Основные характеристики и определения

Физические явления – следствие конкретных геологических и горнотехнических свойств конкретных угольных месторождений – сопровождают процессы горных работ в виде:

– газовыделение в открытое пространство;

– притоков воды в выработки;

– сдвижения и обрушения горных пород;

– горного давления;

– внезапных выбросов газа и угля (породы);

– горных ударов;

– пылеобразования;

– нагреванияшахтного воздуха.

Выделение газов в донецких шахтах в большинстве случаев представлено поступлением метана из разрабатываемых угольных пластов и их боковых пород в подземные горные выработки. Метан (CH₄), смешиваясь с атмосферным воздухом в шахте, может образовывать опасные смеси:1) при содержании метана в смеси до 5% он горит, но только около источника огня; 2) при содержании метана в смеси от 5 до 15% смесь, инициированная открытым огнем, взрывается (максимальная сила взрыва при 9,5%); 3) при содержании метана в смеси свыше 16% он не горит и не взрывается (без активного притока кислорода), но очень опасен для здоровья рабочих, тем, что вытесняет из рудничного воздуха кислород.

Метан поступает из обнаженных поверхностей пласта и его боковых пород; из отбитого и транспортируемого угля; из выработанного пространства. Выделение метана характеризуется его скоростью (м³/мин). Производной от скорости является относительная газообильность шахты – отношение объема метана, выделившегося за сутки к объему добытого за сутки угля (м³/т.с.д.). Выделение метана в шахте может проявляться: равномерно; в виде суфляра (из трещин в массиве пород с дебитом газа 1 м³/мин и более); и в виде внезапного выброса.

Притоки воды в шахте проявляются в следующих видах: а) значительное выделение воды из почвы пласта (размокание почвы); б) сильный капеж из кровли выработки; в) непрерывные струи воды; г) внезапный прорыв воды.

Сдвижение и обрушение горных пород - следствие непрерывного действия гравитации в условиях, когда крепость и устойчивость пород недостаточны для противодействия ей, - порождают горное давление - силы в массиве пород, окружающем данную точку горных работ, вследствие непрерывного и динамичного движения его породных слоев и их частей в полости, создаваемые горными работами. Динамичность сил горного давления превращает его в основной фактор опасности горных работ.

Внезапный выброс газа и угля (породы) – самопроизвольное мгновенное разрушение части пласта вблизи места активных горных работ, сопровождающееся интенсивным выделением метана (от 10 м³ до 10⁵ м³ газа) и отбросом значительных масс (от нескольких до тысяч тонн) в зону горных работ с мгновенным выделением большого количества газа метана, угля и породы.

Горный удар – быстропротекающее разрушение части массива, окружающего горную выработку, сопровождаемое выбросом горной массы, сильным звуковым эффектом и мощной воздушной волной.

Пылеобразование - следствие механического разрушения пластов угля и породы. Наибольшую опасность представляет взвешенная в воздухе пыль. Пыль, образовавшаяся при разрушении пласта, называют угольной, а пыль от разрушения пород - породной. Породная пыль вызывает тяжелое профессиональное заболевание – силикоз. Угольная пыль, помимо угрозы здоровью рабочих, склонна к взрывам. Угольная пыль попадает в легкие и вызывает профессиональное заболевание – антракоз.

Нагревание воздуха в шахте происходит от обнаженных пород и от работающего оборудования. Воздух, имеющий температуру свыше 26°С в подземных условиях угрожает здоровью рабочих и приводит к падению производительности труда.

Таким образом, физические явления при ведении горных работ превращают подземную добычу угля в опасный для работников вид хозяйственной деятельности.

Опасности процессов горных работ (таблица 2.4) связаны со следующими обстоятельствами:

– стесненность рабочего пространства в точке ведения горных работ (диктуется ограниченностью мощности пласта и параметрами горных выработок);

– сложность обеспечения устойчивости и ориентации оборудования и обслуживающих его людей (диктуется углом падения пласта);

– возможность завала рабочего пространства (диктуется свойствами горных пород и особенностями проявления горного давления);

– возможность затопления рабочих пространств подземными водами;

– возможность возникновения взрывоопасных смесей воздуха и выделяющегося в шахте метана;

– возможность внезапных выбросов угля (породы) и газа;

– возможность превышения допустимой температуры шахтного воздуха (вследствие нагревания воздуха от пород и работающего оборудования);

– возможность накопления взрывоопасных отложений угольной пыли;

– возможность сдвижения горных породприводит к перемещению и деформации пород в результате нарушения их равновесия под влиянием горных разработок, изменения физико-механических свойств пород и других причин;

– возможность обрушения горных породприводит к сдвижению пород с разрушением слоев и отделением от массива отдельных кусков и глыб.

Поэтому важным моментом горных работ является профилактика угроз превращения опасностей в аварийные ситуации, которая реализуется либо локально (в данной точке горных работ), либо регионально (для части или даже для всего предприятия).

По существу, профилактика угроз заключается либо в приспособлении к естественному развитию событий, либо в нейтрализации причин возникновения и развития опасностей. Приспособление к естественному развитию событий осуществляется пассивным или активным способом. Нейтрализация причин включает действия по физическому управлению обстоятельствами горных работ.

Пассивное приспособление реализуется путем классификации условий горных работ (по мощности и углу падения пластов), классификаций шахт(например, по газообильности – табл. 2.5), установлением норм допустимого содержания вредностей в шахтном воздухе (например, таблица 2.6), ограничением скорости ведения горных работ.

Активное приспособление включает разработку специальной техники и технологии горных работ для каждого класса условий, организацию водоотлива, кондиционирование шахтного воздуха, осуществление специальных мер по борьбе с пылью и внезапными выбросами, создание и использование полного комплекса технологических связей в шахте.

Нейтрализацияпричин возникновения и развития опасностей включает дегазацию и осушение горного массива, а также управление горным давлением. Дегазация, равно как и осушение горного массива, – это комплекс работ,осуществляемый на основе специальных технологий и специального оборудования. Управление горным давлением состоит в действиях, направленных на максимально возможное сохранение равновесного состояниягорного массива. Основным направлением этих действий (рис. ) является управление сдвижениями и обрушениями кровли вынимаемых пластов путем: 1) полного замещения извлеченного пласта пустой породой (рис. ); 2) оставления целиков угля (рис. ); 3) постановки крепи – распора между кровлей и почвой пласта; 4) плавного опускания кровлипласта при сохранении ее сплошности (рис. ); 5) возведение искусственных сооружений (бутовых полос – полос из пустой породы), заменяющих целики; 6) принудительного обрушения кровли пласта на часть ее мощности для удержания оставшейся части пород (рис. ).