89

5. УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

   ПРИ ВЕДЕНИИ ГОРНЫХ РАБОТ

5.1. Газодинамические процессы при ведении горных работ

Газодинамическое явление в шахте - внезапное, происходящее с большой скоростью движение угля, пород и газов вблизи горных выработок, сопровождающееся значительным силовым эффектом. К газодинамическим явлениям относятся внезапные выбросы угля и газа, породы и газа.

Внезапный выброс угля и газа представляет собой сложное газодинамическое явление, протекающее в несколько стадий:

• накопление и перераспределение потенциальной энергии упругих деформаций угольного пласта, переход призабойной части массива в предельно напряженное состояние, снижение прочности угля и повышение количества газа;

• быстрое разрушение напряженной призабойной части пласта, сопровождающееся дроблением угля и увеличением энергии газа;

• лавинно развивающееся разрушение угольного массива под действием горного и газового давления;

• вынос разрушенного угля в потоке расширяющегося газа;

• прекращение процесса разрушения угольного массива и постепенное уменьшение газовыделения.

Отличительными признаками внезапного выброса угля и газа являются:

• отброс угля от забоя на расстояние, превышающее расстояние отброса под углом естественного откоса;

• повышенное по сравнению с обычным выделение газа в выработку;

• образование в угольном массиве полости.

Газодинамические явления часто сопровождаются ударной воздушной волной, которая в отдельных случаях может опрокинуть вентиляционную струю.

Внезапные выбросы угля и газа обычно происходят на участках угольных пластов, где отмечается:

• изменение мощности пласта на 15-20%;

• повышенная скорость газоотдачи угля;

• наличие крепких монолитных пород в кровле;

• мелкие тектонические нарушения.

По степени опасности угольные пласты делятся на выбросоопасные, угрожаемые и невыбросоопасные.

К выбросоопасным относятся пласты в пределах шахтного поля, на которых происходили внезапные выбросы угля и газа, или выбросоопасность которых установлена текущим прогнозом.

К угрожаемым по внезапным выбросам угля и газа относятся пласты в пределах шахтного поля, на которых не исключены внезапные выбросы угля и газа и разработка которых должна вестись с прогнозом выбросоопасности.

5.2. Прогноз степени выбросоопасности угольных пластов

Прогноз выбросоопасности производят на следующих этапах освоения месторождения:

• при ведении геологоразведочных работ;

• при вскрытии пластов;

• при ведении подготовительных и очистных работ.

Прогноз выбросоопасности пластов перед вскрытием и при ведении подготовительных и очистных работ в Кузбассе выполняется с глубины 150 м. Угольные пласты подвергаются периодическому обследованию методом локального прогноза. Если при обследовании методом локального прогноза выявлен угрожаемый участок, то дальнейшую разработку пласта ведут с текущим (непрерывным) прогнозом выбросоопасности.

Оценка степени выбросоопасности пласта при обследовании методом локального прогноза производится в зависимости от давления газа в пласте, глубины разработки, мощности, прочности и количества угольных пачек в пласте.

Текущий прогноз и определение опасных участков производится на основании замеров начальной скорости газовыделения и выхода бурового штыба при бурении контрольных шпуров в угольный пласт.

Зону пласта считают опасной по внезапным выбросам при:

• уменьшении мощности пачки пласта до величины менее 0,2 м;

• невозможности пробурить шпур на требуемую глубину или загерметизировать его;

• наличии в процессе бурения ударов и тресков различной силы и частоты в массиве;

• выбрасывании из шпура газа с буровой мелочью;

• зажатии или выталкивании бурового инструмента.

3. Особенности технологии отработки пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа

Для эффективной и безопасной разработки пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, разработан следующий комплекс мер:

• проведение опережающей разработки защитных пластов;

• применение способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа с контролем их эффективности;

• применение систем разработки и технологии очистных и подготовительных работ, снижающих вероятность возникновения выбросоопасных ситуаций;

• обеспечение безопасности рабочих.

Опережающая разработка защитных пластов является наиболее эффективным методом предотвращения внезапных выбросов, но может применяться только при разработке свит пластов.

При вскрытии и подготовке пластов особенности технологии ведения горных работ заключаются в следующем:

• вскрытие выработками выбросоопасных и угрожаемых угольных пластов необходимо проводить с применением способов предотвращения внезапных выбросов;

• при проведении вскрывающей выработки буровзрывным способом режим сотрясательного взрывания вводят при приближении забоя выработки к выбросоопасному пласту на расстояние не менее 4 м и отменяют после удаления забоя выработки от пласта на расстояние не менее 4 м;

• при проведении выработки проходческим комбайном дистанционное управление вводят и отменяют при приближении и удалении забоя выработки на расстояние не менее 2 м по нормали к выбросоопасному пласту;

• полевые выработки необходимо проводить на расстоянии не менее 5 м по нормали от выбросоопасных пластов;

• подготовительные выработки с углами наклона более 10^о должны проводиться в направлении сверху вниз. Выработки с углом наклона более 10^о можно проводить снизу вверх только комбайнами с дистанционным управлением со свежей струи воздуха без постоянного присутствия людей в выработке.

Основные требования к технологии ведения очистных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля и газа, заключаются в следующем:

• незащищенные выбросоопасные угольные пласты должны разрабатываться столбовыми системами;

• очистные работы в установленных прогнозом выбросоопасных зонах необходимо проводить с применением способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа;

• на шахтах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, устанавливается четырехсменный режим работы с выделением специальной смены для выполнения локальных способов предотвращения внезапных выбросов;

• выемку угля в очистных забоях пологих и наклонных пластов следует производить самозарубающимися комбайнами или струговыми установками (выемка угля узкозахватными комбайнами должна производиться по односторонней схеме);

• выемку угля на крутых выбросоопасных пластах необходимо производить лавами по падению с применением щитовых агрегатов, а также лавами по простиранию с применением дистанционно управляемых комбайнов;

• управление кровлей в очистных забоях выбросоопасных пластов должно производиться полным обрушением или полной закладкой выработанного пространства;

• на выбросоопасных пластах необходимо предусматривать полное территориальное разделение подготовительных и очистных работ;

• проветривание очистного забоя должно проводиться по прямоточной схеме с подачей воздуха по обеим примыкающим выработкам.

Как показывают исследования, перевод пласта в категорию выбросоопасного и ввод локальных мероприятий снижает нагрузку на очистной забой на 20-35%, скорость проведения подготовительных выработок уменьшается на 30-35%.

К мероприятиям по обеспечению безопасности рабочих относятся:

• обслуживание выбросопасных участков рабочими и ИТР, прошедшими специальное обучение;

• обеспечение рабочих индивидуальными изолирующими самоспасателями;

• аварийное отключение электроэнергии.

4. Способы предотвращения внезапных выбросов угля и газа

5.4.1. Общие сведения

Для исключения возможности возникновения внезапных выбросов разработаны способы их предотвращения. Способы делятся на региональные и локальные.

Региональные способы предназначены для заблаговременной обработки угольного массива впереди очистных и подготовительных забоев.

К региональным способам относятся:

• опережающая отработка защитных пластов;

• дегазация угольных пластов;

• региональное увлажнение угольных пластов.

Региональные способы предотвращения внезапных выбросов угля и газа основаны на эффекте снижения горного или газового давления в разрабатываемом пласте. Параметры способов опережающей отработки, дегазации и регионального увлажнения приведены в соответствующих разделах учебного пособия (6.3, 3.2, 4.5).

Локальные способы предназначены для приведения призабойной части массива в невыбросоопасное состояние. Их осуществляют непосредственно в очистных и подготовительных забоях.

К локальным способам относятся:

• низконапорное увлажнение угольного пласта;

• гидрорыхление пласта;

• гидроотжим пласта;

• бурение опережающих скважин;

• гидровымывание опережающих полостей;

• образование разгрузочных пазов;

• образование разгрузочных щелей;

• торпедирование угольного массива.

При ведении горных работ производится постоянный контроль эффективности применяемых способов.