Понятие о внезапных выбросах угля, породы и газа

Проблема борьбы с газодинамическими явлениями в глубо­ких угольных шахтах стала одной из наиболее актуальных во многих угольных бассейнах. Многие угольные пласты Донецко­го бассейна склонны к внезапным выбросам угля и газа, а с глубины 700—800 м здесь все чаще происходят выбросы породы, которые весьма осложняют подготовку новых горизонтов и строительство глубоких шахт. Внезапный выброс представляет собой быстропротекающее разрушение, призабойной части газоносного угольного или по­родного массива под воздействием сил горного давления, дав­ления газа и собственной массы угля, сопровождающееся от­бросом или обрушением угля (породы) в горную выработку и обильным газовыделением, превышающим обычное газовыде­ление.

Основные признаки происшедшего внезапно­го выброса угля и газа: образование в угольном масси­ве характерной полости, отброс угля от забоя в горизонтальных выработках крутых пластов и во всех выработках пологих пластов, наличие повышенного по сравнению с обычным содер­жания газа в горной выработке после выброса.

Дополнительные признаки происшедших внезапных выбросов угля и газа: механическое по­вреждение крепи выработки отброшенным углем, повреждение и отброс оборудования, установленного в выработке, наличие тонкоизмельченного пылевидного угля в конце откоса выброшенного угля и на крепи, а иногда и по всей выброшенной мас­се, меньший угол откоса выброшенного угля в горизонтальной выработке по сравнению с углом его естественного откоса.

Предупредительные признаки внезапных выбросов: уменьшение прочности угля, выдавливание угля из забоя, усиленное давление на крепь, удары и трески различной силы и частоты в массиве, отскакивание кусочков угля и шелушение забоя, появление пылевого облака, резкое выделение газа в выработку, зажим штанг, выброс штыба и газа при бурении скважин.

Выброс породы и газа представляет собой явление возни­кающее в некоторых песчаниках впереди забоя выработки при взрывных работах за пределами непосредственного воздействия ВВ и характеризующееся быстроразвивающимся разрушением массива с отбросом породы и выделением газа. Основной определяющий признак выброса - характерное измельчение основной массы породы на чешуеобразные пластины, оконтуривающие полость выброса и дробящиеся при отбросе до состояния песка.

 

Понятие о горных ударах

Горный удар представляет собой быстро протекающее разрушение целика или части массива угля (породы), прояв­ляющееся в виде выброса угля (породы), в подземные выработ­ки с нарушением крепи, смешением машин, механизмов, обору­дования и т.д. Удар сопровождается резким звуком, сотрясением горных пород, образованием большого количества пыли и воздушной волной. На газоносных угольных пластах горный удар может сопровождаться усиленнымгазовыделением.

По силе проявления горные удары подразделяют на собст­венно горные удары, микроудары, толчки и стреляния.

Микроудар проявляется в виде выброса или осыпания угля (породы) в горные выработки без нарушения крепи и без сме­щения машин и механизмов. Микроудар сопровождается зву­ком, незначительным сотрясением массива горных пород и образованием пыли.

Толчок проявляется в разрушении пласт угля (породы) в глубине массива без выброса в горную выработку. Толчок сопровождается звуком, сотрясением массива, появлением пыли.

Стреляние проявляется в отскакивании от угольного пласта (пород) отдельных кусков. Оно сопровождается резким звуком.

 

Классификация горных пород физико-механическим свойствам

Для возможности сравнения прочности различных пород с целью создания эффективных средств механизации разработки нормативов производительности машин и труда рабочих приближенной экономической оценки < разрушаемости пород по М. М. Протодьяконовым разработана классификация пород по
крепости, получившая наиболее широкое распространение в нашей стране (табл. 3.3). Для каждой горной породы устанавли­вают коэффициент крепости, т. е. величину, количественно ха­рактеризующую крепость горной породы. Обычно принимают,
что коэффициент f крепости горной породы равен, частному от
деления величины σ_сж временного сопротивления сжатию (МПа) на 100, т.е.

f = σ_сж /100.

Каждая единица прочности соответствует напряжению при сжатии 10 МПа. Например, если песчаник разрушается под нагрузкой 90 МПа, то коэффициент крепости его будет равен 9, а в плотных глинах, способных выдержать нагрузку 10Мпа, будет равен 1.Достоинства классификации горных пород проф. М.М. Протодьяконова:простота и доступность для практического применения коэффициент крепости дает общую характеристику породы во всех направлениях;

коэффициенты крепости горных пород имеют корреляцион­ную зависимость с некоторыми физико-механическими константами горных пород, определяемыми более точными методами,
например контактная прочность, усилие среза, усилие разрыва, упругие константы и др.

охватывает сравнительно широкий диапазон торных пород - от крепких до плывучих.

Недостатки этой классификации: предел пучности на сжатие для одной и той же породы значительно меняется в зависимости от формы и размеров испытываемых образцов, направления сжимающей силы по отношению к напластованию породы (например, предел прочности каменной соли при увеличении высоты образца с 5 до 20 см уменьшается в 2 раза и более);

не всегда подтверждается справедливость одного из основных исходных положений о том, что коэффициент крепости пород при различных производственных процессах одинаков (например, коэффициент крепости у глины, определенный по бурению, равняется единице, а по взрыванию он доходит до десяти).

Существует более точная корреляционная зависимость между пре­делом прочности на сжатие и коэффициентом крепости:

 

Коэффициент крепости имеет довольно четкую связь с буримостью, расходом взрывчатого вещества и др. процессами разрушения породы. Классификация пород по СНиПу (строительным нормам и правилам) аналогична классификации М. М. Протодьяконова, но построена она в обратном порядке — наиболее крепкие породы относятся к XIкатегории, наиболее слабые и плывучие — к Iкате­гории.

Имеются классификации пород по буримости, взрываемости, разрушаемости породы, расходу режущего инструмента (зубков врубовых машин) и др. Буримость выражается либо длиной шпура, пробуренного за минуту чистого времени в стандартных условиях, либо затратой чистого времени бурения 1 м шпура при тех же усло­виях. Взрываемость, т. е. сопротивляемость породы разрушению взрывом, характеризуется расходом взрывчатого вещества (кг) на 1 м³

Показатели буримости получают для так называемых стан­дартных условий, предусматривающих применение одного типа бурового молотка по всем категориям крепости горных пород при одной форме и диаметре коронки, бурение шпуров глубиной 1м при давлении воздуха 0,45 Мпа. При применении для опре­деления буримости пород других типов перфоратора формы и диаметра коронки рекомендуются поправочные коэффициенты полученные опытным путем.

 

Таблица 3.3

Кате­гория крепо­сти	Степень крепости пород	Породы	Коэффициент крепости	Плотность породы, т/м^3	Коэффициент разрыхления
l	В высшей степени крепкие	Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы		2,8 – 3	2,2
ll	Очень крепкие	Очень крепкие гранито­вые породы. Кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец. Менее крепкие указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки		2,6 – 2,7	2,2
lll	Крепкие	Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды		2,5 – 2,6	2,2
llla	Крепкие	Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор. Доломит. Колчеданы		2,5
lV	Довольно крепкие	Обыкновенный песчаник. Железные руды		2,4
lVa	Довольно крепкие	Песчанистые сланцы Сланцевые песчаники		2,5
V	Средние	Крепкий глинистый сланец. Некрепкий песчаник и известняк, мягкий конгломерат		2,8
Va	Средние	Разнообразные сланцы (некрепкие), плотный мергель		2,5	1,8
Vl	Довольно мягкие	Мягкий сланец. Очень мягкий известняк, мел каменная соль, гипс. Мерзлый грунт, антрацит. Обыкновенный песчаник сцементированные галька и хрящ, каменный грунт		2,4	1,6 – 1,7
Vla	Довольно мягкие	Щебенистый грунт. Разрушенный сланец, слежавшийся сланец, слежавшаяся галька и щебень, крепкий каменный уголь. Отвердевшая галька	1,5	1,8 – 2	1,4 – 1,5
Vll	Мягкие	Глина (плотная). Мягкий каменный уголь. Крепкий нанос, глинистый грунт		1,8	1,3 – 1,4
Vlla	Мягкие	Легкая песчанистая глина. Песчаный гравий. Мягкий уголь	0,8	1,6	1,25 – 1,35
Vlll	Землистые	Растительная земля. Торф. Легкий суглинок. Сырой песок	0,6	1,5	1,2 – 1,3
lX	Сыпучие	Песок, осыпи, мелкий гравий, насыпная земля, добытый уголь	0,5	1,7	1,1 – 1,2
X	Плывучие	Плывуны, болотистый грунт, разжиженный лёсс и другие разжиженные грунты	0,3	1,5 – 1,8	1,05

 

 

Напряженное состояние