МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

Государственное высшее учебное заведение «национальный горный университет» Кафедра аэрологии и охраны труда

Лекция №5

Доц. Алексеенко С.А.

Раздел 2. Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема №5. Газодинамические явления в угольных шахтах. Внезапные выбросы породы угля и газа.

(для студентов специализации: 7.090301.05 “Охрана труда в горном производстве”)

Днепропетровск

2013

План лекции

1. Основные понятия о газодинамических явлениях (ГДЯ)

2. Особенности проявления внезапных выбросов горных пород и газа в различных природно-технологических условиях.

3. Основные требования и порядок применения комплекса мер при разработке

выбросоопасных и угрожаемых шахтопластов

4. Современные представления о природе и механизме выбросов угля и

газа

Рекомендуемая литература

1. Голинько В.И., Алексеенко С.А., И.Н. Смоланов. Аварийно-сательные работы в шахтах: Учебное пособие. – Днепропетровск: Лира ЛТД. – 2011. – 480 с.

2. Большинский М.И., Лысиков Б.А., Каплюхин А.А. Газодинамические явления в шахтах. Монография. - Севастополь: «Вебер», 2003. - 284 с.

3. Александров С.М., Булгаков Ю.Ф., Яйло В.В. Охорона праці у вугільній промисловості: Учбовий посібник для студентів гірничих спеціальностей вищих учбових закладів /Під заг. ред. Ю.Ф. Булгакова. – Донецьк: РІА ДонНТУ, 2004. – С.362-448.

1. Основные понятия о газодинамических явлениях

Газодинамические явления (ГДЯ), происходящие при строительстве и эксплуатации шахт, оказывают существенное влияние на технологические процессы проведения выработок и добычи угля и являются одним из основных и специфичных факторов смертельного травматизма. Предотвращение газодинамических явлений является самой сложной и до конца не решенной проблемой в угольной промышленности Украины.

ГДЯ обусловлены изменениями напряжённо-деформированного и газодинамического состояния угольных пластов и вмещающих пород при ведении горных работ, особенностями структуры и физико-механических свойств угля и пород и отличаются между собой степенью участия перечисленных факторов в подготовке и протекании этих явлений.

Каждый из этих факторов, в свою очередь, зависит от множества других, менее значимых факторов, которые можно разделить на:

1) природные, влияющие на предрасположенность пласта (пород) к газодинамическим явлениям;

2) технологические, отражающие изменение напряженного и газодинамического состояния призабойной части пласта (пород) в процессе его разработки;

3) геомеханические, характеризующие изменение напряженно-деформи-рованного и газодинамического состояния угленосной толщи в зависимости от пространственно-временных соотношений развития горных работ на разрабатываемом и на соседних пластах.

Сочетание указанных факторов обуславливают разнообразие газодинамических явлений, к которым согласно «Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа» относятся:

а) внезапные выбросы угля и газа (выдавливания угля);

б) внезапные обрушения угля с попутным газовыделением;

в) внезапные выбросы породы и газа.

В «Инструкции…» внезапные выбросы угля и газа также подразделяются на:

1) выбросы угля и газа, происшедшие впервые на шахтопластах ранее считавшиеся неопасными;

2) выбросы угля и газа, происшедшие на выбросоопасных шахтопластах, на которых предусмотрено применение прогноза или способа предотвращения выбросов;

3) выбросы угля и газа, происшедшие при производстве сотрясательного взрывания;

4) выбросы угля и газа, происшедшие при выемке угля механизмами с дистанционным управлением;

5) внезапное выдавливание угля с повышенным газовыделением.

Дополнительно к «Инструкции…» в классификационный перечень газодинамических явлений отраслевых «Методических указаний по расследованию и технической экспертизе газодинамических явлений на шахтах Донбасса» добавлены относительно редко происходящие на шахтах Донбасса горные удары и внезапные прорывы газа из почвы выработки.

Понятие категории «внезапные» исторически заимствовано и связано с первыми неожиданными и необычными по своей природе явлениями - фактически внезапными выбросами угля и газа, которые у специалистов Франции, Бельгии, Германии и других стран, в том числе России и СССР до 1948 г. характеризовались как внезапные выделения газа.

В настоящее время, несмотря на принятую нормативную терминологию, необходимо четко выделять категорию внезапных газодинамических явлений, под которой следует понимать, что возникновение данного ГДЯ является неожиданным и не допускается технологией ведения горных работ, так как практически всегда сопровождается тяжелыми последствиями для работающих в шахте людей. Наиболее же многочисленные выбросы угля и газа при производстве сотрясательного взрывания, безлюдной выемке угля, дистанционном бурении скважин и т. п. фактически не относятся к категории внезапных, так как возможность их возникновения предусматривается (допускается) технологией ведения работ. Выбросы угля и газа, особенно многочисленные выбросы при сотрясательном взрывании, сдерживают темпы ведения горных работ, приводят к материальным потерям и затратам на ликвидацию последствий. Они связаны с осложнениями и ухудшением безопасности труда при переходе полостей выбросов и др., но при соблюдении предусмотренного технологического режима ГДЯ не приводят (или не должны приводить) к травматизму.

Выброс породы и газа – это явление скачкообразного перехода упругой энергии предельно-напряженного массива и сжатого газа вокруг горной выработки.

Выбросу предшествуют предупредительные явления:

а) удары;

б) треск различной силы и частоты в массиве;

в) отскакивание кусочков породы (угля), шелушение забоя;

г) усиление давления на крепь, прогиб пород кровли;

д) изменение (рост, падение) скорости выделения газа (иногда резкое), особенно из буримых шпуров и скважин, удары и треск различной силы и частоты.

Перед выбросом угля и газа в шахтах характерны:

1. появление пылевого облака;

2. выдавливание угля из забоя;

3. зажатие бурового инструмента;

4. выбрасывание штыба в буримую скважину.

Перед выбросом соли характерны замещение или выклинивание продуктивных слоев.

Предупредительные признаки могут быть слабыми и малозаметными.

Развитие выброса происходит внешне в форме лавинообразного смещения, дробления горных пород (угля, соли, песчаника, руд) и выноса раздробленной массы выделяющимся газом (СН₄, СО₂, N₂, H₂) в атмосферу горных выработок, сопровождающегося сильными звуковыми колебаниями.

Происшедший выброс характерен отбросом пород за пределы угла естественного откоса; тонким измельчением отброшенной массы, а угля - до тончайшей пыли («бешеной муки»); повышенным против обычного выделения газа; снижением температуры; образованием характерной полости, а для пород - увеличением площади сечения выработки, превышающей паспортные пределы.

Термин «внезапные выбросы» при современном состоянии науки является историческим. Первые выбросы были внезапными, поскольку предупредительные признаки не были изучены, а само явление было непознанным. Вначале это явление называли внезапным выделением газа, что указывает на значимость, придававшуюся газовой компоненте. Позже говорили о «внезапных выбросах газа и угля» (соли), и лишь около 40 лет назад явление определили как «внезапные выбросы угля (соли, породы) и газа».

К газо-силовым явлениям относятся собственно выбросы угля, соли, пород, руды, обрушения пород с усиленным газовыделением, прорывы газа, выбросы газа с выносом угольной мелочи и горные удары с выделением газа.

Первый выброс угля и газа зарегистрирован в 1834 г. во Франции на шахте «Исаак» бассейна Лауры. Затем они стали происходить в Бельгии, Германии, Великобритании, Венгрии и Канаде. В России выброс угля и газа впервые зарегистрирован в Донбассе 9 сентября 1906 г. на шахте «Новая Смолянка» при вскрытии квершлагом пласта Смоляниновского на глубине 711 м.

В настоящее время в СНГ разрабатывается более 650 выбросоопасных и угрожаемых по выбросам шахтопластов. Из года в год увеличивается удельный вес сверхкатегорийных по газообильности шахт и шахт, разрабатывающих пласты, опасные по внезапным выбросам угля и газа.

Выбросы происходят в Донецком, Кузнецком, Карагандинском бассейнах, на Воркутинском, Егоршинском месторождениях, месторождениях Дальнего Востока.

Выбросы угля и газа в Европе распространены на угольных месторождениях Франции и Бельгии, где наиболее выбросоопасные шахты закрыты; меньшее распространение выбросы имеют на месторождениях Болгарии и Чехословакии (по 100-120 выбросов в год). Эти опасные явления происходят также в шахтах Великобритании, Канады, Японии, КНР и Австралии. Выбросы в калийных рудниках регулярно происходят с 1895 г. Выбросы соли, породы и газа наблюдаются на Верхнекамском и Старобинском калийных месторождениях.

Выбросы пород, вмещающих угольные пласты в Донецком бассейне, происходят с 1955 г.

В угольной промышленности удельный вес выбросов угля и газа в смертельном травматизме составляет 3 %.

Газосиловые явления стали происходить тогда, когда горная наука в познании закономерностей поведения продуктивной толщи при подземной добыче твердых полезных ископаемых не была готова к их преодолению как по предсказанию, так и по управляющему воздействию. Такое положение привело к рождению целого ряда качественных предположений (гипотез), в которых делались попытки объяснить природу и механизм выброса.

Кроме собственно выбросов выделяют еще выдавливание угля (соли) и обрушения (высыпания) с повышенным газовыделением, а также выбросы при взрывных работах. При выдавливании образуется полость глубиной менее ее ширины, горная масса смещена незначительно, занимает полость часто со щелью под кровлей, заполненной тонкой пылью, повышено газовыделение.

Обрушение (высыпание) – разрушение нависающего массива из-за несвоевременного или некачественного крепления; ось полости ориентирована по восстанию пласта. Выбросы угля при взрывах отличий не имеют - выделение их имеет организационную причину, персонал заранее удаляют на безопасное расстояние.

Выбросы пород и соли при взрывах характеризуются разрушением массива за пределом действия ВВ, отбросом пород и выделением газа.

Склонные к выбросам шахтопласты разделяют на выбросоопасные и угрожаемые.

Иногда выделяют особо выбросоопасные шахтопласты или участки пласта.

К выбросоопасным относят шахтопласты в пределах шахтного поля ниже вентиляционного штрека того горизонта, где произошел выброс, а угрожаемым – где были выдавливания или обрушения, а также где предсказана опасная зона.