Внезапный выброс
Внезапный выброс — газодинамическое явление, возникающее вследствие быстрого изменения напряжённого состояния краевой части газоносного пласта вблизи горной выработки, как правило, при вскрытии пласта/пропластка, из груди подготовительного или очистного забоя. Различают внезапные выбросы угля и газа, породы и газа. Сопровождается частичным или полным разрушением забоя, бурным выделением газа и образованием потока угля или породы, взвешенного в газе. Причём, осмотр забоев после выброса показал, что взвесь имеет такой тонкий "помол", что наводит на мысль, что горный массив разрушился не только от напряжения горного массива, но и по причине выброса внутримолекулярного, прежде связанного, газа. Стоит отметить, что природа внезапных выбросов до сих пор не понятна до конца, а существующие теории горного давления в массиве, не могут объяснить суть явления.
Во многих странах мира на шахтах происходят внезапные выбросы угля и газа, песчаников и газа, калийных солей и газа, а при сооружении тоннеля Арпа-Севан в Армении имели место выбросы порфиритов и газа. Уголь, песчаники, калийные соли и порфириты существенно различаются по своим физико-механическим свойствам. Общим для всех взрывоопасных пород и угля являются высокие упругие свойства и наличие газа в поровом пространстве.
Характеристикой внезапного выброса является его интенсивность, измеряемая количеством выброшенной горной массы и дальностью его отброса. Количество выбрасываемой горной массы внезапным выбросом составляет от нескольких тонн до тысяч тонн, а объём выделяющегося газа — от нескольких м³ до сотен тысяч м³. Горные выработки при этом заваливаются горной массой на десятки метров и заполняются газом, а в массиве образуется полость или каверна, которая на крутых пластах часто имеет грушевидную форму. При наиболее крупных выбросах выделялось 0,6—1,2 млн. м³ газа и выбрасывалось до 12—14 тысяч тонн угля. Они сопровождались ударной воздушной волной, особенно сильной при выбросах, вызванных сотрясательным взрыванием. Воздушная волна усиливала, останавливала или опрокидывала вентиляционную струю, а также нарушала крепь в призабойной части части выработки, повреждала рельсовые пути и оборудование.
Угли пластов, опасных по внезапным выбросам, в большинстве случаев отличаются пониженной прочностью в отдельных сильно нарушенных пачках, перемятостью, отсутствием ясно выраженного кливажа и развитием трещин тектонического происхождения. Выбросы угля и газа чаще всего происходят у зон мелкой нарушенности угольных пластов (разрывные формы микротектоники, мелкая пликативная складчатость). Разработка опасных по внезапным выбросам угольных пластов связана с высокой степенью опасности для шахтёров, так как крупные внезапные выбросы газа нередко переходят в подземные взрывы газа с большим числом погибших. Выброшенный газ, обычно представлен метаном (CH4), реже — двуокисью углерода (CO2), смесью CH4 и CO2, может содержать примеси тяжёлых углеводородов.
Первый выброс угля и газа произошел на шахте «Исаак» во Франции в бассейне Лауры. В дальнейшем выбросы происходили на шахтах Бельгии, Германии, Англии.
В Донбассе первый внезапный выброс произошел на шахте «Новая Смолянка» на горизонте 706 м при вскрытии пласта h7 «Смоляниновский» квершлагом, проводимого с помощью буровзрывных работ. Этот выброс был описан в книге пионера горноспасательного дела России Н.Н. Черницына, вышедшей из печати за несколько дней до трагической гибели автора во время горноспасательных работ на шахте №1 в г. Горловка. Самый крупный выброс угля и газа в мировой практике при подземной разработке угольных пластов подземным произошел в Донбассе на шахте им. Ю. А. Гагарина ПО «Артемуголь» при вскрытии квершлагом угольного пласта 13 «Мазурка» на горизонте 710 м. При этом было выброшено 14 тыс. т угля и выделилось по различным данным от 7500 до 250 тыс. м3 метана
Выбросы угля и газа имеют место в России, Польше, Китае, Казахстане, Чехии и других странах. Минимальная глубина, на которой происходили выбросы угля и газа составляет 120—150 метров.
Наиболее крупные выбросы угля и газа на угольных шахтах.
| Страна | Шахта | Количество выброшенного угля, т | Количество выделившегося газа, м³ |
|---|---|---|---|
| Австралия | Коллинсвил | 800 | 140000 |
| Великобритания | Корвей | 2500 | 70000 |
| Германия | Иббенбюрен | 2500 | 4700 |
| Канада | Моррисей | 3500 | 60000 |
| Китай | Санхуба | 12780 | 1000000 |
| Польша | Нова Руда | 3000 | 820000 |
| СССР | им. Гагарина | 14500 | >250000 |
| Турция | Козлу | 1100 | 110000 |
| Франция | Фонтэн | 5600 | 100000 |
| Япония | Юбари Шин | 4000 | 600000 |
Выбросы угля и газа могут происходить при выемке угля и пород в выработках любого, самого различного назначения: от стволов до очистных забоев (лав) при всех существующих способах выемки: обушками, отбойными молотками, комбайнами (добычными или проходческими), стругами, при бурении скважин и шпуров, при продувке шпуров сжатым воздухом, при разрушении углепородного массива буровзрывным способом, при оборке забоя, при разрушении угольного пласта водяными струями.
Предупредительные признаки внезапного выброса
- усиленное давление на крепь
- усиленное газовыделение
- шелушение угля
- запотевание забоя
- удары и треск в массиве
- заклинивание бура в шпуре
Однако выброс может произойти и неожиданно. С увеличением глубины разработки угольных пластов растёт давление горных пород и газа, увеличиваются частота и сила внезапных выбросов. Разработан комплекс мероприятий по прогнозу и предупреждению внезапных выбросов. Различают несколько видов прогноза: региональный (оценка опасности выброса по данным геологической разведки), локальный (определение опасности по данным обследования механических, фильтрационных, сорбционных, петрографических свойств, структуры угля и пласта в целом) и текущий (улавливание предупредительных признаков или предвестников внезапного выброса, в том числе сейсмоакустическими методами).
Наиболее надёжными способами предупреждения внезапного выброса являются:
- опережающая разработка защитных пластов,
- бурение дегазационных и увлажнительных скважин из штреков для заблаговременного снижения давления газа и увлажнения участка пласта, намеченного к выемке.
