Управление газодинамическим состоянием выбросоопасного пласта при проведении выработок с учетом генетических характеристик месторождения

Технология добычи коксующегося угля наиболее ценных марок на ме-таноносных пластах должна учитывать возможность проявлений газодинамических процессов в горном массиве. Выполнение технологических операций в забоях горных выработок происходит с риском для жизни рабочих и большими материальными затратами на ликвидацию последствий аварий. Проблема обеспечения безопасности рабочих в этих условиях носит глобальный характер, так как внезапные выбросы происходили практически во всех угледобывающих странах.

Газодинамические явления продолжаются в течение многих лет. Были установлены предшествующие им признаки. Теоретические обоснования и практические достижения в области борьбы с внезапными выбросами позволили уменьшить на шахтах количество опасных проявлений.

Существенный вклад в решение проблемы борьбы с газодинамическими явлениями внесли ученые А. Т. Айруни, К. А. Ардашев, Я. А. Бич, И. В. Бобров, А. А. Борисов, А. А. Борисенко, JI.H. Быков, В. Е. Забигайло, Б. М. Иванов, В. В. Колесников, В. Г. Крупеня, Г. Д. Лидин, A.M. Линьков, А. В. Лисуренко, Н. Г. Матвиенко, В. И. Николин, А. В. Орешкин, А. Э. Петросян, И. М. Петухов, А. Г. Протосеня, И. В. Сергеев, А. А. Скочинский, Г. Н. Фейт, Г. Д. Фролков, В. В. Ходот, И. Л. Эттингер, Н. Н. Черницын, М. Ф. Яновская, С. А. Ярунин и др.

Весомый вклад в решение проблемы предотвращения внезапных выбросов внесли ННЦ ГП — ИГД им. А. А. Скочинского, ИПКОН РАН, ВостНИИ, ВНИМИ, МакНИИ, МГГУ, СПГГИ (ТУ), ЮРГТУ (НПИ) и др.

Для обеспечения безопасности работ разработаны и применяются региональные и локальные способы предотвращения внезапных выбросов на основе дегазации угольных пластов. На шахтах при разработке одиночных или не защищённых региональными способами участков пласта распространение получили локальные способы. Опыт показал, что эти способы, во-первых, не всегда обеспечивают защиту рабочих во время выполнения производственных процессов в забое, и, во-вторых, не обеспечивают защиту рабочих при выполнении противовыбросных мероприятий. Отсутствует надёжный способ прогнозирования выбросоопасных зон. Существующие представления о случайном возникновении выбросов не подтверждаются групповым характером их расположения. Процессы, протекающие в массиве выбросоопасных пластов, недостаточно хорошо изучены. В настоящее время нет данных о закономерностях распространения в угольном пласте метана, энергия которого реализуется во время газодинамического явления, и о внутренних процессах в угольном веществе в выбросоопасных зонах. Отсутствие таких данных не позволяет надёжно обеспечить безопасность работ в забое подготовительных выработок, и, в первую очередь, во время вскрытия выбросоопасных очагов передовыми скважинами. Нет способов получения информации об эффективности дегазации, определения предвыбросной ситуации в забое и предупреждения рабочих.

Газодинамические явления относятся к сложным природным явлениям, изучение которых должно начинаться с закономерностей формирования угленосных формаций. Зональность проявления внезапных выбросов указывает на их связь с местом расположения в угольном пласте и на аномальность структуры угольного вещества в этом месте. Прогнозирование выбросоопасных зон должно базироваться на изучении тех мест в торфянике, где были условия для формирования угольного вещества с такой структурой. Знание природных условий формирования угольных пластов позволит научно обоснованно выявить места возможных выбросоопасных зон на угольных пластах.

Реальное обеспечение безопасности рабочих может быть осуществлено на основе полученных знаний о внутренних процессах в угольном веществе и механизме инициирования внезапных выбросов. При работе в выбросо-опасной зоне обеспечение безопасных условий заключается в управлении газодинамическим состоянием впереди забоя, чтобы исключить внезапное разрушение пласта и выброс метана во время выполнения процессов дегазации пласта, и не допускать оставления локальных объёмов метана под большим давлением в призабойной зоне после дегазации.

Продолжающиеся внезапные выбросы, особенно во время выполнения противовыбросных мероприятий, свидетельствуют об актуальности решаемой в диссертации проблемы, связанной с обеспечением безопасности работ при прохождении выбросоопасных зон на основе управления дегазацией и приведения в невыбросоопасное состояние метаноносных угольных пластов.

Научной проблемой является управление газодинамическим состоянием и приведение в невыбросоопасное состояние метаноносных выбросоопасных пластов при разработке угольных месторождений.

Целью работы является выявление для разработки и обоснования способов управления газодинамическим состоянием выбросоопасного пласта закономерностей образования локальных газовых накоплений и генетических характеристик угольного вещества в выбросоопасном слое, практическая реализация которых обеспечивает безопасность и эффективность проведения выработок в выбросоопасных зонах.

Основная идея работы состоит в устранении газонакопления в выбросоопасном пласте, установленного на основании геологических материалов о формировании выбросоопасной зоны, путём управляемого вымывания опережающих полостей по информации об интенсивности газовыделения, при образовании защитной полосы с постоянным опережением приведённого в невыбросоопасное состояние выбросоопасного слоя.

В работе использовался комплекс методов исследований. Для проверки гипотезы формирования выбросоопасных слоёв в пласте были использованы геологические разрезы угольных пластов Воркутского месторождения по горным выработкам и скважинам, разрезы по пластам, выполненные геологическими экспедициями. Для исследования закономерностей распределения метана в угольном пласте использованы результаты комплексных измерений на особо выбросоопасном участке пласта, выполненные автором и лабораторией внезапных выбросов ВостНИИ. Выполнены лабораторные исследования петрографического состава угольного вещества. Теоретические исследования проводились с целью обоснования молекулярной структуры и надмолекулярной организации угольного вещества, для проверки условий разрушения угольного вещества различного генезиса. Аналитические расчёты применялись для моделирования физико-механических процессов в массиве, определения характеристик напряжённого состояния выбросоопасного слоя и параметров дегазированных и разрушенных зон впереди забоя. Шахтные эксперименты проводились для разработки способов и средств контроля и управления дегазацией призабойного массива пласта.

При разработке молекулярной структуры и надмолекулярной организации угольного вещества были использованы фундаментальные положения коллоидной химии и химии полимеров о свойствах дисперсных систем, прошедших этап коллоидного превращения, и теоретические основы органической химии по синтезу ароматических и гетероциклических соединений. Для проверки достоверности теоретических исследований были использованы фотографии микрочастиц угля, выполненные на электронном микроскопе проф. А. Т. Айруни в ИПКОН РАН.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Расположение выбросоопасных зон в угольном пласте является следствием природных закономерностей формирования свойств торфяника в период его накопления. Выбросоопасные зоны находятся в области влияния крупного геотектонического ритма и представляют собой линзообразные локальные участки слоя малозольного угля, который отложился в результате изменения фациальных и физико-химических условий преобразования органического вещества.

2. Прогноз расположения выбросоопасных зон может быть осуществлён на этапе геологических изысканий с использованием выявленной закономерности по результатам анализа слоевого отложения, связанного с расщеплением пласта и расположенного в зоне влияния геотектонического ритма.

3. При разработке и реализации локальных способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа необходимо учитывать зональность и неравномерность накопления газа в угольном пласте. В выбросоопасном слое пласта сосредоточены основные запасы газа, которые накоплены в локальных объёмах угольного вещества под большим давлением и между которыми располагаются участки слоя с большей зольностью, с меньшей мета-ноносностью и низкой проницаемостью. Суммарное выделение метана из соседних участков выбросоопасного слоя пласта шириной 3,5 — 5 м может отличаться в несколько раз.

4. Зональность внезапных выбросов является следствием зонального расположения условий образования угольного вещества определённого генетического типа. Выбросоопасная зона — это генетически обособленный ме-таноносный участок угольного слоя или пласта, в границах которого во время торфонакопления в определённых фациально-геотектонических условиях сформировалось угольное вещество с молекулярной структурой, которая в процессе гумификации и углефикации не претерпела значительных перестроений энергетических связей и имеет аморфную структуру, высокую пористость и низкие физико-механические параметры.

5. Разрушение угольного вещества в выбросоопасной зоне в массиве до подхода выработки (в условиях объёмного сжатия) происходит в результате разрыва межмолекулярных и межагрегатных связей под действием внешних и внутренних сил. Внешние силы создаются горным давлением вышележащего массива, которое повышается в зоне действия геологических нарушений и в зонах ПГД. Внутренние силы создаются давлением газа, заключённого в угольном веществе. При внезапном выбросе происходит макроразрушение барьерного целика, отделяющего локальные скопления газа от плоскости обнажения (забоя передовой полости или выработки).

6. Эффективность управления газодинамическим состоянием выбросоопасного слоя и приведение его в невыбросоопасное состояние в связи с неравномерностью распространения метана может быть обеспечена на участке с полным разрушением и дегазацией выбросоопасного слоя. При гидровымывании опережающих полостей впереди забоя на участке одноосного сжатия образуется полоса разрушенного горным давлением выбросоопасного слоя. Ширина этой полосы зависит от числа и длины вымываемых полостей, также прочности на сжатие выбросоопасного слоя.

7. Основным условием обеспечения безопасности рабочих в выбросоопас-ной зоне во время выполнения проходческих работ в забое является создание дегазированной и разрушенной защитной (буферной) полосы в выбро-соопасном слое впереди забоя. Разрушение и полная дегазация выбросоопасного слоя происходит при расстоянии между центрами вымываемых полостей не более 1,6 — 1,8 м.

В качестве критерия эффективности дегазации может служить несни-жаемое опережение разрушенных целиков, которые остаются между вымываемыми полостями или выбуриваемыми скважинами. Для условий Воркутского месторождения величина критерия принята равной 50% от ширины разрушенной горным давлением полосы, что обеспечивает безопасное подвигание забоя выработки 5 м/сут.

8. Для обеспечения безопасности рабочих во время выполнения противо-выбросных мероприятий наиболее эффективным и технологичным является вымывание опережающих полостей с непрерывным контролем интенсивности дегазации. Этот способ учитывает снижение физико-механических свойств угля в выбросоопасной зоне и установленные закономерности расположения локальных объёмов газа под большим давлением в выбросоопасном пласте.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Выдвинута и экспериментально обоснована гипотеза о природной (генетической) закономерности формирования выбросоопасных зон в угольных пластах в период торфонакопления при изменении фациально-геотекто-нических и физико-химических условий преобразования органического вещества.

2. Обоснована гипотеза о возможности прогнозирования выбросоопасных зон по фациально-геотектоническим условиям формирования угольных пластов в месторождениях синклинального типа.

3. Выявлена закономерность размещения локальных скоплений метана по слоям и по площади распространения угольного пласта.

4. Разработана теоретическая модель физико-химических процессов в угольном веществе коллоидного генезиса во время формирования аномальных структурно-механических свойств угольного вещества в выбросоопасных зонах.

5. Разработан аналитический метод расчета силовых параметров газа в пласте, энергетических затрат разрушения угольного вещества на межагрегатном уровне горным давлением и заключённым в нём сжатым газом, и параметров барьерной угольной перемычки, разрушаемой метаном при внезапном выбросе.

6. Обоснован критерий эффективности управления газодинамическим состоянием выбросоопасного слоя впереди забоя выработки, а также технологические решения по приведению его в невыбросоопасное состояние.

7. Разработан аналитический метод определения напряжений и деформаций в выбросоопасном слое при вымывании опережающих полостей, позволяющий рассчитать ширину разрушенной и дегазированной полосы в слое в зависимости от параметров применяемого способа, что обеспечивает увеличение темпов проведения выработки.

8. Предложены методы контроля и управления процессом вымывания передовых полостей для дегазации выбросоопасного слоя, которые обеспечивают безопасность работ во время выполнения противовыбросных мероприятий при проведении подготовительных выработок.

Научное значение работы состоит в разработке методологической базы эффективного управления газодинамическим состоянием и приведения в невыбросоопасное состояние метаноносных выбросоопасных пластов при разработке угольных месторождений с учётом их генетических характеристик.

Практическая ценность работы:

— разработаны безопасные технологические схемы выполнения работ в забое при проведении выработок в выбросоопасной зоне;

— разработаны рекомендации по прогнозному выявлению очагов внезапных выбросов по данным геологических изысканий;

— рекомендованы параметры и осуществлено внедрение способа гидровымывания опережающих полостей для дегазации выбросоопасного слоя, повышающие безопасность и скорость проведения выработок в выбросо-опасных зонах;

— разработаны на уровне изобретений и реализованы способы управления газодинамическим состоянием выбросоопасного слоя в угольном пласте, которые обеспечивают безопасность работ во время профилактических мероприятий в забоях горных выработок в выбросоопасных зонах;

— разработаны и внедрены специальные насадки-датчики для управления дегазацией пластов в очагах выбросоопасности, которые обеспечивают безопасность работ и являются основой для разработки автоматических манипуляторов с дистанционной или интерактивной системой управления.

Реализация работы. Рекомендованные параметры гидровымывания опережающих полостей для предотвращения внезапных выбросов были внедрены на шахте «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь» при проведении подготовительных выработок на особо выбросоопасном участке пласта «Мощного». В результате сократилось количество вымываний, увеличилась скорость проведения выработок, повысилась безопасность работ. Во время внедрения были предотвращены выбросы в пяти выбросоопасных зонах, в которых из выбросоопасного слоя выделялось газа от 70 до 103,5 м3/т горной массы. Внезапные выбросы до этого происходили при выделении газа свыше 50 м3/т. Фактический экономический эффект при проведении штрека 1221-С составил 51 758 руб., при проведении штрека 1321-С — 57 667 руб. (в ценах 1988 и 1989 г.).

Насадки-датчики для контроля интенсивности выделения метана во время профилактических работ прошли промышленную проверку на шахте «Комсомольская» и показали хорошие результаты.

На шахте «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь» в 1988 — 1989 г. г. внедрено изобретение «Способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа» с получением экономического эффекта 311 тыс. руб. (Решение Госкомизобретений СССР PC № 60/4 — 13/084 от 25.03.91 г.). Способ был рекомендован Минуглепромом СССР к внедрению на шахтах отрасли. В 1996 г. ОАО «Воркутауголь» приобрело патент на использование с 1 июля 1996 г. этого изобретения на шахтах объединения. Научные и практические результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов горного профиля в Шахтинском институте Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на заседаниях технико-экономичесго совета шахты «Комсомольская» (1988;90 г.) и объединения «Воркутауголь» (1990;91г.) — на заседаниях главного управления охраны труда, техники безопасности и горноспасательных частей Минуглепрома СССР (1986 г.) — на II Международном рабочем совещании (24−27 июня 1997) по проблемам геодинамической безопасностина научно-технических конференциях Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) в 1986 — 99 г. г.- на заседаниях техсовета государственного треста «Артикуголь» (1997 -1998 г.) — на Международных научно-практических конференциях «Неделя горняка-99» (январь 1999 г.) и «Неделя горняка-2000» (февраль 2000 г.), проводимых МГГУ и ИПКОН РАНна научном семинаре кафедр аэрологии и охраны труда и подземной разработки пластовых месторождений МГГУ (22 декабря 1999 г.) и в ННЦ горного производства — ИГД им. А. А. Скочинского (23 декабря 1999 г.).

Основное содержание диссертации опубликовано в 41 научной работе, в том числе в 3 монографиях, 3 брошюрах, 3 авторских свидетельствах и 1 патенте на изобретения.

Автор выражает искреннюю благодарность за ценные консультации, советы и помощь проф., д.т.н. Ю. Н. Кузнецову, проф., к.т.н. А.В. Орешки-ну, проф., д.т.н. А. Н. Дровникову, к.э.н. А. А. Сизякину, к.т.н. В.И. Экгард-ту, доц., к.т.н. В. М. Гончарову, В. П. Бобрецову.

8.3. Выводы по главе.

В результате внедрения технологии проведения подготовительных выработок с применением способа управления газовым состоянием в выбросоопасной зоне можно сделать следующие выводы: 1. Скорость проведения подготовительных выработок на пластах с выбро-соопасным слоем зависит от параметров разрушенной и дегазированной полосы выбросоопасного слоя. Комплекс процессов, связанных с выполнением локального противовыбросного способа, входит в проходческий цикл.

2. На основании уточнённого представления о неравномерности распределения метана в угольном веществе были разработаны и внедрены параметры локальных способов, обеспечивающих безопасность рабочих в забое во время выполнения процессов проходческого цикла. В качестве критерия эффективности принятых параметров принято полное разрушение и дегазация целиков между полостями. Для условий пласта «Мощного» полное разрушение целиков выбросоопасного слоя происходит при расстоянии между вымываемыми полостями не более 1,6 м.

3. Неснижаемое опережение разрушенной и дегазированной полосы выбросоопасного слоя принято равным 40% от дегазированной ширины полосы. При задалживании одной подготовительной смены на выполнение противовыбросных процессов длина вымываемых полостей может быть 15. 17 м, а подвигание забоя выработки за 1 цикл равно 5 м.

4. Экономический эффект получен от внедрения рациональных параметров способа предотвращения внезапных выбросов. На момент подсчёта эффективности средняя скорость проведения штреков на участках длиной 1618 м превышала в 1,8 раза скорость базового варианта. Годовой фактический экономический эффект за счёт увеличения скорости подвигания забоя выработок составил 109,4 тыс. руб. Годовой фактический экономический эффект по шахте за счёт увеличения добычи угля из лавы составил 10,3 тыс. руб. Средний удельный экономический эффект при подготовке запасов угля составил 0,152 руб./ т.

5. Социальный эффект был получен в результате предотвращения 5 внезапных выбросов при проведении штреков на участках длиной 1618 м, на которых метаноносность выбросоопасного слоя превышала 70 м3/т горной массы.

6. Социальный эффект получен за счёт уменьшения риска внезапных вы.

269 бросов и повышения безопасности рабочих в результате внедрения насадки с кольцевым рабочим отверстием и применением вакуумманомет-ра для непрерывного визуального контроля предвыбросной ситуации в забое полости и регулирования скорости подачи гидростава.

7. Фактический экономический эффект в 1988 г. составил 198,9 тыс. руб. В 1989 г. фактическая экономия составила 112,15 тыс. руб. Суммарный фактический экономический эффект в размере 311 тыс. руб. отмечен Решением Госкомизобретений СССР PC № 60/4 — 13/084 от 25.03.91 г. в результате внедрения «Способа борьбы с внезапными выбросами угля и газа» (А.с. № 14 566 011 СССР. Е 21 F 5/00. Бюл. № 5. 7.02.1989. Патент № 1 456 601 с 1.07.1996), что позволило подготовить к выемке запасы угля в количестве 111,7 тыс. т в особо выбросоопасной зоне пласта «Мощного».

8. Суммарный фактический экономический эффект по шахте составил 430,7 тыс. руб. в ценах на момент внедрения.

В 1996 г. ОАО «Воркутауголь» приобрело для применения на шахтах с 1 июля 1996 г. патент на изобретение № 1 456 601 «Способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований осуществлено решение научной проблемы управления газодинамическим состоянием выбросоопасного угольного пласта и приведения его в невыбросоопасное состояние в результате установления выбросоопасных зон, образовавшихся во время торфонакопления, и вымывания опережающих полостей по информации об интенсивности газовыделения, имеющей важное народнохозяйственное значение для угольной промышленности России.

Основные научные и практические результаты работы сводятся к следующему:

1. Формирование очагов внезапных выбросов метана и угля подчиняется природной (генетической) закономерности и отражает изменение фаци-ально-геотектоничес-ких и физико-химических условий преобразования органического вещества в период торфонакопления. Установлено, что все внезапные выбросы газа и угля в Воркутском месторождении произошли из слоёв мягкого угля, образовавшихся между прочными пачками угля в области влияния крупных геотектонических ритмов в слое торфяника, который откладывался в переходных фациях реликтовых озёр в срединной части между линиями затопления торфяника и выклинивания этого слоя.

2. В результате исследований геологических разрезов пластов установлено, что выбросоопасные зоны представляют собой линзообразное скопление малозольного угля. На границах выбросоопасной зоны слой угля замещается углистым аргиллитом элювиального происхождения, а затем по мере удаления от выбросоопасной зоны — алевролитом.

Местонахождение выбросоопасных зон определяется во время геологоразведочных работ в границах развития геотектонических ритмов в пределах месторождения, анализа структурных колонок пластов и величины ме-ждупластья.

3. В результате шахтных исследований установлена неравномерность размещения локальных скоплений метана в слоях и по площади распространения пласта. Наиболее метаноносным является слой выбросоопасным сажистого мягкого угля. По простиранию пласта газонакопление в соседних участках шириной 3,5- 5 м отличается в несколько раз. Газонакопление в выбросоопасном слое и в прочных невыбросоопасных пачках угля пласта «Мощного» изменялось соответственно от 2 до 103,5 м3/т и от 0,9 до 39,3 м3/т горной массы. Минимальное расстояние между локальными объёмами угольного вещества с высокой метаноносностью составляет 1,5. 2 м.

4. В результате шахтных и лабораторных исследований определена метаноносность и структура угольного вещества в выбросоопасных зонах. Внезапные выбросы происходили при метаноносности выбросоопасного слоя более 50 м3/т горной массы. Содержание гелифицированных компонентов в пробах изменялось от 49 до 82%, а фюзинита — от 13 до 39%. Текстура и структура выбросоопасного слоя представлена аморфной массой с крупными порами. Зольность выбросоопасного слоя в очагах выбросов меньше, а вокруг очагов в 2 раза больше, чем зольность прочных пачек. Большое количество глинистых веществ в пограничных зонах слоя с очагами выбросов указывает на фации проточных вод.

5. Осуществлено теоретическое обоснование механизма формирования структуры на молекулярном и надмолекулярном уровне угольного вещества в выбросоопасной зоне. На основании физической теории строения вещества установлено, что зональность внезапных выбросов является следствием зонального расположения фациальных условий образования угольного вещества с аномальной молекулярной структурой, которая в процессе гумификации и углефикации не претерпела значительных перестроений энергетических связей. В основе генетических линий выбросоопасного и невыбросоопасного угольного вещества лежит различие биохимических условий и глубины разрушения органических веществ в щелочной и кислой среде и последующего синтеза структуры молекулы и макромолекулы вещества. Макромолекулы торфа, формирующие выбросоопасную структуру угольного вещества, образуют коагуляционную структуру агрегатов с жидкими прослойками растворителя. Ассоциаты линейных молекул торфа, формирующие плотную невыбросоопасную пачку угля, образуют связно-дисперсную структуру и превращаются в новую фазу в виде глобул. Расчёты показали, что пористость выбросоопасного слоя в 1,8 раза больше, чем прочной пачки угля.

6. В результате теоретических исследований разработана методика расчёта параметров физико-механических процессов в призабойном массиве. Выбросоопасный слой рассматривается как основание типа Фусса-Винклера для вышележащих пачек угля и пластов пород. Определены эффективные параметры и внедрён локальный способ дегазации выбросоопасного слоя. В призабойной зоне выработки образуется полоса разрушенного горным давлением выбросоопасного слоя. За ней следует участок слоя с отрицательным прогибом кровли. На этом участке в выбросоопас-ном слое мягкого угля на надмолекулярном уровне происходят процессы, связанные с уменьшением энергии связи.

7. Развиты теоретические представления о физико-химических процессах в угольном веществе, которые предшествуют внезапному выбросу, и о механизме инициирования и развития выброса. В угольном веществе коллоидного происхождения возможны два типа межагрегатного взаимодействия. В первом типе действуют совместно водородные и ван-дер-ваальсовские связи. Угольное вещество обладает низкой суммарной энергией связи. Разрушение угольного вещества в выбросоопасной зоне до подхода забоя выработки (в условиях объёмного сжатия) происходит в результате разрыва надмолекулярных и межагрегатных связей под действием внешних сил, которые создаются горным давлением вышележащего массива. Теоретическая прочность на разрыв межмолекулярных связей среднестатистического агрегата равна.

3,8 МПа.

Энергия притяжения агрегатов второго типа определяется в основном ван-дер-ваальсовскими силами. Объёмы угольного вещества разрушаются впереди забоя на участке, разгруженном от горного давления. Теоретическая прочность уменьшается до 2,99. 1,26 МПа.

Внутренние силы создаются давлением газа, заключённого в межмолекулярном и межагрегатном пространстве. Разрушение угольного вещества происходит при давлении 3,2 МПа. В прочных слоях угля разрушение угольного вещества может произойти при давлении газа 32 МПа. Инициирование внезапного выброса происходит после частичного разрушения и объединения локальных объёмов угольного вещества с высоким давлением метана. Как только давление газа в этом объёме превысит предел прочности на растяжение барьерного целика, который отделяет скопление газа от забоя выработки, произойдёт силовое макроразрушение целика и вынос газом разрушенного угля в выработку. При метаноносности на этом локальном участке выбросоопасного слоя 50 — 100 м3/т горной массы (давлении метана 36,1 — 43 МПа) и пределе прочности угля в целике 0,1 — 0,05 МПа газ может разрушить перемычку толщиной 1,7 — 2,5 м. 8. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана и внедрена технология выполнения профилактических работ в забое подготовительных выработок в выбросоопасных зонах. Основными принципами обеспечения безопасности приняты:

— принцип буферной (защитной) полосы — подвигание забоя выработки производится в пределах неснижаемой разрушенной и дегазированной полосы в выбросоопасном слое- - непрерывный контроль интенсивности выделения метана из дегазируемого массива выбросоопасного слоя и регулирование скорости подачи рабочего органа;

— применение манипуляторов с дистанционной или интерактивной системой управления для автоматизации управления газовым состоянием угольного массива и вывод людей из забоя на безопасное расстояние во время выполнения профилактических мероприятий.

Неснижаемое опережение разрушенной и дегазированной полосы выбросоопасного слоя принято равным 50% от дегазированной ширины полосы.

В течение 1 подготовительной смены может быть вымыта серия полостей длиной 15 — 17 м, которая обеспечивает безопасное подвигание забоя выработки 5 м/сут.

Непрерывный визуальный контроль интенсивности выделения метана осуществляется при помощи насадки специальной конструкции с кольцевым рабочим отверстием и центральным отверстием, соединённым с ваку-умманометром. Промышленные испытания насадки показали возможность предупреждения предвыбросной ситуации. Для предотвращения внезапного выброса газа необходимо остановить подачу става на забой полости при показании вакуумманометра 0,03 МПа и вывести из полости насадку при показаниях прибора 0,02 МПа. Насадка используется в качестве датчика при автоматизации процессов дегазации массива.

9. По результатам шахтных и аналитических исследований разработан и внедрён способ управления газовым состоянием выбросоопасного слоя в особо выбросоопасных зонах, где в локальных объёмах сосредоточен метан под большим давлением. Над выбросоопасным слоем на расстоянии 0,5 м по невыбросоопасной пачке пласта бурится серия передовых скважин, служащих для частичной дегазации выбросоопасного слоя. Гидровымывание полостей становится безопасным, так как дебит метана из выбросоопасного слоя уменьшается в 3 раза.

10. В результате внедрения технологии реализации способа дегазации выбросоопасного слоя, способа предотвращения внезапных выбросов с рекомендованными параметрами (а.с. № 14 566 011 с 1987 г., патент № 1 456 601 с 1.07.1996) и насадки для непрерывного визуального контроля предвыбросной ситуации получен фактический экономический и социальный эффект.

Фактический экономический эффект получен за счёт увеличения скорости подвигания подготовительных выработок в 2 раза, увеличения суточ.

275 ной нагрузки на лаву и отработки 111,7 тыс. тонн запасов пласта «Мощно го», подготовленных к списанию из-за высокой реакции массива.

Социальный эффект является следствием уменьшения риска внезап ных выбросов, повышения безопасности рабочих в забоях и предотвраще ния 5 внезапных выбросов на участках пласта, метаноносность выбросо опасного слоя на которых превышала 70 м3/т горной массы.