
книги / Основы механики горных пород
..pdfййе года, либо приходящееся на 1 млн. т добытого полезного ископаемого, либо на 100 000 м3 отработанной площади назы вают частотой внезапных, выбросов.
§ 100. ПРОЯВЛЕНИЕ ВНЕЗАПНЫХ ВЫБРОСОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
|
|
|
|
П ерв ы е |
|
св еден и я |
о |
в н езап н ы х |
в ы б р о са х |
|
о т н о ся т ся |
к |
3 0 -м |
го д а м |
||||||||||||||||||||||||
X V III |
в.: вн езапны й |
в ы бр ос |
угл я |
и |
га за п р о и зо ш ел |
в |
ш а х т е « И са а к » |
б а ссей н а |
||||||||||||||||||||||||||||||
Л у а р ы |
во |
Ф ранции . С |
сер еди н ы |
X V III |
в. начались |
в н езап н ы е вы бросы |
на |
к а |
||||||||||||||||||||||||||||||
м ен н оугол ьн ы х |
ш а х т а х |
Б ельгии, |
за т ем |
они |
|
стали |
п р оя вл яться |
в |
Р у р ск о м |
и |
||||||||||||||||||||||||||||
Н н ж н есн л езск о м |
б а ссей н а х |
|
в |
|
Г ерм ании, |
б а ссей н е |
Ю ж н о го |
У эл ь са |
|
в |
А н гл и и , |
|||||||||||||||||||||||||||
в |
В енгрии, |
К а н а д е . |
С ильны й |
|
вы бр ос, |
которы й |
привел |
к |
к а т а стр о ф и ч еск и м |
|||||||||||||||||||||||||||||
п о сл едств и я м , п р ои зош ел |
в |
1879 |
г. в |
ш а х те |
«А грапп » |
в |
|
Б ельгии: |
|
бы л о |
в ы |
|||||||||||||||||||||||||||
б р ош ен о |
4 2 0 |
т |
угля |
и |
2 0 0 0 |
м3 |
м етан а . |
П ри |
этом |
п оги б |
121 ч ел ов ек |
[132]. |
||||||||||||||||||||||||||
Э т о т |
сл уч ай |
привлек |
к |
п р о б л ем е |
в н езап н ы х |
в ы бр осов |
сер ь езн о е |
|
в н и м ан и е. |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
Е щ е |
б о л ее |
сильны й |
вы бр ос |
п р о и зо ш ел |
|
в |
1904 |
г. |
на |
ш а х т е |
« М о р и ссей » |
||||||||||||||||||||||||||
в Б р и тан ск ой |
К ол ум би и : |
|
к ол ичество |
вы бр ош ен н ого |
угл я |
со ст а в и л о |
3 5 0 0 |
т, |
||||||||||||||||||||||||||||||
к ол ичество м етан а |
7 0 0 000 |
|
м3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
П о м ер е п ер ех о д а к р а зр а б о т к е б о л ее гл у б о к и х го р и зо н т о в ч а ст о та и |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
сила |
вн езап н ы х |
в ы бр осов |
п ов сем естн о |
в о зр а ста л и . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
П ервы й вн езапны й |
вы бр ос |
в |
Р о сси и |
п р ои зош ел |
в |
Д о н ец к о м |
|
б а ссей н е |
|||||||||||||||||||||||||||||
в |
1906 |
г. |
на |
ш а х т е |
« Н о в а я |
С м ол я н к а» |
в п л а сте |
«С м ол я н и н ов ск и й » |
на |
г л у |
||||||||||||||||||||||||||||
би н е |
711 |
м [132]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
В |
н а ст о я щ ее |
|
врем я |
в С С С Р |
вн езап н ы е |
вы бросы |
п р о и сх о д я т |
во |
м н оги х |
||||||||||||||||||||||||||||
го р н о д о б ы в а ю щ и х |
б а ссей н а х |
и р ай он ах: |
в |
|
у гл е |
и |
во |
в м ещ аю щ и х |
п о р о д а х |
|||||||||||||||||||||||||||||
в |
Д о н б а с с е , |
К у зб а с с е , |
К ар а га н д и н ск о м |
и |
П еч ор ск ом б а с сей н а х , |
н а |
угольн ы х |
|||||||||||||||||||||||||||||||
м е ст о р о ж д ен и я х |
У р ал а, |
в |
к ар н ал л и тов ы х |
и |
си л ьвнни товы х |
п л а ст а х |
кал и ев ы х |
|||||||||||||||||||||||||||||||
и |
м агниевы х |
со л ей |
С та р о б и н ск о го |
и В ер х н ек а м ск о го м ест о р о ж д ен и й . П р о я в |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
л яю тся |
вн езап н ы е |
вы бросы |
|
в |
р а зн о о б р а зн ы х |
у сл о в и я х |
и |
ф о р м а х . В |
к ач еств е |
|||||||||||||||||||||||||||||
осн ов н ы х р а зн о в и д н о ст ей |
|
эт и х |
г а зо д и н а м и ч еск и х |
явл ен и й |
м о ж н о |
|
вы делить: |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
— со б ст в ен н о |
вн езап н ы е |
|
вы бросы |
п о л езн о го |
и ск о п а ем о го |
|
(у гл я , |
со л и ) |
|||||||||||||||||||||||||||||
и |
г а за |
или в м ещ аю щ и х |
горн ы х |
п о р о д |
и |
г а за |
при |
п р о в ед ен и и |
в ы р а б о т о к |
по |
||||||||||||||||||||||||||||
п о л езн о м у и ск о п а ем о м у |
или |
по |
п о р о д е |
л и б о |
при |
в ед ен и и |
очи стн ы х |
р а б о т ; |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
— |
в н езап н ы е |
|
вы бросы |
при |
вскры тии |
угол ьн ы х |
п л а сто в , |
сол я н ы х |
за л е ж е й |
||||||||||||||||||||||||||||
или |
в ы бр осооп асн ы х |
п о р о д н ы х |
сл оев; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
— |
вы бросы |
|
п о л езн о г о |
и ск о п а ем о го |
или |
п о р о д ы |
и |
г а за |
при |
|
в зр ы вн ой |
||||||||||||||||||||||||||
отбой к е; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
— |
вн езап н ы е |
|
вы сы пания |
с |
повы ш енны м |
|
г а зо в ы д ел ен и ем ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
— |
вн езап н ы е |
|
отж и м ы , |
с о п р о в о ж д а ю щ и еся |
га зо в ы д ел ен и ем ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
— |
проры в |
г а за |
в |
горны е |
в ы р аботк и |
(обы ч н о |
и з |
п одош в ы |
|
в ы р аботк и , |
|||||||||||||||||||||||||||
п р о й д ен н о й по |
п о л езн о м у |
и с к о п а ем о м у ). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
О со б ен н о сти |
|
протек ан и я |
эти х я вл ен и й |
|
м о ж н о |
уя сн и ть |
на |
к он к р етн ы х |
|||||||||||||||||||||||||||||
п р и м ер ах . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Н а |
рис. |
145, а |
п р ед ст а в л ен |
прим ер |
в ы б р о са , |
которы й |
|
п р о и зо ш ел |
в з а б о е |
||||||||||||||||||||||||||||
отк аточ н ого |
ш трек а |
по |
к р у т о п а д а ю щ ем у |
п л а ст у |
« К у ц ы й » |
на |
ш а х т е |
№ |
8 |
|||||||||||||||||||||||||||||
в |
Д о н б а с с е . |
В р езу л ь т а т е |
|
вы бр оса в м а сси в е |
п о р о д |
о б р а зо в а л а с ь |
|
г р у ш е в и д |
||||||||||||||||||||||||||||||
н ая |
п ол ость . |
П о л о сти |
|
п о д о б н ы х |
к он ф и гур ац и й , |
н а п р а в л ен н ы е |
ч а щ е |
в сег о |
||||||||||||||||||||||||||||||
в в ер х по |
п л а ст у , |
|
хар ак тер н ы |
д л я |
в н езап н ы х |
в ы б р о со в |
у гл я |
и |
г а за |
|
при |
к р у |
||||||||||||||||||||||||||
том |
п ад ен и и |
п л а сто в . В |
р я д е |
сл уч аев в с л е д |
|
за |
первы м |
в ы б р о со м |
п р о и с х о д я т |
|||||||||||||||||||||||||||||
о д и н |
или |
нескол ько |
п о сл ед у ю щ и х , |
и н о гд а |
и з |
р а н ее |
о б р а зо в а н н о й |
п о л о ст и . Н а |
||||||||||||||||||||||||||||||
том |
ж е п л а ст е |
«К уц ы й » |
на |
ш а х т е |
N° 8 |
ч ер ез |
14 |
с у т |
п о сл е |
о д н о г о |
в ы б р о са |
и з |
||||||||||||||||||||||||||
о б р а зо в а в ш ей ся |
п ол ости |
п р о и зо ш ел в т о р о й |
вн езап н ы й в ы б р о с . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
П о |
м ер е увел и ч ен и я |
глуби н ы |
горн ы х р а б о т |
у ч а щ а ю т ся |
п р о я в л ен и я |
в н е |
|||||||||||||||||||||||||||||||
зап н ы х ^вы бросов |
|
в м ещ аю щ и х |
|
п о р о д (п есч а н и к о в ). |
Т ак , |
в |
1962 |
г. п р о и зо ш ел |
||||||||||||||||||||||||||||||
крупны й |
вы бр ос |
|
при |
п р о х о д к е |
к в ер ш л ага |
|
на |
ш а х т е |
« Щ ег л о в к а -Г л у б о к а я » |
|||||||||||||||||||||||||||||
в |
Д о н б а с с е . П о сл е о ч ер ед н о г о |
|
взр ы в ан и я |
за б о й н ы х |
ш п у р о в |
р а зд а л с я |
си л ьны й |

гул, |
за |
к оторы м п о сл ед о в а л |
в о здуш н ы й |
тол ч ок |
и |
вы бр ос. |
|
В |
р езу л ь т а т е |
вы |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
б р о са в |
м асси в е о б р а зо в а л а с ь |
п ол ость |
(рис. |
1 4 5 ,6 ) , |
а |
к в ер ш л аг |
на |
п р о т я ж е |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
нии |
10 |
|
м |
|
о т за б о я |
о к а за л ся |
п ол н остью |
засы п ан н ы м |
|
п о р о д о й |
при |
п о л н о м |
|||||||||||||||||||||||||||||||
р азр уш ен и и |
п остоя н н ой |
м етал л и ч еск ой |
крепи и з |
д в у т а в р о в ы х |
б а л о к . |
Н а |
п р о |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
т я ж ен и и |
п о сл ед у ю щ и х |
2 7 |
м за п о л н ен и е |
к в ер ш л ага |
р а зд р о б л е н н о й |
п о р о д о й |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
бы л о |
частичны м . |
С ила |
|
в ы бр оса |
|
х а р а к т ер и зо в а л а сь |
в есо м |
|
р а зр у ш ен н о го |
|
и |
||||||||||||||||||||||||||||||||
и зм ел ьч ен н ого |
песчан ика |
|
в |
р а зм ер е 2 1 0 0 |
тс. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
О бы чно |
в ы б р о со о п а сн о й |
я в л я ется |
не |
вся |
тол щ а |
п есч ан и к а, |
а |
е е |
о т д е л ь |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
ны е |
сл ои . |
В ы бр ош ен н ая |
|
п о р о д а |
|
п р ед ст а в л я ет |
со б о й |
в о сн о в н о й |
м а ссе |
м ел |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
кие пластины |
|
р а зм ер о м |
3 — 5 |
см |
и тол щ и н ой д о |
3 |
мм |
л и б о |
гр а н у л и р о в а н н ы е |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
частицы |
п ор оды |
и |
|
п есо к |
|
в п ер ем еш к у |
с таким и |
п л асти н ам и . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
К ак |
и |
в р а ссм о т р ен н о м |
|
п р и м ер е |
в ы бр оса |
п есчан и к а, во |
м н оги х |
сл у ч а я х |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
вн езап н ы е |
|
вы бросы |
п р о и сх о д я т |
|
п о сл е д и н ам и ч еск ого |
|
в о зд ей ст в и я , |
о с у щ е |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
ст в л я ем о го |
при |
взры вны х |
р а б о т а х , о д н а к о |
за м еч ен о , |
что сил а |
в ы б р о са |
н е п о |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ср ед ст в ен н о |
н е |
св я за н а |
с |
м а ссо й |
за р я д а |
В В . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Х ар ак тер н ы м |
п р и м ер ом |
к р уп н ого |
вы бр оса |
при |
вскры тии |
п л а ст а , |
в ы зв а н |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
н ого |
взры вн ой |
отбой к ой , |
м о ж ет |
сл у ж и т ь |
в ы бр ос |
в з а б о е |
к в ер ш л ага, |
п е р е с е |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
кав ш его |
сл ой |
|
огн еу п о р н о й |
глины , |
|
па |
угол ь н ой ш а х т е |
« П и а ст» |
н а р о д н о г о |
п р е д |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
приятия |
«Н ов а |
Р у д а » |
(П о л ь ш а ). |
О п ер еж а ю щ и м |
б у р ен и ем |
|
из |
за б о я |
на |
р а с |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
стоян и и |
1,7 |
м |
вскры ли |
|
кр ов л ю |
|
уго л ь н о го |
п л аста, |
в к о т о р о м |
и зм ер ен и я м и |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
у ст а н о в л ен о |
наличие |
и збы точ н ого |
да в л ен и я |
Д р = 2 ,0 |
к гс/см 2. |
В ц ел я х |
у с т р а |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
нения |
п отен ц и ал ьн ой |
|
оп асн ости , |
|
св я за н н о й |
с |
избы точны м |
д а в л ен и ем , |
бы л о |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
р еш ен о |
в о зб у д и т ь |
|
вы брос. |
|
С эт о й целью |
бы л о п р о б у р ен о |
|
12 |
ш п ур ов |
и |
в з о |
||||||||||||||||||||||||||||||||
р ван о |
в |
них |
|
11,6 |
кг |
В В . |
О д н а к о |
эт о т взры в |
вы звал |
р азв и ти е |
к р уп н ого |
вы |
|||||||||||||||||||||||||||||||
бр о са . |
В |
|
к в ерш лаг |
бы л о |
вы бр ош ен о |
5 0 0 0 |
т угля |
и |
п ор оды . О б ъ ем |
у г л ек и с |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
л о го |
г а за , |
в ы д ел и в ш егося |
при |
в ы бр осе, |
соста в и л |
о к о л о |
7 5 0 0 0 0 |
м 3. |
В |
р е зу л ь |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
т а т е |
вы бр оса |
|
бы ли |
п ол н остью |
засы пан ы |
горн ы е вы р аботк и |
|
на |
у ч а ст к е |
п р о т я |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
ж ен н о ст ь ю |
7 0 0 |
м. |
В ы б р о ш ен н а я |
|
м асса |
за п о л н и л а |
т а к ж е |
на |
в ы со ту |
6 м |
|
о т |
|||||||||||||||||||||||||||||||
п одош в ы |
|
ст в о л |
сл еп о й |
|
ш ахты , р а сп о л о ж ен н о й |
в бл и зи |
м еста |
в ы бр оса . |
О к ол о |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
40 т |
р а зд р о б л ен н о й |
м ассы |
|
бы л о |
|
при |
эт о м |
за б р о ш ен о |
по |
ст в о л у |
на |
в ы ш ел е |
|||||||||||||||||||||||||||||||
ж а щ и й |
го р и зо н т , |
н а х о д я щ и й ся |
вы ш е |
го р и зо н т а |
в ы бр оса |
на |
150 |
м . |
В ы б р о с |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
привел |
к |
д л и т е л ь н о м у |
п р о ст о ю |
и |
|
бол ьш и м |
р а б о т а м |
по |
расч и стк е |
в ы р а б о т о к |
и |
||||||||||||||||||||||||||||||||
в ы гр узк е вы бр ош ен н ы х |
м а сс |
угл я |
и п ор оды . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
В есь м а |
м ощ н ы е |
вы бросы |
|
х ар ак тер н ы |
д л я |
сол я н ы х |
ш ахт . |
Н а |
|
рис. |
145, в |
||||||||||||||||||||||||||||||||
п о к а за н а |
|
сх ем а |
уч астк а |
|
ш трек а, |
г д е |
п р ои зош л и |
в н езап н ы е |
вы бросы |
сол и |
|
и |
|||||||||||||||||||||||||||||||
г а за |
(ш а х т а |
«Х а тт о р ф » , |
Ф Р Г ). Р а б о т ы по |
п р о х о д к е |
ш трек а |
зд е с ь |
вел и |
с п р и |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
м енен и ем |
ск в а ж и н |
д и а м ет р о м |
2 8 0 м м , |
о су щ ест в л я я |
д и ст а н ц и о н н о е у п р а в л е |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
н и е б у р о в о й |
|
м аш иной . |
П р и б у р ен и и |
п ер и оди ч еск и |
п р о и сх о д и л и |
|
н еб о л ь ш и е |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
вы бросы |
|
г а за |
и |
сол и , |
в |
р езу л ь т а т е |
к отор ы х |
и з |
бу р и м ы х |
|
ск в а ж и н |
на |
н е |
||||||||||||||||||||||||||||||
ск ол ьк о |
м етр ов |
вы тал к и вал о |
б у р о в ы е |
ш танги . Н а |
о д н о м |
|
и з |
у ч а ст к о в |
п о сл е |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
взры вания |
п р и зм ати ч еск ого |
ск в а ж и н н о г о |
|
в р у б а |
п р о и зо ш ел |
|
в н езап н ы й |
вы |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
б р о с |
си л ой |
3 0 0 |
тс, |
а |
п о сл е |
в зр ы ван и я |
о сн о в н о го |
к ом п л ек та |
за б о й н ы х |
ш п у р о в |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
п о сл ед о в а л |
в т о р о й |
в ы б р о с |
си л ой |
1000 |
тс. |
П о з д н е е |
на |
том |
ж е |
|
у ч а ст к е |
при |
|||||||||||||||||||||||||||||||
о ч ер ед н о м |
взры вании |
з а б о я |
п р о и зо ш ел |
в ы бр ос |
ак ти вн ой |
по |
г а з у |
сол и |
си л о й |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 0 0 0 |
тс. |
И сп о л ь зо в а н и е |
|
в |
|
р ассм а тр и в а ем ы х у сл о в и я х |
б у р о в ы х |
м аш ин |
с |
д и |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
стан ц и он н ы м |
|
уп р а в л ен и ем |
п о зв о л я л о |
б е з |
о со б ы х |
т р у д н о ст ей |
п р о х о д и т ь |
в ы р а |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
ботк и |
на |
в ы б р о со о п а сн ы х |
уч а ст к а х . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Н а |
ш а х т е |
М ен ц ен гр а б ен |
|
в |
кал ийн ом |
|
б а сс е й н е |
В ер р а |
(Г Д Р ) |
в |
19 5 3 |
г. |
||||||||||||||||||||||||||||||
п р о и зо ш ел |
н а и б о л ее |
сильны й |
из |
|
и зв естн ы х |
в ы б р о со в |
г а за |
и |
сол и : |
бы л о |
в ы |
||||||||||||||||||||||||||||||||
б р о ш ен о |
|
100 0 0 0 |
тс. |
В с е г о |
|
ж е |
в |
|
эт о м |
б а сс е й н е |
за |
7 0 |
л ет, |
|
с |
18 9 5 |
п о |
19 6 5 |
|
г., |
|||||||||||||||||||||||
п р о и зо ш л о |
б о л е е |
10 0 0 0 |
|
в ы б р о со в , и з |
них |
10 |
си л ой |
б о л е е |
|
10 0 0 |
тс. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
угля и газа в очистном забое (Донбасс, шахта № 8, пласт «Мазурка»); |
е — внезапное |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
высыпание |
с повышенным |
газовыделением |
в откаточном |
штреке |
(Донбасс, |
шахта |
К» 8, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
пласт «Куцый»); |
ж — внезапный |
отжим |
угля |
в забое |
разрезной |
печи |
(Донбасс, |
шахта |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
J — полости, |
|
|
|
|
|
|
№ 17-17 бис, |
пласт |
«Смоляииновскнй»). |
выбросов |
породы |
|
или |
||||||||||||||||||||||||||||||
образовавшиеся |
в |
массиве |
в |
результате |
внезапных |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
полезного |
|
ископаемого; |
2 — раздавленный |
уголь |
или |
порода; |
3 — выброшенный |
уголь |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
или |
порода; |
4 — трещины |
в |
кровле; |
5 — буровая машина |
с |
дистанционным |
управле |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нием; |
|
б —положение |
забоя |
до выброса. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
возрастают с увеличением глубины горных работ и давления газа, угла падения пород и мощности разрабатываемых пластов и залежей. При приближении горных работ к тектоническим нарушениям опасность внезапных выбросов также возрастает.
Сила внезапных выбросов в очистных выработках обычно бывает большей, чем в подготовительных. Но наибольшую силу имеют выбросы, происходящие при вскрытии выбросоопасных пластов или залежей шахтными стволами и квершлагами.
Отмечено, что внезапные выбросы с участием углекислого газа, как правило, превосходят по силе выбросы с участием метана. В то же время между давлением газа в пласте или слое породы и его опасностью по внезапным выбросам нет не посредственной связи. Так, угольные пласты с давлением газа 25—30 кгс/см2 не давали внезапных выбросов, тогда как на пластах с давлением газа 2—3 кгс/см2 выбросы происходили.
В подавляющем большинстве случаев развитие внезапных выбросов связано с непосредственным механическим воздейст вием на полезное ископаемое или породу: производством взрыв ных работ, воздействием на забой добычного механизма или инструмента. При этом с увеличением степени воздействия опас ность выброса возрастает. Обычно выбросы происходят через несколько секунд после динамического воздействия на забой. Однако случаются и «запоздалые» выбросы, происходящие через более длительные промежутки времени после динамического воздействия, от нескольких минут до нескольких часов. В от
дельных случаях |
выбросы |
происходят |
и при отсутствии работ |
в забое или даже при длительной его остановке. |
|||
Относительно |
причин |
и вероятного |
механизма внезапных |
выбросов высказывали различные точки зрения. Крайние из них состоят в том, что одни исследователи приписывают гла венствующую роль газовому фактору (давлению газов, заклю ченных в порах выбросоопасных пород), другие — горному давлению. В результате обобщения обширных наблюдений за внезапными выбросами в различных горно-геологических усло виях, а также проведения экспериментальных и теоретических исследований проф. В. В. Ходот выдвинул, обосновал и развил энергетическую теорию внезапных выбросов [151, 155], полу чившую широкое признание специалистов. Согласно этой тео рии внезапный выброс является следствием скачкообразного изменения напряженного состояния участка массива полезного ископаемого или вмещающей горной породы. Такое изменение может произойти в результате действия различных факторов: взрывной отбойки, сотрясательного взрывания, механического внедрения в массив рабочего органа, подхода выработки к тек тоническому нарушению, вскрытия забоем выработки пласта или слоя, резко отличного по своим деформационным и проч ностным характеристикам, динамической нагрузки в призабой
ной части массива в связи с обрушением зависших горных пород и пр.
Выброс начинается с частичного разрушения и растрески вания участка массива. Поскольку полезное ископаемое или порода насыщены газом, находящимся под давлением, из тре щин, развивающихся при частичном разрушении, происходит быстрое выделение газа. Устремляясь в сторону пониженного давления и расширяясь, газ увеличивает разрушение участка массива и развитие трещин. В свою очередь этот процесс спо собствует десорбции газа из макро- и микропор.
По В. В. Ходоту, в процессе внезапного выброса угля и газа может быть выделено три фазы развития:
а) начальное разрушение угля в призабойной зоне при внедрении горной выработки в неоднородный по прочностным свойствам пласт, при внезапном вскрытии пласта или при входе в зону геологического нарушения; это начальное разрушение является следствием внезапного увеличения градиента напря жений;
б) увеличение площади приложения давления газа на раз рушающийся уголь (выход газа из микропор в трещины и пу стоты расслоения) и начальный отброс угля;
в) усиление десорбции газа в процессе дробления угля, рас ширение газа и вынос измельченного угля в выработку в по токе газа.
Условия возбуждения и развития внезапного выброса могут
быть выражены следующими неравенствами: |
|
|
|
W + R > F + U\ |
(411) |
|
vP> vA; |
(412) |
р > и |
fé (f cos а ± sin а) -f-а], |
(413) |
где W — потенциальная |
энергия, накопленная в участке |
полез- |
ного ископаемого или породы в пределах полости выброса; R — кинетическая энергия вмещающих пород; F — работа смещения
полезного ископаемого или породы |
из полости выброса; |
U — |
||||
работа |
разрушения выбрасываемой |
массы; vp — скорость |
раз |
|||
рушения ископаемого или |
породы; ид— скорость падения |
дав |
||||
ления |
газа, |
заключенного |
в ископаемом |
или породе; р — дав |
||
ление |
газа; |
т — масса ископаемого |
или |
породы, захваченная |
выбросом; 5 — площадь поперечного сечения разрушенного при выбросе участка; g — ускорение силы тяжести; f — коэффициент трения выбрасываемого материала по поверхности его смеще ния; а — угол наклона поверхности к горизонтали; а — ускоре ние силы инерции, т. е. ускорение, которое необходимо сооб щить материалу для его отброса.
Поскольку, как указывает В. В. Ходот, последние два усло вия (412) и (413) для высоко газонасыщенных пластов выпол
Расчеты показывают, что величина Мг может меняться в весьма широких пределах: от значений, превышающих еди ницу, до сотых долей. В среднем для песчаников тг близко к единице, а для сильно рассланцованных карналлитов и выбро соопасных углей его значение снижается до 0,05—0,1. При этом следует иметь в виду, что для выбросоопасных углей величину тТ можно интерпретировать как долю поверхности, к которой приложено давление газа, поскольку каждая трещина в угле окружена множеством пор, выравнивающих напряжения и сни жающих коэффициенты интенсивности давления газа у краев трещин.
В связи с большими трудностями изготовления образцов из выбросоопасных углей, имеющих низкую прочность и высокую трещиноватость, экспериментальная проверка формулы (415)
не всегда представляется возможной. Обычно это |
делается |
кос |
||||
венными способами, в частности путем анализа |
случаев |
|
раз |
|||
работки выбросоопасных |
пластов в различных условиях. |
|
Так, |
|||
в работе [159] показано, |
что |
выбросы |
малопрочных |
углей |
||
([(Тр]~0,5 кгс/см2) происходили |
при /7=10 |
кгс/см2. Отсюда |
зна |
чение mr в соответствии с формулой (415) получается равным 0,05. Поскольку между прочностью на отрыв [огр] и крепостью /Кр имеет место корреляция (fKp~[0p] кгс/см2), формулу (414) при mr^ i 0,05 можно записать в виде
Pi— Рг > 20/Кр. |
(416) |
На основании анализа и статистической |
обработки данных |
о выбросах угля в работе [104] получена следующая формула для определения условий, опасных по выбросам:
Pi Ра ^ 19/кр. |
(417) |
Расчеты по формулам (416) и (417) при р\—рг^ЗО кгс/см2 дают близкие результаты, что подтверждает правильность ис ходных предпосылок, на которых базируется энергетически силовая теория. И хотя эта теория не всегда еще дает возмож ность получать надежные количественные характеристики выбросоопасности, она существенно углубляет наши знания о при роде и механизме выбросов, позволяет более обоснованно вы бирать меры борьбы с ними, способы их прогнозирования и уменьшения интенсивности.
Процесс внезапного выброса связан как с действием гор ного давления, т. е. с переходом потенциальной упругой энергии сжатия горных пород, находящихся в условиях предельного на пряженного состояния, в кинетическую энергию хрупкого раз рушения, так и с дробящим и метательным действием расши ряющихся газов, насыщавших под давлением разрушаемый уча сток массива.
В процессе выброса давление расширяющегося газа резко возрастает и отбрасывает разрушенную и измельченную массу породы (угля, соли и пр.) в выработку. В наклонных выработ ках отброс разрушенной массы усиливается благодаря дополни тельному действию ее собственного веса.
По мере развития выброса разрыхленная масса создает под пор на стенки кратера выброса, в известной мере препятствуя дальнейшему развитию процесса.
Исследования [34] показали, что при внезапных выбросах прочных газоиасыщенных песчаников в Донбассе основной их причиной являются большие тектонические напряжения, заре гистрированные непосредственными измерениями.
Сравнение динамических явлений разрушения участков мас сива— горных ударов и внезапных выбросов— показывает, что они имеют ряд общих черт: нахождение участка массива нака нуне разрушения в напряженном состоянии, близком к предель ному; лавинообразный характер развития процесса разрушения; хрупкая форма разрушения горной породы при горном ударе и внезапном выбросе. В то же время эти явления имеют и существенные различия. Характерно, что горные удары на
угольных |
месторождениях приурочены |
к |
прочным углям, а вне |
запные |
выбросы — преимущественно |
к |
непрочным. Ширина |
зоны хрупкого разрушения при внезапных выбросах больше, чем при горных ударах. Этим обусловлен разрыв во времени между началом хрупкого разрушения участка массива и вы бросом разрушенной массы в выработку, т. е. значительно большая длительность внезапных выбросов по сравнению с горными ударами. При выбросе происходит значительно бо лее интенсивный и далекий вынос измельченной массы, чем при ударе. Дальность отброса потока измельченного угля, взве шенного в газе, достигает сотен метров. В то же время при гор ных ударах происходят более сильные повреждения выработок, чем при выбросах, поскольку разрушающие напряжения в пер вом случае более высоки. Об этом свидетельствует более высо кий частотный спектр упругих колебаний массива при горных ударах, чем при внезапных выбросах.
§102. ОЦЕНКА ВЫБРОСООПАСНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД
ИПРОГНОЗ ВНЕЗАПНЫХ ВЫБРОСОВ
Предварительная оценка выбросоопасности и прогноз внезапных выбросов, так же как и горных ударов, важны для своевременного принятия соответствующих проектных решений и установления должных методов ведения горных работ на выб росоопасных участках, пластах и шахтах. Под оценкой выбро соопасности понимают предвидение реакции пород в их естест венном залегании на проведение горной выработки. Оценка
выбросоопасности основывается на данных о свойствах горных пород, их напряженном состоянии в массиве, изменении свойств и напряженного состояния в процессе разработки.
Различают три категории методов прогноза выбросоопас ности горных пород: региональные, локальные и текущего про гноза. При этом региональные методы направлены на выявле ние выбросоопасных пластов, слоев или залежей в месторож дении, локальные — на выявление и оценку вероятности возник новения динамических проявлений в пределах добычных участ ков или шахтопластов.
Региональные и локальные методы представляют собой вид долговременного прогноза, осуществляемого на основе призна ков выбросоопасности пород, т. е. они предусматривают оценку опасных свойств пластов, залежей и пород. Текущие методы — вид кратковременного прогноза, основанного на улавливании и регистрации предвестников внезапных выбросов, т. е. назначе ние текущего прогноза состоит в оценке и предсказании выбросо
опасного состояния |
конкретного |
участка пласта |
или |
залежи, |
в предсказании места и времени внезапного выброса. |
|
|||
Р е г и о н а л ь н ы й |
п р о г н о з |
базируется на |
связи |
между |
геологической характеристикой месторождения и свойствами по род, опасными с точки зрения проявлений внезапных выбро сов. В нем используют данные геологоразведочных работ, результаты изучения механических, плотностных и коллектор ских свойств горных пород по кернам из разведочных скважин, а также по данным геофизического каротажа. Одна из основ ных задач регионального прогноза состоит в определении ха рактера тектонических нарушений, их влияния на структуру пород, на создание раздробленных и перемятых зон. Сущест венное значение имеет и микротектоника: наличие перемятости пород, пликативных нарушений, пережимов, раздувов и выкли ниваний, а также изменение относительной мощности и механи ческих характеристик отдельных пачек пород. С этими измене ниями связаны локальные изменения напряженного состояния участков массива и возможные высокие концентрации напря жений, создающие опасность выбросов. Кроме того, чем больше число пропластков, пачек и слоев и чем в большей степени изменяются их прочность и мощность, тем большие количества потенциальной энергии могут накапливаться и внезапно высво бождаться при ведении горных работ.
При региональном прогнозе выявляют также наличие в кровле и почве залежи прочных слоев или пластов пород, способных зависать над очистным пространством, создавая вы сокие концентрации напряжений вблизи забоя. Устанавливают газоносность, газонасыщенность пород, давление в них газа. Внезапные выбросы в угольных пластах могут происходить при минимальном давлении газа 2—3 кгс/см2. Если давление газа