Внезапный выброс во время проведения горных работ в шахте это

Внезапный выброс

Полезное

Внезапный выброс — газодинамическое явление, возникающее вследствие быстрого изменения напряжённого состояния краевой части газоносного пласта вблизи горной выработки, как правило, при вскрытии пласта/пропластка, из груди подготовительного или очистного забоя. Различают внезапные выбросы угля и газа, породы и газа. Сопровождается частичным или полным разрушением забоя, бурным выделением газа и образованием потока угля или породы, взвешенного в газе. Причём, осмотр забоев после выброса показал, что взвесь имеет такой тонкий «помол», что наводит на мысль, что горный массив разрушился не только от напряжения горного массива, но и по причине выброса внутримолекулярного, прежде связанного, газа. Стоит отметить, что природа внезапных выбросов до сих пор не понятна до конца, а существующие теории горного давления в массиве, не могут объяснить суть явления.

Во многих странах мира на шахтах происходят внезапные выбросы угля и газа, песчаников и газа, калийных солей и газа, а при сооружении тоннеля Арпа-Севан в Армении имели место выбросы порфиритов и газа. Уголь, песчаники, калийные соли и порфириты существенно различаются по своим физико-механическим свойствам. Общим для всех взрывоопасных пород и угля являются высокие упругие свойства и наличие газа в поровом пространстве.

Характеристикой внезапного выброса является его интенсивность, измеряемая количеством выброшенной горной массы и дальностью его отброса. Количество выбрасываемой горной массы внезапным выбросом составляет от нескольких тонн до тысяч тонн, а объём выделяющегося газа — от нескольких м³ до сотен тысяч м³. Горные выработки при этом заваливаются горной массой на десятки метров и заполняются газом, а в массиве образуется полость или каверна, которая на крутых пластах часто имеет грушевидную форму. При наиболее крупных выбросах выделялось 0,6—1,2 млн. м³ газа и выбрасывалось до 12—14 тысяч тонн угля. Они сопровождались ударной воздушной волной, особенно сильной при выбросах, вызванных сотрясательным взрыванием. Воздушная волна усиливала, останавливала или опрокидывала вентиляционную струю, а также нарушала крепь в призабойной части части выработки, повреждала рельсовые пути и оборудование.

Угли пластов, опасных по внезапным выбросам, в большинстве случаев отличаются пониженной прочностью в отдельных сильно нарушенных пачках, перемятостью, отсутствием ясно выраженного кливажа и развитием трещин тектонического происхождения. Выбросы угля и газа чаще всего происходят у зон мелкой нарушенности угольных пластов (разрывные формы микротектоники, мелкая пликативная складчатость). Разработка опасных по внезапным выбросам угольных пластов связана с высокой степенью опасности для шахтёров, так как крупные внезапные выбросы газа нередко переходят в подземные взрывы газа с большим числом погибших. Выброшенный газ, обычно представлен метаном (CH₄), реже — двуокисью углерода (CO₂), смесью CH₄ и CO₂, может содержать примеси тяжёлых углеводородов.

Первый выброс угля и газа произошел на шахте «Исаак» во Франции в бассейне Лауры. В дальнейшем выбросы происходили на шахтах Бельгии, Германии, Англии.
В Донбассе первый внезапный выброс произошел на шахте «Новая Смолянка» на горизонте 706 м при вскрытии пласта h₇ «Смоляниновский» квершлагом, проводимого с помощью буровзрывных работ. Этот выброс был описан в книге пионера горноспасательного дела России Н.Н. Черницына, вышедшей из печати за несколько дней до трагической гибели автора во время горноспасательных работ на шахте №1 в г. Горловка. Самый крупный выброс угля и газа в мировой практике при подземной разработке угольных пластов подземным произошел в Донбассе на шахте им. Ю. А. Гагарина ПО «Артемуголь» при вскрытии квершлагом угольного пласта 1₃ «Мазурка» на горизонте 710 м. При этом было выброшено 14 тыс. т угля и выделилось по различным данным от 7500 до 250 тыс. м³ метана
Выбросы угля и газа имеют место в России, Польше, Китае, Казахстане, Чехии и других странах. Минимальная глубина, на которой происходили выбросы угля и газа составляет 120—150 метров.

Наиболее крупные выбросы угля и газа на угольных шахтах.

Выбросы угля и газа могут происходить при выемке угля и пород в выработках любого, самого различного назначения: от стволов до очистных забоев (лав) при всех существующих способах выемки: обушками, отбойными молотками, комбайнами (добычными или проходческими), стругами, при бурении скважин и шпуров, при продувке шпуров сжатым воздухом, при разрушении углепородного массива буровзрывным способом, при оборке забоя, при разрушении угольного пласта водяными струями.

Предупредительные признаки внезапного выброса[править]

• усиленное давление на крепь
• усиленное газовыделение
• шелушение угля
• запотевание забоя
• удары и треск в массиве
• заклинивание бура в шпуре

Однако выброс может произойти и неожиданно. С увеличением глубины разработки угольных пластов растёт давление горных пород и газа, увеличиваются частота и сила внезапных выбросов. Разработан комплекс мероприятий по прогнозу и предупреждению внезапных выбросов. Различают несколько видов прогноза: региональный (оценка опасности выброса по данным геологической разведки), локальный (определение опасности по данным обследования механических, фильтрационных, сорбционных, петрографических свойств, структуры угля и пласта в целом) и текущий (улавливание предупредительных признаков или предвестников внезапного выброса, в том числе сейсмоакустическими методами).

Наиболее надёжными способами предупреждения внезапного выброса являются:

• опережающая разработка защитных пластов,
• бурение дегазационных и увлажнительных скважин из штреков для заблаговременного снижения давления газа и увлажнения участка пласта, намеченного к выемке.

См. также[править]

• Внезапный выброс угля и газа
• Внезапный выброс пород и газа

ВНЕЗАПНЫЙ ВЫБРОС (а. sudden outburst; н. plotzlicher Ausbruch; ф. degagement instantane; и. desprendimiento instantaneo, irrupcion instantanea) — самопроизвольный выброс газа, твёрдого полезного ископаемого (уголь, соль) или вмещающей породы в подземную горную выработку из забоя или призабойной зоны массива; продолжительность внезапного выброса — до нескольких секунд.

Первый внезапный выброс (угля и газа) зарегистрирован в 1834 во Франции на шахте «Исаак» бассейны Луара, затем в Бельгии в 1847, к концу 19 в. отмечались в бассейнах Pypa, Нижней Силезии, Южного Уэльса, а также в Венгрии и Канаде. На территории CCCP первый внезапный выброс угля и газа отмечен в 1906 на шахте «Новая Смолянка» (Донбасс; пласт «Смоляниновский», глубина 711 м), первый внезапный выброс породы — в 1955 на шахте № 1-5 «Кочегарка» (Донбасс) при проходке главного квершлага на горизонте 750 м. С увеличением глубины разработки возрастают частота и сила внезапного выброса, которые происходят часто через несколько минут после прекращения работ в забое горной выработки (в случае взрывной отбойки запаздывание после взрыва — несколько секунд, реже — несколько десятков минут). В процессе внезапного выброса в пласте полезных ископаемых или в массиве горных пород образуется полость обычно грушевидной (рис.) или кавернообразной (иногда более сложной) формы объёмом до несколько тысяч м (например, при проходке тоннеля Арпа — Севан свыше 2500 м³); между полостью выброса в угольном пласте и плоскостью забоя иногда остаётся целик толщиной 2-4 м. Горная выработка заполняется раздробленной массой полезных ископаемых или породы, природным газом. При этом часто происходит разрушение призабойной крепи, шахтного оборудования.

Предвестники внезапного выброса: значительное повышение акустической или сейсмоакустической активности массива; задержка отжима пласта и сближения боковых пород впереди движущегося забоя; шелушение и «стреляние» пород на поверхности выработки; увеличение интенсивности начального газовыделения и выхода штыба при бурении шпуров, деление выбуриваемых кернов на диски выпукло-вогнутой формы.

 Наибольшая часть выброшенной массы — частицы размером от нескольких мм до десятков мм; среди раздробленной массы встречаются отдельные крупные глыбы породы или полезные ископаемые. Для внезапного выброса в угольных пластах характерно также образование весьма тонкой угольной пыли, так называемой бешеной муки, которая покрывает основную массу выброшенного угля; для внезапного выброса в массиве горных пород частиц чешуйчатой, пластинчатой формы. 

Характеристика внезапного выброса — его интенсивность, измеряемая количеством выброшенных полезных ископаемых, породы. Зарегистрированы внезапные выбросы интенсивностью от нескольких десятков кг выброшенной массы полезных ископаемых или породы до нескольких тысяч т. Внезапные выбросы интенсивностью 5-50 т составляют около 70% случаев, внезапные выбросы весьма большой интенсивности (более 1 тысячи т выброшенной горной массы) происходят сравнительно редко.

Количество выделяемого в горную выработку природного газа (при приведении к нормальным атмосферным условиям) составляет несколько десятков м3 (из расчёта на 1 т выброшенной массы полезных ископаемых), при внезапном выбросе породы (количество газа оценивается по концентрации его в выработке) оно изменяется, как правило, от 2 до 6% (может достигать 50%). Внезапные выбросы происходят с участием метана и углекислого газа (CCCP), углекислого газа (Верхнесилезский каменноугольный бассейн, Польша), известно несколько случаев внезапного выброса с участием азота (Франция). Самый мощный в мире внезапный выброс — 14 тысяч т выброшенной массы угля и около 600 тысяч м³ газа метана (приведённый к нормальным атмосферным условиям) произошёл в 1968 в Донбассе на шахте им. Ю. А. Гагарина при вскрытии квершлагом крутого пласта «Мазурка» мощностью 1,3 м на глубине 750 м. Квершлаг засыпало углём на протяжении 650 м. При этом на естественном откосе выброшенного угля толщина слоя «бешеной муки» достигала 40-50 см.

Внезапный выброс угля и газа происходит в основном на глубине свыше 250 м. Подавляющее большинство внезапных выбросов — на пластах мощностью от 0,5 до 2,5 м, при этом, чем больше мощность угольного пласта, тем выше средняя интенсивность выброса. Породы, вмещающие пласты, представлены алевролитами, аргиллитами, песчанистыми и глинистыми сланцами, плотными и устойчивыми песчаниками, реже известняками. Внезапные выбросы часто связаны с геологическими нарушениями. Участки угольных пластов, к которым приурочены внезапные выбросы, в большинстве случаев отличаются пониженной прочностью (одной или несколько угольных пачек), перемятостью, отсутствием явно выраженного кливажа, развитием трещин тектонического происхождения, изменением мощности пласта. Породные прослойки, разделяющие пачки угля, часто состоят из перемятых, разлинзованных зеркалами скольжения аргиллитов или углистых аргиллитов и плотных неперемятых алевролитов. Наиболее часто внезапные выбросы происходят на пластах, представленных углями марок ПЖ, К, OC и Т; реже марок А, Г. Все угольные пласты, на которых регистрируются внезапные выбросы, имеют сравнительно высокую газоносность (10-30 м³/т). Основная масса газа находится в сорбированном состоянии. На пластах с установившимся давлением газа в загерметизированных контрольных скважинах менее 0,6 МПа (6 атмосфер) внезапные выбросы не отмечаются.

Внезапные выбросы породы и газа происходят в основном на глубине более 400 м (песчаников — более 700 м). Слои пород, как правило, не выдержаны по мощности, в них наблюдаются трещины тектонического происхождения, которые наряду с порами в зернистых породах заполнены газом. Прослеживается зональность внезапного выброса угля, породы и газа (часто фиксируются только на одном крыле шахты, свиты пластов и т.п.). Разработан комплекс мероприятий по прогнозу внезапного выброса (см. Выбросоопасность); различают виды прогноза: региональный (оценка опасности выброса по данным геологической разведки), локальный (определение опасности по данным обследования механических, фильтрационных, сорбционных, петрографических свойств, структуры полезных ископаемых и пласта в целом) и текущий (улавливание предупредительных признаков или предвестников внезапного выброса, в том числе сейсмоакустическими методами).

Основные мероприятия по обеспечению безопасной и эффективной разработки угольных пластов, опасных по внезапному выбросу: опережающая отработка защитных пластов; профилактическая обработка угольного массива путём дегазации и увлажнения нагнетанием воды в пласт; столбовая система разработки; щитовая, струговая и комбайновая узкозахватная выемка угля; комбайновое проведение подготовительных выработок; полное обрушение на пологих пластах и полная закладка на крутых; гидроотжим угля, гидровымывание опережающих полостей и щелей, бурение опережающих скважин, камуфлетное взрывание, образование разгрузочных щелей, применение опережающей крепи; использование в случае возникновения внезапного выброса групповых и индивидуальных средств защиты людей.

Существует несколько представлений о механизме внезапного выброса и причинах его проявления. Отличаются они в основном оценкой участия в внезапном выбросе газа, напряженно-деформированного состояния массива, а также физико-механических и физико-химических свойств полезных ископаемых или породы.

Сущность механизма внезапного выброса, в котором основное место в процессе разрушения и выброса разрушенной массы в горную выработку отводится газу, состоит в следующем. При быстром перемещении забоя или внезапно возникшей трещине на участке с весьма низкой проницаемостью угля или породы образуется большой перепад давления природного газа в очень тонком слое около свободной поверхности. Перепад давления разрушает этот слой и отбрасывает его в сторону выработанного пространства за счёт энергии расширяющегося газа. При этом давление газа у вновь образовавшейся свободной поверхности быстро падает, снова создаётся перепад давлений и т.д. Таким образом, свободная поверхность быстро перемещается в глубь массива и всё время поддерживается большой перепад давления, разрушающий один слой за другим. В другом представлении о внезапном выбросе процесс разрушения (дробления) угля или породы связывается только с напряжённым состоянием и несущей способностью массива около горной выработки, а процесс отброса частиц быстро разрушающегося массива — с энергией расширяющегося газа, сжатого при высоком давлении. При этом в случае разрушения угля и его отброса десорбция газа способствует образованию потока газо-угольной смеси в выработке.

Внезапный выброс угля и газа с конца 60-х гг. рассматривается также как процесс разрушения угля в результате взаимодействия высокого давления газа в порах и микротрещинах и весьма быстрой разгрузки пласта в призабойной зоне от горного давления. Исследование внезапного выброса — предмет горной геомеханики.

5.1
Классификация газодинамических явлений
в шахтах.

5.2
Основы теории внезапных выбросов угля
и газа.

5.3
Классификация шахтопластов по признаку
выбросо-

опасности.

5.4
Методы прогноза и способы предотвращения
выбро-

соопасности.

5.5 Природа локальности выбросоопасности.

Цель
изучения темы:

Изучить основы теории внезапных выбросов
угля и газа, классификацию газодинамических
явлений в шахтах принятую в СНГ,
классификацию шахтопластов по признаку
выбросоопасности и природу локальности
выбросоопасности.

По
данной теме студенты должны знать:

1.
Силы, развивающие внезапные выбросы
угля и газа.

2.
Классификация газодинамических явлений.

3.
Подразделение шахтопластов по признаку
выбросо-

опасности.

4.
Локальность внезапных выбросов угля и
газа.

Вопросы
для контроля и самоконтроля

1. Под воздействием
   каких сил формируется внезапный выброс
   угля и газа?

2. Что положено
   в основу при разработке классификации
   газодинамических явлений?

3. Почему
   газодинамические явления наиболее
   часто происходят в зонах геологических
   нарушений?

4. Чем объясняется
   локальность выбросоопасности?

5. Какие пласты относят к опасным и не
   опасным по внезапным выбросам?

5.1 Классификация газодинамических явлений в шахтах

Газодинамические явления происходят
при ведении работ в забоях горных
выработок газоносных пластов (пород) и
представляют собой быстропротекающее
разрушение призабойной части угольного
или породного массива, сопровождающееся
отбросом или смещением угля (породы) в
горную выработку и повышенным
газовыделением.

К
газодинамическим явлениям относят:
внезапные выбросы угля и газа (внезапные
выдавливания), обрушения (высыпания)
угля с попутным газовыделением, внезапные
выбросы породы и газа.

Отличительными
признаками внезапного выброса угля и
газа являются:

а) отброс угля от забоя на расстояние,
превышающее протяженность возможного
размещения его под углом естественного
откоса;

б) образование в угольном массиве
характерной полости;

в) смещение угля в выработку;

г) повышенное, по сравнению с обыкновенным,
выделение газа в горную выработку.

Дополнительными
признаками внезапных выбросов угля и
газа могут быть: повреждение и отброс
оборудования, наличие тонкой угольной
пыли на откосе выброшенного угля и на
крепи.

Внезапные
выбросы угля и газа подразделяются на:

1) выбросы угля и газа, происшедшие
впервые на пластах, ранее считавшихся
невыбросоопасными;

2) выбросы угля и газа, происшедшие на
выбросоопасных пластах, на которых
паспортом предусмотрено применение
прогноза или способов предотвращения
выбросов;

3) выбросы угля, происшедшие при
производстве сотрясательного взрывания;

4) выбросы угля и газа, происшедшие при
выемке угля механизмами с дистанционным
управлением без прогноза и способов
предотвращения выбросов;

5) внезапные выдавливания угля с повышенным
газовыделением.

Внезапный
выброс породы и газа представляет собой
газодинамическое явление, возникающее
в газоносных породах и характеризующееся
быстроразвивающимся разрушением массива
с отбросом породы и выделением газа.

Отличительными
признаками выброса породы и газа
являются:

а) образование в массиве полости,
оконтуренной породой, расслоившейся
на тонкие чешуеобразные пластинки;

б) отброс породы от забоя и дробление
значительной ее части до размеров
крупнозернистого песка;

в) повышенное выделение газа в выработку.

Соседние файлы в папке Лекции аэрологии

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #