К.т.н. Романов В.И. Романов Е.В. Романов С.В.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан.

РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО БОРЬБЕ

С ВНЕЗАПНЫМИ ВЫБРОСАМИ УГЛЯ, ПОРОДЫ И ГАЗА

На базе индустриально-инновационного развития горной промышленности на шахтах Карагандинского бассейна разработаны и внедрены региональные и локальные способы позволяющие предотвращать такие явления, как выбросы угля, породы и газа, которые происходят при определенной горно-геологичес-кой обстановке и глубине отработки.

Региональные способы предназначены для обработки угольного массива впереди очистных и подготовительных забоев. К ним относятся опережающая отработка защитных пластов, дегазация и увлажнение угольных пластов.

Локальные способы предназначены для проведения призабойной части угольного массива в невыбросоопасное состояние. К ним относятся низконапорное увлажнение угольного пласта, гидрорыхление, гидроотжим пласта, бурение опережающих скважин, гидровымывание опережающих пластов, образование разгрузочных пазов и щелей, торпедирование угольного массива.

При добычи угля, угольный пласт зажат окружающей породой, а призабойная часть находится в напряженном состоянии. Разрушение массива угля приводит к снижению давления свободного газа в пласте, что влечет за собой выделение связанного (адсорбированного) газа. Процесс идет с большой скоростью, где энергия освобождающего газа способствует отбросу угля. Так же в формировании выброса участвует вес угля, что приводит к резкому увеличению выделяемого газа. Один из основных принципов борьбы с выбросами это управляемое высвобождение потенциальной энергии. Математически данная энергетическая теория описывается следующей зависимостью:

,

где - потенциальная энергия упругого деформирования песчаника;

- коэффициент, учитывающий рассеяние упругой энергии в массиве горных пород; - энергия сжатого газа; , - разработка разрушения песчаника и перемещение разрушенной породы по выработке.

Напряженно-деформированное состояние массива является сложной функцией суммарного действия напряжений в результате перераспределения их вокруг горной выработки, давления газа и геостатического давления.

Суммарные растягивающие напряжения определяются из выражения

,

где - растягивающие напряжения, - внешние сжимающие напряжения от трещин.

Массовый рост трещин вызывает послойное разрушение – выброс.

На шахтах Карагандинского бассейна за последние десятилетия произошло более 70 внезапных выбросов, но последние годы наблюдается тенденция к снижению количества внезапных выбросов. Кроме внезапных выбросов угля и газа происходят внезапные прорывы газа из почвы подготовительных выработок, проводимых комбайновым способом.

Пласты, склонные к выбросам угля и газа разделяются на опасные и угрожаемые. К опасным относятся пласты расположенные в пределах шахтного поля на горизонте и на нижележащих горизонтах, где имелись случаи выбросов. К угрожаемым относятся пласты, залегающие в пределах крыла шахтного поля и имеющие общую границу с опасными шахтопластами по простиранию на тех же горизонтах.

На шахтах Карагандинского бассейна разрабатываются как опасные, так и угрожаемые по выбросам шахтопласты. При ведении работ на пластах склонных к внезапным выбросам установлено, что до определенной глубины угольные пласты не способны к выбросам. Эта глубина определяется для каждого месторождения, а в Карагандинском бассейне, в зависимости от места расположения пластов, колеблется в пределах 200 – 350 м

Вскрытие и разработка угольных пластов, опасных и угрожаемых по выбросам, производится по специальным проектам в соответствии с Инструкцией по безопасному ведению горных работ в каждом конкретном случаи отдельно.

Для оценки эффективности проводимых мероприятий замеряют давление газа в угольных пластах. Полученные величины давления говорят о напряженном состоянии пластов.

Комплексный показатель (), характеризующий выбросоопасность пласта, рассчитывается по формуле:

, если ;

если более 29% ,

где - толщина пластического слоя угля, мм; - выход летучих веществ, %

Пласт относится к невыбросоопасным независимо от глубины, если комплексный показатель степени метаморфозы угля .

Перед вскрытием выбросоопасных или угрожаемых пластов должен осуществляться прогноз их выбросоопасности в месте вскрытия При подходе к пласту , начиная с 10 м по нормали, из забоя выработки на пласт производят бурение разведовачных скважин глубиной не менее 5 м для уточнения угла падения и мощности пласта. В Карагандинском бассейне прогноз выбросоопасности пласта в месте вскрытия производят по показателю

,

где - показатель начальной скорости газоотдачи угля с учетом его естественной влажности; - максимальное давление газа в пласте на данной глубине, кгс/ см²; - наименьшее значение крепости пород. Зона пласта в месте вскрытия считается опасной, если

Таблица 1.

скорость газовыделения	йодный показатель	коэффициент крепости угля
q ≤ 2 л/мин	∆ J ≤ 3,5 мг/ г	ƒ ≥ 0,6

При одновременном выполнении всех условий (таблица1) ситуация считается опасной и если даже хотя бы один из трех этих показателей не соответствует этому условию, то вскрытие пластов осуществляется при прогнозе «опасно». Выбросоопасность осуществляется локальным или текущим прогнозом. Если локальный осуществляется через каждые 20 – 30 м подвигания забоя на шахтопластах расположенных ниже глубины на которых должен осуществляться контроль, то текущий прогноз предназначен для установления опасных и неопасных зон. Оба указанных прогноза производятся по утвержденным методикам.

Применение инновационных технологий при современной интенсивности ведения горных работ возможно только при решении разнообразных технологических задач обеспечивающих высокий уровень механизации, интенсификации и концентрации горных работ.