Суфлярные выделения

Суфлярные выделения представляют собой сопровождающееся обычно шипением местное истечение газа из видимых на глаз трещин. Различают суфляры I и II рода.

Суфляры I рода, или первичные, возникают за счет выделения газа, находящегося под большим давле­нием в пустотах (образовавшихся в породах и угле в течение геологи­ческих периодов), а также в зонах разлома, заполненных сильно тре­щиноватыми углями и породами, и в тектонических трещинах.

Суфляры II рода, или вторичные, являются следствием изменения физико-механических свойств угля и вмещающих пород при ведении горных работ. В частности, они часто возникают за счет выделения больших количеств метана из газоносных пластов угля, залегающих вблизи разрабатываемого, через трещины, появляющиеся в кровле пли почве пласта под влиянием изменения напряженного состояния пород при подвигании очистного забоя.

Первые описания суфлярных выделений относятся к началу XVIIIв.

В России первые суфлярные выделения происходили в Донбассе. Так, на Рыковских копях в 80-х годах прошлого столетия при про­ходке ствола на глубине 80 м была вскрыта трещина, газ из которой выделялся в течение 10 лет. Для борьбы с загазированием вырабо­ток в те годы в трещины вставлялись металлические трубки, газ поджигался и горел «неугасаемым» факелом в течение ряда лет.

Большой длительностью, доходящей до 20 и более лет, отли­чаются суфляры I рода, суфляры же П рода обычно кратковременны.

Внезапные выбросы

Внезапным выбросом называется одновременное бурное выделение угольной мелочи (иногда породной) и газа с образованием характер­ной полости (рис. 1). Выбросы чрезвычайно опасны, так как проис­ходят неожиданно в течение очень короткого промежутка времени (1 – 1,5 мин), вследствие чего могут привести к быстрому загазированию большого числа выработок. Атмосфера в выработках может стать взрывоопасной, а при большом содержании метана, вследствие умень­шения содержания в воздухе кислорода, непригодной для дыхания.

Рис. 1. Образование полости после внезапного выброса угля

Кроме внезапных выбросов к так называемым динамическим явлениям в шахтах относятся внезапные высыпания и выдавливания угля, «стреляние» угля и т. п. Эти явления также сопровождаются выделением больших количеств метана. Возникают они под влиянием сил горного давления.

Однако наибольшую опасность представляют внезапные выбросы. Впервые они появились во Франции (шахта «Исаак», 1834 г.), затем в Бельгии (шахта «Аграпп», 1879 г.) и в других странах. При наиболее крупных выбросах выделялось до 700 тыс. м³ метана и 3500 т угля (шахта «Моррисей», Британская Колумбия, 1904 г.).

В России первый выброс произошел в Донбассе в 1906 г. в шахте «Новая Смолянка». Затем, по мере перехода па разработку более глубоких горизонтов в других бассейнах, в них также начали появляться внезапные выбросы. В настоящее время в Донбассе внезап­ные выбросы происходят более чем на 80 шахтах, разрабатывающих более 200 опасных шахтопластов. Общее число опасных шахтопластов превышает 250. Кроме Донецкого бассейна опасные по выбросам пласты разрабатываются в Кузнецком и Карагандинском бассейнах, а также на Воркутском, Егоршинском и Сучанском месторождениях.

Интенсивность выбросов, т. е. количество угля в тоннах, выбрасы­ваемое в выработку, растет при увеличении мощности пласта и глу­бины разработки. Максимальная интенсивность выбросов составляет в Донбассе 1500 т, на Воркутском месторождении 800 m, в Кузбассе 400 m, а в остальных бассейнах находится в пределах 100—200 т.

Внезапные выбросы наблюдаются не только в угольных шахтах, но и в шахтах, разрабатыва­ющих каменную и калийную соль, где они со­провождаются выделением углекислого газа или углеводородных газов. Так, на калийных рудни­ках Германии за два с половиной года произошло более 100 выбросов со средней интенсивностью 2000 т.

До сих пор не имеется общепринятой тео­рии происхождения внезапных выбросов и пред­ложенные гипотезы имеют как своих сторонни­ков, так и противников.

Можно считать установ­ленном, что внезапные вы­бросы возникают в резуль­тате совместного действия давления горных пород и газа, заключенного в угле, и силы веса угля при опре­деленных физико-механиче­ских свойствах угольного пласта. Различие точек зрения за­ключается главным образом в том, что одни исследователи основную роль в развитии внезапного выброса отводят заключен­ному в угле газу, а другие — горному давлению. Согласно «газовой» гипотезе, разработанной Л. Н. Быковым, носителем непосредствен­ной опасности выбросов является газ, находящийся в угле в свобод­ном состоянии. Сорбированный газ в момент выброса, сопровожда­ющегося разрушением угля, переходит в свободное состояние и уве­личивает масштабы выброса. Интенсивность выброса зависит от ко­личества газа и давления, под которым он находится, и от препара­ции угольных пластов, происходящей в период тектогенеза.

Согласно гипотезе, разработанной В. В. Ходотом, главную роль при возникновении внезапного выброса играет напряженное состоя­ние, в котором находится уголь впереди забоя. Максимальное значе­ние опорного давления наблюдается на расстоянии 1—3 м от забоя. Если в результате взрывных работ или горного давления уголь внезапно разрушается, происходит бурный переход сорбированного газа в свободное состояние, сопровождающийся смещением угля в сторону горной выработки.

Несмотря на многодетное изучение внезапных выбросов до сих пор не удается найти зависимости между какими-либо физико-механическими и структурными особенностями пластов угля и склон­ностью их к внезапным выбросам. Так, в пластах, опасных по внезап­ным выбросам, не обнаруживается никаких особенностей петрогра­фического состава, газообильности, пористости углей. Можно считать, что содержание летучих в углях опасных пластов несколько ниже, газовое давление и начальная скорость газоотдачи несколько выше, чем у неопасных пластов. Несомненно, что на выбросоопасность влияет глубина разработки, давление газа, наличие нарушении, мощность пласта, угол падения, прочность угля и т. п., однако влия­ние этих факторов настолько неопределенно, что не позволяет про­гнозировать выбросы.

Тем не менее, при обработке материалов по внезапным выбросам удается установить определенную зональность в их распределе­нии. Так в Центральном районе Донбасса опасные по выбросам участки приурочены к складкам, возникшим на крыльях Главной антиклинали, в которых наблюдаются повышенные напряжения, главным образом в основаниях и сводах складок. Места повышенных напряжений характеризуются резким увеличением мощности пород­ного прослойка, разделяющего угольные пачки.

Пласты, склонные к внезапным выбросам, делятся па опасные и угрожаемые. Опасныминазываются такие, из которых в пределах данного шахтного поля уже происходили внезапные выбросы, аугрожаемыми— такие, из которых происходили выбросы в смеж­ных шахтных полях на тех же горизонтах.

Внезапные высыпания с усиленным газовыделением характери­зуются тем, что уголь высыпается со стороны восстания пласта, места высыпания приурочены зачастую к внутренним углам (куткам) забоев, выделяющийся метан не выносит угольную мелочь и движется по вентиляционной струе. При высыпании угля в подготовительных выработках уголь располагается с наклоном поверхности, близким к углу естественного откоса.

В частях забоя, выступающих в сторону выработанного простран­ства и, следовательно, подвергающихся усиленному давлению, а также в отдельных целиках под влиянием давления боковых пород иногда происходит раздавливание и отжим угля.

Увеличение газовыделения при этом сравнительно невелико и объясняется быстрым процессом десорбции в момент измельчения угля. Уголь отбрасывается па расстояние, не превышающее 3 м, и лишь при больших углах падения пластов может переместиться под влиянием собственного вeca на значительное расстояние по падению.

Лица, работающие па опасных пластах, должны быть хорошо знакомы с предвестниками и предупредителъными признаками выбро­сов. Предвестники могут появиться за несколько часов, а иногда и смен до выброса и заключаются в изменении крепости пласта, мощности, цвета, блеска и структуры угля, увеличении давления на крепь и усилении газовыдедения.

Предупредителыше признаки — отскакивание кусочков угля от забоя, выжимание угля, осыпания, удары, шум в массиве угля — возникают за несколько минут и даже секунд до вы­броса.

Для своевременного предупреждения работающих в забое о при­ближении внезапного выброса разрабатываются и внедряются объек­тивные методы обнаруже­ния опасности, в частно­сти акустический метод, основанный на том, что ча­стота и интенсивность шу­мов в массиве по мере при­ближения момента выброса нарастают, что регистри­руется специальной сейсмоакустической аппарату­рой. По достижении ус­тановленной для данного пласта акустической ак­тивности включается зву­ковая или световая сиг­нализация, оповещающая трудящихся об опасности.

В последние годы при проведении полевых выработок на глубине 750—800 м встретились с новым динамическим явлением — выбро­сами пород. Интенсивность последних иногда превышает 2000 т. Так же как внезапный выброс угля, выброс породы происходит в течение нескольких секунд, сопровождается выделением метана, концентрация которого в забое в этот момент достигает иногда 50 %. Выбросоопасными породами в Донбассе являются песчаники. Вы­бросы происходят на шахтах «Мария-Глубокая», «Щегловка-Глубо­кая», «Петровская-Глубокая» и др., причем они могут возникать чрезвычайно часто. Так. например, на шахте «Петровская-Глубокая» на 1 января 1967 г. произошло 83 выброса пород различной интен­сивности. В результате выброса зачастую возникает полость (рис. 2), как и при внезапном выбросе угля.

Для прогноза выбросоопасности пород используются их механи­ческие и петрографические данные. Так, замечено, что при внедре­нии выработки в выбросоопасную зону появляется чешуйчатость пород, разделение их на пластины, коэффициент использования шпуров может превышать единицу, отброс породы от забоя при взрыв­ных работах больше обычного, при бурении скважин керн разру­шается на диски, перпендикулярные оси скважины.