На главную Написать сообщение Поиск по сайту Новости публикаций Плакаты и знаки по охране труда и БЖД Видео по охране труда и технике безопасности Зарубежные средства индивидуальной защиты Юридическая консультация онлайн
В начало разделаОхрана труда в горно-геологической отрасли → Охрана труда в угольной промышленности

Общие сведения о газодинамических явлениях. Внезапные выбросы угля и газа

Следует также иметь ввиду, что группу газодинамических явлений, отнесенных согласно «Инструкции…» к категории внезапных выбросов угля и газа, а также выбросы пород и газа объединяет одинаковый (при выдавливании угля во многом схожий) саморазвивающийся механизм разрушения. По этой причине внезапные обрушения угля не относятся к этой группе, так как основной причиной обрушения (высыпания) угля является несвоевременное или некачественное крепление нависающего газоносного угольного массива.


С некоторой корректировкой, приведенной в «Инструкции…» формулировки, выброс угля и газа можно определить как быстропротекающее разрушение призабойной части пласта, возникающее при перераспределении в ней напряжений, распространяющееся от забоя выработки (скважины) в глубину массива, сопровождающееся отбросом (выбросом), иногда на сотни метров, разгруженного до тонких фракций угля, как правило, содержащих так называемую «бешеную муку», повышенным, по сравнении с обычным газовыделением и образованием в угольном пласте полостей нередко причудливой формы.


Выбросы угля и газа происходят при проходке стволов, вскрытии и пересечении угольных пластов полевыми выработками, в забоях пластовых подготовительных выработок и очистных забоях.


Следует четко уяснить, что в реально выбросоопасных зонах, обусловленных локальной природой выбросоопасности, выброс угля и газа может произойти при любом воздействии на угольный пласт за пределами (границей) разгруженной и дегазированной призабойной части пласта. По этой причине наиболее высока вероятность возникновения выброса угля и газа при взрывной отбойке угля (сотрясательном взрывании), а также после сотрясательного взрывания при уборке угля и возможном оформлении забоя даже металлической лопатой (что категорически запрещается), при вскрытии пласта, бурении скважин большого диаметра, при широкозахватной или интенсивной выемке угля (например, при струговой выемке пласта отдельными участками и интенсивному внедрению в пласт), при оформлении (перерезке) углов (кутков) забоя подготовительных выработок, ниши лав пологих и уступов лав крутых пластов.


Практика показывает, что реально выбросоопасные зоны составляют 1-5% площади шахтопласта. В большинстве случаев выбросоопасные зоны приурочены к так называемым активным геологическим нарушениям с тектонически препарированным углем. Выбросоопасность этих зон возрастает в зонах повышенного горного давления (ПГД) от ведения горных работ на соседних пластах.


Возникновению выброса угля и газа сопутствует обычно воздушный толчок, а протекание его происходит во времени с ориентировочной скоростью разрушения угля примерно 5 т/с. Количество разрушенного и выброшенного угля при выбросе угля и газа оценивается в тоннах и характеризует интенсивность или так называемую силу выброса. Интенсивность (сила) выброса угля и газа изменяется в среднем от 0,5 т до 100-60 т и достигает в лавах 2000 т, - в подготовительных выработках 1600 т. С наибольшей интенсивностью происходят выбросы угля и газа при вскрытии пластов. Так, при максимальном в истории горного дела выбросе угля и газа при вскрытии пласта m1 «Мазурка» в шахте им. Гагарина ПО «Артемуголь» длительностью 32 с было выброшено 14000 т угля, засыпано 800 м квершлага, из разрушенного угля и стенок полости выброса выделилось (десорбировалось) свыше 250 000 м3 газа[1].


Последствия выброса угля и газа во многом зависят от его интенсивности. Под действием распространяющегося газоугольного потока возможно повреждение и вынос крепи выработок, отброс и деформация вагонеток, перемещениие выемочного и проходческого оборудования и др. Выброшенным углем может быть засыпано до несколько сот метров выработки. При этом часть выработки может быть заполнена практически на полное сечение, в остальной ее части уголь располагается на расстоянии и под углом меньше чем возможное его размещение под углом естественного откоса. Возможно опрокидывание вентиляционной струи и загазирование воздухоподающих выработок.


Наличие тонкодисперсной угольной пыли, исторически получившее название «бешенная мука», обусловлено спецификой протекания выброса - послойным разрушением угля и «перетиранием» частиц разрушенного угля в газоугольном потоке. Отложение на откосе выброшенного угля, крепи, оборудования и т. п. витающей тонкодисперсной угольной пыли (слоем до 1 см) является характерным признаком выброса угля и газа. Характерным признаком выброса угля и газа является образование в угольном пласте полости, как правило, «причудливой» формы.


При выбросах угля и газа наиболее выражены поражающие факторы и последствия газодинамических явлений. Поражающими факторами являются механическое воздействие разрушенного угля, иногда воздушная ударная волна и, главное, удушающее действие выделяющегося газа - гипоксия или кислородное голодание клеток головного мозга при снижении содержания кислорода ниже 16% вследствие замещения кислорода воздуха метаном.


Локальность выбросоопасности шахтопластов и относительная «не мгновенность» возникновения и протекания выброса угля и газа придаёт особое значение знанию предупредительных признаков внезапных выбросов угля и газа, позволяющему нередко работающим в забое своевременно покинуть его (убежать) и таким образом обеспечить свою безопасность. Из приведенных в таблице 21.1 предупредительных признаков наиболее информативными и однозначно достоверными являются три предупредительных признака:

  1. выдавливание угля призабойной части пласта, создающее впечатление у работающих, что забой как бы движется на них;
  2. отскакивание мелких кусочков угля от забоя, создающее впечатление у работающих, что забой как бы шелушится и переливается;
  3. повышенный выход штыба и газа при бурении скважин (шпуров), приводящий к эффекту как бы напорного выделения из них газоугольной смеси - выдувание штыба.

Внезапные выдавливания (отжимы) угля с повышенным газовыделением происходят в основном при механизированной выемке угля в лавах пологих пластов. Классификация внезапного выдавливания в большинстве случаев не вызывает затруднений. В отличие от выброса угля и газа при выдавливании угля полость ориентирована примерно параллельно линии очистного забоя и глубина ее незначительна (она, как правило, всегда меньше длины и ширины). Выдавливание, так же как и выброс, сопровождается изменением напряженно-деформированного состояния призабойной части пласта. Поэтому выброс небольшой силы при механизированной выемке угля в лаве может привести к выдавливанию угля и, наоборот, выдавливание может сопровождаться выбросом небольшой силы.


При квалификации газодинамических явлений в подготовительной выработке пологого пласта осложнения обычно не возникают, полости, как правило, выходят за проектный контур стенки выработки.


Принципиальное значение имеет классификация внезапных обрушений (высыпаний) угля на шахтах Центрального района Донбасса, так как неоправданное применение противовыбросных мероприятий может наоборот способствовать склонности пласта к обрушению. Основными отличительными признаками обрушения угля являются ориентация полости в направлении восстания пласта (при этом ширина полости в направлении простирания пласта примерно равна глубине выемки, т. е. 1-2 м) и расположение угля под углом близким к углу естественного откоса. Количественным критерием отнесения газодинамического явления к выбросу или обрушению может быть принято отношение длины выработки Lп, заполненное углем на полное сечение к общей длине отброса Lо, т. е.

Bг = Lп / Lo

В случае Вг ≥ 0,3 газодинамическое явление следует классифицировать как выброс угля и газа, при Вг < 0,3 – как обрушение.


Выбросы породы и газа происходят при вскрытии, пересечении или проведении подготовительных выработок по выбросоопасным песчаникам (слоям песчаников) и представляют собой, прежде всего технико-экономическую проблему, связанную с затратами на ликвидацию последствий выбросов и сдерживания темпов проведения выработок. Сила выбросов песчаника может изменяться в среднем от 100 т в песчаникх низкой степени опасности до 500 т в песчаниках высокой степени опасности. Технология перехода полостей выбросов предусматривает уборку выброшенной горной массы, возведение, как правило, монолитной железобетонной крепи, перекрывающей полость выброса с последующим тампонажем полости песчано-цементным составом.


Как внезапные выбросы угля и газа, так и горные удары (с английского языка rосk burst) могут происходить (и происходят) только, начиная с определенной глубины ведения горных работ, т. е. для того чтобы произошло взрывоподобное, лавинообразное разрушение горного массива, необходимо определенное напряженное состояние, которое чаще всего называют предельным или критическим. В этом главная (природная и технологическая) общность явлений. По месту возникновения горные удары можно разделить на три группы.


К первой относятся горные удары в чистом виде, классические, происходящие в над-, подштрековых и различных других охранных целиках, в том числе оставленных в выработанных пространствах.


Вторая группа горных ударов характеризуется разрушением части угольного (породного) массива не в забое, а на каком-то, иногда значительном расстоянии от него. Например, горным ударом разрушен на протяжении 40-60 м штрек, но в забое угольный пласт остался неразрушенным.


Горные удары этих двух групп объединяет и от выбросов принципиально отличает тот факт, что они непосредственно могут быть не связаны с ведением работ по выемке угля в забое. Разрушение части угольного массива или целиков происходит через довольно продолжительный (иногда весьма значительный) период времени после проведения здесь выработки. На этих участках, если пласт газоносен, должна была произойти его дегазация. Следовательно, с позиций выбросоопасности произошли благоприятные изменения, выброса быть не должно.


К третьей группе относят горные удары, происходящие в действующих забоях и представляющие собой разрушение краевой части пласта. Отличать их от выбросов угля и газа следует с позиций рассмотрения основополагающих факторов, определяющих выбросо - и удароопасность.


Сам факт того, что природная газоносность наряду с напряженностью массива является важнейшим критерием оценки выбросоопасности угольного пласта, и она совершенно не рассматривается при оценке удароопасности, подчеркивает принципиальность различия рассматриваемых двух форм опасных явлений. Важнейший смысл факта заключается в том, что газоносность, участвуя в формировании природной (потенциальной) выбросоопасности, не формирует удароопасность.


Разработка удароопасных пластов с глубины 150 м ведется в соответствии с требованиями Инструкции по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам.



[1] Количество газа, выделившегося при выбросе угля и газа, определяется расчетом по специальной методике с использованием результатов замера расхода воздуха в исходящих струях и диаграммы концентрации метана самопишущих приборов датчиков аппаратуры АКМ.