16 Горно-геологические явления при разработке угольных месторождений

16.1. Динамические явления в горных выработках

Динамические явления - внезапно возникающие и протекающие с высокой скоростью движения горных пород, газов и жидкостей вблизи выработок, сопровождающиеся сильным динамическим эффектом. Они представляют собой результат давления газов и жидкостей, заключенных в породах, и проявления горного давления. В генетической классификации по В.Е.Забигайло [5] в зависимости от основных сил, развязывающих динамические явления, выделены класс газовых явлений /давление газа/, класс комбинированных явлений /совместное давление газа и горное давление/ и класс явлений, обусловленных действием горного давления /горное давление - напряжения, возникающие в массиве горных пород, вблизи стенок выработок, в целиках, на контакте порода - крепь в результате действия гравитационных и тектонических сил, изменения температуры верхних слоев земной коры/. Первый класс объединяет суфлярные выделения газов и внезапные выбросы газа и угольной мелочи, второй - внезапные выбросы угля и газа, внезапные выбросы пород и газа, третий – пучение, обрушение, высыпание, отжим и горные удары (рис. 71, 72).

Рис. 71 - Пучение в почве выработок

Рис. 72 - Пучение в кровле выработок

16.2 Газовые явления

В процессе проведения горных выработок в насыщенной газами угленосной толще всегда происходит выделение газа. Оно может проявляться спокойным истечением из плоскости обнажения угольного пласта и пород или бурным поступлением больших количеств газа из трещин и пустот /иногда совместно с водой/, сопровождаемым шипением, потрескиванием.

Суфлярным выделением, или суфляром называется газовыделение из видимых трещин с дебитом не менее 1 м³/мин на участке горной выработки длиной до 20 м.

Суфляры выделяются при разработке газоносных угольных пластов практически во всех угольных шахтах, но не всегда обнаруживаются, так как возникают в выработанных пространствах по мере смещений с разрывами сплошности вмещающих пород. Суфляры отмечены как в очистных, так и в подготовительных выработках на крутых, наклонных и пологих пластах. Продолжительность их действия - от нескольких часов до нескольких лет;

дебит - до 8000 м³/сут. Состав газов преимущественно метановый. Наименьшая глубина проявления суфляров - 20-45 м, т.е. совпадает с верхней границей зоны метановых газов или расположена ниже нее. С глубиной увеличиваются количество суфлярных выделений и их интенсивность. Так, в шахтах Донецко-Макеевского района в Донбассе на 1000 м выработок на глубине до 100 м приходится 0,14 суфляра, 400-500 м - 0,64 суфляра, 700-800 м - 1,72 суфляра.

Суфлярные газовыделения имеют геологическое или эксплуатационное происхождение. Геологические суфляры преобладают над эксплуатационными в Донбассе в 2 раза, в Печорском бассейне - в 5,3 раза. Геологические суфляры приурочены к тектонически нарушенным зонам /складки, перегибы, разрывы и др./, не имеющим связи с атмосферой. Система таких нарушений может содержать большие объемы газов. При вскрытии подобной системы горной выработкой объем, сила и продолжительность выделения газа зависят от давления и размеров трещинно-порового пространства. В горной практике известны суфляры, действовавшие в течение десятка лет с объемом выделения в миллионы кубических метров метана. При бурении скважин газовыделения наблюдаются при подъеме бурового инструмента, что проявляется в виде бурления, обусловленного подъемом газоводяной смеси. В Донбассе наибольшее количество геологических суфляров отмечено на пластах h₇, h₈,h_10, к₂, к₂², к³, к₄, l₁, l₂¹, l₆ и др.

Эксплуатационные суфляры представляют собой газовыделения из трещин пород почвы или кровли, через которые поступает метан из спутника угольного пласта. Такие суфляры чаще всего проявляются в случае, когда спутник имеет мощность не менее 0,4-0,5 м, расположен на расстоянии 10-25 м от основного пласта и сложен антрацитом или полуантрацитом, а междупластие представлено песчаником. В Донбассе эксплуатационные бурные газовыделения установлены по пластам h₁₀, к₂, к₄¹, к₆, l₂¹. Внезапные выбросы газа и угольной мелочи происходят в зонах тектонических нарушений или межплоскостных перемещений внутри угольных пластов, в которых образуются трещиноватые малопрочные угли с высокими коллекторскими свойствами. В них под большим давлением накапливаются значительные объемы свободного газа. При вскрытии горными выработками происходит сброс газового давления в течение 10-30 сек. и слабо связанные угли дробятся с последующим выносом в выработку. Внезапные выбросы сопровождаются сильным воздушным толчком, большим выделением газа и образованием полости грушевидной формы.