Проявление внезапных выбросов при разработке полезных ископаемых.

ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В МАССИВАХ ПОРОД. ВНЕЗАПНЫЕ ВЫБРОСЫ ПОРОД И ГАЗА.

Общие положения.

Как и горные удары, внезапные выбросы пород и газа также являются динамическими проявлениями горного давления, которые могут быть классифицированы как газодинамические явления.

Сущность их состоит во внезапном отделении от забоя пород и их дроблении при одновременном выделении значительных количеств газа. Потоком газа, выделяемого при выбросе, порода или полезное ископаемое отбрасывается от забоя, а в массиве впереди забоя возникает полость, заполненная большей частью раздробленным материалом. Продолжительность процесса внезапного выброса составляет обычно от долей до нескольких секунд; в отдельных случаях она может достигать нескольких минут.

Таким образом, внезапный выброс можно определить как явление быстрого разрушения некоторого призабойного участке массива, сопровождающегося интенсивным дроблением и измельчением разрушаемой породы и отбрасыванием её в выработку с одновременным выделением значительных количеств газа.

Общими характеристиками и признаками внезапных выбросов являются:

n образование мелко дробленной породы, выбрасываемой на большие расстояния от забоя;

n образование языкообразной полости, заполненной дробленной породой;

n большое количество выделяемого при выбросе газа;

n относительно небольшое, по сравнению с горными ударами, повреждение крепи и пород вне пределов полости выброса.

Внезапные выбросы происходят при ведении горных работ в угольных пластах, в каменных, калийных и магниевых солях, а также при проведении выработок во вмещающих породах каменноугольных месторождений, в большинстве случаев, в крепких песчаниках.

Основными газами, выделяемыми при внезапных выбросах, являются метан, углекислый газ и азот. В одних случаях выделяется преимущественно какой-либо один из этих газов, в других - их смесь.

Полости, образуемые впереди забоя в результате внезапного выброса, бывают разнообразной формы, чаще всего удлиненные груше- или кармановидные, но иногда близкие к сферической, разветвленные, сложной и неправильной конфигурации. Как правило, горловина полости бывает значительно более узкой, чем поперечный размер центральной ее части.

Силу или масштаб внезапного выброса оценивают по поперечным размерам и объёму образуемых полостей, количеству выброшенной породы в тоннах и количеству выделенного газа в кубических метрах. Кроме того, часто устанавливают коэффициент газовыделения, представляющий собой отношение количества газа в кубических метрах, выделившегося при выбросе, к количеству раздробленного и выброшенного породного материала в тоннах

С ростом масштаба выброса коэффициент газовыделения возрастает

Представляет интерес также интенсивность внезапного выброса по породе или по газу, т. е. отношение количества выброшенного материала или выделившегося газа к длительности процесса выброса

По характеру проявления различают концентрированные и рассеянныевнезапные выбросы.

Концентрированные выбросы проявляются в пределах шахтного поля или разрабатываемого пласта в той или иной степени систематично, на более или менее постоянных расстояниях друг от друга по мере проведения выработок. Эти расстояния называют в таком случае шагом выбросов.

Рассеянные выбросы проявляются неравномерно по площади шахтного поля или по простиранию пласта.

Число выбросов на данной шахте или руднике, либо в течение года, либо приходящееся на 1 млн. т добытого полезного ископаемого, либо на 100 000 м³ отработанной площади называют частотой внезапных выбросов.

Проявление внезапных выбросов при разработке полезных ископаемых.

Первые сведения о внезапных выбросах относятся к 30-м годам XVIII в. Внезапный выброс угля и газа произошел в шахте “Исаак” бассейна Луары во Франции. С середины XVIII в начались внезапные выбросы на каменноугольных шахтах Бельгии, затем они стали проявляться в Рурском и Нижнесилезском бассейнах в Германии, бассейне Южного Уэльса в Англии, в Венгрии, Канаде. Сильный выброс, который привел к катастрофическим последствиям произошел в 1879 г в шахте “Аграпп” в Бельгии: было выброшено 420 т угля и 2000 м³ метана. При этом погиб 121 человек. Этот случай привлек к проблеме внезапных выбросов серьезное внимание.

Еще более сильный выброс произошел в 1904 г на шахте “Мориссей” в Британской Колумбии, количество выброшенного угля составило 3500 т, количество метана 700 000 м³.

По мере перехода к разработке более глубоких горизонтов частота и сила внезапных выбросов повсеместно возрастали.

Первый внезапный выброс в России произошел в Донецком бассейне в 1906 г. на шахте “Новая Смолянка” в пласте “Смоляниновский” на глубине 711 м.

В настоящее время в странах бывшего СССР внезапные выбросы происходят во многих горнодобывающих бассейнах и районах, в угле и во вмещающих породах в Донбассе, Кузбассе, Карагандинском и Печорском бассейнах, на угольных месторождениях Урала, в карналлитовых и сильвинитовых пластах калиевых и магниевых солей Старобинского и Верхнекамского месторождений.

Проявляются внезапные выбросы в разнообразных условиях и формах.

В качестве основных разновидностей этих газодинамических явлений можно выделить:

— собственно внезапные выбросы полезного ископаемого (угля, соли) и газа или вмещающих горных пород и газа при проведении выработок по полезному ископаемому или по породе, либо при ведении очистных работ;

— внезапные выбросы при вскрытии угольных пластов, соляных залежей или выбросоопасных породных слоев;

— выбросы полезного ископаемого или породы и газа при взрывной отбойке;

— внезапные высыпания с повышенным газовыделением;

— внезапные отжимы, сопровождающиеся газовыделением;

— прорыв газа в горные выработки (обычно из подошвы выработки, пройденной по полезному ископаемому).

Характерные особенности этих явлений показаны на конкретных примерах (рис.18.1).

Рис. 18.1. Основные разновидности внезапных выбро-сов.

а - внезапный выброс угля и газа в забое откаточного штрека с образованием грушевидной полос-ти (Донбасс, шахта № 8, пласт “Куцый”); б - внезапный выброс песчаника при проходке квер-шлага (Донбасс, шахта “Щеглов-ка-Глубокая”); в - внезапные выбросы калийной соли и газа при проходке штрека (ФРГ, шахта “Хатторф”); г - внезапный выброс угля и газа в очистном забое с образованием щелевидной полос-ти (Донбасс, шахта № 17-17 бис, пласт “Смоляниновский”); д - последовательные выбросы угля и газа в очистном забое (Донбасс, шахта № 8, пласт “Мазурка”); е - внезапное высыпание с повышенным газовыделением в откаточном штреке (Донбасс, шахта № 8, пласт “Куцый”); ж - внезапный от-жим угля в забое разрезной печи (Донбасс, шахта № 17 17 бис, пласт “Смоляниновский”).

1 - полости, образовавшиеся в массиве в результате внезапных выбросов породы или полезного ископаемого; 2 - раздавленный уголь или порода; 3 - выброшенный уголь или порода; 4 - трещины в кровле; 5 - буровая машина с дистанционным управлением; 6 - положение забоя до выброса.

Обычно выбросоопасной является не вся толща песчаника, а ее отдельные слои. Выброшенная порода представляет собой в основной массе мелкие пластины размером 3 - 5 см и толщиной до 3 мм, либо гранулированные частицы породы и песок вперемешку с такими пластинами.

Во многих случаях внезапные выбросы происходят после динамического воздействия, осуществляемого при взрывных работах, однако замечено, что сила выброса непосредственно не связана с массой заряда ВВ.

Внезапные выбросы часто происходят и в очистных забоях угольных шахт. При этом выброс может захватывать пласт как на всю его мощность, так и лишь отдельные пачки угля. Полости выбросов могут иметь как грушевидную, так и щелевидную форму.

В ряде случаев вслед за первым выбросом происходят один или несколько последующих, иногда из ранее образованной полости.

Для пластов крутого падения весьма характерны явления внезапного высыпания раздробленного угля, сопровождающиеся значительным газовыделением, но проходящие более спокойно, без динамизма, который свойствен внезапным выбросам. При этом внезапным высыпаниям свойственна кармановидная форма полостей.

Известны случаи перехода внезапных высыпаний во внезапные выбросы газа и угля.

Относительно спокойно и при меньшей степени дробления полезного ископаемого или пород протекают внезапные отжимы. Для подобных явлений характерно внезапное перемещение сплошной массы угля на 2 - 3 м от забоя при незначительном измельчении и небольшом газовыделении. На рис. 18.1ж показан пример внезапного отжима по пласту “Смоляниновский” на шахте № 17-17 бис в Донбассе.