. Предлагается поместить их в класс «горные удары» и назвать этот класс «горные удары и обрушения (высыпания)».
Для полной точности следует отметить, что в обрушениях (высыпаниях) определенное участие газа при обрушении (высыпании) угля из газоносного угольного пласта имеет место.
Рисунок 4 - Эскиз внезапного высыпания угля с повышенным газовыделением
Когда под действием гравитационных сил в нависающей части угольного массива начинает увеличиваться зияние трещин, то в эти трещины десорбирует газ и снижает силы сцепления угля, способствуя его обрушению.
Отдельный вид динамических явлений представляют собой обрушения пород основной кровли после выхода очистного забоя из зоны ее первичного обрушения. Эти явления не описываются формулой (4), т. к. представляют собой обрушения зависшей консоли в точке ее защемления между вышележащими породами и угольным пластом вблизи забоя выработки. При этом на участках с труднообрушаемой кровлей фактический шаг ее посадки может сильно отличаться от расчетного и принимать характер неожиданного явления. Неожиданной может быть и первичная посадка кровли. При зависании кровли на значительной протяженности по ходу под-вигания очистного забоя создаются негативные последствия двух видов.
Первое - это то, что повышается удароо-пасность забоя вследствие повышения концентрации напряжений в области влияния выработки на горный массив. При этом на глубинах от поверхности около 500 м начинают происходить не прогнозируемые горные удары и выдавливания, причиной которых, с нашей точки зрения, является неожиданная пригрузка на прилежащую к забою кромку угля из-за обрушений на консоль основной кровли блоков вышележащей породы. Примером могут быть такие явления в лаве № 33 по пласту XXVII шахта «Первомайская» [12]. Их неожиданное проявление привело к снижению в разы производительности лавы. Только разработка и применение специальных мероприятий с привлечением научных сил региона, постоянный их анализ и корректировка по результатам анализа протокольными решениями технических советов, проводимых с участием представителей научных организаций, и создание при компании специальной лаборатории по контролю за эффективностью мероприятий позволило повысить производительность очистно-
го забоя до приемлемого с экономической точки зрения уровня.
Вторым негативным последствием является обрушение зависшей на значительной площади кровли, которое может привести и иногда приводило к резкому выхлопу газа из загазиро-ванного отработанного пространства в очистной забой и сопряженные с ним выработки, и повышению концентрации метана до уровня выше допустимого предела. Такие явления, несомненно, необходимо относить к динамическим. Предлагается назвать его «обрушения основной кровли в очистном забое с выбросом газа». Данные явления могут сбивать нормальное проветривание горных выработок и приводить к серьезным авариям. Необходимо осуществлять прогнозирование данных явлений и применение мероприятий по предупреждению их последствий.
Обрушения основной кровли в очистном забое с выбросом газа следует включить в международную классификацию динамических явлений в класс «горные удары и обрушения (высыпания)».
В то же время, по-нашему мнению, не следует «толчки» представлять в двух классах классификации. Достаточно указать эти явления в классе «горные удары», а в классе «горно-тектонические явления» ограничиться сотрясениями в массиве.
Для гармонизации в максимальной степени международной классификации с той, которая предложена В. В. Ходотом, следует в нее включить динамические явления, возбуждаемые давлением воды, плывунов пульпы и глины. Для этого следует добавить еще один класс явлений. Этот класс явлений может быть назван «прорывы воды и водонасыщенных пород».
В результате представленного анализа сформирована представленная ниже классификация «динамические явления в шахтах».
Динамические явления в угольных шахтах
Многолетний опыт показал, что классификация динамических явлений не может быть
I. Класс «Выбросы газа»
1. Суфляр - высокое стабильное выделение газа из видимых пустот и трещин
2. Внезапный прорыв газа из зоны геологического нарушения - интенсивное кратковременное выделение большого объема газа из прилежащей к тектоническому нарушению зоны угольного пласта
II. Класс «Горные удары и обрушения (высыпания)»
3. Горный удар - мгновенное хрупкое разрушение целика или краевой части угольного массива с отбросом угля в выработку и попутным выделением газа
4. Внезапное выдавливание - быстропротекающий процесс отторжения угля от массива под действием горного давления из призабойной части пласта в выработку
5. Стреляние - хрупкое разрушение и отскакивание кусков угля (породы) на обнажениях напряженных участков горного массива, сопровождаемое резким звуком
6. Горный удар с разрушением вмещающих пород - мгновенное хрупкое разрушение слоя породы или угля в почве (кровле) подготовительной выработки, сопровождающееся частичным или полным заполнением выработки разрушенной породой (углем), сотрясением массива, резким звуком и пылеобразованием
7. Обрушения (высыпания) угля - разрушение под действием гравитационных сил нависающей призабойной части угольного массива, сопровождающееся на газоносных пластах загазированием выработки, часто сверх допустимой концентрации газа
8. Обрушение кровли в очистном забое - происходящее с сильным динамическим эффектом периодическое обрушение основной, как правило, труднообрушаемой кровли, управляемой способом полного обрушения
III. Класс «Выбросы угля (породы) и газа»
9. Внезапный выброс угля и газа - быстропротекающий лавинообразный процесс разрушения угольного массива горным и газовым давлением и отброса тонкоизмельченного угля газом в выработку.
10. Внезапный выброс породы и газа - лавинообразный процесс разрушения породного массива с выносом и перемещением породы по выработке потоком выделяющегося газа
11. Внезапный отжим угля с повышенным газовыделением - быстропротекающий процесс от-жиа угля горным и газовым давлением из призабойной части пласта в выработку
12. Внезапный выброс газа с разрушением вмещающих пород - прорыв газа в прилегающее к забою выработанное пространство из над- или подрабатываемого пласта через вмещающие породы
13. Внезапный выброс газа из угольной пачки за контуром выработки - прорыв газа в при-забойное пространство выработки из тектонически нарушенной угольной пачки с разрушением слоя прочного угля между выработкой и этой пачкой
IV. Класс «Горно-тектонические явления»
14. Горно-тектонический удар - мгновенное хрупкое разрушение породы или угля в глубине массива с возникновением сейсмической волны с энергией 103-1010 Дж и более, вызывающей хрупкое разрушение краевой части массива или целика угля в форме горного удара.
15. Горно-тектонический выброс - мгновенное хрупкое разрушение породы (угля) в глубине массива с возникновением сейсмической волны с энергией от 103Дж и более, вызывающей хрупкое разрушение угольного пласта, переходящее во внезапный выброс угля и газа
16. Сотрясение в массиве - ощущаемое вибрирование горного массива, вызванное толчкообразным его деформированием
V. Класс «Прорывы воды и водонасыщенных пород»
17. Прорывы воды из водных объектов - неожиданное разрушение под действием веса воды предохранительного целика, отделяющего горные выработки от водного объекта, с прорывом воды в выработки
18. Прорывы воды из затопленных выработок - неожиданное разрушение барьерного или предохранительного целика, отделяющего действующую выработку от затопленной, с прорывом воды в действующую выработку
19. Прорывы плывунных пород - усиленное поступление в горную выработку рыхлых водонасыщенных пород, обладающих плывунными свойствами, происходящее в результате самопроизвольного или принудительного разрушения водоупорных пород в выработке
20. Прорывы глины и пульпы - неожиданное разрушение под действием горного давления и гравитационных сил целиков, разделяющих заполненные глиной или пульпой пустоты, с прорывом глины или пульпы в горные выработки
догматом. Так, в классификации Ходота В. В. отсутствовали внезапные выбросы породы и газа, внезапные прорывы газа из нарушенных пачек угля за контуром выработки, стреляния, толчки, выдавливания угля с повышенным газовыделением, прорывы газа из зон тектонических нарушений, все виды горно-тектонических явлений, поскольку эти явления на то время не происходили или не были актуальны. Предложенная классификация может совершенствоваться по мере появления новых явлений и изменения представлений об уже включенных в классификацию явлениях.
Кроме того, существует проблема в том, чтобы однозначно определить вид динамического явления. Поэтому, во-первых, методики
отнесения явлений к какому-либо их виду должны включать все возможные их отличительные признаки, позволяющие разграничить данные явления. Во-вторых, нами предлагается при расследовании явлений не только ориентироваться на последствия явлений, но и, при возникновении трудностей с определением типа явлений, исследовать все физико-химические свойства угольного массива в той точке, где произошло явление. Это позволит, используя современные представления о формировании, возникновении и протекании явлений, облегчить их идентификацию, а, значит, принять правильные решения по их предупреждению при дальнейшем ведении горных работ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Зыков, В. С. Динамические явления в угольных шахтах и их классификация / В. С. Зыков, И. Л. Абрамов // Маркшейдерия и недропользование. - 2012. - № 4. - С. 56-60.
2. Совершенствование классификации динамических явлений в шахтах // Энергетическая безопасность России: Новые подходы к развитию угольной промышленности. Сборник трудов XIV Международной научно-практической конференции. - Кемерово: Кузбасская выставочная компания «Экспо-Сибирь, 2012. - С. 23-29.
3. Горное дело: Терминологический словарь. 4-е изд, перераб. и доп. / Г. Д. Лидин, Л. Д. Воронина, Д. Ф. Каплунов и др. — М.: Недра, 1990. - 694 с.
4. Российская угольная энциклопедия. Т. 1 - М.-СПб: ВСЕГЕИ, 2004. - 649 с.
5. Методические указания по классификации газодинамических явлений на угольных шахтах / А. И. Бобров, Л. А. Вайнштейн, М. А. Ильяшов и др. / МакНИИ /; И. М.Петухов, В. П. Кузнецов / ВНИМИ /; И. В. Сергеев, О. И. Хмара / ИГД им. А. А. Скочинского /, В. И. Мурашев, В. С. Зыков / ВостНИИ/; В. Е. Зайденварг, А. М. Обрезан /Минуглепром СССР /; В. Я. Привыко Госгортехнадзор РСФСР /; С. П. Ткачук / Укркомгосгортехнадзор УССР / - Донецк: ЦБНТИ Минуглепрома СССР, 1991. - 18 с.
6. Ходот, В. В. Внезапные выбросы угля и газа/ В. В. Ходот - М.: Госгортехиздат, 1961. - 363 с.
7. Зыков, В. С. Внезапные выбросы угля и газа и другие газодинамические явления в шахтах / Зыков, В. С - Кемерово: Фирма ПОЛИГРАФ. - 334 с.
8. Исследование внезапных загазирований выемочных участков при прорывах и экстремальных выделениях метана из вмещающего углепородного массива: Отчет о НИР / ВостНИИ: Исп. В. С. Зыков, В. А. Рудаков, П. В. Потапов и др. - Кемерово, 1988. - 99 с.
9. Зыков, В. С. Руководство по предупреждению внезапных загазирований выемочных участков при прорывах и экстремальных выделениях метана / В. С Зыков, Г. Г. Стекольщиков, В. Н. Пузырев [и др.] - НЦ ВостНИИ - Кемерово, 2000. - 36 с.
10. Малышев, Ю. Н. Техногенная геодинамика. Книга 1: Аналитический обзор. Актуальные проблемы./ Ю. Н. Малышев, О. И. Сагалович, А. В. Лисуренко - М.: Недра, 1995. - 430 с.
11. Большинский, М.И. Газодинамические явления в шахтах / М. И. Большинский, Б. А. Лысиков, А. А. Каплюхин - Севастополь: Вебер, 2003. - 284 с.
12. Зыков, В. С. Научные проблемы борьбы с газодинамическими проявлениями в угольных шахтах Кузбасса / В. С. Зыков // Маркшейдерия и недропользование. - 2011. - № 3. -С. 57-59.
DYNAMIC PHENOMENA CLASSIFICATION
SPECIFICATION AT COAL MINES
Zykov V.S., Abramov I.L.
Dynamic phenomena classification
specification at coal mines are suggested. The Зыков Виктор Семенович
names and descriptions of new types of phenomena e-mail: [email protected]
registered at coal seams development are
introduced. The notions of "dynamic phenomena" Абрамов Игорь Леонидович
and "gasdynamic phenomena" are differentiated. e-mail: а[email protected]
Key words: DYNAMIC PHENOMENA,
GASDYNAMIC PHENOMENA, GAS AND COAL
OUTBURST, MINE SHOCK, CLASSIFICATION OF
DYNEMIC PHENOMENA AT COAL MINES
Н
Торговый Дом «СибПромЭнерго»
Эксклюзивный
представитель ООО Iй ЦОТ»
(приборы контроля параметров безопасности) minesafety.ru
I Jh V-„
и - sjs^^^n
I ш®
1 ЩМ 0
лит
ГазоанализЖ
gasense
653024, кемеровская обл., г.Прокопьевск , ул. Листвянка , д.62 т/ф (3846) 65-91-96 8(913)327-98-98 8(923)631-83-44
