9.5 Использование гидравлических свойств горных пород для дегазации угольных пластов, ослабления и упрочнения пород

Наличие в породах жидкостей и газов, их способность перемещаться из одного места в другое оказывают большое влияние на многие технологические процессы горного производства при разработке месторождений, начиная с производительности буровых, добычных, погрузочных, транспортных механизмов и кончая состоянием и поддержанием выработок, очистного пространства, отвалов и т. д. В большинстве случаев сильная водонасыщенность горных пород приводит к снижению производительности труда (ухудшение условии работы, прилипание породы к механизмам) и затруднению поддержания выработок и отвалов.

Поэтому использование гидравлических и газодинамических свойств горных порода в расчетах совершенно необходимо. Расчеты по осушению месторождений и сооружению водоотлива, по устойчивости бортов карьера и откосов отвала основываются на естественной влажности пород, их коэффициентах фильтрации, водоотдачи, влагоемкости. Большая молекулярная влагоемкость и малая водоотдача горных пород требуют электрических методов осушения.

Газопроницаемость и газоотдача учитываются при разработке опасных по газу угольных месторождений для осуществления мероприятий по борьбе с газовыделением в шахтах с внезапными выбросами угля и газов. Газопроницаемость пород учитывается в исследованиях по взрываемости массивов.

Гидравлические и газодинамические свойства вмещающих пород приобретают решающую роль в том случае, когда извлекаемое полезное ископаемое находится в жидком или газообразном состоянии. Различия в гидравлических свойствах пород используются в процессах их селекции. Так, на различной смачиваемости минералов основан наиболее широко применяемый в настоящее время метод обогащения полезных ископаемых – флотация.

Вторая область использования гидравлических свойств горных пород – это применение гидравлического воздействия на породы с целью совершенствования технологии их добывания. Гидравлическое воздействие может привести к ослаблению, разрушению или упрочнению пород. Динамическое воздействие воды на горные породы используется также для усиления эффекта разрушения пород взрыванием. В горном деле используется динамическое воздействие не только воды, но и газов. В качестве примера можно привести обычный взрыв, при котором газы разрыхляют уголь. Для разрыхления угля используется также сжатый воздух.

Довольно широко на шахтах применяют ослабление угля нагнетанием в пласт воды под давлением. При этом наряду с механическим воздействием воды усиливается влияние некоторых гидравлических свойств – водопроницаемости, смачиваемости, влагоемкости, размокаемости углей. Подобный метод, основанный на размокании горных пород и, следовательно, снижении их прочности, часто применяют на открытых разработках.

Явления размокания, адсорбции, частичного растворения горных пород используют для ослабления последних при механическом бурении скважин. Обратный эффект – упрочнение пород гидравлическим способом – получают, нагнетая в них различные растворы: цемента, гидрогеля, кремниевой кислоты, битума и т.п. Частички этих веществ, адсорбируясь на внутренней поверхности трещин и пор горных пород, закупоривают их, цементируют зерна и повышают общую прочность породы, снижают ее водопроницаемость. Следовательно, упрочнение пород зависит от ее гидравлических свойств – водопроницаемости, ионосорбционной способности и т.д. Упрочнению подвергают обычно стенки выработок, откосы отвалов или карьеров.

Чтобы эффективно использовать геотехнические методы разработки месторождений, кроме растворимости горные породы должны обладать хорошей проницаемостью. Ее увеличивают различными способами: дроблением массива взрывами, образованием трещин методом гидравлического разрыва и т.д.

Для удаления газов в подземных условиях проводят дегазацию (предварительную откачку газа) пластов. Дегазация тем эффективнее, чем больше газопроницаемость пластов. Поэтому целесообразно увеличивать проницаемость пород нагнетанием в пласты угля воды с целью создания раскрытых трещин.

Химической обработкой поверхности частичек породы добиваются увеличения или уменьшения смачиваемости различных минералов.