Прогнозирование внезапных выбросов угля и газа на угольных пластах шахты им. Т. Кузембаева

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Прогнозирование внезапных выбросов угля и газа на угольных пластах шахты им. Т. Кузембаева

Совершенствованию технологии подземной добычи угля, обеспечивающей высокую эффективность выемки пластов, рациональное использование запасов и безопасность работ, придается первостепенное значение.

В связи с увеличением глубины разработки угольных пластов, борьба с выбросами угля, породы и газа становится одной из актуальнейших проблем угольной промышленности.

Одна из основных задач исследований в области борьбы с газодинамическими явлениями в шахтах - это разработка теоретических предпосылок, вскрывающих природу каждого газодинамического явления в отдельности, и создание на этой основе методов их прогноза и предотвращения, обеспечивающих высокопроизводительную и безопасную разработку газоносных месторождений полезных ископаемых.

Газодинамические и динамические явления, возникающие в шахтах, могут быть классифицированы по источникам энергии, свойствам пласта и внешним признакам.

К газодинамическим явлениям относятся внезапные выдавливания и высыпания (обрушения) угля, характеризующиеся повышенным газовыделением, выбросы угля, породы и газа.

Явления происходят в забоях капитальных, подготовительных и очистных выработок и представляют собой быстропротекающее разрушение призабойной части газоносного угольного или породного массива под воздействием горного давления, давления газа и собственного веса угля, сопровождающееся отбросом или обрушением угля (породы) в горную выработку и повышенным газовыделением, превышающим обычное.

Газодинамические явления чаще всего происходят в момент разрушения полезного ископаемого и породы.

Для обеспечения на угольных шахтах безопасности работ в отношении внезапных выбросов угля и газа необходимо знать места возможных выбросов в угольных пластах (опасные зоны), т.е. должно осуществляться прогнозирование внезапных выбросов.

Прогнозирование выбросоопасности складывается из трех этапов.

Первый этап - установление опасных зон при ведении геологоразведочных работ, данные которых учитываются при проектировании новых шахт и нижних горизонтов.

Важным является второй этап - получение информации перед вскрытием угольных пластов стволами и квершлагами.

Третий этап - осуществление текущего прогноза выбросоопасности, является самым главным и ответственным. На этом этапе возникает подавляющее большинство газодинамических явлений.

Поэтапность проведения прогнозирования позволяет своевременно на каждой стадии разработки месторождения проводить эффективные специальные мероприятия против выбросов и осуществлять точную оценку их результативности. Каждый этап - это целое направление для проведения научных и экспериментальных работ.

В комплекс мероприятий входят: прогноз выбросоопасности угольных пластов и опережающая разработка защитных пластов; технологические мероприятия, снижающие опасность возникновения динамических явлений; способы предотвращения внезапных выбросов и контроль за эффективностью их применения; мероприятия по обеспечению безопасности рабочих в случае возникновения внезапного выброса.

Несомненно, что внезапный выброс угля и газа - это реакция пласта на изменения напряженно-деформированного состояния в призабойной его части на катастрофическом этапе дезинтеграции.

К мероприятиям, направленным на снижение опасности внезапных выбросов угля, пород и газа и других динамических проявлений, могут быть отнесены управляющие воздействия, изменяющие характер переходного газодинамического процесса в горном массиве (ограничивающие скорость изменения состояния). Существуют различные методы воздействия на свойства или состояние газонасыщенного массива горных пород, которые способны изменять характер разрушения массива. Это вибрационные, физико-химические, микробиологические и другие методы. К перечисленным методам можно добавить технологические и геомеханические.

При решении проблемы внезапных выбросов «чувствительность» массива играет важную роль, т.к. выбросоопасный массив наиболее «чувствителен» к различного рода воздействиям.

Процесс проявления внезапных выбросов угля и газа происходит в два этапа: разрушение пласта и перемещение угля потоками выделяющегося газа по выработке.

Разрушение пласта является основным и важнейшим элементом внезапного выброса угля и газа, поэтому исследования механизма этого разрушения, осложненного наличием газа в пласте, представляет интерес как с точки зрения развития теории газодинамических явлений на угольных шахтах, так и для решения прикладных задач прогнозирования и борьбы с этим опасным явлением.

Преимущественно выбросы происходят при проведении подготовительных выработок по угольным пластам большой мощности - К₇, К_7-8, К₁₀, К_12.

Если из разрушаемого массива газ выделяется медленно, может произойти лишь горный удар или внезапное выдавливание угля, т.е. недоразвившийся выброс угля и газа.

Очень часто выбросы следуют один за другим, при этом конец полости предыдущего выброса является началом следующего.

Внезапные выбросы угля и газа сопровождаются предупредительными признаками, проявляющимися в изменении свойств угольных пластов. Предупредительные признаки могут проявляться в различных сочетаниях, в различное время до внезапного выброса.

Этому свидетельствуют выбросы газа метана, происшедшие на шахте им. Т. Кузембаева 21.08.2011 года, в забое вентиляционного штрека 37 К10-в (см. рис. 1).

Рис. 1 Тренд внезапного выброса газа на шахте им. Т. Кузембаева: м9 - исходящий датчик; м1 - забойный датчик; м11 - 100% датчик

выброс уголь газ забой

На рисунке хорошо виден всплеск выброса метана по данной выработке.

Высокая выбросоопасность угольных пластов связана с достаточно большой глубиной залегания пластов, высокой их газодинамической активностью и значительной тектонической нарушенностью. С углублением горных работ увеличиваются горное давление и газодинамическая активность угольных пластов, соответственно, увеличивается интенсивность внезапных выбросов угля и газа.

Прогноз выбросоопасности и определение эффективности противовыбросных мероприятий надо выполнять в соответствии с инструкцией по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа.

Анализ происшедших внезапных выбросов угля и газа позволяет сделать следующие выводы: газодинамические явления в большинстве случаев приурочены к углям с пониженной прочностью; от большинства известных способов разрушения угля при внезапных выбросах отличаются повышенными затратами работ, как следствие, повышенной дисперсностью разрушенного угля; от вида и способа разрушения зависит площадь вновь образуемых поверхностей, а энергоемкость образования поверхностей остается для всех случаев разрушения постоянной; энергия заключенного в порах свободного газа не участвует или участвует в незначительной мере в работе разрушения; прочность угля в большой степени определяет эффект разрушения, чем величина газового давления; разрушение угля во всех случаях происходит за счет энергии упругих деформаций, вызванных суммарным действием горного и газового давления; наличие газа в угле может оказывать различное влияние на энергоемкость разрушения (содержащийся в порах свободный газ вызывает упрочнение, а сорбированный газ может привести к заметному снижению энергоемкости дробления).

Из опыта работы и личных наблюдений можно сделать предположение, что при понижении атмосферного давления объем газа в шахте увеличивается.

При вскрытии угольных пластов и проведении горных выработок по углю для предотвращения внезапных выбросов наиболее часто применяют бурение дегазационных скважин. Количество дегазационных скважин для снижения выбросоопасности пласта в месте вскрытия пласта увеличивается с изменением глубины заложения выработки.

Происходящие внезапные выбросы угля и газа свидетельствуют о том, что при их реализации количество выделившегося метана на тонну выброшенного в выработку угля в десятки раз превышает природную газоносность угольного пласта.

Для предотвращения внезапных выбросов угля и газа необходимо своевременно и качественно: производить прогноз склонности горных пород к внезапным выбросам и выявлять взрывоопасные пласты; правильно выбирать противовыбросные мероприятия, чтобы они соответствовали горно-геологическим и горно-техническим условиям и полностью нейтрализовать такие технологические процессы и системы разработки, которые порождают минимум внешних импульсов, провоцирующих выбросы; обеспечивать полное выполнение мероприятий и точное соблюдение их параметров и обязательно осуществлять контроль эффективности мероприятий до начала работ по выемке полезного ископаемого или проведении подготовительных работ.

В качестве основных параметров управляющих воздействий ведения очистных и подготовительных работ принимаются: величина зоны отжима; размер защитного массива; ширина оформляемой подготовительной выработки; другие параметры очистного и подготовительного забоев, связанные с параметрами горного и газового давления.

Выбор значений является предметом дальнейших исследований.

Размещено на Allbest.ru