автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Научные основы и комплексные методы оценки выбросоопасных зон угольных пластов

Министерство топлива и энергетики Российской Федерации Российская академия наук Институт горного дела им. А.Л.Скочинского

Р Г б О Д На правах РУК0ПИСН

Кандидат технических наук Борис Михайлович ИВАНОВ

УДК 622.831.322.001

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ И КОМПЛЕКСНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ВЫБРОСООПАСНЫХ ЗОН УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Специальность 05.15.02 - "Подземная разработка месторождении полезных ископаемых". Специальность 05.26.01 - "Охрана труда и пожарная безопасность"

Диссертация

ш соискание ученой степени доктора технических наук а форме научного доклада

Москва 1994

Работа выполнена в Институте горного дела им. А.А.Скочимского.

Официальные оппоненты:

академик РАЕН, проф., докт.техн.наук И.М.Петухов,

проф., докт.техн.наук Г.А.Катков,

член-корр. РАЕН, проф., докт.техн.наук С.А.Ярунин.

Ведущее предприятие - Институт проблем комплексного освоения недр РАН (ИПКОН РАН). ' {) Г /

Диссертация разослана "/Ха^ "/ Л- . / _' "4 г.

бр\ Защита диссертации состоится _г '¥-////____ __ 1994 г.

в /у ч. на заседании специализированного Совета Д;135.05.02 по присуждению ученых степеней Института горного дела имени А.А.Скочинского по адресу: 140004, г. Люберцы Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в секретариате ученого совета Института горного дела им. А.А.Скочинского.

Отзывы в двух экземплярах просим направлять по адресу: 140004, г. Люберцы Московской сйласти, ИГД им. А.А.Скочинского.

Ученый секретарь специализированного совета проф., докт.техн. наук

Н.Ф.Кусов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Настоящий доклад по опубликованным в 1963-1993 гг. работам автора посвящен теоретическому обобщению результатов комплексных шахтных исследований, экспериментально-промышленных работ по научному обоснованию, разработке и внедрению способов прогноза выбросоопасности угольных пластов, а также их зон на стадии геологоразведочных работ и эксплуатации шахт по добыче угля.

Актуальность проблемы. Разработка газоносных пластов угля, особенно коксующегося, на шахтах основных бассейнов СНГ сопровождается газодинамическими явлениями. Наиболее опасными являются внезапные выбросы угля и газа, число которых с увеличением глубины разработки неуклонно растет. Около 90% внезапных выбросов происходит в Донбассе. За последние годы заметно увеличилось число н опасность выбросов в Кузнецком и Карагандинском бассейнах.

Около 100% внезапных выбросов происходит в геологических нарушениях, преимущественно мелкоамплитудных, или в зонах их влияния при различном технологическом воздействии: добыче угля, проведении выработок комбайнами и БВР, бурении шпуров и скважин, работе по углю отбойными молотками и др. Для основных угольных бассейнов и месторождений разработаны способы прогноза выбросоопасности угольных пластов на всех стадиях'геологоразведочных работ и проведения горных выработок. При их применении в различных угольных бассейнах используют разные показатели, приборы и оборудование, что в ряде случаев приводит к ошибкам первого рода, сопровождаемым несчастными случаями из-за низкой достоверности критериев выбросоопасности.

Внезапные выбросы происходят при полностью выполненных протиповыбросных мероприятиях, в период выполнения защитных мероприятий, на ранее невыбросоопасных шахтоплас-тах, представляющих наибольшую опасность. Как показал анализ динамики проявления выбросов по обстоятельствам, 12-20% вне-

запных выбросов происходит при полностью выполненных мероприятиях, что свидетельствует о неэффективности параметров защитных мероприятий, 15-20% - в процессе проведения мероприятий, что говорит о несоответствии данного вида защитных мер конкретным горно-геологическим условиям разработки вы-бросоопасных пластов, 10-20% - впервые на ранее неопасных пластах, что показывает недостаточную научную обоснованность и эффективность внедряемых методов прогноза выбросоопас-ности.

Сказанное определяет актуальность научного обоснования и необходимость совершенствования всех видов прогноза выбро-соопасности угольных пластов на основе результатов исследований для повышения надежности критериев прогнозирования и, следовательно, безопасности ведения горных работ.

Целью работы является разработка научно-методических, технологических и конструкторских решений, обеспечивающих надежность критериев прогноза выбросоопасности угольных пластов и снижение травматизма при ведении горных работ на выбросоопасных пластах.

Идея работы заключается в физическом обосновании на основе современных представлений о причинах и механизме внезапных выбросов угля и газа и практическом использовании , в угольной промышленности комплекса способов и приборов для прогноза выбросоопасности угольных пластов и их зон на всех стадиях геологоразведочных работ и проведения горных выработок.

На защиту выносятся:

1. Концепция прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа, заключающаяся в практическом соединении достоверных знаний о степени выбросоопасности призабойной части газоносных угольных пластов и пород с оптимальными решениями по технологам их разработки. Уровень достоверных знаний о степени выбросоопасности определяется полнотой установления основных закономерностей изменения свойств и состояния среды, контролирующих изменение выбросоопасности. При этом свойства и состояние среды в нетронутом массиве определяют его потенциальную выбросоопасность, в то время как вблизи горных выработок изменение свойств и состояния среды определяют степень фактической выбросоопасности в зависимости от энергоемкости технологического воздействия.

2. Зависимости изменения физических показателей выбросоопасности от горно-геологических условий и технологии разработки угольных пластов, в частности при проведении защитных мероприятий, в геологических нарушениях или зонах их влияния.

3. Методы и критерии регионального, локального и газодинамического прогнозов выбросоопасности угольных пластов и их зон, разработанные на основе энергетически-силовой теории внезапных выбросов, массового определения информативных показателей выбросоопасности, характеризующихосновныефак-торы, использования методов математической статистики и теории распознавания образов.

4. Методология измерения физических показателей выбросоопасности, характеризующих горное и газовое давление в призабойной части пластов, физико-механические свойства, строение и нарушенность угольных пластов при постоянно меняющихся горно-геологических условиях, что требует периодической корректировки объема наблюдений, мест установки датчиков и др.

Обоснованность и достоверность выполненных исследований, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом натурных исследований с корректным использованием теории распознавания образов и их соответствием основным положениям теории внезапных выбросов; положительными результатами промышленных испытаний и внедрения способов прогноза выбросоопасности угольных пластов на шахтах и геологоразведочными экспедициями.

Так, вДонбассепри разработке локального прогноза выбросоопасности исследования комплекса информативных показателей проведены на 161 участке выбросоопасных пластов и 128 участках неопасных пластов; кроме того, на 5 шахтах проведены промышленные испытания метода. В Кузбассе комплекс показателей исследован на 54 участках опасных пластов и на 103 участках неопасных пластов, в Печорском бассейне - на 65 участках опасных и 264 участках неопасных пластов.

При разработке геолого-геофизического прогноза выбросоопасных зон угольных пластов анализу были подвергнуты показатели более 3000 пластопересечекий геологоразведочными скважинами в Донецком и Карагандинском бассейнах, около 10% пластопересечений было подработано горными выработками; выявлена вполне удовлетворительная сходимость прогнозной и фактической выбросоопасности,

При разработке автоматизированного газодинамического прогноза выбросоопасных зон в Донецком и Карагандинском бассейнах критерии были обоснованы обширным числом шахтных исследований. Так, в Донбассе исследования были проведены на 9 шахтах в 28 подготовительных выработках с подвиганием 5030 м, а при промиспытаниях - в 7 забоях с подвиганием 2025 м, в которых было спровоцировано 13 выбросов угля и газа.

Научная новизна полученных результатов состоит: в принципиальном уточнении механизма внезапных выбросов угля и газа, заключающегося в весьма существенной роли защемления вмещающими породами призабойного массива угля и неравномерности технологического воздействия на угольный забой; защемление вмещающими угольный пласт породами призабойного массива вызывается свойствами и состоянием угленосной толщи, скоростью и объемом выемки угля. Быстрое и неравномерное сближение вмещающих пород при выемке способствует увеличению отжима пласта, тонкому дроблению угля, увеличению давления газа в массиве и объема газовыделения. Если выброса не произошло, сближение пород способствует уплотнению призабойного массива, снижению отжима и газовыделения, т.е. ситуация становится невыбросоопасной;

в научном обосновании принципов прогноза выбросоопасности угольных пластов на различных стадиях их разведки и эксплуатации: комплексности показателей выбросоопасности, характеризующих основные факторы; физической существенности показателей и их статистической информативности; достоверности и технологичности их массового измерения;

в установлении взаимосвязей физических показателен угольных пластов и пород со степенью выбросоопасности их зон; в частности, степень выбросоопасности увеличивается с ростом глубины разработки, давления газа и газоносности, связанных между собой; выбросоопасиосгь изменяется с измененном прочности, нарушенное™ н мощности пластов, которые также взаимосвязаны; величина и скорость сближения боковых пород (равно, как и давление газа) взаимосвязаны с выбросоопасностыо и параметрами технологии выемки угля.

Научное значение диссертации состоит в разработке основных положен)!« комплексного использования свойств и состояния угольных пластов и вмещающих пород и характера их изменения в процессе технологического воздействия при конкретных горно-

геологических условиях разработки для надежного прогноза выброс оогтаскых зон.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Решен комплекс задач, связанных с разработкой, широким промышленным испытанием и внедрением критериев регионального (геологоразведочного), локального и текущего (с использованием аппаратуры АКМ) прогнозов выбросоопасности угольных пластов и их зон. Результаты исследований легли в основу ряда отраслевых нормативных руководств и инструкций, утвержденных Госгортехнадзором СССР, Минуглепромом СССР и Мингео СССР.

Внедрение "Временногоруководства по прогнозу выбросоопасности угольных пластов Донецкого бассейна при геологоразведочных работах" при ведении геологоразведочных работ экспедициями Донбасса осуществляется с 1980 г.

"Временное руководство по прогнозу выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород поданным геофизических исследований геологоразведочных скважин в Донецком бассейне" внедряется с 1988 г. Геологоразведочные экспедиции ежегодно внедряют прогноз выбросоопасности на 10-12 разведочных участках.

"Руководство по прогнозу выбросоопасности угольных пластов и отдельных зон на шахтах Донбасса" внедряется в Донецком бассейне с 1972 г., в Печорском - с 1968 г. и Кузнецком - с 1975 г. в течение 2-5 лет. В Донбассе локальный прогноз ежегодно осуществляется в 49-53 шахтах 12 производственных объединений - в 370-380 подготовительных и 345-355очистных забоях.

Текущий прогноз выбросоопасных зон, успешно прошел промышленные испытания в Донецком и Карагандинском бассейнах и рекомендован к внедрению. Продолжаются его испытания в Кузбассе.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались на всесоюзных и международных научно-технических конференциях по проблемам борьбы с внезапными выбросами и безопасности труда в угольной промышленности: Донецк, 1966,1991 гг.; Днепропетровск, 1970 г.; Ростов-Н/Дону, 1973, 1986 гг.; Москва, НТГО, Мингео СССР, 1977. г., ВДНХ СССР, 1980 г.,МГИ, 1982г.; Новочеркасск, НПИ, 1987 г.; Симферополь, СГУ, 1987 г.; НТС Минуглепрома СССР (Москва, ИГД им. А.А.Скочинского, 1987 г., Ленинград, ВНИМИ, 1983, 1988гг.), ЧСФР - 1989г.,КНР-1991, 1992,1993гг.,заседаниях

Центральной комиссии по борьбе с внезапными выбросами угля, породы к газа, ученого совета ИГД им, А.А.Скочинского.

Публикации. Результаты проведенных исследований, включающие научные положения, выводы и рекомендации автора, содержатся в 124 опубликованных работах. В их числе 8 монографий, 12 брошюр, 7 отраслевых методических руководств и инструкций, 21 авторское свидетельство, статьи, тезисы докладов.

2. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

Степень изученности теории и прогноза выбросоопасных зон угольных пластов

В работах автора идеи надежного прогнозирования выбросоопасных зон и угольных пластов на стадии геологоразведочных работ, проведения подготовительных и очистных выработок получили научно-методическое развитие и экспериментальное обоснование. Практически решены важнейшие задачи проблемы борьбы с внезапными выбросами угля и газа, к которым относятся;

экспериментальная проверка ряда научных положений энергетически-силовой теории внезапных выбросов угля и газа [19,28,29,31,34,38,40,42];

научно-методическое развитие способов исследования горно-геологических показателей выбросоопасных угольных пластов, их напряженно-деформированного состояния и газового режима в процессе ведения горных работ [2,20-22,35, 39,55];

разработка и практическое использование методов и средств исследования свойств и состояния углепородной толщи в призабойной части [24, 32, 34,36, 38, 43,51,52];

разработка концепции прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа [1,3, 25,37, 47, 49,50 ];

разработка критериев и практическое внедрение способов геолого-гсофизического прогноза выбросоопасных зон в ряде районов Донецкого и Карагандинского бассейнов поданным геологоразведочного и геофизического исследования скважин [6, 8, 12,14, 15, 18,46,48,53];

разработка критериев и практическое внедрение локального прогноза выбросоопасности угольных пластов Донбасса, Воркуты и Кузбасса [7,'9, 11,13,23,26,27, 30,33,36];

разработка критериев и практическое внедрение газодинамического прогноза выбросоопасных зон с использованием

аппаратуры контроля метана (АКМ) в Донецком и Карагандинском бассейнах [43-45, 54, 56, 57, 591;

исследование сейсмоакустических предвестников изменения выбросоопасности при выемочных работах на базе ЭВМ 158];

разработка алгоритмов и программного обеспечения критериев прогноза выбросоопасности угольных пластов и их зон на основе вероятностно-статистических методов и ЭВМ [14, 15, 43, 44, 48].

Решение перечисленных задач основано на обширных экспериментальных и аналитических исследованиях и практическом использовании их результатов при ведении подземных и геологоразведочных работ в рамках научно-технических программ ГКНТ СССР по проблеме 0.05.05: приложение к Постановлению №415 от 18 ноября 1976 г. "Создать способы и технические средства для разработки выбросоопасных угольных пластов, методы прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа" на 1976-1980 гг.; №475/251 /131 Постановления ГКНТ, Госплана и АН СССР от 12 декабря 1980 г. на 1981-1985 гг.; Постановления ГКНТ СССР №555 от 30 октября 1985 г. на 19861990 гг. и отраслевого плана научных исследований Минуглепро-ма СССР (Проект №4 ОНТП "Уголь России" на 1991-1995 гг.).

Автор являлся одним из научных руководителей этих работ и принимал непосредственное участие в разработке способов и методическом обеспечении исследований различного вида прогнозов выбросоопасности угольных пластов и их зон.

Указанные работы выполнялись при участии ряда ученых из ведущих институтов стран СНГ: ИГД им. А.А.Скочинского: А.В.Докукин, ЮЛ.Худин, В.В.Ходот, И.В.Сергеев, А.Э.Петро-сян, Н.Ф.Кусов, М.Ф.Яновская, Ю.С.Премыслер, Г.Н.Фейт,

A.Г.Хейфец, Б.Г.Суровцев, П.И.Томилин, О.И.Хмара, И.МЛав-роз, О.Н.Малинникова; ВостНИИ: В.И.Мурашов, В.Н.Пузырев,

B.С.Зыков; МакНИИ: А.И.Бобров, В.И.Николин, А.Е.Оль-^ИГТМ: В.Е.Забигайло, Г.А.Шевелев, А.Н.Зорин,

А.М.Курносов; ДГОИМР: Ю.П.Зубарев; ДонНИИ: В.С.Иванов, Г.К.Бойко, И.М.Жимчича; ДонУГИ: В.С.Вереда, А.И.Спохакин; ВНИМИ: И.М.Петухов, А.МЛиньков, В.П.Кузнецов; КазНИИБГП: Е.И.Фоминых, А.В.Антонов; ИПКОН РАН: А.Т.Айруни.

Автор выражает благодарность ученым и специалистам за помощь в проведении совместных исследований.

Теоретическое и экспериментальное обоснование основных факторов, обусловливающих появление внезапных выбросов

Опыт подземной разработки полезных ископаемых, в том числе угольных пластов, показывает, что при проведении горных выработок различного назначения происходит рад динамических и газодинамических явлений: внезапные выбросы угля и газа; внезапные выбросы солиигаза; горные удары; внезапные выбросы породы и газа; внезапные поднятия пород, иногда с катастрофическим прорывом газа; выбросы пород в тоннелях. Эти явления подразделяются на ряд самостоятельных разновидностей: внезапные выбросы породы и газа в шахтах (рудниках) и тоннелях, видимо, близки друг к другу; внезапные поднятия пород, как правило, не квалифицировались как самостоятельные явления, а считались сопутствующими обильным прорывам газа из почвы или горным ударам, хотя и имеющими свою специфику.

Анализ опубликованных в технической литературе данных дает возможность в общем плане проследить за распространением газодинамических явлений и в большинстве случаев сопоставить время (год) появления, глубину возникновения первых явлений, газоносность и прочность горных пород (угля, соли, песчаника, алевролита). Более прочные горные породы разрушаются в форме динамических и газодинамических явлений на большей глубине; более прочные горные породы имеют меньшую газоносность; угольные пласты, склонные к внезапным выбросам угля и газа, являются наименее прочными, наиболее газоносными и впервые начинают разрушаться в форме выбросов на меньшей глубине. Для отдельных шахтопластов различных месторождений минимальная глубина выбросов находится в пределах 120-310 м, для других шахтопластов этих же месторождений минимальная глубина появления выбросов равна 240-800 м; появление первого внезапного выброса угля и газа на конкретном шахтопласте не обязательно соответствует минимальной глубине для данного месторождения.

Прогноз выбросоопасности угольных пластов тесно связан с развитием теории внезапных выбросов, поскольку он невозможен без глубокого понимания причин и механизма этих явлений и особенностей среды, в которой они возникают. Основными задачами прогноза выбросоопасности на всех этапах разведки и разра-

боткн месторождений угля являются выявлений особенностей месторождений, угольных пластов и зон, включая геологические нарушения, в пределах которых вероятны газодинамические явления, и своевременное предупреждение о входе забоя выработки в опасную зону или о переходе пласта в ныбросоопасное состояние.

Результаты исследований причин и механизма внезапных выбросов представлены в трудах А.А.Скочинского, В.В.Ходота, С.А.Христиаиовнча, В.Б.Комарова, И.М.Печука, Л.Н.Быкова, А.М.Карпова, И.В.Боброва, Р.М.Крнчепского, А.И.Кравцова, И.М.Петухова, А.М.Линькова, А.Э.Петросяна, Г.Д.Лидина,

A.Т.Айруни и многих других.

Большинство ученых в настоящее время разделяет точку зрения о комплексной обусловленности причин возникновения внезапных выбросов основными факторами выбросоопасности, высказанную А.А.Скочинсккм и теоретически обоснованную

B.В.Ходотом: газ, горное давление, физико-механические свойства и структура угольного пласта в комплексной взаимосвязи определяют его выбросоопасность.

Комплексные представления о свойствах и состоянии вы-брссоопасных угольных пластов положены в основу разрабатываемых способов прогноза О.И.Черновым, М.С.Анциферовым, В.Е.Забигайло, В.С.Вередой, В.С.Ивановым, В.И.Николиным, В.Н.Пузыревым, Г.Н.Фейтом, Б.Г.Суровцевым, Ю.П.Зубаревым, А.Г.Хейфецем, И.М Лавровым, В.Д.Агоровым и др.

Статистические исследования и практика разработки пластов показывают, что подавляющее число внезапных выбросов угля и газа происходят в геологических нарушениях (особенно мелкоамплитудных) или в зонах их влияния. В то же время лишь 5-15% мелкоамплитудных геологических нарушений подвержены внезапным выбросам угли ¡1 газа. Из этого следует, что изменение структуры, напряженного состояния, газовой динамики и физико-механических свойств угля пластов определяет степень выбросоопасности.

Газодинамический режим уголы/ых пластов

Газодинамический режим выбросоопасиых угольных пластов характеризуется рядом свойств и показателей, к которым в первую очередь можно отнести газоносность пластов вне зоны влияния горных выработок, давление газа, газовыделение из

обнаженных поверхностей пластов и разрушенного угля, газовыделение из различных интерпалов шпуров и скважин, газовыделение при работе по углю, газовыделение из образцов угля, характеризующееся прочих равных условиях,коллекторские свойства угля.

Газоносность пластов. Угольные пласты и вмещающие породы основных месторождений и бассейнов содержат природные газы, которые в генетическом отношении представлены в основном смесью метаморфических газов и газовых компонентов воздуха, проникающих в них с поверхности. Газоносные угольные пласты, опасные по внезапным выбросам, в основном насыщены метаном или углекислым газом с некоторой добавкой других составляющих. Преобладающая часть газа (до 90%) в угольных пластах до глубины 1000-1500 м находится в сорбированном состоянии, что обусловлено большой сорбционной способностью углей.

Максимальная природная газоносность углей различных марок в Донецком бассейне составляет (м3/т беззольной массы): Б - 2-4, Д - 4-8, Г - 8-12, Ж - 12-15, К - 15-20, ОС - 20-26, Т - 26-32, А)0-А|) - 35-40, А]2"А|4 - 10-0. Карта метаморфизма углей Донбасса показывает, что большинство внезапных выбросов происходит на шахтах, разрабатывающих угли марок К, ОС, Т. Примерно такую же газоносность имеют угольные пласты, сложенные мстаморфными углями, в других бассейнах и месторождениях (А.Э.Петросян, А.М.Дмитрисв, 1977).

Природная газоносность угольных пластов увеличивается с глубиной по параболической зависимости, начиная от глубины зоны газового выветривания. Внезапные выбросы угля н газа не наблюдались на пластах с газоносностью менее 6-8 м3/т. Анализ значений газоносности для опасных и не опасных по выбросам пластов квалифицирует газоносность как информативный показатель выбросоопасностн (4, 12, 14),

Давление газа. Давление газа в угольных пластах является одним из основных факторов, определяющих возникновение и развитие внезапных выбросов угля и газа {2,4, 19,37,33 1. Оно не только определяет количество газа, энергия которого расходуется на вынос разрушенного угля нз полости выброса, но и оказывает определенное влияние на напряженное состояние прнзабойной части пластов.

Многочисленные замеры давления газа на различной глубине в горных выработках выбросоопасных и неопасных шах-

топластов показывают, что, чем больше величина давления газа, тем больше число (в среднем) выбросоопаашх шахтопластов. Статистические данные шахтных замеров давления газа в Донбассе, Воркуте и Кузбассе [3, 4, 9] показывают, что на опасных пластах давление газа в среднем в 2-4 раза выше, чем на неопасных.'

На рис. 1 приведены кривые распределения давления газа для 251 опасного шахта пласта и 447 неопасных шахтопластов, показывающих существенное различие по средним выборок (материалы внедрения локального прогноза в Донбассе) {2,4, 7,32 ]. При очистной выемке выбросоопасных угольных пластов впереди движущегося забоя экспериментально зафиксировано местное увеличение давления газа, в 1,5-2,5 раза превышающее давление газа, вне зоны влияния горных раоот [19 ], в то время как в надра-ботанном пласте давление газа повышается незначительно.

Исследовании изменении давленая газа впереди забоя движущейся лавы иа выбросоопасном пласте показывают значительное (о 1,5-3 раза) временное увеличение давления газа (рис. 2 а,б) против точки прохода комбайна и большую динамичность изменения давления газа з пласте в райопе выемкп. "Ядро" повышенного давления газа перемещается синхронно с движением комбайна.

п.у.

О Ь 15 26 37 «

//Л

43 * 59 Р,ат

Рис. I. Распределение выбросоопасных (1) и неопасных (2) пластов Донбасса по величине давления газа. Числа « кол си хая - количество шахтопластов

И

5"

Р.ати ВО

50

4-0

SO

20

10

О 40 80 120 1БО ZOO 2¡h0 2В0 t,4

Рис. 2. Графики изменения давления газа в нризабойном массиве выбросоопасного пласта hg, ш. Калинина:

а - изобары газа в призабойной части пласта в период выемки угля; б -1 - 20-я восточная лава (одиночная); 2 - 15-я западная лава в зоне над работки пластом h^; 3 - подвига пие лав

Замер давления газа весьма трудоемкий процесс. Нами былр разработаны способы на уровне изобретений [19,52 ] и экспериментальные образцы устройств для замера давления газа 124,32].

Поинтервальное газовыделение из шпуров и скважин. Трудоемкость определения давления газа, особенно в движущихся горных выработках, вынудила исследователей отдать предпоч-

тение замерам скорости газовыделения из интервалов шпуров и скважин [28, 31, 34, 36). Для замера газовыделения из массива угля в забое бурят схважину диаметром 43-45 мм, длиной 6-7 м. После окончания бурения второго и последующих метровых интервалов шпур герметизировался, iipn этом оставалась метровая газовая камера. Многочисленные шахтные замеры на шахтах Донбасса и Кузбасса позволили составить типичные схемы скорости газовыделения в функции глубины бурения скважин <рис. 3) {2}.

На рис. Де показано, что при бурении шпуров поинтерваль-но после выемки угля по уровню газовыделення можно выделить 3 зоны: I - зона отжима и разгрузки, характеризуемая максимальным газовыделением; II - зона концентрации напряжений, характеризуемая минимальным газовыделением (многочисленные сопоставительные исследования показывают, что расстояние до минимума газовыделения соответствует величине зоны предельно-напряженного состояния 1ц)\ III - зона' малого влияния выработки на характер газовыделения. На выбросоопасных пластах (в опасных зонах) максимальное газовыделение было в 5-7 раз выше, чем в неопасных.

Скорость газовыделения нами рассматривается как результирующая характеристика свойств и состояния призабой-ной части пласта, отражающая газоносность, напряженное состояние призабойного массива, прочностные а коллекторские свойства угля. Можно четко выделить зону отжима а разгрузки, зону концентрации напряжений и зону малого влияния выработки, имеющие различные значения для опасных и неопасных пластов.

Исследования изменения газовыделения в шпуры и скважины показали (рис. Зд-д) большую величину и неоднородность в зонах геологических нарушений (а), при осадках основной кровли (б), в нетронутом массиве (в) и при различных противовыбросных мерах.

Газовыделение при подвигании забоя. При проведении горных выработок по газоносным угольным шахтоплаетам каждый цикл подвигання, в том числесопровождаемый газодинамическим явлением, сопровождается повышенным газовыделешгем. Подобный характер газовыделения при подвигании выработки может служить существенным признаком выбросоопасности, так как выступает в качестве результирующего показателя газонасыщен-ностн угольного пласта, его напряженно-деформированного со-

стояния, прочностных п фильтрационных характеристик- Использование серийно выпускаемых датчиков замера концентрации метана типа ДМТ и расхода воздуха типа ИСВ в сочетании с замерами шахтных служб автоматизированной газовой защиты дали возможность определить количество газа, выделяющегося при газодинамических явлениях [3, 431, и реализовать на этой основе идеи разработки автоматизированных способов прогноза выбросоопасных зон [5, 44]. Место установки датчиков ДМТ п ИСВ определялось экспериментально {57 ].

Объем газовыделения при выемке угля в виде характерных всплесков концентрации метана над фоновым уровнем определяется по формуле

гае gj - объем газа, выделившегося при выемке угольного пласта, м ; Qi - расход воздуха в выработке в месте установки датчиков ДМТ, м /мин; С[ - содержание метана в исходящей струе воздуха при выемке угля, %; Сф - фоновое содержание метана, %; Тзн -время значимой реакции пласта на ведение работ по углю, мин; t[ - текущее время, мин.

Газовыделение и коллекторские свойства угля. Внезапные выбросы сопровождаются значительным выделением газа, однако, угольные пласты, опасные и не опасные по внезапным выбросам, практически мало отличаются по газоемкосги. Угли опасных по внезапным выбросам пластов характеризуются повышенной скоростью десо рицин газа. Различие углей опасных и неопасных пластов прежде всего определяется степенью нарушенностн (пре-парацкиУ уюи? этих пластов. Более нарушенный уголь способен быстрее отдать содержащийся в нем газ. Пласты, опасные по внезапным выбросам угля п газа, в большинстве своем имеют более сложное строение и большую иарушенность слагающих их пачек по сравнению с неопасными пластами [20,25 ].

При исследовании активности по газу углей пластов, опасных и неопасных по внезапным выбросам, представляло интерес изучение газодинамических свойств этих углей в сочетании с характеристикой их парушенности. Количество газа, которое может выделиться из угля при его разрушении, зависит от степени нару-шенности этого угля и его сороционных свойств. Эта связь выражается уравнениями

т..

(1)

от геологических и горнотехнических условий:

в - пласт 135, ш. "Кочегарка"; 1 - в зоне геологического нарушения, 2 - при нормальном залегании; б - пласт ш. 21-бис; 1 - при осадке основной кровли, 2 - при нормальной кровле; в - пласт К . ш. "Донецкая";

1 - без мероприятий, 2 - в зоне надработки; г - пласт Ь (ш. Заперевалькая; 1 - без мероприятий, 2 - после бурения опережающих скважин; д - пласт Н7 ш. "Заперевалькая; 1 - без мероприятий, 2 - после гидрорыхления; е - типичные эпюры гаэовыделения

<5(,) = 1-

(3)

(4)

где V/ - количество метана, десорбирукнцееся из угля каждой пачки при падении давления на его поверхности от начального до атмосферного; а - сорбционная емкость угля, м3/т; g¡ - количество метана, дссорбирующееся из тонны угля каждой фракции с частицами среднего радиуса К; ^ - содержание в угле фракции среднего радиуса Л, определяемое ситовым анализом угля; дф -

отношение количества газа, десорбировавшегося за время I, к сорбционной емкости угля, рассчитываемое из сорбционных характеристик угля, определенных из опыта; £>,• - средний коэффициент диффузии метана в угле для данного перепада газового давления, рассчитываемый по опытной кривой ¿(¡у, А -

коэффициент адсорбции метана на угле;

где У0 - содержание свободного газа в порах угля; а - сорбционная емкость угля, м3/т, определяется на сорбционной установке; Я -пористость угля; Р /Р0 - отношение начального давления метана в угле к атмосферному; Т (Т0- отношение абсолютных температур; £ - коэффициент сжимаемости метана.

Приведенные уравнения позволяют рассчитать количество метана, которое может выделиться из угля при его разрушении, при условии знания фракционного состава этого угля и его сорбционных свойств.

Количествометана, которое может выделиться из угольного пласта при его разрушении и одновременном падении газового давления на поверхности разрушенного угля от начального до атмосферного, рассчитывалось по формуле:

где К - количество метана, десорбирующееся из тонны угля каждой пачки, мощностью т/, подсчитываемое из опытных данных по уравнениям (2-5).

Можно сделать предварительный вывод, что большинство угольных пластов, из которых по расчету через 10 мин после

(5)

разрушения может выделиться 3,5-4 м3/т газа, опасны по внезапным выбросам угля и газа.

Давление горных пород

Давление горных пород зависит, главным образом, от глубины разработки, структуры, механических свойств и стратиграфии угленосной толщи, наличия зон повышенного горного давления техногенного или природного характера, что в конечном счете определяет эпюру напряжений вблизи забоя угольного пласта. От этого в свою очередь зависит при прочих равных условиях способность призабойной части пласта к разрушению и возникновению внезапных выбросов.

Расчет напряжений в области предельно-напряженного состояния (В.В.Ходот, 1961) наглядно показывает пропорциональный рост вертикальных напряжений^ при увеличении прочности (коэффициента сцепления) К, коэффициента трения на контактах пласта с вмещающими породами / и уменьшении мощности пласта т:

2 Д ,

er, ~KVe~x, <6>

где V, А - константы, зависящие от угла внутреннего трения; х -текущая координата, м.

В запредельной области 0\ равно

Oi =yh [i +x*(r+**)], <7>

где h - глубина разработки угольного пласта; у - удельный вес горных пород; г - радиус или половина диаметра выработки; Ха -расстояние от обнажения пласта; Х-радиус или половина диаметра выработки с учетом области фиктивного увеличения выработки Хср; Хтг+Хср] к"Ъ~ для подготовительных выработок, к-2 -для очистных.

_ m . 0,705 у h Xcp~2jlla—КГ-' . <8)

Таким образом, можно считать, что, если выбросоопасность угольных пластов зависит от величины вертикальных напряжений в призабойной области, то к показателям выбросоопас-ности следует отнести Л, К, т, /, V, А.

Величина зоны предельно-напряженного состояния. Совместное решение уравнений (6-8) дает возможность рассчитать

расстояние от кромки забоя до максимума концентрации напряжений, называемое величиной зоны предельно-напряженного состояния 1Н:

I = (9)

" 2/2 КУ' КУ}

Экспериментальные шахтные исследования глубинного отжима показывают, что ощутимые деформации угольного пласта в сторону выработки на выбросоопасных пластах начинаются с расстояния около 2,8 м, на неопасных пластах - 5,5 м, что удовлетворительно согласуется с результатами исследований гидро-датчнками давления и расчетами по формуле (9).

Если возвратиться к рис. 3,е и результатам многочисленных шахтных исследований поинтервального газовыделения, то можно сделать вывод о существенном различии величины зоны предельно-напряженного состояния для выбросоопасных и неопасных зон [2].

Сближение вмещающих пород. Управление кровлей при разработке угольных пластов - одно из важнейших мероприятий, неправильное проведение которого сказывается прежде всего на производительности труда и технике безопасности. Выбор метода управления кровлей зависит от параметров применяемой системы разработки и ие в меньшей мере от стратиграфии и литологии вмещающих пород, их способности к обрушению. Управление кровлей, шаг посадки, характер обрушения горных пород, безусловно, оказывая влияние на изменение напряженного состояния угольного пласта, увеличивают или уменьшают способность пласта к проявлению внезапных выбросов угля и газа. Судить о степени влияния управления кровлей на выбросоопасность угольных пластов можно по характеру сближения вмещающих пород в прнзабойной части [5, 26, 27, 30, 32 ]. Вследствие выемки угля резко увеличивается скорость сближения вмещающих пород, за счет упругого восстановления и прогиба стремящихся заклинить нризабойную часть пласта и установить новое равновесие [27,30, .12 1.

Исследование сближения вмещающих пород при различных способах выемки показывает значительное увеличение его неоднородности при увеличении ширины вынимаемой полосы (рис. 4) при работе врубовой машины (1), комбайна (2),струга (3). Умещающие породы весьма оперативно реагируют на движение

добычного механизма (рис, 5), вслед за которым движется "ядро" повышенных скоростей сближения вмещающих пород.

О 20 ■40 60 60 100

120

мм

Рис. 4. Сближение вмещающих пород в зависимости от производственных процессов и способа выемки (величины заходки)

Скорость сближения вмещающих пород при прочих равных условиях определяется величиной зависающей консоли и периодически изменяется при подвигании забоя выработки (рис. 5,6). Скорость сближения пород в месте выемки имеет скачкообразный характер [35 ].

Характеристика и стратиграфия вмещающих горных пород. Сложность управления кровлей зависит при прочих равных условиях от структуры, физико-механических свойств слоев вмещающих пород и их склонности к обрушению. Оценка характера вмещающих пород производится по классификации ДонУГИ, включающей б классов горных пород.

Смена I Д Ш Ш Г Ж Ш Ш

Время суток ,V

12 15 20 2>* 8 12 15 20 24-

* > «V. -1«, '—.

I -1 ■ \ -3

У ч 1 1 ^ \ 2 / Ьц^

■ г I I 1 | у

I I 1 1 Г

I I I 1 1

1

ка £ и л зспйп: ■рсЬли В 1.1 емка углп Внизу ла1и вмеика угля ц репера! вчемх-а угля ¿!грх1/ ла1ы

Рабата хомбай-ш $*и»у лаВы Работой репероУ Работа. комбайна И$ерху лььы Посадка, кроьли-

Работа струга, и ремонт ИвсаВш краьмх Работа струга, и рн*оит Посадка кроми

а

^ и И

¡1 '!,' ||

Л,

(Шу

/ / /1

11

а, мм/ч

1,8. 5,б 5,4- и е,м

Ряс. 5. Изменение скорости сближения вмещающих пород (а, мм/ч) при работе комбайна или врубовой машины:

а - изолинии скорости сближения; б - изменение цпри подвиганиилавы

Анализ результатов обследования большого числа шахто-пластов показал, что наличие вмещающих пород I, И, VI классов отвечает наименьшей выбросоопасности угольных пластов; с увеличением средневзвешенной по мощности прочности вмещающих пород (IV, V классы) число выбросоопасных пластов заметно увеличивается [2].

Устойчивость угольных пластов

Многие ученые (В.В.Ходот, Л.Н.Карагодин, В.В.Эз, Л.Е.Штеренберг, В.Ф.Яблоков, Г.Н.Фейт и др.) отмечают большое влияние на выбросоопасность угольных пластов и их зон таких показателей угля пластов, как прочность, нарушенность, мощность и их строение, трение на контактах пласта с вмещающими породами. Эти показатели в конечном счете характеризуют устойчивость угольных пластов и их способность к разрушению под действием нагрузок.

Прочность выбросоопасных угольных пластов является одним из существенных показателей выбросоопасности. Классические способы определения прочностных характеристик угля выбросоопасных пластов, как правило, отличающихся большой тектонической нарушеиностью, были связаны со значительными трудностями, поэтому массовые замеры в шахтных условиях проводились по методикам ИГД им. А.А.Скочянского с

использованием прочностномера П-1 и прибора определения крепости ПОК. Показатель прочности д определялся с учетом величины внедрения / стального конуса в угольную пачку под действием силы стандартной пружины по формуле

0-100-/.

В каждой пачке пласта мощностью более 5 см производилось по 5 замеров на расстоянии 5-10см и определялось среднее значение д.

Рассчитывалось средневзвешенное значение прочности угольного пласта по мощности угольных пачек [4, 7, 9, 13, 25]. Одновременно определялась крепость образцов угля / на приборе ПОК по шкале М.М.Протодьяконова. Корреляция 531 определения д и / показала, что между ними существует достаточно тесная взаимосвязь [34 ]; . '

характеризуемая корреляционным отношением г]-0,83 nf.1-4,7.

Распределение значений / для выбросоопасных и неопасных пластов соответствует нормальному закону и представлено на рис. 6.

Сопоставление средних по выборкам для выбросоопасных и неопасных пластов по критерию Стьюдента t показало их существенное различие с вероятностью более 0,99.

Из рис. 6 следует, что значительное различие прочности опасных и неопасных угольных шахтопластов Донбасса подтверждает физическую существенность и статистическую информативность показателя прочности как признака выбросоопас-ности.

Тектоническая нарушениость (препарация) выбросоопасных угольных пластов определялась по степени нарушенности угольных пачек, согласно классификации, включающей 5 степеней нарушенности [21 ]. Коэффициент препарации угольных пластов устанавливается как отношение мощности пачек различной степени нарушенности к общей мощности пласта. Пачки пласта угля (или пласт в целом) I и II степени нарушенности практически ; не препарированы и характеризуются коэффициентом препарации Кл - 0. Пачки угля (или пласт в целом) IV и V степени нарушенности препарированы полностью, для них Кп - 1; пачки угля III степени нарушенности занимают промежуточное положение, для нихКпт0,5. . .

п.% а

Рис. 6. Распределение угольных шахтопластоз по про*шости, приведенной к нормальному закону распределения:

а - теоретическая кривая нормального распределения пластов по прочности (/V-634;/ср-0,85,С^-0,249);б- 1 -выбросоопасиыхшисгда <ЛГ0№~ 187;

/Ср - 0,57, О^- 0,211); 2 - неопасных пластов (Я11еоп " 447, /ср - 0,94,

0у->0.192). Числа в колонках - количество шахтсгиастов

Коэффициент препарации угольного пласта К определяется по формуле

И11 +Ш2... + тпп * где/Су, ..., - коэффициенты препарации пачек; т/, т3, тп - мощности соответствующих пачек.

Анализ результатов шахтных исследований позволил усы новить вполне определенную зависимость выбросоопасности угольных пластов от их коэффициента препарации (9, 10,21 |.

Коэффициент препарации угалькык пластов АГтесно связан с прочностью пластов ц зависимостью

с коэффициентом парной корреляции г--0,85 и надежносп.ю

Разрушаемость угля пластов, определяемая по ситовом> анализу, является информативным показателем выбросоопагно-сти, тесно коррелирующим обратной связью с прочностью.

Для установления показателя, обратного относительной прочности угля по данным ситового анализа, в шахте из каждой пачки угольного пласта были отобраны пробы угля массой 0,5-0,8 кг, которые были подвергнуты ситовому анализу. Средний размер частиц угля <1 для пласта определялся из формул

где йп - средний размер частиц данной пачки; тп - мощное 11-угольной пачки; - средний размер частиц данной фракции; -доля угля со средним размером частиц <1{, %.

Из анализа выбросоопасности угольных пластов и ириве денного размера частиц следует, что с увеличением й склонность пластов к внезапным выбросам уменьшается (7, 21 ].

Мощность угольных шахтопластов также является инфор мативным показателем выбросоопасности. Так, при прочих рав ных условиях, более мощный угольный пласт менее устойчив н отношении веса горных пород (прочность которых, как правило, значительно выше) и, следовательно, более опасен по внезапным выбросам угля и газа, чем маломощный.

Материалы шахтных исследований подтверждают |21, 25), что мощность выбросоопасных пластов в среднем в 1,5-3 раза выше, чем неопасных.

Строение и сложность структуры выбросоопасных угольны х шахтопластов характеризуется числом пачек и числом плоскостей ослабления между пачками пласта и вмещающими породами: чем их больше, тем менее устойчив и более'вмбросоопасен угольный пласт. Выделяются угольные пачки мощностью более 5 см по прочности, степени нарушенное™, цвету и блеску.

К" 1,314 -0,014?

/1-68,2.

2 • Ь1 100

Анализ результатов исследований показывает, что большинство угольных пластов, состоящих из трех и более пачек, опасны по внезапным выбросам. Число пачек пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, в среднем более чем в два раза превышает число пачек неопасных пластов [3, 5, 7, 21].

С увеличением мощности и числа пачек угольных пластов увеличивается число плоскостей ослабления угольных пластов, проходящих в большинстве случаев между отдельными пачками и на контактах с вмещающими породами, особенно при наличии на контактах примазок, прослойков тонко-разлинзованного углисто-глинистого сланца и зеркал скольжения, характеризующих условия трения.

Плоскости ослабления представлены: наличием плотных контактов, крепкой спайностью угля или пачек угля с породой (практически плоскости ослабления отсутствуют и показатель плоскостей ослабления С1 ■• 0);

наличием слабых контактов и плоскостей ослабления с зеркалами скольжения, примазок и прослойков тонкоразлинзоваи-ного углисто-глинистого сланца (С1~ 1);

наличием контактов средней плотности с шероховатыми плоскостями ослабления, когда угольные пачки лишены сцепления между собой или с породами (в этом случае С1 - 0,5).

Практически число плоскостей ослабления варьируется от 0 до числа пачек С + 1.

Угольные пласты, опасные по внезапным выбросам, о среднем имеют почти в 4 раза больше плоскостей ослабления, чем неопасные пласты [2, 4, 7, 21 ].

Статистические данные по информативным показателям выбросоопасности шахтопластов Донецкого, Печорского и Кузнецкого бассейнов приведены в табл. 1, где в числителе указаны значения признаков выбросоопасных, а в знаменателе - неопасных шахтопластов.

Таблица 1

Название признака Значение признака Среднее квадрати-ческос отклонение Число наблюдений

минимальное максимальное среднее

1 2 ■ 3 4 5 6

Глубина, м 240 120 Донбасс 925 850 688 345 Ж 187 Ж 303

Продолжение табл. I

1 2 3 4 5 6

Давление газа, атм 2 0 12 48 т 19,7 9,5 121 94

Прочность пласта, у.е. (Ц6 0,30 1Ж 1,36 0^58 0,86 0,11 0,08 145 91

На рушен кость пласта, у.е. 0,10 0,01 1,00 0,85 0,49 0,18 0,25 0,18 1?7 93

Мощность пласта, м ш 0,14 1,66 1,10 0,67 0,34 0,30 128 чГ

Число лачек 1 1 10 "9 Мб 1,90 1,88 Т^Т 138 87

Число плоскостей ослабления Л 0 6 5 ио 1,06 1х5| ■ 1,03 126 "94

Содержаний серы, % I 1 5.5 6,1 2,2 4,1 91 70

Воркута

Глубина; м 250 40 640 640 449 275 105 Ш 180 297

Давление газа, атм 2 43. 44 2М 20,0 8,0 10,6 166 228

Прочность пласта, у.е. 0,28 0,62 2,53 М"» 0Л2 ъ,тт 167 315

Нарушенность плаЛа, у.е. 0,05 0,01 0,75 Жзо 0,32 0,13 0,17 0,05 139 7Т

Мощность пласта, м Ш 3,6? 2,26 1,67 0,66 0,56 167 310

Число пачек 1 т 7 Т хзз От 1,28 т!тт 156 зтг

Число плоскостей ослабления 1 т 6 т 3,36 тЖ<г 1,25 ФТ 180 ш

Кузбасс

Глубина, м (КО 75 щ 377 249 ш 68 7 Г 58 51

Давление газа, атм, г ¥ 18 17 й м. 10,5 13. 177

Прочность пласта, у.е Ш 0,43 Об 0,66 0,08 ит 45 т

Нарушенность пласта ОЛИ 0,01 <ш 0,90 йАЗ. 0,24 <171 0,19 51 95

Мощность пласта, м ш 9,08 8,02 3,13 2,60 1М. 1,20 & 95

Окончание табл. 1

I 2 3 4 5 6

Число 1 7 3,26 1Л1. 51

ПЯЧРК 1 I , 2,54 1,03 95

Число илоскос - I 6 из 1,25

теГ! ослабления 1 . 4 1,93 0,80 95

Причины и механизм внезапных выбросов угля и газа

Согласно энергетической теории внезапных выбросов угля и гада существующая вблизи выработок в массиве газоносных горных пород концентрация напряжений может привести в результате воздействия на забой (выемка, проходка, бурение и др.) к внезапному разрушению призабойной части угольного массива. При условии сообщения зоны разрушающегося угля с атмосферой выработки из измельченного угля происходит быстрая десорбция газа, который выносит за собой угольную мелочь. При наличии достаточно большой зоны разрушенного угля де-сорбирукнцийся газ в состоянии вынести измельченный уголь на ■яначитсльное расстояние.

Основными источниками энергии, приводящей к разрушению угля, являются энергия упругой деформации угольного пласта, а также потенциальная и кинетическая энергия горных пород, вмещающих угольный пласт. Эти источники энергии могут быть усилены, если в угольном пласте и вмещающих породах будут иметь место напряжения техногенного и тектонического происхождения.

В процессе внезапного выброса основным источником энергии является свободный и десорбирующийся метан (углекислый газ) и силы веса угля на крутых пластах. Кроме того, для реализации энергии расширяющегося газа в процессе внезапного выброса необходима некоторая минимальная скорость газовыделения, а следовательно, и некоторая минимальная скорость раз-рутения и смещения угля (1-4, 37,39].

Различное сочетание природных свойств угольных пластов, вмещающих пород и технологий угледобычи предопределяет многообразие условий возникновения и форм проявления газодинамических явлений.

Для понимания механизма внезапного выброса необходимо ясно представлять условия напряженного состояния и газодинамического режима угольного пласта вблизи забоя горной выработки. Хотя на эти условия большое влияние оказывает форма горной выработки и темпы ее подвигания, схематически связь между механическими, коллекторскими свойствами угольных пластов, напряженным состоянием, газодинамическим режимом, с одной стороны, и чыбросоопасностыо, с другой, можно представить следующим образом (рис. 7) [3, 4 ].

и малогцхпного (ОД) угольных пластов

При подвигании горной выработки с постоянной скоростью в направлении, указанном стрелкой, в угольном пласте устанавливается напряженное состояние, которое, например, для вертикальной компоненты может быть описано эпюрами напряжений ОВН или ОДМ, кривыми давления газа ОЕР или ОСР. Комбинация ОВН-ОЕР соответствует прочному углю, комбинация (ШМ-СЮР - малопрочному углю. При однородной проч-пост« угля, пород, одинаковых коллекторскнхспойствах и равномерном подвигании выработки будут происходить равномерный отжим угля и постоянное газовыделение на ©бшженин угольного пласта, т.е. обстановка будет безопасной но динамическим явлениям при условии теоретически равномерного подвигания (например 1,5-6 мм/мин, что составит 2-8 м/сут).

Практически ¿«серость шдвиганая забега выработок в период проходческого шп шшвчват щгхжа крайне иерагшомер-

на и изменяется от 0 до 1 м/ч и более в период выемки угля механизмами и мгновенного подвигания забоя при взрывной отбойке. Скорость бурения скважин различного диаметра находится в указанном диапазоне. Крайне неравномерная скорость подвигания способствует весьма неравномерному (скачкообразному) перераспределению напряжений вблизи забоя. В соответствии со сказанным выше схему перераспределения напряжений впереди забоя в период выемки можно представить в сле-

в период выемки угля

При ведении выемочных работ массив угля вблизи движущегося забоя не выдерживает нагрузки, соответствующей крутому подъему эпюры напряжений, деформируется в сторону выработки и переходит в новое предельное состояние с эпюрой напряжений О!В} (на определенный момент выемочных работ); в разрушающейся зоне увеличиваются десорбция, фильтрация и истечение газа.

При быстром переходе из одного напряженного состояния в другое деформация угля не успевает следовать за изменением напряжений и к непосредственному разрушающему воздействию на пласт горного давления добавляется работа разрушения и смещения упругого восстановления; при разрушении увеличивается пустотность угля и газ оказывает давление на большую площадь по сравнению с давлением в порах, т.е. эффективность давления газа увеличивается. На призабойную часть действует заклини-

вающее пласт сближение смещающих пород, значительно увеличивая трения на контактах с пластом и между пачками, что препятствует блоковой деформации пласта в сторону выработки и способствует дроблению угля. Эпюра напряжений 0,В, на рис. 8 при заклинивании соответствует положению 0,В2, однако, послойное разрушение угля каждый раз возвращает ее в положение 0,8,.

При определенном соотношении скоростей разрушения угля и сближения вмещающих пород, одновременно разрушающих и заклинивающих кромку угольного забоя, при достаточно тонком измельчении угля и достаточно высокой его газоносности скорость газовыделения сильно возрастает, образуется поток га-зоуголыюй смеси, устремляющийся в горную выработку. Так возникает внезапный выброс угля и газа при комплексном взаимодействии основных факторов, определенных сочетаниях неустойчивой площади обнажения угольного пласта, схорости разрушения угля и сближения вмещающих пород, обусловленных технологией выемки.

Развитие внезапного выброса угля и газа зависит от объема первоначального разрушенного и отброшенного угля из области Если количество этого угля достаточно для дальнейшего воздействия на напряженное состояние угля в призгбойной области, то высокие напряжения, характеризуемые кривыми О, В, и 0,В2, будут перемещаться в глубь массива (по мере разрушения последовательно обнажаемых частей пласта и отброса их газом) при газодинамическом режиме, характеризуемом большим градиентом давления газа в области ОЕ.

Процесс последовательного разрушения и отброса угля продолжается до тех пор, пока площадь и граница полости выброса не достигают оптимальных размеров и формы, при которых соотношение скоростей разрушения угля и сближения вмещающих пород приводит к затуханию процесса разрушения. Этому способствует разрушенный уголь, заполняющий полость и горную выработку, тормозящий разрушение п смещение кромки, массива, л газовыделение, приводящие к уменьшешпо градиента давления газа вблизи обнажения пласта и образованию более пологах эпюр напряжения, т.е. к самоподбучпвашпо полости выброса: при этом внезапный выброс угля и газа прекращается. Вероятность реальных соотношений градиентов напряжений, давления газа, удсль-пой работы дробления, смещения или защемления угля невелика так же, как и внезапных выбросов угля и газа.

Описанная выше модель возникновения и развития внезапных выбросов относится к наиболее общему случаю разрушения газоносного однородного по свойствам пласта угля и его отброса при обычных колебаниях напряжений и давления газа вблизи обнажения угольного пласта вследствие воздействия на забой.

Проведение горных выработок в крайне неоднородных по прочности, мощности, структуре, газоносности и способности отдавать газ угольных пластах при весьма изменчивой структуре и свойствах вмещающих пород, способных зависать на различных площадях, неравномерной скорости выемки угля и неблагоприятных способах крепления и управления горным давлением (в том числе при подходе и пересечении геологических нарушений) приводит к колебанию в широком диапазоне вероятности возникновения и развития внезапных выбросов угля и газа, равно '; как и формы их проявления. Это разнообразие горно-геологичеСких условий безусловно накладывает заметный отпечаток на общую модель возникновения и развития внезапных выбросов угля и газа, усиливает или тормозит начало, меняет форму и мощность протекания процесса и в конечном счете определяет Силу и вид газодинамического явления.

Таким образом, физическую и математическую модель~вы-бросоопасного угольного массива, способного к проявлению газодинамических явлс: :ий, условно следует рассматривать в качестве Четырех последовательных состояний:

потеИциально-выбросоопасное состояние угольного массива вблизи выработки или вне зоны ее влияния;

потенциально выбросоопасное состояние призабойного угольного массива, достигающее критического в результате технологического воздействия, при котором наиболее вероятно самопроизвольное разрушение массива в форме внезапного выброса;

самопроизвольное разрушение газоносного угольного массива в форме выброса и затухание процесса разрушения угля;

перемещение газоугольной смеси (как составной разрушенной части газоносного массива) в выработку (в сторону убывания Энергетически-силовых градиентов).

Попытки определения с различной степенью приближения каждого из четырех состояний освещены в технической литературе. Понятно, что первые два пункта полностью относятся и к ,№орни прогноза выбросоопасности угольных пластов, прогнозу

внезапных выбросов угля и газа н оценке эффективности защитных мероприятий.

Результаты экспериментальных исследований в основном подтвердили теоретические представления о причинах и механизме внезапных выбросов угля, породы и газа и позволили отработать методики и средства прогноза выбросоопасных зон, разработать концепцию предотвращения внезапных выбросов.

Так, результаты исследований сближения вмещающих пород и давления газа при различной технологии выемки угля на выбросоопасных и неопасных пластах позволили подтвердить и . сделать следующие выводы:

изменение скорости сближения вмещающих пород и давления газа на выбросоопасных пластах значительно (иногда в десятки раз) выше, чем на неопасных, что позволило экспериментально обосновать гипотезу защемления кромки призабойной части выбросоопасных пластов как одну из важнейших притаи развязывания или прекращения внезапных выбросов;

уменьшение ширины вынимаемой полосы и скорости внешен угля значительно снижает неравномерность сближения вмещающих пород.

Результаты исследований процессов газовыделения а шпуры и скважины показали большие абсолютные значения и изменчивость скорости газовыделения в выбросоопасных зонах, вблизи и в зонах геологических нарушений, при осадках основной кровли и резкое снижение их в зонах отработки защитных пластов и в неопасных зонах.

Исследования прочностных, физико-химнчесхих, электрических и других характеристик также показывают их отличие в выбросоопасных зонах, особенно большую изменчивость. В то же время исследования прочности, газоносности, степени метаморфизма углей пластов более четко подтвердили вывод о том, что при достижении определенных значений этих характеристик внезапных выбросов не отмечалось. '

Анализ взаимосвязей глубины разработки, газоносности, давления газа, степени метаморфизма, прочностных свойств и структуры углей пластов при их эксплуатации в различных горно-геологических условиях показывает различные соотношения, обусловливающие возникновение выбросоопасных ситуаций, которые в конечном счете контролируются определенным режимом технологии выемки угля.

Концепция прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа

Руководящая идея (концепция) прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа заключается в практическом соединении достоверных знаний о степени выбросоопасности призабойной части газоносных угольных пластов и пород при всем их разнообразии с оптимальными решениями по технике и технологии их разработки [41].

Уровень знаний о степени выбросоопасности газоносных угольных пластов определяется полнотой исследований по установлению основных закономерностей изменения свойств и состояния среды в нетронутом массиве и вблизи горных выработок во времени и пространстве. При этом свойства и состояние среды в нетронутом массиве определяют его потенциальную выбросоопас-ность, в то время как вблизи горных выработок с учетом потенциальной выбросоопасности изменение свойств и состояния среды определяют степень фактической выбросоопасности в зависимости от энергоемкости технологического воздействия.

Можно предположить, что в перспективе общий объем вы-бросоопасных пластов достигнет 85% числа разрабатываемых газоносных пластов. Объем защитных мероприятий в последнее время постоянно возрастал совместно с ростом числа выбросоопасных шахтопластов. К настоящему времени объем защитных мероприятий стабилизировался, а в ряде случаев стал заметно снижаться.

Разработка и внедрение методов прогноза в ближайшем будущем будут совмещаться или замещаться автоматизированным управлением технологическими процессами.

Методы и средства экспериментального определения показателей выбросоопасности

Теория внезапных выбросов угля и газа дает решение задач по условиям возникновения, прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа. Аналитические решения включают многочисленные физические и физико-химические параметры, которые в лучшем случае можно экспериментально определять в лабораторных условиях. Для инженерных решений, пригодных для использования в шахтах с выбросоопасными пластами, был

разработан ряд методов и средств экспериментального определения показателей выбросоопасности:

способы и приборы для экспериментального замера в шахтах давления газа [19, 24, 32];

способы и приборы для замера напряжений и их изменения в призабойной части выбросоопасных пластов [24, 51, 52 ];

способы и устройства для замера глубинного и поверхностного отжима и замера сближения вмещающих пород [2, 3, 22 ];

методы, приборы и устройства для замера газовыделения и герметизации шпуров и скважин [28, 31,58, 59 ];

методы определения структуры, иарушенности и строения угольных пластов [21, 54, 56 ];

методики лабораторных исследований газовыделения и на-рушенносги проб угля выбросоопасных пластов [2, 25 ].

Указанные способы и средства экспериментального определения показателей выбросоопасности угольных пластов широко использовались при проведении шахтных наблюдений с целью обоснования и разработки методов прогноза выбросоопасных зон [44,53-55].

Методы прогноза выбросоопасных зон угольных пластов на стадии геологоразведочных работ и эксплуатации шахт

С переходом на экономические методы управления производством значение методов прогнозирования возрастает на всех этапах разведки и освоения месторождений.

Прогноз выбросоопасности угольных пластов подразделяется на три стадии.

Региональный прогноз дает предварительную оценку выбросоопасности угольных пластов и месторождений перед их вскрытием стволами и горными выработками на всех стадиях разведки и доразведки шахтных полей с учетом тектонической иарушенности разведуемого района. Прогноз основан на использовании геологической и геофизической информации, полученной при бурении геологоразведочных скважин, и опыта отработки выбросоопасных пластов [8, 12, 14,15, 18, 46, 48,53].

Локальный прогноз позволяет оценивать выбросоопасность угольных пластов периодически в забоях одной или нескольких горных выработок в пределах шахтного поля на основании комплексного изучения свойств и горно-геологических условий разработки угольных пластов и установленных закономерностей. При

локальном прогнозе должны учитываться и уточняться данные регионального прогноза для заблаговременного выявления опасного состояния участков угольных пластов [7, 10, 23, 25, 33]. Условно к локальному прогнозу можно отнести прогноз выбросо-опасности перед вскрытием угольных пластов, имеющий свою специфику. Вопросам разработки локального прогноза угольных пластов в различных бассейнах и месторождениях посвящены публикации многих ученых: О.И.Чернова, Е.И.Фоминых, А.Е.Ольховиченко, В.И.Николина, А.Г.Берзина, В.Н.Пузырева, А.В.Артемова, Г.Д.Фролкова и др.

Текущий прогноз, применяемый для оперативного контроля степени выбросоопасности зон угольных пластов в процессе проведения горных выработок, основывается на результатах непрерывных наблюдений и анализа состояния призабойной части □ластов с регистрацией предупредительных признаков и предвестников динамических явлений - различных шумов и тресков в реальном масштабе времени, связанных с трещинообразоваиием в угле и вмещающих породах, колебаниями газовыделения, деформациями и смещением пласта, кровли и почвы, прежде всего в период различного воздействия на угольный забой. Наибольшее распространение получил текущий прогноз по сейсмоакустиче-ской эмиссии, поинтервальному газовыделению и выходу штыба, по газовой динамике с использованием аппаратуры (АКМ) и ЭВМ АСУ ТП шахт [43, 54, 56 ]. Различные виды текущего прогноза используются для контроля эффективности защитных мер предотвращения внезапных выбросов угля и газа [34,36, 54,58 ].

Региональный прогноз выбросоопасных зон угольных пластов

Региональный прогноз выбросоопасности угольных пластов в настоящее время в странах СНГ осуществляется двумя комплексными способами:

на основе изучения угольного керна геологоразведочных скважин и данных газокернонаборников [6,8,12];

на основе автоматизированной обработки на ЭВМ исходных геофизических измерений в геологоразведочных скважинах и ранжировании угольных пластов по степени выбросоопасности с выдачей прогнозных карт выбросоопасности [14, 15, 18, 46, 48, ; 53].

Разработка методов прогноза выбросоопасности угольных пластов на стадии геологоразведочных работ связана с изучением

комплекса показателей выбросоопасности и установлением статистических критериев разграничения пластов по степени выбросоопасности [6, 8, 12, 18, 47,53]. К таким показателям отнесены в первую очередь: глубина залегания пласта Л, м; степень метаморфизма угля V \ %; газоносность угольных пластов X, м /т; мощность угольных пластов т, м; прочность угольных пластов, выраженная через разрушаемость угля Я, мм"1; сложность строения угольных пластов, характеризуемая числом пачек, С; характеристика вмещающих пород/п, кгс/см2 • 10"2, остаточная и средняя газоносность по маркам угля Х^щ и Хср, м /т г.м.

На основе обширной статистики был определен комплексный показатель выбросоопасности в следующем виде: „¿а/

X —X

в =-у ост (Л +2,2 т + 1,2 С +0,002 Л +0,36 /„), (10)

Лср

где Я —-г-^— ^ ~г; р,- масса 1-й фракции; (11 - средний диаметр 2 Й1 1 ' г-й фракции.

При В > 15 угольные пласты относятся к склонным к внезапным выбросам угля и газа, при В < 15 - к неопасным. Прогноз осуществляется на угольных пластах с выходом летучих веществ V ^ <, 38 % и логарифмом электросопротивления 1др «23,2. Метод прошел широкую промышленную проверку и включен в отраслевой норматив [12 ].

Использование геофизических методов исследования геологоразведочных скважин позволило существенно расширить и углубить наши знания об отличии вкбросоопасных и неопасных зон угольных пластов на основе решения (В.В.Гречухют, 1980) широкого круга геологоразведочных задач.

В настоящее время в мировой практике применяют только методы экспертной оценки бассейнов и месторолсдений по возможным газодинамическим проявлениям.

Нами разработан новый, универсальный метод прогноза газодинамических явлений по геолого-геофизнческим данным углеразведочных скважин в виде "Информационно-прогнозирующей системы выбросоопасности угольных пластов" [8, 15, 18].

Предусмотрены исследования статистических и информационных характеристик обучающих выборок и результатов прогноза для изучения геолого-геофизических свойств исследуемых классов и для классификации отдельных блоков шахтных-полей по степени выбросоопасности.

На последнем этапе выполняется построение прогнозных . карт выбросоопасности угольных пластов на основе графической геологической информации с использованием результатов прогноза и классификации объектов [14, 15, 46 ].

В общей постановке задачи распознавания при прогнозе -выбросоопасности предполагается, что в изучаемом районе имеются два или более классов объектов, описанных некоторым комплексом признаков. Например, выбросоопасные, угрожаемые и неопасные шахтопласты; опасные и неопасные зоны на выбросоопас-ных пластах. При распознавании используется оптимальный комплекс геолого-геофизических показателей, получаемых при геологоразведочном бурении. Из геологических показателей используются наиболее информативные, задействованные в формуле (10).

Регистрация и предварительная обработка геофизических данных (из которых при обработке формируются показатели) осуществляется по общепринятой методике ("Техническая инструкция по проведению геофизических исследований в скважинах". - М.: Гссгеолтехиздат. - 1963. - 198 е.).

Существует два вида записи геофизических диаграмм: поисковый и детализационный.

Диаграммы поискового комплекса с масштабом глубин 1:200 регистрируются по всему стволу скважины и используются для выделения угольных пластов в исследуемом разрезе и лито-логического расчленения разреза скважины.

Диаграммы детализационного комплекса с масштабом глубин 1:20 регистрируются на интервалах рабочих угольных пластов, предварительно выделенных на диаграммах поискового комплекса, и используются для детального изучения структуры, глубины залегания, мощности, строения пластав и качественных характеристик углей.

Используются следующие основные геофизические методы, входящие в стандартный комплекс, и их диаграммы:

измерение электрических свойств методами кажущихся сопротивлений КСрз, КСпз, записанные соответственно градиент- и потенциал-зондами (исходные диаграммы ргк, р"% Ом'м);

гамма-каротаж - ГК (диаграммы интенсивного естественного гамма-излучения - /у, мкР/ч);

плотностный гамма-гамма-каротаж - ГГК-П (диаграммы интенсивности рассеянного гамма-излучения - 1ууп, имп/мин);

кавернометрия - КМ ( диаграммы изменения диаметра скважин - А(1С, мм).

Для записи свойств разреза используется каротажная лаборатория АКС/Л-7 или АЭКС-1500 (900), размещенная на автомобиле.

Для измерения сопротивления пород в скважину опускается зонд, состоящий из 3-х электродов, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Разность потенциалов измеряется между приемными электродами, третий электрод является питающим. В качестве регистрирующего прибора используется осциллограф типа Н-015. В станциях типа АЭКС-1500 (900) используются электронные самопишущие потенциометры (ПАСК). Запись диаграмм в поисковом масштабе производится при скорости подъема зонда не более 1200 м/час, при детализации не более 200 м/ч.

Анализ данных диаграмм поискового а детализационного комплексов геофизических измерений позволяет сформировать исходные признаки для различных литотипоп в виде максимальных, минимальных, средних значений показателен и их размаха Л (разности между максимальным и минимальными значениями).

В результате образуется следующий комплекс показателей выбросоопасности: р£тах, р £ шах, /у шах, /ууопах, Дейтах;

р^ша, р"ши, /ут1о, 1уупхгап, Дс^тт; ргкср, р"ср, 1уср,

1уупср, Д 4 Ф; Я гк, Л % Л/у, Л/уу^ Лд^для характерных лпто-

типов кровли, почвы и угольного пласта.

С помощью алгоритмов распознавания па основе объектов обучения на ЭВМ строится решающее правило, позволяющее относить любой объект, в пашем случае скважину или группу скважин, описанных тем же комплексом признаков, к одному пз рассматриваемых классов.

Следующий этап разработки системы связан с выбором объектов обучения. Поскольку решение прогнозных задач основано иа использовании методов аналогий, то обязательным усло-

вием является наличие эталонных объектов, т.е. данных хорошо изученных геологоразведочных скважин, подработанных горными выработками. Критерием отнесения скважины к тому или иному классу могут быть расположение ее в непосредственной близости от выброса или выбросоопасного нарушения.

Разработанные решающие правила, характерные лишь для участков распространения отдельных марок угля в пределах геологоразведочных районов, в дальнейшем используются для распознавания на исследуемых шахтопластах. Результаты таких классификаций печатаются на ЭВМ в виде вариантов прогнозных карт. Дополнительно выдается числовой материал, характеризующий вероятность отнесения отдельных скважин к тому или иному классу выбросоопасности.

На завершающем этапе составляется заключение о выбросоопасности угольных пластов и разрабатываются скорректированные варианты прогнозных карт.

Для определения параметра пластопересечения относительно разделяющей гиперплоскости вычисляются промежуточные значения

где Ху - вектор признаков, характеризующий пластопересечение; («2 —у«,) - разность векторов средних значений из решающего правила.

Затем определяется алгебраическое расстояние объекта от разделяющей гиперплоскости:

¿к =

гдерк - свободный член уравнения из решающего правила.

При" <1К > 0 вычисляется показатель выбросоопасности в пересчете на шкалу от 0 до 1:

В - 0,5 + 0,5<1К/с1тах,

где <1К - условный показатель выбросоопасности; (/„„, - максимальное значение алгебраического расстояния из решающего правила. Для ¿к < 0

£-0,5-0,5^/^,

где - минимальное значение алгебраического расстояния из решающего правила.

По всем векторам определяются независимые показатели выбросоопасности для пласта, почвы и кровли.

Конечное прогнозное значение пыбрссоопасностн определяется путем нахождения средпей оценки.

Результатом прогноза является форма с указанием шахты, пласта, номера скважины, прогнозными значениями выбросо-опаспостп по кровле, почве, пласту и в целом по пластопересе-чешпо.

В число использованных программ (включая пакеты и программы, разработанные как специально для нее, так и готовые) входят следующие пакеты: введение баз данных, исследование массивов геолого-геофизической информации, программы расчета решающих правил, прогнозирования выбросоопасности угольных пластов, а также несколько вспомогательных систем для контроля качества входной информация.

Локальный прогноз выбросоопасности угольных шахтопластов

Результаты исследований показывают, что в среднем вы-бросоопасность угольных пластов (плотность выбросов на единицу площади выемки или добычи) возрастает с увеличением глубины разработки, мощности пласта, давления газа, прочности вмещающих пород (особенно кровли), парушегаюсти и сложности строения пласта, неоднородности свойств угольного пласта п вмещающих пород; с уменьшением прочности угля и пласта в целом вышеперечисленные признаки выбросоопасности могут быть представлены массой показателей, характеризующих разнообразные свойства и состояние среды {2, 4 ].

Одной из важнейших задач проблемы внезапных выбросов является разработка способа разграничения шахтопластов па опасные и неопасные. Этой цели служит локальный прогноз вы-бросоопастюстп угольных пластов [10,13,22,23,30].

Выбросоопаскость угольных пластов оценивается определенным значением комплексного показателя выбросоопасности. Растет комплексного показателя локального прогноза выбросоопасности угольных пластов .производится по формулам

в =0,5(1 ±Ф%);

2 • Ьг •

где Ф(д - интеграл вероятности с табулированным значением '-V и, =0,2Рлгде РА-Р + 0,Щ

"и

Мп - М-ам\ м1 -' /; - ¿>;; Л- а<?, А, - т,+ус;; щ -» ¡Х(м,-м)2

-ах +р1 С1\Ом =У---. Здесь: 5 - комплексный показатель выбросоопасности; - действующие силы; Р - давление газа, ати; Л - глубина разработки, м; Мп - устойчивость угольного пласта с учетом его неоднородности; Ом - показатель неоднородности; / - обобщенный показатель прочности; д - приведенная прочность пласта; Ь - обобщенный структурный показатель (с учетом мощности пласта); т - мощность пласта; а - структурный показатель; С - число пачек, слагающих пласт; £ и Т}\ £Г, /3, у; а1г - эмпирические коэффициенты, характеризующие соответственно выбросоопасность пластов различных месторождений; нарушен яость и структуру пластов различных месторождений; характер трения пласта с породами и между пачками; м - устойчивость угольного пласта. Значения коэффициентов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Бассейн Значение коэффициентов

§ п а /5 У «1 А й 0« 9

Донецкий 8 0,25 0,16 7,20 0,35 1,35 2,5 8,0 10

Печорский 10 .0,45 0,29 6,60 0,85 0,15 1,45 10,0 8,0 10

Кузнецкий 2,3 0,48 0,26 11,40 1,00 0,10 1,60 5,0 2,5 3,5

На основании конкретных значений Р^ и Мп построена номограмма для определения комплексного показателя выбросоопасности (рис. 9).

Значение комплексного показателя выбросоопасности изменяется от 0 до 100%.

Разделение пластов по категории выбросоопасности осуществляется следующим образом: при В < 22 шахтопласт относится к не опасным по внезапным выбросам; при В > 40 - к опасным по внезапным выбросам; при В от 22 до 40 - к угрожаемым по внезапным выбросам.

Ожидаемая выбросоопасная глубина разработки неопасных шахтопластов Ив определяется с помощью номограммы (см. рис. 9) по формуле

Ая=А +<р(РАВ-РА).

Ще Рдд - значение РА на номограмме в точке пересечения перпендикуляра, восстановленного к абсциссе со значением Мп для данного пласта, с кривой 1; ^»-эмпирический коэффициент.

Рис 9. Номограмма для определения величины комплексного показателя выбросоопасносги угольных шахтопластов. Кривая 1 - граничное значение В - 22

Периодичность обследований регламентируется нормативными документами [7,10, 26 ].

Распределение значений комплексного показателя выбросоопасносги (на примере шахтопластов Донбасса) приведено на рис. 10.

С надежностью 95,97% при доверительной вероятности 0,95 можно утверждать, что комплексный показатель для выбро-соопасных пластов больше или равен 22; с надежностью 99,1% при доверительной вероятности 0,95 можно также утверждать, что комплексный показатель для неопасных пластов менее 22.

На рис. 11 показана взаимосвязь комплексного показателя выбросоопасносги В для 74 шахтопластов Донбасса, на которых произошло 624 внезапных выброса, с плотностью выбросов (отношение числа выбросов к отработанной площади). Из графика видно, что комплексный показатель отражает степень выбросоопасносги угольных пластов [2-4 ]. '

во

го

\ \ ■

\ \ \

* \ Г \ Л -56-

* в_1 ■8$ \ * --! г / ¡В i """■•ЗО"'"'

15

30

45

60 75 80 а

Рис. 10. Распределение неопасных <2 - " ^36; Внеоп - 8,8, Ов- 8,3)

и опасных (1 -//да-324,5^,-61,9,0^-26,1) пластов по величине

комплексного показателя выСршюпасностн. Цифры у точек -число шяхтогошстоа

Рис. 11. Взаимосвязь между комплексным показателем ембросссЕасиости и плотностью внезапных выбросов угля к газа:

о - гмпиричесхиз точки; • - расчетье точки; цифры у точех - число шахтопластов

Текущий прогноз выбросоопасных зон угольных пластов

Выявление характерных особенностей свойств и состояния угольных пластов и зон, в пределах которых вероятны газодинамические явления, и своевременное предупреждение о входе (выходе) забоя в опасную зону или переходе пласта в выбросо-опасное состояние является основной задачей текущего прогноза выбросоопасности при разработке газоносных угольных пластов

Методы текущего прогноза выбросоопасности развиваются в направлении повышения их технологичности, достоверности и безопасности исполнения.

Из всех физических предвестников, которые могут быть использованы для прогноза выбросоопасных зон, наиболее предпочтительными, с точки зрения перспектив автоматизации, являются газовыделение и сейсмоакустическая активность пласта при выемке угля, комплексно характеризующие напряженное состояние массива, газоносность, физико-механические свойства угля и вмещающих пород, структуру и строение пластов.

Критериями способа прогноза, разграничивающими выбро-соопасные и неопасные зоны угольных пластов, являются:

а) коэффициент вариации объемов выделившегося метана /Су, определяемый по формуле

гдеф - объем метана, выделившегося при выемке угольного пласта на 1-м цикле, м3; значение g¡ определяется по формуле (1); Ц -средний объем метана, выделившегося при выемке угольного пласта на опорном интервале, м3; п - число циклов выемки на опорном интервале (п -20).

При вероятности Р ^0,98 критическое значение /Суш0,7; при Ку > 0,7 забой выработки находится в выбросоопасной зоне. Определение критического значения Кут 0,7 иллюстрируют данные рис. 12.

б) критерий А Ку, характеризующий нормированное значение приращения /Су, превышение которого фиксирует переход призабойной части угольного пласта в другое газодинамическое состояние. При Ку < 0,7 критерий Д Ку определяют по формуле

[2,43,44,50,57].

где " значенье нормированной автокорреляционной

функции. При значении Kv < 0,7 и А Kv больше и равном нормированной, зона также фиксируется как выбросоопасная. Р

DJS 0,14

0,12 0,10 0,08 0,05 0,0t 0,0Z

0 0Л 0,8 1,2 К„

Рис. 12. Зависимость вероятности выброса Р от величины коэффициента вариации псгшсскоп концентрации метана Ку (числитель - количество выбросов, знаменатель - число циклов выемки)

Автоматизированный прогноз выбросоопасных зон основан на результатах исследований, проведенных на 9 шахтах Донбасса в 28 подготовительных выработках с общим подвиганием 5030 м, и промышленных испытаниях в 7 подготовительных забоях при 1156 циклах наблюдений и 2025 м подвигания. Во время испытаний было спровоцировано 13 выбросов угля и газа. Ошибки первого рода, когда в не опасной по прогнозу зоне произошел выброс, составили 7,7%. Ошибки второго рода, когда в опасных по прогнозу зонах не было выбросов, составили 20%. При этом к качестве контрольных применялись нормативные способы прогноза. .

Контроль эффективности параметров противовыбросных мероприятий

Опыт разработки выбросоопасных шахтопластов свидетельствует, что среднегодовое число внезапных выбросов угля и газа, несмотря на применение широкого арсенала защитных противовыбросных мер, остается на достаточно высоком уровне.

Большее число внезапных выбросов происходит после полного выполнения защитных мероприятий или п период их выполнения, а также при нарушении параметров мер предотвращения вследствие технической сложности их выполнения. Так, в 19701973 гг. в Донбассе в среднем из 55 внезапных выбросов 15,4% случаев произошло при полностью выполненных мероприятиях и 21,7% случаев - при нарушении их параметров. Это свидетельствует о необходимости разработки и совершенствования способов оценки эффективности параметров мер предупреждения выбросов на основе текущих методов прогноза выбросоопасных зон и контроля реакции массива на проводимые мероприятия [2, 34,36, 43].

МакНИИ разрабатывается и внедряется контроль эффективности параметров защитных мероприятий по динамике газовыделения, ВостНИИ - по поиитервалмюму газовыделепшо и количеству штыба.

Нами на экспериментальной основе разработан способ контроля эффективности защитных мероприятий, учитывающих комплекс показателей, на основе которых определяется критическое значение К3ф:

К — /1'П

кэф~~ у~[ » (1л>

где '¿тлх~ максимальное поиптервальноегазовыделение из шпура, л/мин; £т - газовыделение из интервала шпура вне зоны влияния выработки, л/мин; /- показатель прочности по М.М.Протодьяко-иову, у.е.; 1п - величина зоны предельно-напряженного состояния, м. При Хэф < 4 - защитное мероприятие аффективно [2, 34,36].

Распределение параметров формулы (12) дано в табл. 3.

Данные табл. 3 и рис. 3,е иллюстрируют существенное отличие параметров /,„ Етах, цт в выбросоопасных зонах шахтопластов.

Таблица 3

Угол падения, /н, м «тах>л/мин л/мин Число

ОР ср. (от - до) ср. (от - до) ср. (от - до) шахтопластов

Выбросоопасные зоны

>45 3,27 4,48 Около 0

(2,0-4,5) (2,0-35,0)

4,10 12,5 3,6 52

<20 (2,5-5.5) (0,5-36,5) (0-24,5)

а/н = ± 0,8

Не опасные зоны

>45 4,65 0,52 Около 0

(2,5-7,0) (0,1-14,2)

4,8 3,4 1,14 105

<20 (2,5-7,5) (0-16,0) (0-11,6)

в, =±1,32 'н

Методически контроль эффективных параметров защитных мероприятий можно осуществить, используя выражение критериев регионального прогноза выбросоопасности (формуй ла 10) и локального прогноза выбросоопасности пластов (формула 11). Для этого достаточно для выбросоопасных пластов в левую часть упомянутых формул подставить критические значения К¡¡ф (в первом случае - 15, во втором - 22) и определить необходимую степень дегазации конкретных шахтопластов (насколько снизить в первом случае газоносность пласта, во втором - давление газа, чтобы ситуация стала' невыбросоопасной).

Оценка надежности прогноза выбросоопасности угольных пластов

В настоящее время наиболее актуально оценить надежность методов прогноза в том виде, в котором они применяются на производстве. Фактически это означает только оценку надежности прогноза "неопасно", потому, что судить о надежности прогноза "опасно" нельзя, так как на пластах, признанных опасными, проводятся противовыбросные мероприятия и, следовательно, нельзя считать прогноз "опасно" ложным лишь потому, что выбросов не было.

Для определения надежности различных методов прогноза (в дальнейшем под термином надежность прогноза будем всегда понимать надежность прогнозов "неопасно") предлагается применить некоторый стандартный статистический метод. Оценка надежности производится на основании общего числа прогнозов и числа ошибочных (ложных) из них.

Пусть проведено N прогнозов по некоторому методу и пусть в с1 случаев из них прогноз оказался ложным. Требуется определить надежность метода 1 - а (или максимально возможный % ложных прогнозов ф с некоторой заданной доверительной вероятностью у.

В курсах математической статистики доказывается, что значения а являются решением уравнения (Н.В.Смирнов, И.В.Дунин-Барковский, 1965):

Эти решения для различных значений /V, с? и у зата-булироваиы (Р.С.Судаков и др., 1975).

В связи со статистическим характером рассматриваемого метода оценки надежности прогноза представляется естественным, что даже при отсутствии ошибок надежность прогноза оказывается меньше единицы. Это объясняется конечным объемом выборки и только в пределе, когда количество прогнозов "неопасно" стремится к бесконечности, а ошибки отсутствуют, надежность прогноза стремится к единице.

При достаточно большом объеме выборки и относительно малом количестве ошибок надежность прогноза близка к надежности прогноза при полном отсутствии ошибок, при этом влияние количества ошибок на надежность прогноза уменьшается с ростом общего числа прогнозов "неопасно".

В качестве примера определим надежность локального прогноза ИГД им. А.А.Скочинского.За периоде 1972 по 1935 гг. было дано более 4500 прогнозов "неопасно", что дало возможность отменить текущий прогноз и меры борьбы с внезапными выбросами при проведении подготовительных и очистных забоев. За этот период только одно динамическое явление на шахте "Из-варинская" в 1977 г. было классифицировано экспертной комиссией как внезапный выброс. _______

(13)

1=0

Если число испытаний N велико, а вероятность ложного прогноза а очень мала, формулу (13) можно заменить приближенной формулой

гд

Для нашего случая N ш 4500, (1т 1. Приняв доверительную вероятностьу-0,99, получимЛ-6,65, Тогда вероятность ложного

прогноза« = "лгаут =0,0015 и, следовательно, надежность метода

В диссертации в форме научного доклада на базе экспериментальных исследований и теоретических обобщений решена научно-техническая проблема, имеющая народнохозяйственное значение и заключающаяся в разработке научно обоснованных технических и теоретических решений по созданию и широкому внедрению комплекса методов прогноза выбросоопас-ности угольных пластов и их зон на всех стадиях разведки и эксплуатации месторождений, обеспечивающих повышение безопасности труда при проведении горных выработок по выбросо-опасным угольным пластам.

Основные научные и практические результаты исследований заключены в следующем.

По совершенствованию теории внезапных выбросов:

1. Установлена зависимость величины и скорости сближения вмещающих пород от ширины захвата выемочного механизма: чем больше ширина захвата, тем больше неравномерность, величина и скорость сближения вмещающих пород, особенно в призабойной части выбросоопасных пластов.

2. Установлена зависимость перемещения "ядра" скорости сближения вмещающих пород от перемещения добычного механизма, причем максимальная скорость сближения вмещающих пород Г ядро") отстает на 3-5 м от движущегося добычного механизма, а по величине в 5-15 раз ьыше скорости сближения на расстоянии 10-20 м опт добычного механизма.

3. Установлена зависимость формирования и перемещения максимума ("ядра") давлении газа в 1,5-5 м впереди забоя лавы от

1—0

прогноза« -£500" —и прогноза равна 0,9985.

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

перемещающегося добычного механизма, причем "ядро" давления газа опережает на 3-5 м движущийся добычной механизм, а по величине в 1,5-2 раза выше давления газа на расстоянии 15-20 м от добычного механизма; на невыбросоопасном (надработанном) пласте локальное повышение давления газа также имеет место, но оно лишь на 10-15% выше значений на большем расстоянии от выемочного механизма.

4. Доказано, что перемещение "ядра" скорости сближения вмещающих пород и перемещение "ядра" давления газа вблизи движущегося добычного механизма свидетельствует о существовании явления защемления краевой части пласта, одновременно ускоряющего и тормозящего процесс деформирования (разрушения) призабойного массива и увеличивающего неравномерность его несущей способности; явление защемления призабойной части неопасного пласта также имеет место, но выражено менее четко. Защемление является принципиальным элементом механизма развязывания внезапных выбросов угля и газа. Его величина и скорость зависят от свойств и состояния призабойного массива угля и пород, технологии выемки угля и управления горным давлением. От его параметров зависят величины зон предельно-напряженного состояния и разгрузки, а следовательно, реахция призабойного массива на технологическое воздействие на забой и в конечном счете степень его выбросоопасыости.

5. Установлены или экспериментально подтверждены частные взаимосвязи глубины разработки, газоносности, давления газа, прочности, структуры и метаморфизма угольных пластов между собой и с их выбросоопасностью, что позволило сформировать комплекс показателей выбросоопасности угольных пластов, используемых прн разработке способов прогноза на всех стадиях разведки и эксплуатации месторождения.

6. Разработана концепция прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа, физическая суть которой заключена в практическом соедннешга достоверных знаний о степени выбросоопасности призабойной части газоносных угольных пластов и пород с оптимальными решениями по технике и технологии их разработки.

Пути реализации основной идея ведут к пазработке и внедрению автоматизированных методов контроля состояния призабойного массива и управления технологическим режимом добычи угля. —

7. Разработаны принципы регионального, локального и текущего прогноза выбросоопасных зон угольных пластов, основными из которых являются:

физическая значимость показателен выбросоопасности; комплексность показателен выбросоопасности, в сумме характеризующих все основные факторы принятой теории или гипотезы и отражающих основные свойства и динамику состояния призабойной толщи при технологическом воздействии;

технологичность определения показателей, предполагающих массовое получение информации, в том числе автоматизированным способом;

статистическая существенность (информативность) показателей, характеризующая их значимое различие в выбросоопасных и неопасных зонах;

установление критериев выбросоопасности методами математической статистики и теории распознавания образов;

научно обоснованная периодичность оценки показателей, переноса датчиков, оценки единичного объема информации, согласованного с теорией опробования;

оценка надежности критериев прогноза с установленной доверительной вероятностью;

промышленная проверка критериев прогнозирования выбросоопасных зон с установлением принятой надежности по числу ошибок I и И рода.

По практическому применению на производстве:

8. Разработаны методики, способы и экспериментальные средства определения ряда показателей выбросоопасности на уровне изобретений.

9. Разработаны и внедрены геологический и геофизический методы прогноза выбросоопасных зон на стадии геологоразведочных работ, вошедшие в нормативные отраслевые документы, утвержденные Госгортехнадзором СССР, Минуглепромом СССР, Ммнгео СССР.

"Временное руководство по прогнозу выбросоопасности угольных пластов Донецкого бассейна при геологоразведочных работах", 1980 г.

"Временное руководство по прогнозу выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород по данным геофизических исследований геологоразведочных скважин в Донецком бассейне", 1989 г.

"Методические рекомендации по обработке исходных гео-лого-геофизическнх данных для прогноза выбросоопасности угольных пластов", 1989 г.

Ежегодно критерии, включенные в эти документы, используются геологоразведочными экспедициями на 10-12 разведуе-мыхучастках.

10. Разработаны и внедряются на шахтах Донецкого, Печорского и Кузнецкого бассейнов методы локального прогноза выбросоопасности и выбросоопаснон глубины разработки в виде отраслевых нормативов: "Временная инструкция по прогнозу выбросоопасности угольных пластов Вокутского месторождения"; "Руководство по прогнозу выбросоопасности угольных пластов и отдельных зон на шахтах Донбасса"; "Временная инструкция по локальному прогнозу выбросоопасности шахтопластов Кузбасса".

Руководство ежегодно применяется в 49-53 шахтах 12 объединений - в 370-380 подготовительных и 345-355 очистных забоях Донбасса.

11. Разработан, проверен в промышленных условиях и рекомендован к внедрению автоматизированный метод прогноза выбросоопасных зон по данным аппаратуры контроля метана (АКМ) на шахтах Донецкого и Карагандинского бассейнов.

Основные результаты научных исследований автора изложены в следующих публикациях:

1. Физико-химия газодинамических явлений в шахтах / В.В.Ходот, М.Ф.Яновская, Б.М.Иванов и др. - М.: Наука, 1973. - 147 с.

2. Иванов Б.М. Методические указания по созданию теории и методов прогноза выбросоопасности угольных пластов к контроля эффективности защитных мероприятий. - М.: ИГД им. А.Л.Скочинского, 1977. - 76 с.

3. Исследования процессов возникновения внезапных выбросов угля и газа / Л.Э.Петросян, М.Ф.Яновская, Б.М.Иванов, В.Г.Крупеня. - М.: Наука, 1978. -112с.

4. Иванов Б.М., Фейт Г.Н., Яновская М.Ф. Механические н физико-химические свойства углей выбросоопасных пластов. - М.: Наука, 1979. - 196 с.

5. Петросян Л.З., Иванов В.М., КрупеняВ.Г. Теория внезапных выбросов угля и газа. - М.: Наука, 1983. - 152 с.

6. Прогноз яыбрссоогмсиости угольных пластов и пород при разведке и доразведке месторождении / А.Е.Ольховнченко, Б.М.Иванов, Ю.П.Зубарев и др. - Киев: Наукова думка, 1988. - 128 с.

7. Применение локального прогноза выбросоопасности на шахтах Донбасса / А.И.Спожакин, В.П.Ходыкин, Б.М.Иваноа и др. - М.: ЦПНТГО техники безопасности. - 1988. - 62 с.

3. Иванов Б.М., Суровцев Б.Г., Фалъкович В.М. Современные методы регионального прогноза выбросоопасности угольных пластов: Обзор. - М.: ВИЭМС, 1988.-72с.

9. Иванов Б.М. Временная инструкция по прогнозу выбросоопасности угольных пластов Воркутинского месторождения. - М.: ИГД им. А.А.Скочинского, 1963.-24 с.

10. Руководство по прогнозу выбросоопасности угольных шахтопластов и отдельных зон на шахтах Донбасса / В.В.Ходот, Б.М.Иванов, В.С.Иванов и др. -М.: ИГД им. А.А.Скочннского, 1970. - 41с.

11. Иванов В.М., Гаврилоаа М.М. Временная инструкция по прогнозу выбросоопасности угольных пластов Кузбасса, - М.: ИГД им. А.А.Скочннского, 1970. - 17 с.

12. Временное руководство по прогнозу выбросоопасности угольных пластов Донецкого бассейна при геологоразведочных работах / А.В.Докукин, А.Э.Петроснн, В.М.Иванов, И.М.Жимчича и др. - М.: ИГД им. А.А.Скочннского, 1980. -57 с.

13. Инструкция по разработке угольных пластов, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа. - М.: Недра, 1989. - Разд. 2-3. - С. 23-30.

14. Временное руководство по прогнозу выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород по данным геофизических исследований геологоразведочных скважин и Донецком бассейне / Б.М.Иванов, Б.Г.Суровцев, В.Г.Суровцев и др. - М.: МУ11 СССР, 1989. - 47 с.

15. Методические рекомендации по обработке исходных геолого-ге-офизнчесхих данных дли прогноза выбросоопасности угольных пластов / Б.М.Иванов, Б.Г.Суровцев, Г.М.Грач и др. - М.: ИГД им. А.А.Скочннского, 1989. - 16 с.

16. Руководство по применению автоматизированного метода прогноза «ыбросоопасных зон угольных пластов и контроля эффективности протнвовыброс-ных мероприятий в подготовительных выработках шахт Карагандинского бассейна / И.В.Сергеев, Б.М.Иванов, А.Г.Хейфсц и др. - М.: Уголь России, 1992. - 12с.

17. Промышленные испытания безопасной системы разработки одиночного пологого выбросоопасного пласта с использованием струговой выемки для условий Донбасса / В.В.Ходот, Ф.Д.Шеннков, Б.М.Иванов и др. - M.: ИГД им. А.А.Скочннского, 1963. - 44 с.

18. Опыт прогноза выбросоопасности угольных пластов н вмещающих пород Донбасса по данным геофизических исследований геологоразведочных скважин / Б.М.Иианов, Б.Г.Суровцев, В.М.Фалькович. - M.: ВИЭМС, вып. 7. Э.И., 1988. -50с.

19. Ивана« В.М. Давление газа в угольных пластах, опасных по внезапным выбросам // Науч. сообщ. / Ин-тгорн. дела им. А.А.Скочннского. Вып. XV. - 1962. -С. 70-77.

20. Иванов' В.М., Яновская М.Ф. Газовыделение при разрушении угля пластов, опасных и не опасных по внезапным выбросам // Проблемы рудничной аэрологии: Сб. науч. тр. - М.: АН СССР, 1963. - С. 198-211.

21. Ходот В.В., Ш<г#яков Ф.Д., Иванов В.М. и др. Влияние горно-геологических факторов на возникновение внезапных выбросов угля и газа в шахтах Донбасса // Рудничная аэрогазодинамика и безопасность горных работ: Сб. науч. тр. - М.: Наука, 1964. - С. 95-104.

22. Иванов В.М. Влияние технологии выемки на выбросоопасность угольных пластов // Технология и экономика угледобычи. -1965. - №4. - С. 23-26.

23. Иванов Б.М. Промышленная проверка методов определения выбросоопасности угольных планов на шахтах Донбасса // Технология и экономика угледобычи. - 1965. - №9. - С. 73-76.

24. Иванов В.М. Установка для одновременного замера горного давления и давления газа в угольном пласте: Проспект. - М.: ИГД им. А.А.Скочннского, 1966. - 2 с.

25. Ходот В.В., Иванов Б.М. и др. Физические основы прогноза и предупреждения газодинамических явлений 7/ Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1967. - N25. - С. 7-24.

26. Иванов Б.М. Оценка ьыбросоопасносги угольных пластов Донбасса н Воркутнмского месторождения // Внезапные выбросы угля и паза: Тр. V Всесоюзного НТС по борьбе с анездпнычи выбросами угля и газа. - М.: Недра, 1970. - С. 192-205.

27. Ходот ВВ., Иванов Б.М. О принципах прогноза выбросоопасности угольных шахтопластов // Уголь Украины. - 1970. - N211. - С. 44-46.

28. Иванов Б.М., Гаврилова М.М. Исследование характера газовыделения из шпуров, пробуренных в выбросоопасных шахтопластах // Уголь. - 1971. - N27. -С. 57-60.

29. Иванов Б.М. Особенности распределения напряжений призабойной , части выбросоопасного шахтопласта // Науч. сообщ. / Ин-т горного дела им. А.Л.Скочинского, - 1972. - Вып.94.-С. 108-113.

30. Иванов Б.М. Основные принципы прогноза выбросоопасности угольных пластов // Тез. докл. на VI Всесоюзном совещании по выбросам. - М.: ЦНИЭИуголь, 1972. - С. 1.

31. Иванов Б.М., Хейфец А.Г., ЭстринЮ.Б., Мейтин И.С. Влияние увлажнения угольного пласта на газовыделение п скважины. - М.: ЦНИЭИуголь, 1973. - N211. - С. 9-11.

32. Иванов Б.М., Крупеня В.Г., Ковалев В.И. Кордовый датчик ДДК-1 для замера давления газа в угольных пластах: Информ. лист ИГД им. А.Л.Скочинского. - М., 1973.-No6814. - 2с.

33. Япанов Б. М. Некоторые вопросы прогноза выбросоопасности угольных пластов // Вопросы теории выбросов угля, породы и газа: Сб. науч. тр. - Киев: Наукоаа думка, 1973. - С. 26-41.

34. Иванов Б.М., Хейфец А.Г. К оценке эффективности мер предупреждения внезапных выбросов угля и газа // Науч. сообщ. / Ин-т горного дела им. А.Л.Скочинского, 1974. - Вып. 121. - С. 13-18.

35. Иванов Б.М., Хейфец А.Г., Эстрин. Ю.Б. Исследование характера сближения боковых пород// Уголь Украины, - 1976.- N22. - С. 43-44.

36. Иванов Б.М., Борисенко А.А., Хейфец А.Г. Выбросоопасность и эффективность мер борьбы с внезапными выбросами // Безопасность труда в промышленности. - 1977. - N24. - С. 52-55.

37. Петросян A3., Иванов Б.М. Причины возникновения внезапных выбросов угля и газа // Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа: Сб. лауч. тр. - М.: Недра, 1978. - С. 3-61.

38. Иванов Б.М., Бухны Д.Я, Дмитриев А.М. Связь безопасного по выбросам давления газа в угольном пласте с прочностью угля // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело: Реф. сб. - М.: ЦНИЭИуголь, 1978. - N212. - С. 7-8.

39. Сергеев И.В., Иванов Б.М., Дмитриев А.М. и др. Статистический анализ существенности влияния отдельных природных фахторов на выбросоопасность угольных пластов // Науч. сообщ. / ИГД им. Л.А.Скочинского. -1979. - Вып. 182.-С. 19-26.

40. Иванов Б.М., Матнникова О.Н., Томилин П.И. К методике расчета баланса энергии при внезапных выбросах угля и газа // Науч. сообщ. / Ин-т горного дела им. Л.А.Скочинского. - 1980. - Вып. 186. - С. 64-70.

41. Иванов Б.М. Научные основы прогноза выбросоопасности угольных пластов и контроля эффективности защитных мероприятий: Тез. дохл. Всесоюэн. науч.-техн. семинара, 25-27 ноября. - М., ЦНИЭИуголь, 1980. - С. 3.

42. Сергеев И.Б., Иванов Б.М., Устинов Н.И., Пак B.C. Газовыделение из вмещающих пород на глубоких горизонтах // Науч. сообщ. / Ин-т горного дела им. А.Л.Скочинского. - 1983. - Вып. 222. - С. 39-42.

43. Иванов Б.М., Хейфец А.Г., Томилин П.И. Выбор критериев прошоза внезапных выбросов угля и газа по метановыделению при сотрясательных Срываниях // Науч. сообщ. / Ин-т горного дела им. А.А.Скочинского. - 1983.-Вып. 217.-С. 83-87.

44. Иванов Б.М., Хейфец А.Г., Аюров В.Д. Автоматизированный способ прогноза выбросоопасных зон угольных пластов на шахтах Донбасса // Ин-т горного дела им. А.А.Скочинского, 1986. - Вып. 252. - С. 70-74.

46. И панов Б.М., Суровцев Б.Г., Суровцев В.Г. Испытание метода прогноза выбросоопасностн по геофизическим данным геологоразведочных скважин // Уголь Украины. - 1989. - N22. - С. 38-39.

47. Сергеев И. В., Иванов Б. М. Концепция борьбы с внезапными выбросами угля, породы и газа // Сб. докл. на 24-й Междунар. конф. по безопасности. -Донецк, 1991.-С. 445-452.

48. Иванов Б.М., Суровцев Б.Г., Грач Г.М. Исследование зональности проявлений внезапных выбросов на угольных пластах Донецкого бассейна // Известия ИГД им. А.А.Скочинского. - М., 1991. - N21. - Cl 13-117.

49. Сергеев И.В., Иванов Б.М. Состояние разработки способов прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа // Внезапные выбросы угля и газа, рудничная аэрология: Науч. сообщ. / Ин-т горного дела им. А.А.Ско-чинского, 1992.-С. 89-95.

50. Худин Ю.Л., Сергеев И.В., Иванов Б.М. Научно-технические аспекты решения проблемы предотвращения газодинамических явлений в угольных шахтах // Безопасность труда в промышленности. - 1993. - N29. - С. 6-9.

51. A.c. 333586 СССР. Устройство для замера напряжений в приэабойной зоне горных выработок / Б.М.Иванов. - Бюл. N23 // Открытия. Изобретения. -

1969.-N23.-С. 10.

52. A.c. 279125 СССР. Гидравлический датчик давления / С.С.Хосидова, Б.М.Иванов, В.Г.Крупеня, В.И.Ковалев. - Бюл. N226 // Открытия. Изобретения. •

1970.-N226.-С. 121.

53. A.c. 1046542 СССР. Способ прошоза выбросоопасности угольных пластов / Б.М.Иышов, Н.К.Сгумак, Н С.Вереда и др. - Бюл. N237 // Открытия. Изобретения. - 1983. - N237. - С. 143.

54. A.c. 1208270 СССР. Способ определения выбросоопасных участков призабойной части угольного пласта / Б.М.Иванов, А.Г.Хейфсц, В.Д.Аюров и др. - Бюл. №4//Открытие. Изобретения. - 1986. - N24. - С. 190.

55. A.c. 1328547 СССР. Способ определения безопасных зон выемки в призабойной части выбросоопасного угольного пласта / В.Д.Аюров, Б.М.Иванов, А.Т.Курносов. - Бюл. N229 // Открытия. Изобретения. - 1987. - N229. - С. 153.

56. A.c. 1420185 СССР. Способ обнаружения аномальных участков газоносного угольного пласта / В.Д.Аюров, Б.М.Иванов, А.Г.Хейфецндр. - Бюл. N232 //Открытия. Изобрстени».- 1988.-№32.-С. 137.

57. A.c. 1439267 СССР. Способ определения мест установки га-юизмернтелыюй аппаратуры в горных выработках / В.Д.Аюров, Б.М.Иванов, К.К.Бусыгин н др. - Бюл. N243// Открытия. Изобретения. -1988. - N243. - С. 134.

58. A.c. 1504788 СССР. Способ контроля состояния массива призабойной части выбросоопасных угольных пластов / А.Г.Хейфец, Б.М.Иванов, В.Д.Аюроа и др. - Бюл. N230 // Открытия. Изобретения. - 1989. - N230. - С. 136.

59. A.c. 1550172 СССР. Способ идентификации суфляров / В.Д.Аюров, И.В.Сергеев, Ь.М.Иванов. • Бюл. N210 // Открытия. Изобретения. - 1990. • NälO.- С. 153.

Кандидат технических наук Борис Михайлович ИВАНОВ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ И КОМПЛЕКСНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ВЫБРОСООПАСНЫХ ЗОН УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Диссертация ш соискание ученой степени доктора технических на ух ■ форме научного доклада

Подписано к печати 22.09 94 г. 3 уч.-изд. л. Изд. №10032. Тираж 100 экз. Тип. зяхЗ/^

Институт горного дела им. Л.А.Скочинского. 140004, г. Люберцы Моск. обл. ТЧшографи«: 140004, г. Люберцы Моск. обл.