Газоносность угольных пластов, газообильность горных выработок и внезапные выбросы угля, пород и газа
Общие положения. Служба шахтной геологии должна производить сбор и систематизацию материалов по газоносности угольных пластов и газообильности горных выработок, выясняя общие закономерности распределения природных газов в угленосных отложениях .
Природной газоносностью угольного пласта принято называть объем газа, содержащийся в единице массы угля в естественных условиях, м3/т.
Остаточная газоносность — объем газа, содержащийся в единице массы угля, поднятого на поверхность без применения мероприятий по сохранению его природной газоносности, м3/т.
Газоемкость угля— способность угля поглощать газ в определенных термодинамических условиях, см3/г, или м3/т.
Газосодержание пород — объем газа, содержащийся в единице массы или объема породы, м3/т, или м3/м3.
Формы нахождения газов в угольных пластах и вмещающих породах:
а) в свободном состоянии в трещинах и порах угля и пород. В этом случае количество газа зависит от пористости, трещиноватости и давления, под которым газ находится. Свободный газ в углях примерно до глубины 800—1000 м занимает подчиненное положение по сравнению с сорбированным; во вмещающих породах, наоборот, преобладает газ свободный. На современных глубинах разработки основная масса газа, содержащегося в угле, находится в сорбированном состоянии;
б) в состоянии твердого молекулярного раствора. Это состояние, когда газы равномерно поглощены всем объемом твердого тела, называется адсорбцией;
в) на поверхности твердого вещества в сконденсированном состоянии. Состояние, когда газы удерживаются только на поверхности твердого тела, называется физической адсорбцией;
г) в состоянии химической взаимосвязи с молекулами твердого тела, называемым химической адсорбцией или хемосорбцией в угле в виде непрочных химических соединений, которые могут существовать лишь при больших давлениях.
Все виды сорбции существуют одновременно, и только специальными лабораторными экспериментами можно определить долю соответствующего вида сорбции в общем содержании количества сорбированного газа.
Наиболее существенную роль в угольных пластах играют адсорбированный и свободный газы. По росту сорбционной способности углей газы образуют следующий ряд (в возрастающем порядке): гелий, водород, аргон, азот, кислород, метан, углекислый газ, тяжелые углеводороды. Количество газов, сорбируемых углем, возрастает с повышением давления и понижением температуры.
Распределение природных газов в угленосной толще. Природные газы в отложениях угольных месторождений распределены весьма неравномерно. Миграция газов при метаморфизме угля и пород, а также газов радиоактивного распада к земной поверхности и проникновение газов атмосферного происхождения и биохимических процессов в обратном направлении создают в верхней части угленосной толщи газовую зональность, отражающую преобладание того или иного компонента газа на определенных глубинах. Газовая зональность угленосных отложений, позволяет оценивать природную газоносность угольных пластов и ожидаемую газообильность горных выработок.
Мощность газовых зон на угольных месторождениях колеблется от нуля до сотен метров, что объясняется спецификой геологических условий этих месторождений.
Обычно четыре верхние газовые зоны объединяются в зону газового выветривания и практически задача по выявлению газовой зональности на участках, месторождениях, в бассейнах заключается в определении глубины полной деметанизации угольных пластов, установлении мощности зоны газового выветривания, т. е. глубины залегания верхней границы зоны метановых газов.
На всех видах геологической документации горных выработок (стволы, квершлаги, штреки, лавы) следует фиксировать глубину первого появления метана. В зоне газового выветривания горные выработки по газовому режиму обычно относятся к первой категории. Глубже, в метановой зоне, начиная от ее поверхности, происходит закономерное нарастание природной газоносности угольных пластов и газообильности горных выработок. Поэтому определение глубины залегания верхней границы зоны метановых газов, или поверхности метановой зоны, где содержание метана в угольных пластах составляет 70—80%, является обязательным для дальнейшего прогноза газообильности горных выработок.
Газообильность шахты, участка — это объем газа, выделенный в горные выработки в единицу времени (абсолютная — м3/мин или м3/сутки) и отнесенный к тонне среднесуточной добычи угля (относительная — м3/т с. д. угля). Газообильность горных выработок определяется службой ВТБ (вентиляции и техники безопасности) шахты и ВГСЧ (военизированная горноспасательная часть) опытным путем на основании результатов анализа проб воздуха, взятых на исходящих струях шахт отдельных пластов и участков согласно «Инструкции»
Газовые шахты в зависимости от газообильности разделяются на четыре категории по метану.
Расчет относительной метапообильности горных выработок производится согласно инструкции. Шахты, в которых метан никогда не обнаруживался, называются негазовыми, или нека-тегорийными.
Влияние геологических факторов на современное распределение природных газов в угленосной толще. Современная газоносность угленосных отложений определяется газоемкостью углей и пород и многообразием геологических факторов. Газоемкость углей обусловливается их физико-химическими свойствами, которые в свою очередь являются производными степени метаморфизма и вещественного состава углей. При метаморфизме угля образуются колоссальные количества метана, причем тем больше, чем выше степень метаморфизма, что вытекает из самого механизма превращения угольного вещества. Исключительное положение занимают угли самой высокой степени метаморфизма — антрациты, в которых за счет молекулярной перестройки структуры угольного вещества происходит уменьшение внутренней поверхности пористости углей и, следовательно, уменьшение их сорбционной газоемкости. Из петрографических составных частей угля фюзенизированные компоненты характеризуются повышенной скоростью сорбции и газоемкости.
Основными факторами, определяющими распределение газов в угленосной толще, являются история геологического развития бассейна, тектоническое строение и гидрогеологические условия месторождения, угленасыщенность, литологический состав вмещающих пород, характер покровных отложений, многолетняя мерзлота.
История геологического развития как фактор, определяющий современное распределение газов в отложениях угольных месторождений, имеет общий характер. В процессе формирования бассейна в разное время складываются условия как для генерации газов в угленосной толще, так и для ее последующей дегазации.
Тектоническое строение месторождений имеет важное значение в перераспределении природных газов в угленосной толще. Газоносность отложения угольных месторождений в значительной степени зависит от их структурной формы. Как правило, в осевых частях синклиналей содержание метана ниже, чем в замках антиклиналей в пределах одних и тех же глубин. В антиклинальных складках газоносность пластов, не обнажающихся на поверхности, значительно выше, чем газоносность пластов, которые имеют выход па поверхность. При пологом залегании пластов в крыльях синклинальных структур миграция метана происходит медленнее, чем при крутом, поэтому в первом случае поверхность метановой зоны располагается обычно ближе к дневной поверхности.
Большое значение в распределении природных газов имеют разрывные нарушения. По степени газопроницаемости разрывные нарушения подразделяются на плохо проницаемые (закрытые) и хорошо проницаемые (открытые). Последние являются дегазирующими каналами, если они выходят на поверхность, или газоподводящими каналами, когда они перекрыты газопроницаемыми породами. Наличие в угленосной толще хорошо проницаемых нарушений, изолированных от дневной поверхности, обусловливает накопление свободного газа; вскрытие таких разрывов горными выработками будет сопровождаться интенсивными суфлярными проявлениями. Следует учитывать, что характер того или иного нарушения и его значение в изменении газоносности угленосной толщи не остаются постоянными на площади. Перемещение природных газов в угленосной толще осуществляется в значительной мере с помощью подземных вод. Поэтому газовой зональности соответствует гидрохимическая зональность, указывающая на существование взаимосвязи в зоне активного водогазообмена между подземными водами и природными газами. Обводненные угольные пласты обычно имеют пониженную газоносность.
Угленасыщенность осадочной толщи приобретает значение при сравнении отдельных свит, так как газонасыщенность пород находится в прямой зависимости от мощности, количества, расположения и газонасыщенности угольных пластов. Литологический состав пород и их физические свойства определяют газопроницаемость и газонасыщенность вмещающих угли отложений. Литологический состав пород кровли и почвы пласта в какой-то степени определяет его газоносность. Так, преобладание в толще пород глинистых разностей способствует повышенному содержанию газов в угленосных пластах. Литологический состав пород в совокупности с тектонической нарушенностью определяют характер свободных выделений газов в виде суфляров и внезапных выбросов породы и газа.
Покровные отложения затрудняют дегазацию перекрываемых угленосных отложений. В связи с этим месторождения закрытого типа при прочих равных условиях обладают большей газоносностью, чем месторождения открытого типа. Газонепроницаемые осадки покровных отложений могут способствовать локальному скоплению природных газов непосредственно с угольными пластами.
Многолетняя мерзлота, как и покровные отложения, затрудняет дегазацию угленосной толщи, и под ней нередко образуются скопления газов.
Виды газопроявлений в шахтах. Разработка угольных месторождений приводит к нарушению газового баланса угленосной толщи на эксплуатируемом участке и влечет за собой выделение природных газов в горные выработки.
Газовыделения в шахтах могут быть следующими; 1) свободными, с равномерным выделением газа из обнаженной поверхности угольных пластов и вмещающих пород; 2) газопроявлениями в виде суфляров; 3) внезапными выбросами угля и газа; 4) внезапными выбросами породы и газа.
Свободные, равномерные выделения газа происходят постоянно из пор и трещин вскрытых угольных пластов и вмещающих пород. Обычные выделения газов определяют баланс шахт, категорию их по газообильности. Источниками данных газовыделений являются непосредственно разрабатываемый угольный пласт, породы кровли и почвы.
Суфлярное газовыделение — локальное истечение природного газа из трещин и пустот угленосной толщи через видимые невооруженным глазом трещины и отверстия, сопровождающееся шипением и другими звуковыми эффектами, а иногда выделением воды («мокрый суфляр»). Продолжительность суфлярных выделений может колебаться от нескольких часов до десятков лет; дебит их может достигать тысяч кубометров. По происхождению выделяют суфляры I рода, газ которых выделяется по трещинам, образовавшимся вследствие природных геологических процессов, независимо от ведения горных работ, и II рода — эксплуатационного происхождения. Как правило, суфляры рода возникают непосредственно в забоях выработок, вскрывающих тектонические нарушения, которые могут прослеживаться на большие расстояния и дренировать ряд угольных пластов и природных коллекторов газа. ^Масштабы и длительность этих суфляров могут колебаться в больших пределах в зависимости от проницаемости пород. В зонах крупных нарушений, где обычно много сообщающихся между собой трещин, возможны интенсивные и продолжительные суфлярные газовыделения. Основным газовым компонентом суфляров I рода является метан, но иногда в выделяющемся газе обнаруживались примеси этана, пропана, этилена, водорода, сероводорода, в больших количествах углекислого газа и азота.
При суфлярах II рода метан поступает из смежных пластов по природным или вновь образующимся трещинам, открывающимся в результате разгрузки массива или сдвижения пород в процессе проведения выработок. Такие суфляры возникают обычно на расстоянии нескольких метров от забоя. К суфлярам эксплуатационного характера относятся также прорывы газа через горные породы под действием давления самого газа. Чаще прорывы газа наблюдаются из почвы очистной выработки. При достаточно высоком давлении газа, небольшой мощности и малой газопроницаемости пород почвы в рабочем пространстве лавы почва вспучивается, и через образующиеся трещины прорывается газ. Газ суфляров II рода — в основном метан. Наиболее мощные и длительно действующие суфляры обычно приурочены к угольным пластам и песчаникам (до 60%), маломощные и кратковременные — к песчанистым сланцам (до 10%).
Внезапные выбросы угля и газа — динамические явления, которые зависят от четырех факторов: горного давления, упругой энергии газа, массы угля (при крутом падении пластов) и структуры угольных пластов. В результате выброса в угольном массиве образуются полости различных размеров (в зависимости от количества выброшенного угля). Внезапные выбросы обычно сопровождаются отбросом угля на расстояние до 40—500 м и более от места выброса и значительным выделением газа в течение короткого промежутка времени.
Предупредительными признаками выбросов угля и газа, согласно «Правилам безопасности» (1967 г.), являются: выжимание угля (породы) из забоя, усиленное давление на крепь, удары и треск различной силы и частоты в массиве, отскакивание кусочков угля (породы) и шелушение забоя, появление пылевого облака, резкое увеличение газовыделения.
Внезапные выбросы угля и газа в России имеют место в Донецком, Кузнецком, Карагандинском, Печорском бассейнах, на отдельных шахтах Урала, Дальнего Востока. С увеличением глубины разработки частота и сила внезапных выбросов возрастают.
Наиболее широкое распространение в настоящее время на шахтах получили следующие способы предупреждения внезапных выбросов угля и газа при вскрытии пластов: сотрясательное взрывание, местная дегазация угольного массива, первоочередная отработка защитного пласта в месте вскрытия, предварительное увлажнение массива, возведение металлического каркаса и другие.
Выбросы породы и газа представляют собой перемещение пород под действием горного давления, сопровождающееся разрушением газонасыщенной породы до состояния чешуеобразных пластин и песка, выделением газа и образованием полости в породном массиве.
Первые внезапные выбросы породы и газа были зафиксированы в Донбассе в 1955—1956 гг. на глубине свыше 700 м. По современным представлениям, выбросы породы и газа связаны с определенными выбросоопасными зонами в слоях песчаников угленосной толщи. Выбросоопасность песчаников обусловлена их определенной литолого-фациальной характеристикой. Физико-механическими свойствами, повышенной газоносностью и газовым давлением, напряженным состоянием породного массива.
Способы изучения газоносности угольных пластов в процессе геологоразведочных работ проводятся в соответствии с «Инструкцией». Согласно Инструкции, для определения величины природной газоопасности необходимо: изучение качественного состава газа с помощью специальных вакуумных стаканов; определение природной газоносности угольных пластов с помощью герметических керногазонаборников; непрерывный газовый каротаж (комплексный метод МГРИ) для установления газоносности углей и газонасыщенности вмещающих пород; установление природной газоносности угольных пластов по данным газовых съемок в горных выработках; расчетные методы определения потенциальной газоносности углей по величине замеренного давления газа, температуры, влажности и расчет природной газонасыщенности угольных пластов по данным газообильностн.
Рис. 72. «Вакуумный стакан» — герметический сосуд для отбора проб угля или породы на определение компонентного состава природного газа.
1 — стандартная стеклянная или металлическая банка емкостью 250— 300 мл с коническим горлышком (внутренний диаметр 30—33 мм); 2 — герметизирующая пробка, разжимаемая в горлышке банки; 3 —винт (а - нижний диск, б —головка винта, припаянная к нижнему диску, в —верхний диск, г— отрезок металлической трубки, б —барашек); 4 — патрубок; 5 — вакуумная трубка; 6 — винтовой замок; 7 — проба угля или породы
Для изучения качественного состава газа с помощью вакуумного стакана (Рис 72) из свежеочищенного рабочего забоя быстро отбирают кусочки угля в стакан, проба сопровождается этикеткой и направляется в лабораторию для дегазации и анализа извлеченного газа.
Для изучения качественного состава газа в комплексе с вакуумными стаканами может быть использован шпуровый способ опробования газа, который заключается в отборе пробы газа в забоях горных выработок посредством бурения шпуров по углю или породе. Пробы газа извлекаются с помощью легко монтируемой установки. По составу газа в отобранных пробах устанавливается газовая зональность в разрезе и по площади шахтного поля и, в частности, глубина первого появления метана и положение метановой зоны.
Для установления газовой зональности пробы следует отбирать примерно через одинаковые интервалы: через каждые 300—600 м по простиранию пласта и через 50—100 м по его падению в зависимости от длины лавы. Таким образом должна выдерживаться сеть опробования 3004-600x50-^ -М0О м. С приближением к тектоническому нарушению сеть опробования на шахтном поле постепенно сгущается, вплоть до 5—10 м. Все точки опробования с результатами анализов наносятся на планы горных работ.
При углублении горных выработок на 50—100 м ниже поверхности метановой зоны массовый отбор проб в вакуумные стаканы на изучение качественного состава газа прекращается, если в составе газа не появляются в значительных количествах другие газы, кроме метана.
Замер газового давления в угольном пласте связан с бурением специальных скважин. Целесообразно измерять газовое давление при вскрытии пласта, не затронутого горными работами, из забоев квершлагов или из подготовительных выработок одного пласта через междупластие от другого невскрытого пласта угля. Бурить скважины, предназначенные для замера давления газа, непосредственно по угольному пласту не рекомендуется. В такой скважине даже после тщательной герметизации не всегда возможно получить истинное давление газа в пласте, так как уголь нередко разбит трещинами, через которые газ уходит в выработки. Перед вскрытием угольных пластов замер давления газа проводят через породную толщу не менее 5 м, оставляемую между пластом и забоем квершлага. Принцип замера газового давления из горных выработок заключается в следующем: в пробуренную скважину вводится металлическая трубка, один конец которой перфорирован, на другой конец непосредственно перед замером навинчивается манометр (рис 73).
Рис. 73. Схема замера давления газа в угольном пласте. 1 — манометр; 2 — замерная трубка, перфорированная на конце; 3 — штуцер; 4 — герметизирующий диск; 5 —цементный раствор; 6 — то же, слегка утрамбованный
Обычно вся скважина, за исключением газовой камеры у забоя, герметизируется резиновой надувной камерой или заполняется герметизирующим материалом, в качестве которого следует применять цементный раствор из расширяющегося цемента.
Чтобы установить закономерность изменения давления газа в угольных пластах по простиранию и падению, замеры давления газа следует проводить на всех эксплуатационных горизонтах одного и того же пласта, начиная от поверхности метановой зоны.
Замер газового давления необходимо проводить через каждые 300 — 600 м по простиранию пласта и 100 — 300 м по его падению.
С приближением к геологическим нарушениям сетку замеров газового давления следует участить применительно к конкретным условиям.
Опробование суфлярных газопроявлений. При небольшой интенсивности суфлярного газопроявления отбор пробы можно совместить с замером его дебита.
В случае выделения «мокрого» суфляра из почвы выработки, для отбора газовой пробы следует углубить и расчистить место выделения газовых пузырьков, подготовить бутыль известной емкости (тщательно ее вымыть, заполнить водой, закрыть резиновой пробкой и опустить горлышком в ведро с водой) и, накрывая воронкой все выделяющиеся пузырьки, подвести от нее шланг под водой в горлышко бутылки; одновременно включить секундомер. Для отправления на газовый анализ удобнее отбирать пробы в бутылки емкостью 0,5 л, причем в бутылке следует всегда оставлять водный затвор и транспортировать бутылки в опрокинутом положении. В случае суфляра из стен или кровли выработки (при наличии возможности замера его дебита) следует закрепить воронку со шлангом непосредственно у суфляра, загерметизировать воронку глиной, алебастром или цементом и отобрать пробу аналогичным методом. При выделении воды следует отобрать также пробу воды в бутылку на химанализ. Пробы, сопровождаемые этикетками и ведомостями, отправляются в лабораторию.
Геологическая документация газопроявлений в горных выработках. При отборе проб газа геологической документации подлежат все места опробования угольных пластов с целью изучения их газоносности и различных видов газопроявлений. Точки опробования наносят на маркшейдерские планы горных выработок в соответствии с принятыми условными обозначениями по газоносности. Все данные наблюдений по газоносности записывают в особый журнал, который является основным документом по отбору проб угля и газа в горных выработках. Учитывая специальное направление этих работ, в журнале отбора проб должны содержаться следующие необходимые сведения: 1) номер пробы; 2) цель отбора пробы;
3) точное местоположение взятия проб в горной выработке;
4) положение пробы в разрезе угольного пласта (если пробы берутся по отдельным пачкам); 5) методика отбора проб; 6) вид и результаты анализа; 7) макроскопическое описание опробованной части угольного пласта с выделением петрографических типов, минеральных включений и породных прослоев; 8) мощность опробованной части; 9) краткая характеристика пород кровли и почвы пласта.
Результаты химических анализов газа, поступающие из лаборатории на шахту, заносят в особую ведомость, в которой записывают все данные, включая наименование лаборатории, номер и местоположение взятой пробы в шахте.
Если имеются данные по природной газоносности угольных пластов, которые опробовались в процессе разведочных работ, то они также отмечаются на геологическом плане.
При замерах газового давления результаты замеров газового давления в угольных пластах вносятся в журнал замеров давления газа по показанной форме (в табл. 9), а места наблюдений отмечаются на плане горных работ.
При суфлярных выделениях газа геологической документации подлежат суфляры как I, так и II рода.
Таблица 9
Журнал замеров давления газа
Дата | Угольный пласт | Наименование выработки | Глубина замера, м | Давление в скважине (шпуре), атм (10= Па) | Разрез замерной скважины |
Отбор проб, замер дебита суфляра сопровождаются детальной геологической документацией места его появления, заключающейся в геологической зарисовке, привязке (отмечается условным знаком), описании геологического строения и горно-геологических условий данного участка.
При геологической зарисовке суфляров должны быть отмечены все наиболее характерные и устойчивые особенности документируемого объекта, а именно: 1) строение пласта, если- суфлярные выделения газа приурочены к пласту сложного строения (зарисовка производится по отдельным пачкам, включая и породные прослои; особое место в зарисовке отводится пачкам, характеризующимся максимальными выделениями газа); 2) мощность пласта; 3) литологичеекий состав; суфлярные выделения газа в горных выработках в основном происходят из пород и, главным образом, из песчаников, поэтому при зарисовке суфляра, выделяющегося из пород, следует отметить особенности строения и сложения пород; 4) контакты угольных пластов и вмещающих пород — при зарисовке необходимо обращать внимание на характер контакта: особенности перехода одних пород в другие, т. е. смену пород по литологическому составу, текстуре и гранулометрическому составу зерен обоих соприкасающихся слоев; 5) скопление газов и бурное выделение их в виде суфляров, во многом определяемые структурной и тектонической нарушениостью участков. При геологической документации суфляров из пород, не имеющих видимой связи с тектоническими нарушениями, следует обращать внимание на резкое изменение элементов залегания пород и угольных пластов, нарушение параллельности кровли и почвы (наличие волнистости и выступов), развитие трещиноватости в породах — признаков близости тектонических нарушений. Участки, осложненные пликативными нарушениями, тщательно зарисовываются, замеряются элементы залегания пород и угольных пластов, слагающих складки; 6) эндогенные и экзогенные трещины, ориентировка и количество их.
По результатам проведения геологической документации суфляров делается вывод от отнесении их к природному (I) или эксплуатационному (II) типам. При документации эксплуатационных суфляров следует обращать внимание на следующее: 1) порядок раскрытия и образования трещин (вначале происходит раскрытие природных трещин, а уже затем образование новых); 2) место образования трещин (трещины образуются вблизи подготовительных и очистных забоев); 3) общее направление главных трещин (чаще всего параллельно груди забоя; при изменении направления плоскости забоя изменяется и направление трещин, причем они искривляются, огибая выступы забоя и следуя направлению его стенок; в узких выработках, печах, штреках и др. трещины в кровле искривляются в сторону движения забоя). Трещины, образующиеся от ведения горных работ, имеют всегда матовые и ровные поверхности, без всяких следов притирания, и кроме того, поверхности трещин, проходящие по углю, часто бывают покрыты угольной пылью.
При документации суфляров необходимо уметь правильно различать природу трещиноватости, потому что каждому типу трещин свойственны свои закономерности расположения и проявления, в значительной степени определяющие продолжительность и интенсивность суфлярных газовыделений.
Довольно часто суфлярные выделения сопровождаются выделениями воды («мокрый суфляр»), В этом случае производится замер дебита притока воды, отбор пробы воды — для установления химического состава, а также количества и состава растворенного в ней газа.
Результаты документации и опробования суфлярных газовыделений рекомендуется заносить в специальный журнал «Регистрация суфлярных выделений». Подобный журнал должен содержать следующие сведения: 1) номер суфляра (суфляр № 1-С, 2-С и т. д.); 2) наименование выработки, пласта; 3) глубину проявления суфляра от дневной поверхности, м и абс. отм. (±м); 4) дату возникновения суфляра; 5) продолжительность действия суфлярного выделения газа (сутки, месяцы, годы); 6) интенсивность суфлярного выделения газа, м3/мин; 7) номер пробы газа, причем номера также должны совпадать с порядковым номером суфляра и номером пробы газа (пробы № 1-СВ, № 2-СВ и т. д.); 9) результаты анализа газа, %; 10) результаты анализа химического состава воды, выраженные формулой Курлова.
Сводной графической основой, на которой условным знаком отмечаются места суфлярных выделений газа по шахте, является план горных работ.
При внезапных выбросах угля (пород) и газа на шахтах, разрабатывающих пласты, опасные по выбросам, в обязательном порядке ведется «Книга учета внезапных выбросов угля и газа» с подробным описанием каждого выброса и указанием предшествовавших выбросу признаков.
Задачей шахтной геологической службы является непосредственное участие и контроль за правильной геологической документацией выбросов угля (пород) и газа, выбросоопасности пластов, различных газодинамических явлений, смежных с внезапными выбросами (высыпание или отжим угля с выделением газа, микровыбросы угля при бурении скважин, зажатие или выбросы буровых штанг и др.).
Многочисленные наблюдения указывают на существование определенных признаков выбросоопасности пластов и предупредительных признаков внезапных выбросов. Признаками опасности пласта или участка пласта являются: 1) резкое уменьшение прочности угля; 2) появление пачек непрочного угля или увеличение их мощностей; 3) потеря углем блеска (смена блестящего угля матовым); 4) появление тектонических нарушений; 5) увеличение сухости и пылеватостн угля. Однако внезапные выбросы происходят и на участках, где эти признаки не проявляются. При документации внезапных выбросов следует фиксировать все признаки, определяющие выбросоопасность пластов и места происшедших внезапных выбросов угля и газа. Геологическая документация должна состоять из: а ) осмотра выработки и подготовки ее документации; б) выполнения зарисовки и описания геологического строения участка выброса.
При характеристике выброса необходимо:
1. Присвоить выбросу номер в порядке календарного проявления его на шахте.
2. Отметить дату выброса.
3. Отобрать пробу на газовый анализ, определить состав газа и указать время пробы газа, прошедшее после выброса.
4. Определить количество выброшенного угля.
5. Отметить наименование выработки, в которой произошел выброс.
6. Отметить глубину происшедшего выброса от дневной поверхности (в м) ив абс. отм. (±м).
7. Выявить и задокументировать тектонические нарушения. Особое внимание должно обращаться на места их затухания и на предельные пологие разрывы, которые обладают повышенной выбросоопасностью. Обратить внимание на антиклинальные и синклинальные перегибы пластов,
8. Установить и оконтурить изменения мощности пластов — пережимы, раздувы, трещиноватые зоны и др., которые являются очагами внезапных выбросов. При оценке выбросоопасности угольных пластов дать их послойное описание: а) крепкие ненарушенные угли, когда уголь с трудом ломают рукой; б) слабые нарушенные угли, когда уголь без особых усилий раздавливается на мелкие кусочки; в) рыхлые зернистоземлистые и перемятые угли, легко растирающиеся в порошок. При этом следует отмечать блеск угля.
Выделенные пачки препарированных углей (перемятых, перетертых и трещиноватых) и перемятые породные прослои необходимо проследить по падению и простиранию пластов, чтобы выяснить их площадную устойчивость. Степень препарации (отношение мощности препарирования — перемятых, перетертых и трещиноватых пачек пласта — к общей его мощности) требуется определять для каждого угольного пласта.
9. Исследовать почву и кровлю угольного пласта. При этом следует обращать внимание па прочность песчаников, алевролитов и других литологнческих разностей пород, которые могут зависать на больших площадях выработанного пространства. Следует помнить, что чем больше мощность и устойчивость вмещающих пород, тем выше опасность выброса угля. Прочный устойчивый песчаник мощностью более 5 м в кровле угольного пласта создает потенциальную опасность горных ударов, которые в газоносных пластах могут вызвать внезапные выбросы угля и газа.
10. Отобрать пробы на определение скорости газоотдачи и сорбции.
11. По возможности зарисовать форму полости выброса; определить массу выброшенного угля и породы и дальность действия выброса.
12. Сделать сравнение раздробленности выброшенного угля с углем, оставшимся «нетронутым» в массиве в стенках очага.
Для систематизации данных по выбросоопасности пластов на шахте рекомендуется завести журнал «Регистрации основных геологических показателей выбросоопасности пластов», который должен содержать следующие графы: 1) наименование выбросоопасного пласта и наименование выработки; 2) глубина залегания участка выбросоопасного пласта; горизонт (±м), глубина от поверхности земли (м); 3) угол падения (в градусах); 4) средняя мощность пласта (м); 5) количество и мощность перемятых, перетертых и трещиноватых пачек угля; 6) коэффициент крепости угля (%); 7) технический анализ угля (%).
Сводной документацией внезапных выбросов являются планы горных работ. Места, где производились определения относительной газообильности (метанообильности), на планах горных работ отмечаются не в точках, где фактически производился замер (т. е. не в исходящих струях участков и т. п.), а в тех местах, где в период определения имела место наибольшая концентрация очистных работ.
Обработка материалов и графическая документация газопроявлений, наблюдаемых в горных выработках. Первичной геологической документацией являются: 1) полевые книжки записей и зарисовок с результатами исследований в горных выработках (стволах, квершлагах, штреках и других выработках) природных явлений, связанных с проявлениями; 2) журналы чистовых зарисовок первичной геологической документации газопроявлений в шахте; опробования угольных пластов на качественное содержание газа в углях и газоносность; замеров газового давления; регистрации суфлярных выделений газа; регистрации основных геологических показателей выбросоопасности пластов: результатов ежегодных определений относительной метанообилыюсти горных выработок по категорийным замерам газа
на шахте.
В полевых книжках производят зарисовки и записи личных наблюдений о газопроявлениях в шахтах; сведения, получаемые от технического персонала шахты о замеченных повышенных и усиленных газовыделениях в горные выработки, о резких изменениях условий залегания пластов, способствующих увеличению газовыделений в выработки, и др. В них делаются пометки о необходимости срочного исследования и консультации по отдельным вопросам, связанным с газопроявлениями, намечаются участки внеочередного газового опробования на каком-либо горизонте и др,
В журнал чистовых зарисовок переносят все зарисовки из полевых книжек, вычерченные начисто в м-бе 1:20—1:100 в туши в соответствии с условными обозначениями. Зарисовки, произведенные сплошь по выработке, вычерчиваются на специальных листах в м-бе 1:100—1:500 и сопровождаются геологическим описанием. На планах горных работ с нанесением фактических данных по газоносности условными знаками отмечаются первые проявления метана в рудничной атмосфере горных выработок, суфлярные выделения газа, внезапные выбросы угля, газа и пород, результаты изучения природной газоносности угольных пластов и боковых пород, данные относительной метанообильности горных выработок и др.
При обобщении геологических материалов по газопроявлениям анализируются следующие вопросы; 1) глубины первого появления метана в рудничной атмосфере; 2) нижняя граница газового выветривания, т. е.. верхняя граница зоны метановых газов; 3) химический состав и распределение газов по простиранию и падению пластов; 4) газоносность угольных пластов; 5) интенсивность выделений газа при встрече и пересечении разрывных нарушений горными выработками; 6) изменение газообильности шахт с глубиной разработки; 7) приуроченность и продолжительность суфлярных выделений; 8) геологические условия возникновения внезапных выбросов угля и газа.
По зафиксированным газовыделения
Дата добавления: 2022-02-05; просмотров: 569;