15.7.3. Динамические и газодинамические явления

Провалы земной поверхности на поверхности и под землей. Среди причин деформации различают природные (карст, естественные полости и пустоты, снижение уровня подземных вод и др.) и техногенные (горные работы и добыча полезных ископаемых, освоение поверхности и др.). Опасными факторами являются обрушение пород поверхности, горизонтальные деформации поверхности с образованием трещин.

Карстовые полости возникают в результате растворения проницаемых участков горного массива, сложенного труднорастворимыми карбонатными породами (известняки, доломиты, мел), среднерастворимыми сульфатными (гипс, ангидриты) или легкорастворимыми галоидными (каменная и калийная соли) породами. Деформация карстовых полостей сопровождается вывалом отдельных блоков или обрушением консолей с образованием в центре вертикальной трещины и ряда последовательных сводов. Формирование провалов происходит в виде выхода свода на поверхность или образования круглоцилиндрического провала. В первом случае происходит сползание стенок провала с формированием воронки. Размеры обрушения пород по площади могут достигать десятков тысяч квадратных метров, по глубине – 70-80 м.

Осыпи и обвалы. Обрушения пород. Быстрое смещение масс несвязанных отдельностей горных пород с крутых склонов и откосов в форме обвалов, камнепадов, вывалов и осыпей возникает под действием выветривания и длительной ползучести пород, роста сдвигающих усилий при сейсмических и вибрационных воздействиях, давление воды (гигроскопического и гидродинамического), ветровой и снеговой нагрузки, техногенных факторов (буровзрывные работы, эксплуатация машин, механизмов, средств транспорта, подрезка склонов и т.д.).

Выделяют скальные (каменные) и земляные обвалы. Наиболее опасны скальные обвалы, классифицируемые по масштабам следующим образом:

- крупные (до нескольких тысяч кубических метров горных пород);

- малые (150-200 м³);

- камнепады (единичные скальные обломки);

- осыпи мелкого обломочного материала.

Осыпи различают по месту проявления:

- горные (на скальных склонах),

- береговые (на берегах акваторий),

- бортовые (на откосах бортов, котлованов, отвалов и других искусственных обнажениях).

Механизм движения масс пород при обвалах характеризуется скольжением по склону, прыжками, скачкообразным падением отдельных блоков, прямого падения обломков с вертикальных откосов. Дальность падения обвальных масс от подошвы склона зависит от высоты склона h_ск, его крутизны, прочности пород, формы обломков, характера поверхности, склона и др. и изменяется от (0,15-0,25)h_ск при пологих углах склона до (0,3-0,45)h_ск при крутых.

Опасность обвальных явлений (разрушающая сила) зависит от массы и скорости перемещения пород:

,

где k – коэффициент сопротивления обломков качению, k = 2,754,25.

В качестве профилактических мер по предотвращению осыпей и обвалов используют механическое укрепление пород и упрочнение пород различными способами.

Горные удары. Месторождения или их части подразделяются на неопасные, склонные и опасные по горным ударам. К склонным горным ударам относятся месторождения (объекты строительства подземных сооружений) и массивы горных пород или их части, в пределах которых зафиксировано любое из следующих явлений:

- породы и руды с высокими упругими свойствами, способные к хрупкому разрушению под нагрузкой;

- стреляние пород, интенсивное заколообразование;

- толчки и горные удары, наблюдавшиеся на соседнем руднике (шахте) в пределах того же рудного тела или в аналогичных геологических условиях.

Опасными по горным ударам считают месторождения (объекты строительства подземных сооружении), на которых имели место микроудары и горные удары, а также если прогнозом при определении степени удароопасности массива горных пород локальными инструментальными методами выявлена категория «Опасно» (удароопасная).

На каждом предприятии, ведущем подземные горные работы на месторождениях (объектах строительства подземных сооружений), склонных и опасных по горным ударам, должны проводиться исследования по совершенствованию методов прогноза и предотвращения горных ударов (ППГУ) и должна быть организована специальная подземная служба, работающая под научно-методическим руководством института, ведущего исследования горных ударов на данном месторождении. Контроль за деятельностью службы ППГУ осуществляется главным инженером предприятия.

Профилактика горных ударов включает следующие мероприятия:

- проведение вскрывающих выработок по породам, не опасным по выбросам, или широким ходом с выкладкой бутовых полос;

- применение систем подготовки и разработки с минимальным числом опережающих выработок без оставления целиков;

- полное или частичное обрушение или закладка выработанного пространства;

- опережающая отработка защитных пластов;

- разгрузка защитной зоны путем бурения скважин, камуфлетного взрывания, разупрочнения и расчленения (разрыва) водой.

Применение мероприятий по предотвращению горных ударов должно сопровождаться оценкой их эффективности локальными методами.

Выбросы пород и газа. Выбросы пород и угля, обрушения могут быть сопутствующими явлениями при пожарах в подземных выработках и сопровождаться их загазированием природными (метан, углекислый газ, водород) или пожарными (окись углерода, серные и азотные газы) газами. При этом могут оказаться разрушенными системы жизнеобеспечения (вентиляционные сооружения и пр.). Различают региональные и локальные способы профилактики этих явлений. В первую группу входят опережающая отработка защитных пластов, дегазация, гидрорасчленение и увлажнение пород. Ко второй группе относятся увлажнение и «рыхление» пород, гидровымывание и гидроотжим пород; разгрузка опережающими скважинами, пазами, щелями и пр.; торпедирование массива, сотрясательное взрывание; применение защитных устройств.

Организация горно-спасательных работ. Первичные действия администрации аналогичны действиям при пожаре. Одновременно с оценкой ситуации и установлением уровня опасных факторов осуществляется первая помощь пострадавшим, при необходимости включение их в изолирующие самоспасатели, вывод людей на свежую струю, оконтуривание и ограждение опасных участков, поиск и извлечение пострадавших, тушение возникающих очагов пожаров, восстановление вентиляции выработок или подача свежего воздуха в завальные участки с людьми по трубопроводам, восстановление нарушенных коммуникаций, разборка завалов и восстановление выработок с креплением контурных зон, заполнение провалов и куполов крепью и материалами.

Аварийные работы в зоне разрушений на поверхности. Работы развиваются в следующей последовательности:

- разведка и оценка зоны разрушений (количество пострадавших, места их возможного нахождения, состояние коммуникации и защитных сооружений, объемы и характер разрушений, возможные пути транспорта, дополнительные опасности).

- отыскание заваленных убежищ и мест аварий на коммунально-энергетических сетях и сооружениях (затопление, загазирование и т.д.).

- инженерная оценка возможности безопасного пребывания людей в поврежденных сооружениях и зданиях.

- аварийные работы с частичной разборкой завалов, отрывкой траншей, разборкой трубопроводов, водоотливом и др. (вручную и механизированные) в местах возможного нахождения людей.

- расчистка завалов, обрушение неустойчивых конструкций или их укрепление.

Спасательные работы в зонах обрушений. Действия ВГСЧ при ликвидации последствий обрушений выработок заключаются в спасении людей в зоне обрушения и восстановлении проветривания.

Для спасения людей необходимо быстрейшее проникновение к пострадавшим и оказание им помощи (извлечение из-под пород, подкрепление выработки, где находятся пострадавшие, с тем чтобы остановить обрушение). При отсутствии такой возможности необходимо точно установить места нахождения людей путем опроса надзора и рабочих, работавших в начале обрушения, а также путем звуковых сигналов, применения геофонов.

При прибытии подразделения ВГСЧ на шахту первое отделение направляется к месту аварии со стороны поступающей вентиляционной струи, а второе – со стороны исходящей струи.

Если обрушение произошло в подготовительной выработке, отделения направляются непосредственно к месту обрушения для определения мест, откуда быстро и надежно можно проникнуть к пострадавшим. Подразделения ВГСЧ и ВГК организуются в бригады для проведения выработок к пострадавшим (проведение выработок по целику угля или вприсечку, в обрушенном пространстве, использование для прохода к пострадавшим старых заброшенных выработок и др.). Принимаются меры для обеспечения людей свежим воздухом, водой, пищей, подаваемой через имеющиеся трубопроводы или трубы, пробиваемые через обрушенные породы; бурятся спасательные скважины как с выработок, так и с поверхности. Спасательные выработки запрещается надрабатывать или подрабатывать сближенными, так как последние могут явиться причиной новых обрушений в районе нахождения пострадавших и на месте ведения горно-спасательных работ.

При ведении горно-спасательных работ, связанных с обрушением выработок, необходимо стремиться к образованию одного или нескольких запасных выходов с мест ведения работ, а также для обеспечения работающих свежим воздухом.

Для обеспечения безопасности извлекаемых из обрушения людей, а также персонала ведущего спасательные работы, должны проводиться работы, преграждающие распространение обрушения (установка временной крепи, оборка нависающих пород и др.).

При внезапных выбросах угля, породы и газа организуется разведка (обследование) аварийного участка. Задачей разведки является установление места выброса; количества застигнутых аварией людей и мест их нахождения, степени опасности нахождения людей в этих местах; примерного масштаба выброса (количество выброшенного угля и распространение его по выработкам); обрушений выработок и размеров обрушений; степени загазирования выработок; состояния проветривания пораженного выбросом участка и вентиляционных устройств; направления движения газа и степени распространения его по выработкам.

При ведении горно-спасательных работ при выбросах необходимо широко использовать имеющиеся на оснащении ВГСЧ и предприятия средства подъема и спуска людей (лебедки, гибкие лестницы), осветительные приборы типа прожекторов для освещения выработанного пространства и мест выброса, приспособления для подачи воды и пищи пострадавшим по трубам через завалы. Выполнение сложных и опасных работ (прохождение завалов, опускание в обрушенные выработки) должно поручаться наиболее опытным горноспасателям и работникам шахт (если атмосфера пригодна для дыхания), умеющим качественно производить крепление и знакомых с поведением боковых пород на данном участке.

Спасательные работы при выбросах. Действия ВГСЧ при выбросах следующие:

- поиск людей и обеспечение их средствами защиты (воздух, кислород, защитные аппараты, первая помощь);

- принятие эффективных мер для налаживания проветривания аварийного участка (быстрое освобождение от угля воздухоподающих выработок, усиления проветривания участка за счет других участков шахты);

- спасение людей в выработках с исходящей струей из пораженного выбросом участка, в которых наиболее опасная газовая обстановка;

- быстрая организация отгрузки и вывоза из выработок выброшенного угля;

- принятие мер по задержке высыпающегося угля (перекрытие каверны выброса, сооружение преграждающих устройств).

При ведении спасательных работ при выбросах необходимо иметь в виду, что выброшенный уголь активно поглощает кислород и может самовозгореться. Поэтому работы по уборке угля должны производиться с максимальной интенсивностью. Кроме того, при выбросах необходимо принимать меры по предупреждению взрывов метанопылевоздушной смеси, а именно:

- не допускать искрообразования в стационарных и переносных светильниках в атмосфере с опасным содержанием метана (не включать их и не выключать);

- не допускать применения электровозов вблизи загазированных метаном выработок;

- не допускать применения горного инструмента, работа которым может вызвать искрообразование;

- в местах интенсивного пылеобразования производить осаждение пыли;

- подачу электроэнергии в загазированные метаном выработки производить только с разрешения ответственного руководителя работ по ликвидации аварии путем дистанционного включения после определения исправности электрооборудования специалистами. При этом люди должны быть выведены в безопасные места.