автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.04, диссертация на тему:Управление газодинамическим состоянием выбросоопасного пласта при проведении выработок с учетом генетических характеристик месторождения

На правах рукописи

КОЛЕСНИЧЕНКО Евгений Александрович

РГВ од

£ 7 Апр 20:)я

УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ ВЫБРОСООПАСНОГО ПЛАСТА

ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ВЫРАБОТОК С УЧЁТОМ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Специальность 05.26.04 - «Промышленная безопасность» Специальность 05.15.02- «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автор еф ер ат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте)

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. ЯРУНИН С.А. докт. техн. наук, проф. МАТВИЕНКО Н.Г. доктор техн. наук, проф. ИВАНОВ Б.М.

Ведущая организация: Научно-технический центр «Промышленная безопасность» Госгортехнадзора РФ (г. Москва)

Защита диссертации состоится ¿¿-^ьёи^ 2000 г.

в У/ час. &д мин. на заседании диссертационного совета

Д-053.12.02 в Московском государственном горном университете по адресу; 117935, Москва, В - 49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан « ^ » ,/¿<22000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

докт. техн. наук, проф. КУЗНЕЦОВ Ю.Н.

7/Л?/ //- / О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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

Для обеспечения безопасности работ предложен и реализуется ряд региональных и локальных способов предотвращения внезапных выбросов на основе дегазации угольных пластов. На шахтах при разработке одиночных пластов или не защшцённых региональными способами участков наибольшее распространение получили локальные способы. Производственный опыт показывает, что эти способы, во-первых, не всегда обеспечивают защиту рабочих во время выполнения рабочих процессов в забое, и, во-вторых, не обеспечивают защиту рабочих при выполнении противовыбросных мероприятий. Отсутствует надёжный способ прогнозного выявления выбросоопасных зон. В настоящее время нет данных о закономерностях распространения в угольном пласте метана, энергия которого реализуется во время газодинамического явления, и о состоянии угольного вещества в выбросоопасных зонах, что не позволяет надёжно обеспечить безопасность работ в забое подготовительных выработок, и, в первую очередь, во время вскрытия выбросоопасных очагов передовыми скважинами. До сего времени отсутствуют работоспособные способы получения информации об эффективности дегазации, определения предвыбросной ситуации в забое и предупреждения рабочих.

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

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

Продолжающиеся внезапные выбросы, особенно во время выполнения противовыбросных мероприятий, свидетельствуют об актуальности решаемой в диссертации проблемы, связанной с обеспечением безопасности работ при

прохождении выбр о со опасных зон на основе управления дегазацией и приве дения в невыбр о со опасное состояние метаноносных угольных пластов.

Целью работы является выявление для разработки и обоснования спосо бов управления газодинамическим состоянием выбросоопасного пласта зако номерностей образования локальных газовых накоплений и генетических ха рактерисгше угольного вещества в выбросоопасном слое, практическая реали зация которых обеспечивает безопасность и эффективность проведения выра боток в выбросоопасных зонах.

Основная идея работы состоит в устранении газонакопления в выбросо опасном пласте, установленного на основании геологических материалов с формировании выбросоопасной зоны, путём управляемого вымывания опере жающих полостей по информации об интенсивности газовыделения, при об разовании защитной полосы с постоянным опережением приведённого в не выбросоопасное состояние выбросоопасного слоя.

Методы исследований. В работе использовался комплекс методов иссле дований. Для проверки гипотезы формирования выбросоопасных слоёв в пла сте бьши использованы геологические разрезы угольных пластов Воркутскогс месторождения по горным выработкам и скважинам, разрезы по пластам, вы полненные геологическими экспедициями. Для исследования закономерностей распределения метана в угольном пласте использованы результаты комплекс ных измерений на особо выбросоопасном участке пласта. Выполнены лабора торные исследования петрографического состава угольного вещества. Теоре тические исследования проводились с целью обоснования молекулярное структуры и надмолекулярной организации угольного вещества, для проверю условий разрушения угольного вещества различного генезиса. Аналитически! расчёты применялись для моделирования физико-механических процессов I массиве, определения характеристик напряжённого состояния выбросоопас ного слоя и параметров дегазированных и разрушенных зон впереди забоя Шахтные эксперименты проводились для разработки способов и средств кон троля и управления дегазацией призабойного массива пласта.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1 .Расположение выбросоопасных зон в угольном пласте является следстви ем природных закономерностей формирования свойств торфяника в перио; его накопления. Выбросоопасные зоны находятся в области влияния крупной геотектонического ритма и представляют собой линзообразные локальные уча стки слоя малозольного угля, который отложился в результате изменения фа циальных и физико-химических условий преобразования органического веще ства.

2. Прогноз расположения выбросоопасных зон может был. осуществлён нг этапе геологических изысканий с использованием выявленной закономерно сти по результатам анализа слоевого отложения, связанного с расщеплением пласта и расположенного в зоне влияния геотектошпеского ритма.

3. При разработке и реализации локальных способов предотвращения вне запных выбросов угля и газа необходимо учитывать зональность и неравномер ность накопления газа в угольном пласте. В выбросоопасном слое пласта сос редоточены основные запасы газа, которые накоплены в локальных объёма? угольного вещества под большим давлением и между которыми располагают-

ся участки слоя с большей зольностью, с меньшей метаноносностыо и низкой проницаемостью. Суммарное выделение метана из соседних участков выбро-соопасного слоя пласта шириной 3,5 - 5 м может отличаться в несколько раз.

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

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

6. Эффективность управления газодинамическим состоянием выбросо-опасного слоя п приведение его в невыбросоопасное состояние в связи с неравномерностью распростране1тя метана может быть обеспечена на участке с полным разрушением н дегазацией выбросоопасного слоя. При гидровымывании опережающих полостей впереди забоя на участке одноосного сжатия образуется полоса разрушенного горным давлением выбросоопасного слоя. Ширина этой полосы зависит от числа и длины вымываемых полостей, также прочности на сжатие выбросоопасного слоя.

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

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

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

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:

удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований управляемой дегазации выбр о со опасного слоя впереди забоя выработки и параметров дегазированной и разрушенной защитной полосы при вымывании опережающих полостей (расхождение не более 20 %);

представительным объёмом шахтных исследований распределения метана по слоям и по площади распространения метаноносных угольных пластов (более 1300 м в выбросоопасных зонах, в том числе до и после внезапных выбросов);

экспериментальным подтверждением изменения газодинамического состояния выбросоопасного слоя впереди забоя выработки и способа контроля и управления интенсивностью дегазации при вымывании опережающих полостей, что обеспечивает эффективную и безопасную отработку запасов высокогазоносных угольных пластов в выбросоопасных зонах;

положительным опытом внедрения технологических и технических решений по управлению газодинамическим состоянием и предотвращению внезапных выбросов на шахтах Воркутского месторождения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

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

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

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

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

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

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

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

8. Предложены методы контроля и управления процессом вымывания передовых полостей для дегазации выбросоопасного слоя, которые обеспечива-

от безопасность работ во время выполнения противовыбросных мероприятий гри проведении подготовительных выработок.

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

Практическая ценность работы:

- разработаны безопасные технологические схемы выполнения работ в ¡абое при проведении выработок в выбросоопасной зоне;

- разработаны рекомендации по прогнозному выявлению очагов внезап-п»1х выбросов по данным геологических изысканий;

- рекомендованы параметры и осуществлено внедрение способа гидро-$ымывания опережающих полостей для дегазации выбросоопасного слоя, по-¡ышающие безопасность и скорость проведения выработок в выбросоопасных юнах;

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

- разработаны и внедрены специальные насадки-датчики для управления {егазацией пластов в очагах выбросоопасности, которые обеспечивают безо-тасносгь работ и являются основой для разработки автоматических манипу-гаторов с дистанционной или интерактивной системой управления.

Реализация работы. Рекомендованные параметры гидровымывания опе-зежающих полостей для предотвращения внезапных выбросов были внедрены 1а шахте «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь» при проведении подготовительных выработок на особо выбросоопасном участке пласта «Мощного». В результате сократилось количество вымываний, увеличилась скорость проведения выработок, повысилась безопасность работ. Во время внедрения были 1редотвращены выбросы в пята выбросоопасных зонах, в которых из выбросоопасного слоя выделялось газа от 70 до 103,5 м3/т горной массы. Внезапные )ыбросы до этого происходили при выделении газа свыше 50 м3/т. Фактичес-сий экономический эффект при проведении штрека 1221-С составил 51,8 тыс. )уб., при проведении штрека 1321-С - 57,7 тыс. руб. (в ценах 1988 и 1989 г.).

Насадки-датчики для контроля интенсивности выделения метана во вре-1Я профилактических работ прошли промышленную проверку на шахте <Комсомольская» и показали хорошие результаты.

На шахте «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь» в 1988 - 1989 г.г. внесено изобретение «Способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа» с юлучением экономического эффекта 311 тыс. руб. (Решение Госкомизобрете-шй СССР РС № 60/4 - 13/084 от 25.03.91 г.). Способ был рекомендован Мин-/глепромом СССР к внедрению на шахтах отрасли. В 1996 г. ОАО «Воркута-толь» приобрело патент на использование с 1 шоля 1996 г. этого изобретения и шахтах объединения. Научные и практические результаты работы исполь-;уются в учебном процессе при подготовке специалистов горного профиля в Лахтинском институте Южно-Российского государственного технического 'ниверситета (Новочеркасского политехнического института).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на заседаниях технико-экономичесго совета шахты «Комсомольская» (1988-90 г.) и объединения «Воркутауголь» (199091г.); на заседаниях главного управления охраны труда, техники безопасности и горноспасательных частей Минуглепрома СССР (1986 г.); на II Международном рабочем совещании (24-27 июня 1997) по проблемам геодинамической безопасности; на научно-технических конференциях Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) в 1986 - 99 г.г.; на заседаниях техсове-та государственного треста «Артикуголь» (1997 -1998 г.); на Международных научно-практических конференциях «Неделя горняка-99» (январь 1999 г.) и «Неделя горняка-2000» (февраль 2000 г.), проводимых МГГУ и ИПКОН РАН; на научном семинаре кафедр аэрологии и охраны труда и подземной разработки пластовых месторождений МГГУ (22 декабря 1999 г.) и в ННЦ горного производства - ИГД им. A.A. Скочинского (23 декабря 1999 г.).

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

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, восьми разделов, заключения и 3 приложений и содержит 79 рисунков, 26 таблиц и список литературы из 174 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность за ценные консультации, советы и помощь проф., д.т.н. Ю.Н. Кузнецову, проф., к.т.н. A.B. Орешкину, проф., д.т.н. А.Н. Дровникову, кэ.н. A.A. Сизякину, к.т.н. В.И. Экгардгу, доц., к.т.н. В.М. Гончарову, В.П, Бобрецову.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ теории и практики обеспечения безопасности работ на выбросоопасных пластах. Опыт отработки выбросоопасных участков показал, что внезапные выбросы в забое происходят как во время выполнения проходческих работ, так и при выполнении локальных противовыбросных мероприятий. Локальные способы не всегда эффективны из-за неправильно выбранных параметров. Наибольшей опасности подвергаются рабочие, выполняющие противовыбросные мероприятия, связанные с вымыванием передовых полостей или выбуриванием скважин, через которые осуществляется дегазация пласта и в любой момент возможно вскрытие локальных полостей с газом под большим давлением.

Для обеспечения безопасности работ на выбросоопасных пластах необходимо иметь достоверные сведения о местонахождении выбросоопасных зон, распределении газа в пласте, механизме инициирования выброса и иметь способы контроля дегазации и эффективности приведения пласта в невыбросо-опасное состояние. В связи с этим, исследования учёных были направлены на изучение источников энергии разрушения угля и разработку способов предотвращения внезапных выбросов.

Существенный вклад в решение проблемы борьбы с газодинамическими явлениями внесли ученые А.Т. Айруни, К.А. Ардашев, Я.А. Бич, И.В. Бобров,

\.А. Борисов, A.A. Борисенко, Л.Н. Бьпсов, В.Е. Забигайло, Б.М. Иванов, В.В. <олесников, В.Г. Крупеня, Г.Д. Лидии, A.M. Линьков, А.В.Лисуренко, Н.Г. Матвиенко, В.И.Николин, А.В.Орешкин, А.Э.Петросян, И.М.Петухов, \.Г.Протосеня, И.В.Сергеев, A.A. Скочинский, Г.Н. Фейт, Г.Д. Фролков, В.В. Кодот, Л.И. Эггингер, H.H. Чершщын, М.Ф. Яновская, С.А. Ярунин и др.

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

Внезапные выбросы произошли во всех угледобывающих странах. С 1834 г. произошло более 40000 внезапных выбросов, причём многие из них были с *еловеческими жертвами. При выбросе выделяется большое количество углекислого газа, метана и его гомологов. Количество выброшенного угля при внезапном выбросе было от нескольких килограммов до 1500 т и более. Наибольший удельный вес внезапных выбросов более 80 % отмечен в забоях подготовительных выработок:. Внезапные выбросы происходили в различных горно-геологических условиях. Анализ литературных источников показал, что такие факторы как глубина работ, мощность пласта и угол падения пласта не могут составлять основу для прогнозирования внезапных выбросов из-за большого варьирования, а метаноносность и выход летучих в местах внезапных выбросов - из-за неполноты данных.

Первые гипотезы о происхождении внезапных выбросов были предложены еще в начале XX века. 1910 г. Stassart и Lemair предположили, что внезапные выбросы происходят в местах повышенных остаточных напряжений тектонического происхождения или препарирования угольных пластов в местах геологических нарушений. В 1917 г. русский ученый Н.Н.Черницын обосновывает выбросы скоплением газа с повышенным давлением. Л.Н.Быков (МакНИИ) пришел к выводу, что в пластах имеются специфические очаги, состоящие из системы ячеистых трещин, заполненных газом. Эти очаги, по мненшо Л.Н. Быкова образуются под влиянием тектонических сил. При приближении забоя к такому очагу возможен прорыв газа в выработку. Через десять лет Jicinsky J., Morin М., Cornet F.C., Jarlier M. обосновали внезапные выбросы концентрацией напряжений вокруг горных выработок. В результате этих предположений получили распространение две основные гипотезы, в которых основными источниками энергии разрушения угля и выброса были газ, находящийся в угле, или горное давление.

В 1952 г. В.В.Ходотом предложена энергетическая теория внезапных выбросов угля и газа, которая учитывала три главных фактора - газ, горное давление и фтико-механические свойства угля. Под физико-механическими свойствами понимается прочность угля при дроблении и сопротивление одноосному сжатию. По этой теории угольный пласт разрушается при уменьшении прочности под влияш!ем динамических пригрузок вмещающих пород. Газ под влиянием этих же пригрузок передаёт часть своей кинетической энерпш разрушенному уггао. Внезапный выброс - это случайное явление при случайном соотношении прочности угольного пласта, давления газа в массиве и величины динамической пр игр узки.

Однако дальнейшая разработка угольных пластов показала, что процессы, протекающие в массиве во время выбросов, не всегда описываются пред-

ложенной гипотезой. А.Э.Петросян, Б.М.Иванов и В.Г.Крупеия энергетич скую концепцшо дополнили волной дробления С.А.Христиановича. По этс теории в газоносном пласте должны быть зоны, предрасположенные к образ ваншо новых 'трещин, параллельных забою, под воздействием горного давл ния. При скачкообразном перераспределении напряжений вблизи забоя ма сив деформируется в сторону выработки, растрескивается и разрушается.

Петухов И.М. и Линьков A.M. считают, что внезапные выбросы угля газа и горные удары являются частными видами динамических явлений. О идами признаками разрушений является наличие в углях и породах болыш запасов потенциальной энергии (упругих деформаций и сжатого газа) и огр ниченная способность материала к необратимому поглощению энергии. Д] решения проблемы они предложили единую энергетически-силовую теорию, которой объединили теоретические положения Ходота В.В., Христианови1 С.А. и Быкова Л.Н. При динамическом явлении энергия расширяющегося г, за, упругих деформаций разрушающегося материала (угля) и окружающих п род складываются и действуют вместе. При этом энергия из окружающих п< род притекает к очагу внезапного выброса, материал разрыхляется в результ; те повышенного опорного давления, газопроницаемость его резко возрастав При прочих равных условиях выбросоопасность зависит от горного давлени Для предотвращения выбросов необходимо уменьшить горное давление призабойной зоне угольного выбросоопасного пласта.

Практика применения различных способов предотвращения внезапны выбросов показала, что выше перечисленные теории являются неполными основаны на учёте не главных причин, а сопутствующих явлений. Угольны пласт рассматривается как однородный материал, имеющий постояннь структурно-механические свойства: прочность, упругость, пластичность, тр< щиноватость. Эти свойства характеризуют материал для практического hi пользования. Предпосылки разрушения пласта при внезапном выбросе pai сматриваются с позиций механики сплошных сред. Эти методы реальны да расчёта разрушения некоторой области пласта впереди забоя с целью боле полной его дегазации, так как раздавливание происходит на крупные фра! ции. Внезапный же выброс происходит через узкую горловину в массиве, значительная часть выброшенного угля имеет размеры, сравнимые с микре структурой угольного вещества.

В последние годы механизм инициирования внезапных выбросов ра< сматривается авторами с различных позиций. Значительные успехи достигни ты А.Т. Айруни в изучении микроструктурных свойств угольного веществ; В.В. Колесников и Н.Ф. Лосев объясняют саморазрушение газонасыщенног угля фазовым переходом. Однако процесс перехода угля в метастабильное сс стояние, расслоение и разрушение происходит при разгрузке пласта и наличи метана в твёрдых растворах. Г.Д. Фролков выбросоопасность угля объясняе наличием большого количества радикалов. По нашему мнению теория вш запного выброса должна решить основную проблему - прогнозировать ме стонахождение опасных зон и обосновать способы предотвращения внезапны выбросов. Методами только энергетической теории проблему прогнозирова ния и обеспечения безопасности работ в забое решить невозможно. Всеми ав торами признаётся сложная макро- и микроструктура угольного вещества, со-

стоящего из различных ингредиентов, имеющих свою природу, физико-химические условия образования и физические свойства. Имеется большое количество исследований, объясняющих их различия. То, что нельзя объяснять «перемятостъ» угля в выбросоопасных зонах только близостью к нарушениям, понимают многие исследователи. Для прогнозирования выбросоопасных зон основным является вопрос о природе выбросоопасной зоны. Если выбросо-опасная зона (внезапный выброс) образуется в результате случайного сочетания ряда факторов и условий, то предварительное прогнозирование вообще невозможно. Если выбр о со опасная зона представляет собой локальный участок пласта или его слоя с аномальной структурой (зависящей от его генезиса) угольного вещества, предрасположенного в определённых условиях к внезапному разрушению и выбросу, то тогда представляется возможным прогнозировать условия его образования во время торфонакопления. Очевидно, что последнее предположение более реально. Доказательством является применение на всех опасных пластах локальных способов прогноза и предотвращения внезапных выбросов. Эти способы разрабатывались в предположении, что по ходу движения выработки возможна встреча с такой выбросоопасной зоной. Практика показала также, что имеются определённые признаки, свидетельствующие о приближешш к такой зоне. Однако эти признаки на разных пластах не одинаковы и для обеспечения безопасности работ решение проблемы прогнозирования выбросоопасных зон и предотвращения внезапных выбросов имеет актуальное значетше.

Постановка проблемы и методы её решения. Безопасное проведение горных выработок в выбросоопасных зонах - это обеспечение безопасности рабочих во время выполнения всех процессов в забое выработки. Наиболее опасным процессом в забое выработки является выполнение дегазации выбро-соопасного угольного пласта в глубине массива. Затем следует с риском для жизни опасная работа проходчиков в забое, если дегазация была выполнена некачественно. Анализ теоретических исследований и произошедших внезапных выбросов показал, что без знания физико-механических процессов в при-забойном массиве и физико-химических процессов в самом угольном веществе невозможно обеспечить безопасность рабочих, осуществляющих разрушение угольного вещества и вскрытие локальных объёмов газа под большим давлением. Наиболее надёжным способом обеспечения безопасности рабочих во время выполнения процесса дегазации пласта в этих условиях является вывод их из забоя. Однако это невозможно выполнить без получения постоянной информации о происходящих в угольном веществе процессах, которые характеризуют предвыбросное состояние этого вещества и скоплений метана, и автоматического управления операциями дегазации.

Современный уровень изученности строения вещества, особенностей его синтеза из различных компонентов, влияния условий на энергетическое состояние и образование молекулярного и надмолекулярной организации, позволяет решить проблему прогноза мест формирования выбросоопасных зон в угольном пласте и разработать эффективные обеспечения безопасности при проведении горных выработок. В связи с этим вопросы прогнозирования месторасположения выбросоопасных зон и предотвращения внезапных выбросов необходимо решать комплексно, начиная от изучения особенностей геоло-

гических условии и физико-химических процессов торфонакоплешш до изучения физико-механических процессов во время проведения выработки и влиянии этих факторов на инициирование внезапных выбросов.

Проблема безопасности работ в выбросоопасной зоне может быть решена в результате применения управляемой дегазации локальных объёмов угольного вещества, генетической характеристикой которого являются низкие энергетические связи и способность разрушаться под действием переменных напряжений и заключённого в межмолекулярном и межагрегатном пространстве метана.

Под способом управления газовым состоянием понимается такой способ, который осуществляет непрерывный контроль реакции газонасыщенного угольного массива на нарушение его сплошности и обеспечивает приведение массива в невыбросоопасное состояние.

Для решения проблемы сформулированы следующие задачи исследований:

- установление закономерностей расположения выбросоопасных зон в пределах угольного месторождения;

- установление закономерностей изменения метаноносности по слоям и по площади распространения угольного пласта, петрографического состава и пористости угольного вещества в выбросоопасных зонах;

- разработка теоретической модели формирования во время торфонакоп-ления молекулярной структуры, надмолекулярной организации и энергетических связей угольного вещества;

- обоснование физико-химической структуры угольного вещества в очагах внезапных выбросов;

- разработка теоретических основ механизма реализации и предотвращения внезапных выбросов метана и угля;

- разработка основных принципов прогнозирования и предотвращения внезапных выбросов метана и угля;

- разработка, опытно-промышленная проверка и внедрение технологии и средств непрерывного контроля и управления дегазацией призабойного массива выбросоопасного пласта.

Исследовашш влияния фациально-геотектоническнх условий торфонакоплешш на формирование выбросоопасных зон в пласте. Исследования производились на территории Воркутского и прилегающих угольных месторождениях Печорского бассейна. Воркутское угольное месторождение представляет собой крупную брахисинклинальную складку (мульду), по периферии которой расположены действующие и отработанные шахтные поля. Мульда имеет форму равнобедренного треугольника, вершина которого обращена к югу, а основание (северное крыло) примыкает к поднятию Чернова. Длина мульды 34 км, а наибольшая ширина 13 км. Разрабатываемые пласты Воркутского месторождения, на которых произошли внезапные выбросы, относятся к пакет) N рудницкой подсвиты лекворкутской свиты. Пласты пакета N отрабатывались и отрабатываются шахтами "Воркутинская" (№1, №40), "Северная"(№5 №7), "Комсомольская" (№ 17, №18, №25), "Заполярная" (№ 26, №27), "Юр-Шор"(№29), "Центральная" (№30), "Промышленная" (№32), №2и № 20.

В Воркутском месторождении отрабатывались пласты «Мощный»

(1114+13+12+11), «Тройной» (1114+13+12), «Двойной» (щз+12), «Первый»(п14), «Четвёртый» (пп) н «Пятый» (117). При этом пласт «Мощный» (1114+13+12+11) располагается в северо-западной части Воркутского месторождения и распространён в Воргашорском месторождешш. В юго-восточном направлении пласт «Мощный» (1114+13+12+11) расщепляется на пласты «Тройной» (1114+13+12) и «Четвёртой» (пп), затем пласт «Тройной» (пы+13+12) расщепляется на пласты «Двойной» (1113+12) и «Первый»(щ4). Пласт «Двойной» (1113+12) в свою очередь расщепляется на пласты «Третий» (пп) и «Второй» (1113). В южной части мульды пласт «Тройной» расщепляется на пласты «Третий» (1112) и «Первый+Второй» (1114+13).

Наибольшее промышленное значение в Воркутском месторождешш имеют пласты «Мощный», «Тройной», «Четвёртый» и частично «Двойной». Кроме того, шахтами отрабатывается пласт «Пятый», залегающий ниже «Мощного» и «Четвёртого». Внезапные выбросы произошли на всех этих пластах, кроме «Четвёртого». Одним из основных признаков всех 267 произошедших внезапных выбросов угля и газа в Воркутском месторождении является наличие мягкого сажистого слоя среди полосчатых полублестящих более прочных слоёв угля и породных прослоек. Мягкий сажистый слой угля или несколько таких слоёв в угольных пластах по площади месторождения распространены неравномерно. Мощность этих слоёв изменяется в широких пределах.

Пласт "Мощный"(п14+1з+12+п) разрабатывался 8 шахтами: № 17, 18, 19, 20, 30 и 32, на северном крыле шахты № 25 и на западном крыле шахты № 29. Во время разработки этого пласта внезапные выбросы угля и метана произошли на территории шахты «Комсомольская» (№ 18 и № 25) на горизонтах -277, -320 и -710 м и шахты «Центральная» (№ 30) на горизонте -280 м.

Пласт «Мощный» на поле шахты «Комсомольская» имеет от 1 до 3 сажистых мягких угольных слоя. Мощность такого слоя от 0,02 до 1,6 м. Всего на шахте произошло 34 внезапных выброса, и все они произошли из мягкого сажистого угольного слоя, который оказался на границе, разделяющей пласт верхний «Тройной» от нижнего «Четвёртого».

В границах шахты № 17, т.е. на север в сторону Воргашорского месторождения, мощность мягкого слоя уменьшается до 0,13 м. На шахте «Промышленной» № 32 угольный слой мягкого угля замещается прослойком аргиллита мощностью 0,35 м.

На шахте «Юр-Шор» № 29, расположенной на востоке от шахты № 32, пласт «Мощный» также имеет разделительный между «Тройным» и «Четвёртым» слой мягкого угля мощностью 0,3 м. Однако выбросов не было, так как применялась слоевая отработка пласта. Мягкий слой оказался на границе отрабатываемых верхнего и 1шжнего более прочных слоёв.

Пласт «Мощный» расщепляется с юго-западного в северо-восточном направлении в пределах шахт «Комсомольская» (№ 18), «Северная» и «Юр-Шор» (№ 29).

На шахте № 29 на пласте «Тройном» на уровне изогипсы -426 м произошёл внезапный выброс из мягкого слоя мощностью 0,5 м. Этот слой находится на расстоянии 0,28 м от кровли. Также в пределах шахтного поля имеются участки пласта стремя мягкими угольными слоями мощностью 0,08 ... 0,1 м и

прослойком аргиллита мощностью 0,02 м.

На восточной стороне месторождения на пласте «Тройном» внезапны* выбросы угля и газа произошли на шахтах «Северная» (№ 5 и № 7) и «Ворку тннская» (№ 1).

На шахте № 7 в трёх штреках в течение одного месяца произошло 12 вне запных выбросов угля силой от 6 до 30 т и от 130 до 920 м3 метана, т.е. можнс считать, что все они произошли в одной большой зоне. Выбросоопасный са жистый слой угля был мощностью от 0,7 до 1,0 м. Выбросы произошли ш уровне изогипсы - 430 м. На шахте № 5, расположенной южнее шахты № 7 i разрабатывающей пласт «Тройной» со стороны его выклинивания, произош ло 99 внезапных выбросов угля и газа мощностью от 7 до 808 т угля и от 68( до 45800 м3 метана. Все 99 выбросов произошли в двух рядом расположенны? зонах на уровне изогипсы - 430 м. Мощность слоя угля, из которого про изошли выбросы, по замерам в полостях была 0,73 -1,6 м. Ещё два внезапны> выброса произошло на уровне изогипс -552 м и -554 м.

В юго-восточной части Воркутского месторождения (южнее шахты № 40^ шахтой № 1 разрабатывались пласты «Тройной» и «Двойной». На пласте «Тройном» в конвейерном уклоне № 2 в течение 5 дней произошло 3 внезапных выброса примерно на том же горизонте, что и на шахте № 5. Кроме этого на пласте «Тройном» на этой же шахте один внезапный выброс произошёл на уровне изогипсы - 480 м, а другой - на уровне изогипсы - 500 м. Расстояние между этими выбросами 1100 м.

На пласте «Двойном» в подготовительных выработках и в 4 очистных забоях произошло 69 внезапных выбросов угля и газа. Интенсивность выбросов была от 1,2 до 159 т угля. Выбросы произошли в северной части пласта из непрочного слоя угля, мощность которого в местах выбросов была от 0,4 до 1,04 м. В южной части пласта, со стороны его расщепления на «Второй» и «Третий», этот слой мягкого угля имеет мощность 0,2 м и расположен нал прослоем аргиллита мощностью 0,2 м. Внезапных выбросов в этой части шахтного поля не было.

На западной стороне Воркутского месторождения пласт «Тройной» разрабатывается шахтами «Комсомольская» (№ 18 и № 25) и «Заполярная» (№ 26 и № 27). На полях шахт № 18, № 25 и № 26 выбросов не было. В пределах шахт № 18 и № 25 сажистый слой угля отсутствует, а на полях шахт № 26 и № 27 мощность такого слоя около 0,2 м. На шахте № 27 в забоях подготовительных выработок произошло 2 внезапных выброса.

Анализ показал, что все внезапные выбросы приурочены к расщеплениям угольных пластов (рис.1). В зоне такого расщепления имеется 5 вариантов структуры угольного пласта на площади шахтного поля. В первом варианте угольный пласт состоит из крепкого полосчатого полублестящего угля.

Во втором варианте в угольном пласте имеется слой мягкого угля, выше которого залегает породный прослоек. В третьем варианте мягкий слой угля расположен выше породного прослойка. В четвёртом варианте мягкий слой залегает между слоями крепкого угля. В пятом варианте мягкий слой угля отсутствует, а между слоями крепкого угля находится пропласгок углистого аргиллита или аргиллита. На некоторых участках пласта выше или ниже слоёв с мягким сажистым углём находятся рассланцованные и разлинзованные слои

угля. Внезапные выбросы происходят при четвёртом варианте расположения слоёв угля.

Изучение структуры угольных пластов Воркутского месторождения в местах внезапных выбросов угля и газа позволяет сделать заключение о геологических предпосылках формирования выбросоопасных зон в угольных пластах. Все внезапные выбросы произошли, во-первых, в однотипных фациаль-ных условиях, выраженных слоем угля с одинаковыми физико-механическими и структурными свойствами, во-вторых, по периферии угольного месторождения, где наиболее активно происходили колебательные ритмы в период тор-фонакопления. В пределах месторождения на различных шахтах выбросы произошли примерно на одних горизонтах. Во многих выработках происходила целая серия внезапных выбросов, расположенных на небольшом расстоянии один от другого. Расположение очагов внезапных выбросов прерывистое, «гнездообразное». Такие же близко расположенные очаги отмечены в Донбассе на шахте «Социалистический Донбасс» при разработке пластов lis и hio, где в одной выработке выбросы произошли через 6 и 13 м, а в другой - через 5 и 20 м.

Во время отложения элементарного слоя торфяника в границах одного месторождения (30 - 50 км) рельеф поверхности, растительность, обводнённость и направление движения земной коры создают условия для образования участков этого слоя с различными структурой, текстурой, минеральными примесями, химическими процессами и физико-механическими свойствами.

Слои угля и породные пропласгки откладываются в результате колебательных движений земной коры. Эти колебательные движения земной поверхности или геодинамические ритмы фиксируются в определённой последовательности слоёв осадконакопления, в образовании отложений определенной мощности и др.

Условия торфонакопления зависят от фациальной обстановки. Разные породы будут отлагаться в пределах речных долин, речного русла, поймы, стариц и притеррасовых болот. Для определения фациально-геотектонических условий, в которых откладывался слой сажистого мятого угля, необходимо рассмотреть условия накопления угольных пластов Воркутского месторождения. По гипотезе H.A. Шурекова осадконакопление в Печорском бассейне происходило в условиях континентальной обстановки. Угленосные толщи формировались благодаря периодическим поднятиям и опусканиям поверхности, расположенной в межгорных прогибах (синклиналях). При этом создаётся движение подземных грунтовых вод, уровень которых изменяется и влияет на формирование локальных фациальных условий. Лагунная обстановка при этом имеет подчинённое значение.

Для установления влияния геотектонических ритмов и фациальных условий на формирование выбросоопасных зон рассмотрим положение и условия образования таких зон на пластах Воркутского месторождения. В период развития пласта «Четвёртого» на большей площади торфяника условия были спокойными и поэтому этот пласт простого строения, состоит из прочного полублестящего полосчатого угля. Рассмотрим разрез пластов «Мощного» и «Четвёртого» по линии А-А (рис.2), которая проходит через поля шахт «Промышленная» (№ 32) и «Комсомольская» (№ 17, № 18 и № 25).

Анализ структуры пласта «Мощного» показал, что все внезапные выбросы угля и газа произошли из слоёв сажистого мятого угля, который расположен сверху более прочного слоя полублестящего полосчатого угля. По площади пласта наблюдается выклинивание сажистого слоя, замещение его углистым сланцем, аргиллитом, расположение его выше или ниже пропласгка аргиллита или разлинзованного слоя угля. Это доказывает, что на поверхности торфяника во время формирования сажистого и прочного слоёв существовали различные фациальные обстановки.

Для изучения фациальной обстановки, существовавшей во время образования слоя сажистого мягкого угля в зоне расщепления пласта «Мощного», рассмотрим палео-поверхность нижней его ветви - пласта «Четвёртого». Для восстановления поверхности воспользуемся стратиграфическими разрезами по скважинам, пробуренным в районе внезапных выбросов, фактическими данными о структуре пластов в местах выбросов и вокруг и горногеологическими прогнозами на отработку лав № 312-С и № 522-С шахты «Комсомольская». Лава № 312-С разрабатывает пласт «Четвёртый» сразу после его отщепления, а лава № 522-С разрабатывает пласт «Мощный» в районе его расщепления. Особо выбросоопасный участок пласта «Мощного», на котором произошла вторая серия внезапных выбросов, находится в северной стороне от лавы № 312-С, ив северо-восточной - от лавы № 522-С. Для анализа необходимо установить линию расщепления пластов. На планах горных выработок нанесена такая линия. Однако эта линия не определяет истинное расщепление, а показывает технологическое расслоение, где между прочными пачками пласта залегают слои с отличными петрографическими и физико-механическими характеристиками. Истинная линия лежит в районе шахты № 17, где такие слои отсутствуют. От этой линии на юг и на восток мощность слоя между пластами увеличивается и выше лавы № 312-С достигает 11,5 м. Таким образом, можно проследить за изменением состава и мощности слоёв непосредственной кровли пласта «Четвёртого» после его погружения и непосредственной почвы пласта «Тройного» после начала отложения торфяника на междупласгье (рис.3).

В междупласгье состав слоя непосредственной кровли пласта «Четвёртого» над штреком № 312-С от углистого аргиллита слабого перетёртого по мере приближения к слиянию пластов изменяется до аргиллита слоистого с дуговыми трещинами. Выше этих слоёв залегает аргиллит слоистый, местами замещаемый песчаником с характерными чашами размыва. На всём протяжении штрека № 212-С до слияния пластов в кровле расположен слой углистого аргиллита мощностью от 0,1 до 0,75 м. Очевидно, из-за неровности рельефа местности затопление торфяника происходило неравномерно и на участке штрека № 212-С растительность оставалась или торф был принесён потоками воды с вышележащих горизонтов. При сближении пластов между ними остаётся слой углистого аргиллита от кровли нижележащего пласта или аргиллита от почвы образовавшегося торфяника. Анализ разрезов пласта «Мощного» показал, что слои аргиллита, углистого аргиллита и сажистого угля чередуются по простиранию пласта. На отдельных участках сажистый уголь залегает в виде линз среди мягкого размокающего аргиллита. Если принять условие, что

поверхность верхних слоёв пласта «Мощного» во время торфонакопления была в некоторой crenerai нивелирована, то изменение мощности пласта «Тронного» по простиранию в слитной части должно быть примерно такое, как показано на рнс.З. Локальное поднятие пласта «Четвёртого» в районе скважины

№ 1082 привело к его размыву. На этом участке суммарная мощность пласта всего 1,67 м. На возможность размыва пласта в местах поднятия указывает и H.A. Шуреков. На север от этого поднятия, на участке пласта особо опасного по внезапным выбросам угля и газа, мощность пачки угля, соответствующей пласту «Четвёртому», уменьшается. Но в этих местах увеличивается мощность верхней пачки прочного угля. Здесь же происходит увеличение прослоя породы и слоя сажистого угля. Анализ рельефа поверхности (рис. 3) показывает на возможность формирования озёр на участке между скважинами № 1082 и № 2024. Тем более, что с восточной и западной сторон мощность нижней пачки угля увеличивается до 1,4 м. Выбросоопасный участок имеет отрицательную депрессию. Однако в этом регионе литологический профиль слоя между прочными пачками неоднороден.

Рассмотрим возможные фациальные условия в регионе внезапных выбросов. Опускание торфяника, сформировавшего пласт «Четвёртый», было незначительное. Цикл осадконакопления был неполный. И до начала торфя-но-болотной обстановки для отложения пласта «Тройного» сформировался только слой породы и сажистого угля мощность от 0,02 до 0,4 м. На отдельных участках мощность сажистого угля увеличивается до 1,2 ... 1,6 м. На этих участках шахтного поля увеличение мощности слоя сажистого угля и углистого аргиллита имеет зональный характер. Мощностью слоя уменьшается как в сторону увеличения междупластья, так и в сторону слитного пласта.

Все разрезы расщеплённых пластов показывают, что сажистый мягкий уголь находится на соседних участках с углистым сланцем и над ним находится слой аргиллита. Это верхний слой нижней пачки более прочного угля. Этот верхний слой образовался после резкого изменения фациалъной обстановки, изменился его петрографический состав. Очевидно, что и химико-физические процессы поменялись при превращении органических и неорганических составляющих. Торфяник пласта «Четвёртого» необходимо отнести к слою, отложение которого осуществлялось во время совмещения поверхностей земли, наземных и подземных вод. Дальнейшее погружение земной поверхности приводит к затоплению местности в результате подъёма уровней наземных и подземных вод. В результате в приморской ш13менности наступает на торфяник море, а во внутриконтинентальных структурах - образуются озёра.

Таким образом, анализ расположения выбросоопасных зон на особо вы-бросоопасном участке пласта «Мощного» показал, что линзы малозольного сажистого мягкого угля образуются в верхнем слое торфяника в таких местах участков поверхности, где на соседних участках прервано торфонакопление после повышения уровня воды, а на этом участке пьезометрический уровень воды позволяет развиваться растительности. При этом потоки воды, проходящие по поверхности соседних участков, приносят мельчайшие фракции фю-зена, глинистых и других минеральных включений.

Анализ всех выполненных разрезов показал, что внезапные выбросы в Воркутском месторождешш происходили из угольных слоёв, которые сфор-

мировались во время различных геотектонических циклов. На пласте «Мощном» на шахте «Комсомольская» (№ 18) выбросы происходили из слоя, обра зовавшегося при расщеплении его на пласты «Тройной» и «Четвёртый». Н; пласте «Двойном» (рис.4) на шахте «Воркутинская» (№ 1) выбросы произош ли из слоя, сформировавшегося при его расщеплении на пласты «Второй» v «Третий». На пласте «Тройном» на шахтах «Северная» (№ 5 и № 7) и Юр-Шо{ (№ 29) выбросы произошли в слое, который образовался при его расщеплена на пласты «Первый» и «Второй». На пласте «Первый+Третий» на шахте «За полярная» (№ 27) выбросы произошли в слое, который образовался при егс расщеплении на пласты «Первый» и «Третий» при отсутствии пласта «Второ го».

Таким образом, образование слоя мягкого сажистого угля нельзя отнесп к случайному явлению во время торфонакопления. Такой уголь представляет определённый генетический тип угля, образование которого имеет свои зако номерности и происходит в определённых условиях, которые были описань выше. Расположение зон сажистого мягкого угля зависит от конфигурацш береговой линии во время трансгрессии при прибрежно-морской обстановк< или линии, по которой происходит превышение пьезометрического уровш воды при континентальной обстановке и питании болот артезианскими на порными водами. Обычно эти зоны располагаются в средней части межд} «технологическим» расщеплением угольных пластов.

Исследование газодинамических и физических характеристик выбросо опасного слоя. В качестве объекта исследования был принят пласт «Мощный) в пределах особовыбросоопасного участка шахты «Комсомольская». В преде лах участка залегает слой угля и пород, образовавшийся при расщепленш пласта «Мощного» на «Тройной» и «Четвёртый». На участке расщеплённьв пласт отрабатывается как одинарный. Все выбросы произошли из этого про межуточного слоя. Участок прилегает к крупному взбросу «Д-Е». По данныг. геологов марка угля на участке Ж-18 и природная метаноносность пласта 19,3 м3/т горной массы. Для предотвращения внезапных выбросов применя лось вымывание передовых полостей. При этом способе опережающие полос ти расположены веерообразно, чтобы обработать полосы массива угля шири ной 4 м по обе стороны от выработки. В штреках были исследованы несколькс вариантов схем расположения полостей и их параметров. Было установлено что в процессе вымывания полостей целики угля между ними в выбросоопас ном слое разрушаются. Однако они разрушаются не на всю длину вымыты? полостей. На целики давят вышележащие пачки угля и породы кровли. Пр} вымывании полостей давление на целики увеличивается. Но ширина целико! увеличивается от забоя вглубь массива. Поэтому происходит дегазация толькс той части целиков, которая раздавлена горным давлением.

Во время вымывания серии полостей замеряли интенсивность выделеню метана и рассчитывали дебит метана. Объём дегазированного угля в выбросо опасном слое определяли во время вымывания следующей серии полостей пс началу выделения метана в полости. После этого рассчитывали метанонос ность полосы выбросоопасного слоя шириной 8 м впереди забоя. Метанонос ность невыбросоопасных пачек пласта определялась по замерам дебита мета на во время работы комбайна. Такие замеры были выполнены при проведении

штреков 1021-С, И21-С, 1221-С и 1321-С. Замеры производились до и после внезапных выбросов. В штреке 1021-С замеры производились на участке длиной 92 м. На 52 м в забое произошел внезапный (№ 28) выброс 10 т угля и 2760 м3 метана. До выброса ширина разрушенной полосы выбросоопасной зоны была 3,5 м. Выход штыба с 1 м полосы 3,2 т. Выход угля с 1 м невыбросо-опасных пачек 13,5 т. После выброса ширина разрушенной полосы по замерам 3,3 м, а выход угля с 1 м был 3,1 т.

В результате обработки данных измерений установлено, что до внезапного выброса в процессе вымывания одной серии полостей выделялось от 170 до 602 м3 метана. Метаноноспость выбросоопасного слоя изменялась от 15,2 до 53,8 м3/т. Суммарное количество метана из дегазированной полосы выбросоопасного слоя шириной 3,5 м было от 306 до 176 м3. Средняя мета-ноносность выбросоопасного слоя по замеру 34,3 м3/т, крепких пачек — 7,8 м3/т, а всего пласта в среднем — 12,9 м3/т. При подходе к месту внезапного выброса метаноноспость крепких пачек уменьшилась. За полостью выброса метан стал выделяться на расстоянии 7 м от полости.

На этом участке штрека в среднем из выбросоопасной пачки во время вымывания полостей выделялось от 81 до 415 м3 метана, а ее метаноноспость изменялась от 7,9 до 40,7 м3/т. Из остальной части пласта дебит метана был в пределах от 38 до 520 м3. Метаноноспость невыбр о со опасных пачек изменялась от 0,9 до 11,7 м3/т. Средние значения на этом участке длиной 40 м составили: метаноносности выбросоопасного слоя - 28 м3/т, метаноносности прочных пачек угля - 7,4 м3/т и по пласту - 11,3 м3/т горной массы. В штреке 1121-С исследоваши производились на значительном расстоянии от произошедших внезапных выбросов. На этих участках метаноноспость выбросоопасного слоя изменялась от 4,9 до 28,7 м3/т. В штреке 1221-С исследования производились на участке длиной 301 м до пересечения со штреком 1121 -С. На этом месте в штреке 1121-С ранее произошло 2 внезапных выброса. Вначале замеры производились до первого поворота на прямолинейном участке штрека длиной 185 м, затем на участке длиной 56 м от этого до второго поворота. После второго поворота замеры производились до сопряжения со штреком 1121-С на участке данной 60 м.

После первого поворота штрек 1221-С проводился на уровне изогипсы -710 м. Всего в штреке на уровне этой изогипсы произошло 7 внезапных выбросов. На прямолинейном участке штрека длиной 185 м происходило спокойное выделение метана из пласта. Только при четырёх замерах метаноноспость невыбросоопасных пачек угля была выше, чем метаноноспость выбросоопасного слоя. На этом участке забой штрека приближался к нарушению «Д - Е» и проводился в направлении от слитной части пласта «Мощного» к технологической линии его расщепления. Повышение метаноносности прочных пачек и особенно выбросоопасного слоя угля произошло на участке, расположенном параллельно линии расщепления пласта «Мощного» и нарушению «Д-Е». В этой части пласта по соседним скважинам отмечается резкое изменение мощности, как нижней пачки, так и верхней. Мощность суммарная пласта «Мощного» по скважине № 1082 равна 1,67 м, а по скважине № 2029 - 4,55 м. Все выбросы произошли в средней части между изопахитами, равными 0,1 м и 0,5 м. От второго поворота штрека (рис.5) метаноноспость выбросоопасного

слоя на 9 участках длиной по 5 м превысила 50 м3/т горной массы. На рас стоянии 15 м от ранее произошедшего внезапного выброса (№ 32) 18 т угля I 3000 м3 метана, метаноносностъ достигла

103,5 м3/т (табл.1). Метаноносностъ невыбросоопасных прочных паче! угля изменялась от 1,9 до 39,3 м3/т. Анализ результатов измерения показал, чпи природная метаноносностъ угольных пачек не одинакова. Наиболее метанонос ным является слой сажистого угля, залегающий между прочными пачками. /7< простиранию пласта метаноносностъ угольных пачек на расстоянии 3,5 ... 5 л может отличаться в несколько раз. Участки выбросоопасного слоя и прочны» пачки угля имеют низкую природную проницаемость для метана и даже поел» внезапного выброса на соседних участках пласта на расстоянии 10 ... 15 м о: полости выброса сохраняется метан в больших количествах.

Основным неблагоприятным условием для безопасности рабочих являет ся фактор неожиданности при работе вслепую. Внезапное увеличение метано носности выбросоопасного слоя может привести к выбросу метана и угля. Вы бросоопасный слой становится таковым неожиданно. Для обеспечения безо пасности рабочих актуальной является проблема постоянного контроля I управления интенсивностью выделения метана во время выполнения профи лактических работ по выбросоопасному слою.

Для предотвращения внезапных выбросов при проведении подготови тельных выработок получили распространение локальные способы, такие каь бурение опережающих скважин, гидровымывание опережающих полостей гидрорыхление и гидроотжим пласта. Текущий прогноз осуществляется буре нием контрольных шпуров, длина которых должна быть не менее 3,5 м. Вс всех этих способах общим является то, что во время их выполнения нарушает ся сплошность массива впереди забоя и может быть спровоцировано газоди намическое явление. Во время вымывашш передовых полостей в массиве про исходят сильные трески, стуки и выброс сухого штыба. При уменьшении ско рости или приостановке вымывания реакция массива может прекратиться к снизиться интенсивность газовыделения.

Это показывает, что во время внедрения в массив происходит и дегазацш объёмов угля. Резкие колебания концентрации метана, выделяющегося из полости, характеризуют неравномерность накопления его в разрушаемых объёмах угля. Эта закономерность подтверждается большим количеством диаграмм изменения концентрации при вымывашш полостей, результатами по-интервальных измерений начальной скорости газовыделения при бурении контрольных скважин, периодичностью внезапных микровыбросов и внезапных выбросов угля и газа из целиков между вымытыми полостями. На рис.6,а показана одна из схем проявления газодинамических процессов во время вымывания полостей в выбросо опасном слое пласта. За разрушенной и дегазированной полосой (за линией а-б-в-г-д-е-ж) начинает выделяться метан и происходят микровыбросы почти во всех полостях.

Удары и микровыбросы происходили в среднем через 1,8 м по длине полости. Интенсивность выделения метана уменьшается, а на следующем участке происходит микровыброс. Очевидно, вскрываются локальные микрообъёмы метана под давлением. По результатам измерений можно составить усреднённую схему расположения таких объёмов впереди забоя выработки (рис.6,б).

Рис.1. Расположение внезапных выбросов в Воркутском месторождении относительно расщепления угольных пластов

с —-ю

Рис.2. Разрез пласта «Мощного» по линии А-А

с —-ю

Рис.3. Разрез пласта «Мощного» в зоне расщепления

Рис.4. Разрез расщепления пласта «Тройного» по линии В-В

а> 8,

л /

/ ■V > — \ V ;Л / V / —V / * V-' /

✓ \ / V \ / V V —ч * / —- V

б)

м'/т

90

О 25 50 75 100 Цм

Рис.5. Изменение метаноносности 1 тугля по штреку 1221-С,

где - в выбросоопасном слое;----в прочных пачках;

а) - на прямолинейном участке штрека; б) - после первого поворота штрека

Таблица 1

Результаты измерения дебита метана по штреку 1221-С

Дебит метана, м15 Накопление метана, м7т

из выбросоопасно- из крепких в выбросоопасном в крепких

го слоя угля пачек угля слое угля пачках угля

1 2 3 4

Первый поворот штрека

139 1431 9,7 21,2

131 488 9,2 7,2

169 338 11,8 5,0

206 386 14,4 5,7

75 469 5,2 6,9

169 413 11,8 6,1

156 372 11,1 5,5

319 656 22,3 9,7

347 178 24,3 2,6

244 900 17,1 13,3

118 — 8,3 -

506 793 35,4 11,7

338 413 23,6 6,1

300 844 21,0 12,5

750 919 52,4 13,6

1031 2653 72,1 39,3

188 1153 13,1 17,1

Второй поворот штрека

928 638 64,9 9,5

1116 816 78,0 12,1

29 252 2,0 3,7

639 594 44,7 8,8

1011 1562 70,7 23,1

822 1274 57,5 18,9

549 666 38,4 9,9

753 1093 52,7 16,2

660 564 46,2 8,4

936 414 65,5 6,1

650 295 45,5 4,4

392 889 27,4 13,2

1480 1763 103,5 21,7

122 375 8,5 5,6

Промывка целика перед сопряжением со штреком 1121 -С

210 268 14,7 4,0

47 244 3,3 3,6

Штрек 1121-С, где произошёл ранее выброс № 32

Анализ петрографического состава угольного вещества в выбросоопас-ном слое, выполненного в соответствии с ГОСТ-9414-74 показал, что процентное содержание чистого угля составляет от 79 до 97 %. Среди минеральных включений преобладают глинистые вещества. Содержание витринита составляет от 49 до 82 %. Присутствие на соседних участках угольного вещества, которые формируются в различных фациальных обстановках, подтверждает выше приведённое предположение о приносе фюзена в торфяник, который образуется в анаэробных условиях. В то же время увеличение количества фюзена не всегда сопровождается повышением зольности. На отдельных участках могут быть сконцентрированы объёмы витренового типа угля. Текстура и структура выбросоопасного слоя отличается от плотного угля в прочной пачке. Это однородная аморфная масса с крупными порами. При большем увеличении видна волокнисто-сетчатая структура. Очевидно, что структурные и текстурные отличия отражают не только неодинаковый генезис торфяника, но и последующие физико-химические процессы и образовавшуюся надмолекулярную структуру вещества.

В результате лабораторных исследований установлено, что в месте выброса рыхлый слой имеет небольшую зольность. Так, в районе произошедших 5 внезапных выбросов в штреке № 1221-С зольность в пробах, взятых из выбросоопасного слоя, была 12,2 %, а в верхней и нижней пачке прочного угля соответственно 30,1 и 43,4 %. Вокруг полости внезапного выброса, наоборот, зольность в мягком сажистом слое в 2 раза больше, чем в прочных пачках. Зольность в 56 пробах, взятых из выброшенного угля на 3 шахтах 4,0 ... 8,0 %. Между полостями выбросов зольность мягкого слоя изменяется от 17,1 до 49,3 %. Такое распределение зольности говорит о том, что на территории промежуточного слоя, который рассматривается как выбросоопасный, в определённых фациальных условиях отложился локальный участок торфяника с небольшой зольностью. Это и будет и будет выбросоопасная зона рыхлого мягкого угольного вещества, предрасположенного к внезапным выбросам.

Теоретическое моделирование генезиса и механизма разрушения угольного вещества в выбросоопасной зоне. Анализ гипотез о структуре угольного вещества показал, что она недостаточно обоснована, не установлена зависимость структуры угольного вещества от условий и места его образования. Теоретические представления о молекулярной и надмолекулярной организации угольного вещества выполнены на уровне схематического представления и не отражают их химической структуры. Не обосновано различие структуры угольного вещества на выбросоопасных и невыбросоопасных участках пласта. Не определены энергетические особенности структуры угольного вещества в выбросоопасных и невыбросоопасных слоях и участках пласта. Механизм инициирования внезапного выброса не связан с энергетическими особенностями угольного вещества. Вместе с тем, А.Т. Айруни экспериментальным методом установлено, что надмолекулярная структура угольного вещества с концентрацией ароматического углерода 80 - 85 % состоит из агрегатов разных размеров, но преобладают частицы небольшого размера порядка 500 А. Небольшие частицы имеют изогнутую форму с включениями газа. Газодинамические явления могут возникнуть при большом количестве газовых «ловушек», при большом давлении газа в этих ловушках и при слабых энергетичес-

ких связях между молекулами и агрегатами молекул.

По представлению автора зональность внезапных выбросов является следствием зонального расположения условий образования угольного вещества с индивидуальным типом структуры на молекулярном и надмолекулярном уровне и низким энергетическим состоянием.

Прочность угля необходимо рассматривать как сопротивление изменению взаимного расположения частиц угля, зависящее от связи между ними. Структура угольного вещества определяется взаимным расположением по крупности и форме частиц и агрегатов и характером связей между ними, которые обусловлены всей предысторией углеформирования. Таким образом, конечные физико-механические свойства угля в пласте зависят от генезиса угольного вещества в этой точке торфяника, последующих биохимических и физико-химических изменений и метаморфизма.

Уголь относится к твердому телу и при формировании химической структуры подчиняется законам химии и физики твердого тела. В одних и тех же условиях из одних и тех же атомов всегда образуется одно и то же вещество с одинаковой структурой. Однако при изменении условий синтеза из одного и того же состава образуется большое количество вариантов структуры этого вещества. Отсюда вытекает, что в торфянике в разных слоях и разных местах по площади распространения может образоваться торф с различными свойствами.

Для исследования структуры угольного вещества в выбросоопасных зонах выполнено теоретическое моделирование формирования молекулярной структуры и надмолекулярной организации торфа во время торфонакопления. Моделирование получения свойств угольного вещества осуществлялось по следующей схеме: условия образования => состав => структура => энергетическое состояние физико-механические свойства. При изучении Воркутского месторождения автором установлено, что все выбросы произошли из слоев, которые образовались во время геотектонических ритмов и изменении химических условий преобразования отмершей органической массы на поверхности торфяника. Нижняя и верхняя пачки более прочного угля сформировались в других условиях и имеют отличающиеся от выбросоопасного слоя генетические линии преобразования. Выбросоопасные участки представляют собой линзообразные образования малозольного угольного вещества, отделённые от соседних образований углистьш сланцем или аргиллитом. В результате шахтных замеров установлено, что зольность в очагах выброса меньше, а вокруг очагов в 2 раза больше, чем зольность прочных пачек. К наиболее вероятным условиям торфонакопления таких линзообразных образований относятся фации реликтовых неглубоких озёр, расположенных между руслами проточных рек, в которые периодически поступает свежая морская или пластовая (напорная) вода. Последнее важное для химических процессов заключение сделано на основании того, что на пограничных участках встречаются разлинзованные слои угля и породы, образующиеся в проточных водах. В торфообразовании принимали участие лесные растения, древесные элементы которых состоят в основном из лигниноцеллюлозных тканей, и папоротники. Составные части растительного материала не равноценны по концентрации С, Н, О, N и Б.

В основе генетических линий выбросоопасного и невыбросоопасного угольно-

го вещества лежит различие биохимических условий и глубины разрушения органических веществ в щелочной и кислой среде и последующего синтеза структуры молекулы и макромолекулы вещества. Наиболее вероятным является участие гелифицироваиной фазы угольного вещества, прошедшей путь коллоидного преобразования, в формировании выбросоопасных свойств угольного вещества.

Синтезируемые молекулы торфа даже в одних и тех же условиях (кислых или щелочных) на рядом лежащих участках будут отличаться набором и количеством ароматических ядер и функциональных групп. В щелочных условиях при попадании папоротников в воду в формировании боковых групп молекул торфа будут принимать участие неразрушенные жиры и воски. В кислых условиях большое количество жиров и восков будет разрушено и вынесено водой. Поэтому в боковых группах будет большое количество остатков кислот, разрушенной целлюлозы и гемицеллюлозы. В результате анализа синтезируемых частей автором разработаны возможные варианты структуры молекул торфа, которые после углефикации будут отличаться своими энергетическими связями и физико-механическими свойствами.

В щелочных условиях в результате полимеризации происходит соединение молекул, входящих в состав торфа, в длинную цепную макромолекулу. Сегменты макромолекулы могут поворачиваться относительно соседних вокруг ординарной связи С - С. В этих условиях молекулы белков и жиров стремятся выпрямиться, и поэтому боковые ответвления от основной цепи ароматических ядер будут иметь большую длину. Такая разветвлённая изомерия молекул оказывает влияние на формирование рыхлой структуры угля с низкими физико-механическими свойствами.

В кислых условиях синтезируемые макромолекулы торфа будут более жёсткие, так как осталось много гидроксильных и карбоксильных групп у молекул лигнина. Длина функциональных групп у молекулы торфа небольшая. Количество присоединившихся групп радикалов с реактивной формой кислорода намного больше, чем в щелочных условиях. Макромолекулы менее гибкие из-за большого количества полярных заместителей. Форма макромолекул приближается к линейной. Такая форма с большим количеством коротких функциональных групп и радикалов обеспечивает плотную упаковку и сшивку макромолекул. В дальнейшем это приводит к более высоким физико-механическим свойствам угольного вещества, сформировавшегося в кислых условиях. Однако из-за небольшого количества функциональных групп мета-ноносность такого вещества будет невысокой.

Таким образом, несмотря на значительные изменения, происходящие в структуре органического вещества, с момента торфонакопления до разработки угольного пласта, угольное вещество, в основном, сохраняет такие свойства, как молекулярная структура, пористость и надмолекулярная структура. Разновосстановленный торф имеет неодинаковые физико-механические свойства. При концентрации в слое или пласте угля угольного вещества щелочного генезиса образуется зона с низкими энергетическими параметрами, в пределах которой угольное вещество может быть разрушено скопившимся газом при подходе забоя горной выработки.

Выбросоопасная зона - это генетически обособленный метаноносный

участок угольного слоя или пласта, в границах которого во время торфонакоп-леная в определённых фациалъно-геотектоиичесшх условиях сформировалось угольное вещество с аномальной молекулярной структурой, которая в процессе гумификации и углефикации не претерпела значительных перестроений энергетических связей.

Теоретические основы механизма реализации и предотвращения внезапных выбросов метана и угля. Локальные способы предотвращения внезапных выбросов газа и угля в выбросоопасной зоне должны учитывать природную закономерность распределения газа в пласте, аномальные структурно-химические свойств угольного вещества и физико-механические процессы в массиве впереди забоя выработки.

Рассмотрим формирование слоёв другого генезиса в результате геотектонических ритмов (рис.7).

В границах месторождения во время торфонакопления произошло 3 крупных геотектонических ритма. Опускание торфяника происходило с трёх сторон. В результате этих опусканий и повышения уровня воды торфонакоп-ление прерывалось. Слой торфа покрывался наносами минеральных пород. На пограничных участках в изменившихся фациальных условиях продолжалось отложение зольного угля с островками рыхлого угля с меньшей зольностью. В результате этих ритмов после уплотнения в угольном пласте образуются слои породы или зольного угля. На рис.6 показано возможное местонахождение выбросоопасных зон на каждом из 3 образовавшихся слоёв. Местонахождение этих зон зависит от параметров геотектонического ритма. В пределах месторождения остались 2 участка, на которых не происходило опускание торфяника во время торфонакопления и нет породных слоёв.

На рис.7,а показан разрез пластов по линии а-Ь-с-(1-е-Г. На участке а-Ь имеется один слой от 2-го геотектонического ритма. Мощность слоя большая и возможно расщепление пласта. На участке Ь-с два слоя: от 2 и 3 ритмов. На участке с-с! три слоя. На участке месторождения (1-е снова два слоя, а на е-Г-один слой (рис.7,а). В этом сечении только одна выбросоопасная зона на участке Ь-с второго слоя. На рис.7,б показан продольный разрез месторождения по линии Б-Мс-г-х-у-г. На участке б-! не было прерывания торфонакопления, и поэтому нет выбросоопасного слоя. В первом слое, который образовался в результате первого геотектонического ритма, выбросоопасные зоны могут быть на участке к-г.

На остальных участках этот слой не будет выбросоопасным. Второй слой в этом разрезе не опасен по выбросам. Третий слой в разрезе залегает на участках г-х-у-г. Однако выбросоопасные зоны возможны на участке у-ъ ближе к линии пересечения у. Точные координаты выбросоопасных зон могут быть определены для конкретных условий в результате анализа фациальных условий торфоотложения и зольности анализируемого слоя.

Для прогнозирования выбросоопасных зон на шахте необходимо:

1) Изучить структуру пласта.

2) Изучить расслоения и расщепления пласта в пределах всех месторождений, где угольный пласт имеет распространение. Определить направление геотектонических ритмов и их амплитуду.

3) По структурным колонкам геологических скважин изучить направле-

ние изменения мощности и структуры пропластков в пласте.

3) Проанализировать изменения мощности нижней пачки пласта, которая залегает под сажистым слоем, и определить местонахождение и границы возможных фаций реликтовых озёр.

Анализ угольных пластов Воркутского месторождения показал, что в основном на всех шахтах горными работами пройдены выбросоопасные зоны. Только на шахте «Воркутинская» выбросоопасные зоны могут располагаться на гипсометрических отметках -600 ... -650 м, а на шахте «Северная» - ниже изогипс -650 ... -675 м.

Выбросоопасная зона в сформировавшемся слое может состоять от одного до нескольких локальных участков с аномальной структурой и высокой ме-таноносностью, которые повторяют цепь озёр различных размеров на пути стока свежей воды с окружающих положительных депрессий.

Формирование разногенетических объёмов угольного вещества по мощности пласта и по площади его распространения создаёт определённые трудности по предотвращению внезапных выбросов метана и угля.

Из анализа закономерностей формирования угленосных формаций вытекает, что образование в пласте выбросоопасной зоны - это природное явление. Степень опасности, создаваемой локальными скоплениями, зависит от размеров и количества объёмов угольного вещества с низкими химико-физическими свойствами, расстояния между ними и метаноносностью. Аномальные участки разделены более прочным, зольным и менее метаноносным слоем. На микроуровне угольное вещество состоит из разновосстановленных микрообъёмов.

Из характеристики выбросоопасной зоны вытекает, что для предотвращения внезапного выброса необходимо дегазировать аномальные участки. При их вскрытии скважинами или вымываемыми полостями происходит выделение газа под давлением в полость. Отсюда вытекает первое условие предотвращения выброса - не допускать одновременное вскрытие нескольких аномальных объёмов. На практике скорость бурения скважин и вымывания полостей ограничивается 0,5 м/мин. Однако микровыбросы и выбросы случаются и при такой скорости из-за гнёздообразного расположения локальных коллекторов метана. Наиболее эффективным методом может быть только постоянный контроль давления в полости и регулирование скорости в зависимости от интенсивности выделения газа и давления в полости.

Способы борьбы с внезапными выбросами, основанные на бурении передовых скважин или вымывании полостей, предполагают создание дегазированной полосы для безопасного подвигания забоя выработки. При необходимости располагать эти дегазирующие полости веерообразно между ними остаются целики выбросоопасного слоя. Из-за того, что скопления газа окружены прочным, малопроницаемым углём, в целиках остаются локальные скопления метана, представляющие опасность при приближении забоя выработки. Отсюда вытекает второе условие предотвращения внезапных выбросов -необходимо обеспечить полное разрушение целиков между полостями. Только разрушенную часть целиков считать дегазированной. Впереди забоя должно быть неснижаемое опережение разрушенного и дегазированного слоя (рис.8).

Рис.6. Схема проявления газодинамических процессов во время вымывания опережающих полостей в штреке 1321-С (а) и усреднённая схема расположения локальных скоплений метана в выбросоопасном слое (б)

заww wwoti

Ы1 П-\<' ст расслогипп

г.мЛросоопасилн зопл г. пределах слая

--- граница 1-го слоя

-.- Гранина 2-го слоя

----гранима 3-го слоя

Рис.7. Схема возможного расположения выбросоопасных зон после геотектонических ритмов в границах угольного месторождения, где 1, 2, 3 - номера слоев, образо-вавшихся в пласте в результате геотектонических ритмов; а) - разрез по линии а-Ь-с-ё-е-!"; б) - разрез по линии з-1-к-г-х-у-г; х-возможные выбросоопасные зоны в слоях

Рис.8. Схема для определения иесиижаемого опережения дегазированной и разрушенной защитной полосы впереди забоя выработки

В связи с тем, что выемка пласта ведёт за собой нарушение естествештго состояния массива пород вокруг выработки, были поставлены две задачи: во-первых, определить влияние этих процессов на эффективность дегазации вы-бросоопасного слоя в угольном пласте; во-вторых, определить параметры изменения горного давления на выбросоопасный слой при выполнении проти-вовыбросных мероприятий.

Параметрами такой схемы расположения полостей являются диаметр и длина вымываемой полости. Диаметр вымываемой полости оказывает влияние на ширину целиков между полостями. Чем больше диаметр полостей, тем меньше будет ширина целиков в призабойном массиве. Тем легче будут разрушаться эти целики в результате горного давления и шире будет полоса разрушенного и дегазированного выбросоопасного слоя впереди забоя. Однако с увеличением диаметра вымываемой полости происходит увеличение разрушаемого одновременно угля, увеличивается интенсивность выделения метана и увеличивается опасность внезапного выброса. На практике увеличивается количество микровыбросов и выбросов угля и газа. В результате шахтных исследований и теоретических расчётов с учётом неоднородности распределения метана в выбросоопасном слое пласта установлено, что для вымывания полости необходимо применять насадку с выходным отверстием диаметром 3 мм. Диаметр вымываемой полости в этом случае 20 - 30 см.

Методика аналитического определения рациональной длины вымываемых полостей учитывала, что с увеличением расстояния от забоя ширина целиков увеличивается, а прогиб кровли, которую можно рассматривать как плиту с жесткой заделкой, уменьшается. При этом жесткую заделку кровли необходимо рассматривать с трех сторон: спереди и с боков. В целиках между полостями изменяются напряжения. У забоя целик находится в условиях одноосного сжатия, а в конце полостей - в условиях объёмного сжатия. Соответственно изменяется и прочность целика на раздавливание. Под нагрузкой вышележащих пород при напряжении ст больше критической величины сткр на расстоянии Ьз целик будет раздавлен и дегазирован. Значение Ь, соответствует ширине защшцённой зоны.

Для определения Ь, представим выбросоопасный слой как основание Фусса-Вннклера (при х > 0). Смещения, вызванные перераспределением горного давления, определяются из решения дифференциального уравнения

+ 4 У |34= 0,

где (3 - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств постели и балки.

В результате решения уравнения установлено, что ширина защитной полосы может быть определена по формуле

- (3в+6а(3) + л/(3в + 6аР)2 - 48а|3

Ьз= -,

4вр

где а = сто( 1 -Шп/А) - я; в ={аь сто [1-И(1п/(А+2В)] - а +я}/Ь, N - количество вымываемых полостей; с1п - диаметр вымываемой полости, м;

А - ширина выработки, м; Ь - длина вымываемых полостей, м; В -ши-

рина боковой обработки слоя, м; аь, оо - предел прочности выбросоопасного слоя соответсгвешю на объёмное и одноосное сжатие, МПа; q - распределённая нагрузка на выбросоопасный слой, т/м2.

В результате расчётов определено, что ширина разрушенной полосы равна 7,3 - 10 м в зависимости от прочности выбросоопасного слоя. Шахтными замерами на пласте «Мощном» установлено, что метан начинает выделяться в полость из целиков при расстоянии между центрами вымытых полостей 1,6 -1,8 м, что соответствует расстоянию от забоя 10 -11 м при длине полостей 15 м (рис.8).

Для пластов Воркутского месторождения

Ьз = ЫС^ - 1) - А ] / 2 В, м,

где С - расстояние между центрами вымываемых полостей на расстоянии Ьзот забоя, м.

После каждого вымывания опережающих скважин подвигание подготовительного забоя не должно превышать значения V < Ьз. В результате экспериментов было установлено, что величину неснижаемого опережения разрушенной и дегазированной полосы необходимо принимать не менее 50 % от всей её ширины, т.е. величина каждого подвигания забоя после вымывания полостей не должна превышать V < 0,5 Ьз. Рекомендуемые параметры были внедрены на шахте «Комсомольская». Как было указано выше, все выбросы ранее происходили при метаноносносги выбросоопасного слоя более 50 м3/г. Во время внедрения без внезапных выбросов были пройдены 5 выбросоопас-ных зон с метаноносностыо более 70 м3/т горной массы.

Впереди забоя величина прогиба кровли меняет свой знак. За участком прогиба следует участок поднятия, величина которого в пласте «Мощном» при мощности выбросоопасного слоя 0,2 м достигает 51000 А. В выбро-соопасном слое за пределами разрушенного участка могут произойти внутренние физико-механичекие процессы. Нарушится энергетическая устойчивость угольного вещества на межмолекулярном уровне.

Разрушающее воздействие угольного вещества может быть двух видов: внешнее и внутреннее. К внешнему воздействию относится горное давление, а к внутреннему - давление заключённого газа. Разрушение угольного вещества зависит от вида и энергии связи на макромолекулярном и агрегатном уровне и типа разрушающих воздействий. В угольном веществе коллоидного происхождения возможны два типа межагрегатного взаимодействия. В первом типе действуют совместно водородные и ван-дер-ваальсовские связи. Ко второму типу относятся коллоидные системы, которые не содержат полярных групп, между частицами сохраняются остаточные прослойки дисперсионной среды. Эти условия относятся также к участкам макромолекул и их агрегатов, которые не содержат полярные группы. Энергия связи между такими макромолекулами и их агрегатами определяется поверхностной энергией. Величина дисперсионной энергии сцепления зависит от расстояния между частицами.

В выбр о со опасной зоне необходимо выделить следующие этапы разрушения угольного вещества. На первом этапе происходит разрушение отдельных объёмов угля с первым типом межагрегатного взаимодействия. Разрушающее воздействие на угольное вещество может оказать повышенное опорное давление. Это будет внешнее воздействие. При этом в отдельных объёмах

угольного вещества с низкими энергетическими связями произойдёт смещение агрегатов и разрыв межагрегатных связен. Пористость вещества позволяет перемещаться отдельным агрегатам. Образуются объёмы мелкодисперсных частиц.

На втором этапе в разгруженной зоне при увеличении межагрегатного расстояния разрушается угольное вещество второго Tima. Внутреннее воздействие на разрушение энергетических связей оказывает метан, скопившийся в молекулярном и Me»aqieraTHOM пространстве вещества.

При разрушении горным давлением угольного вещества с межмолекулярными связями количество связей на площади 1 см2 равно Л*',, = т х пс„ где т - количество агрегатов макромолекул на площади 1 см2 в плоскости раздав-ливапия; пс, - количество возможных межмолекулярных связей в 1 агрегате. Средняя энергия одной связи в веществе

Ucp=Kc (llcB.xxUx + Псв.в xUb + ncB.vxUv)/ (пд + 11к)6,022х 1 О23, Н-М, где Ux, UB, Uv - соответственно химическая, водородная и ван-дер-ваальсовская энергия связи 1 моля вещества, Дж/моль; Псв.х, Псв.в, Псв.у - соответственно кош1чество связен химической, водородной и ван-дер-ваальсовской энергией, пд + пк = Пш.х + Псв.в + Псв.у.

Суммарная энергия связей в веществе в сечении 1 см2

U = иФ Ncb , Н-м/см2 Теоретическая прочность на разрыв всех связей в сечешга 1 см2

Pt = UxlO8 / 8, МПа, где 5 - расстояние, на которое необходимо сместить атомы, чтобы разорвать связь между ними, Á; 5 > 10 Á.

При уменьшении горного давления в выбросоопасном слое на участке разгрузки возможен переход частиц с ближнего минимума энергии в дальний потенциальный минимум. Количество связей в веществе на площади 1 см2

Ncb = m X Пев, 1/сМ2

Энергия сцепления двух соседних боковых групп Un = и/6,022x1023, Дж, где U - энергия связи частиц, Дж/моль.

Удельная поверхностная энергия частицы

а = 0,5 Ncb I un |, Дж/см2.

Значение величины постоянной Гамакера, которая зависит от числа молекул в единице объёма, их поляризуемости и энергии ионизации

Ан = 24л го2стх10"16, Дж, где го - минимальное расстояние между частицами, принимаем го = 5 Á.

Сила притяжения частиц, находящихся на расстоянии h, Á, равна F = - 1024 Ап/блЬ3, МПа, где h - расстояшш между частицами в пределах го < h < h.

После превышения силы F горным давлением, произойдёт разрушение угольного вещества в этом объёме. Так, при увеличении h от 10 до 15 Á сила притяжения частиц F уменьшится от 10,1 до 2,99 МПа.

При увеличении давления газ может разорвать межмолекулярные и межагрегатные связи, образуя полости заполненные газом и диспергированным углём.

Количество связей в агрегате, находящихся во взаимодействии с сосед-

ними агрегатами

Исв = Кс 11м Пс,

где Кс - коэффициент симметрии боковых групп в макромолекуле; пс - количество связей в 1 макромолекуле, пм - количество макромолекул в агрегате, находящихся в контакте с соседними агрегатами.

Энергия сцепления двух соседних боковых групп 111 = 0,1 ббих 10-23, Дж, где и - средняя энергия связи частиц, Дж/моль.

Суммарная энергия межагрегатной связи иа = гпх Ыш, Дж

Прочность связи агрегата Рх = иах 1010 / 8, Н, где 5 - расстояние, на которое необходимо сместить атомы, чтобы разорвать связь между ними, А; 5 > 5 А.

Площадь поверхности одного среднестатичтического агрегата макромолекул Па = аЬхЮ-16, см2, где а - длина агрегата, А; Ъ - ширина агрегата, А.

Сила давления газа на агрегаты угольного вещества И = РхПах 102, Н, где Р - давление газа в угольном веществе, МПа.

В результате расчёта установлено, что при среднестатистических параметрах макромолекул разрушение угольного вещества возможно при давлении газа более 3,2 МПа. В прочных пачках для разрушения необходимо давление газа 32 МПа.

Инициирование внезапного выброса происходит в следующих условиях. При подвигашш забоя в сторону выбросоопасного участка происходят разломы породных пластов основной кровли, сопровождаемые вибрацией. Под действием переменных повышенных напряжений происходит разрыв наиболее слабых межагрегатных связей в коллоидных системах. Разрывы сопровождаются сейсмоакусгическим эффектом. Колебания консолей кровли происходят в призабойной зоне выработки. При повторных колебаниях кровли происходит разрушение более сильных межагрегатных связей, так как нагрузка на оставшийся остов увеличилась. Из разрушаемых микрообъёмов угольного вещества выделяется газ, и образуются локальные скопления газа под большим давлением. Возможно выделение углекислого газа из окружающих плохо проницаемых слоев угля. Давление выделяющихся газов складывается. В связи с тем, что в результате разрушения угольных слоев происходит прогиб кровли, уменьшается объём локальных скоплений и увеличивается давление газа. Как только растягивающие напряжения в барьерном целике угля между забоем и опасным участком под действием давления газа превысят предел прочности на растяжение, произойдет внезапный выброс угля и газа. Выброс будет продолжаться до границы аномального участка со скоплениями метана. Вынос разрушенных частиц производится за счет тяги выбрасываемого газа.

В локальных объёмах выбросоопасного слоя угольного пласта газ находится в свободном состоянии под давлением Р и давит равномерно во все стороны. Локальную полость с газом от забоя по выбр о со опасному слою отделяет разрушенный и дегазированный во время профилактических выбросо-опасных работ участок и «пробка» в виде защемлённой плиты. Эта «пробка» пригружена горным давлением (рис.9,10). Угольное вещество на этом участке не относится к выбросоопасному, так как имеет фазовые контакты между агрегатами и высокие энергетические надмолекулярные связи. Таким образом, в

этой пробке метаноносность угольного вещества небольшая и не происходит разрушения вещества ни газом, ни горным давлением.

Разрушение угольной «пробки» можно представить, как выдавливание перемычки давлением газа при превышении её прочностных характеристик.

Метан давит на плиту равномерно по всей площади. Равнодействующая сила равна

И = Р х а х Ь,

где а, Ь - соответственно длина короткой и длинной сторон, см; Р - давление свободного газа в локальном объёме за перемычкой, МПа.

Максимальные пролетные изгибающие моменты, действующие в направлении короткой и длинной сторон, равны Ма= аа х К, Мь = аь х Я, где аа, аь -коэффициенты для определения величины изгибающих моментов, отнесенных к единице ширины плиты.

В угольной плите возникают распределенные растягивающие напряжения. Величина этих напряжений определяется по формуле

О = МаЛУ, где XV - осевой момент сопротивления

XV = 1У6,

I - толщина защемленной плиты угля (рис.10).

Как только эти напряжения превысят предел прочности стР, плита будет разрушена. Предельная толщина перемычки равна

[Щ79РаЬ 1

Расчёты показали, что при метаноносности 50 - 100 м3/т горной массы газ может выдавить перемычку толщиной 1,7 - 2,5 м.

Технология безопасных работ в выбросоопасной зоне. Под безопасностью работ в забоях, проводимых в выбросоопасных зонах, подразумеваем исключение возможности проявления газодинамического явления во время нахождения людей в забое. Рабочие при комбайновом способе проведения выработки во время выполнения всех процессов проходческого цикла должны находиться в забое. При таком способе проходки применение локальных профилактических мероприятий обязательно (рис.11).

Мы не рассматриваем вариант буровзрывной отбойки, когда рабочие во время взрывных работ выводятся из забоя. В этом случае при внезапном выбросе могут быть только материальные потери, хотя иногда газодинамические явления происходят уже после взрывных работ.

Для обеспечения безопасности рабочих при проведении профилактических мероприятий, выполняемых в подготовительную смену специальной бригадой рабочих, в настоящее время применяется только ограничение скорости вымывания. Из-за отсутствия технических средств это ограничение невозможно выполнить.

В основу разработанного способа непрерывного контроля давления газа во время вымывания полостей положен принцип контроля давления метана в забое полости. Насадка для вымывания полостей должна иметь два изоли-

рованных друг от друга отверстия. Отверстие для выхода воды под большш давлением должно быть кольцевым, а в средине кольца располагается отвер стие, которое связано с вакуумманометром. При кольцевом отверстии возл насадки исходящей струёй воды формируется замкнутое пространство, в ко тором давление меньше атмосферного (вакуум). Этот вакуум через централь ное отверстие в насадке и помощью тонкой трубки связан с вакууммано метром, который находится на большом расстоянии от забоя выработю (рис. 12). Величина вакуума в этой зоне зависит от внешнего давления н; струю. При свободной струе воды в полости величина вакуума в зоне 5 буде Уо. Во время вымывания полости происходит дегазация массива угля, пр1 этом газ поступает в вымываемую полость. При выделении из коллектор; большого количества метана давление в полости повышается, величина ваку умной зоны возле насадки уменьшается и вакуумманометр реагирует на эп изменения. Разработанный способ контроля дегазации выбросоопасного ело: позволяет автоматизировать весь процесс вымывания передовых полостей I вывести людей из забоя на безопасное расстояние при работе в выбросоопас ной зоне.

В рассматриваемых выработках наиболее целесообразно применять ав томатические манипуляторы с дистанционной или интерактивной системеI управления. В случае дистанционной системы в контуре управления находит ся оператор, который обеспечивает надежное выполнение технологически; операций в изменяющихся во времени условиях. Наиболее перспективным I этом случае следует считать использование копирующей системы дистанци онного управления. Оператор манипулирует специальным устройством, ки нематически аналогичным исполнительному манипулятору и называемы\ управляющим или задающим манипулятором. Он также выполняет с за дающим манипулятором все движения, необходимые для самих технологиче ских операций. Для более эффективного их выполнения следует обеспечит! также двунаправленность передачи информации между оператором и испол нительным манипулятором при помощи известных следящих систем.

Опыт вымывания опережающих полостей показал, что на отдельных уча стках выбросоопасной зоны усиливается реакция пласта, увеличивается ин тенсивность выделения метана, и процесс вымывания вынуждены останавли вать. Основной причиной таких явлений является аномально высокая метано носность выбросоопасного слоя. Для обеспечения безопасности рабочих нг таких участках разработан новый способ борьбы с внезапными выбросами сущность которого заключается в предварительном бурении передовых скважин по невыбросоопасной пачке пласта. В первую очередь пробуривается веерообразная серия скважин станком «Старт» по вышележащей пачке угля Длина скважин и вымываемых полостей одинакова. Скважины позволяют дегазировать вышележащую и частично выбросоопасную пачку угля. Вышележащая пачка не опасна по выбросам и при бурении скважин внезапные выбросы не будут происходить.

Во время вымывания полостей без бурения скважин из выбросоопасногс слоя выделилось 39,5 %, а из прочных пачек во время работы комбайна -60,5 % от всего количества.

ПРОЦЕССЫ В ЗАБОЕ ВЫРАБОТКИ, ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ КОТОРЫХ ПРОИСХОДЯТ ВНЕЗАПНЫЕ

ВЫБРОСЫ

Рис.11. Основные принципы и способы обеспечения безопасности при выполнении рабочих процессов в забое подготовительной выработки в выбросоопасной зоне

Рис.12. Схема непрерывного контроля дегазации выбросоопасного слоя во время гидровымывания полостей (а.с. 1490297 ), где 1 - специальная насадка; 2 - трубопроводный став; 3 - вакуумманометр; 4-факел водяной струи; 5- вакуумная зона, создаваемая эжекцией струи; ( - вымываемая полость; 7 - забой выработки

ВАКУУММАНОМЕТР

Рис. 13. Следящий снаряд и насадка с кольцевым отверстием для гидровымывания полостей, контроля и управления дегазацией выбросоопасного слоя.

Техническая характеристика: диаметр насадки - 46 мм; диаметр кольцевой щели: внутренний - 6,2 м; внешний - 6,9 мм; масса насадки - 0,4 кг

При бурении скважин выделилось в среднем 28,5 %, а из выбросоопасного слоя и прочных пачек соответственно 13,5 и 58 %. Таким образом, в результате образовавшихся трещин больше половины газа из выбросоопасного слоя дегазировано через скважины.

Внедрение и эффективность безопасной технологии проведения выработок в выбросоопаснон зоне. Разработанные способы, средства и параметры технологии безопасного проведения подготовительных выработок, учитывающие генетические характеристики пласта, были внедрены при отработке особо вы-бросоопасных участков пласта «мощного» на шахте «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь.

Рациональные параметры передовых полостей внедрены при проведешш участка длиной 704 м в штреке 1221-С и вентиляционной сбойке и участка длиной 914 м в штреке 1321-С. До внедрения этих параметров в штреках 921-С, 1021-С 1121-С произошло 8 внезапных выбросов при вымывании 6 - 7 полостей длиной 8,5 -12 м. Выбросы происходили во время работы комбайна и вымывания передовых полостей для дегазации выбросоопасного слоя. Средняя скорость подвигания в этих выработках была 36,1 м/мес.

При определении рациональных параметров учитывалось, что все процессы, связанные с подготовкой к вымыванию полостей, с вымыванием, отгрузкой пульпы и откачкой воды, должны быть выполнены в течении 1 подготовительной смены. Противовыбросные профилактические мероприятия проводятся в течение первой ремонтно-подготовительной смены. Работы проводятся рабочими подготовительного участка под руководством горного мастера участка ВТБ. Время, отводимое на профилактические работы, включает

Тпроф = Тподг Твым ^ Тпров 0,5, где Тподг - время на подготовительные работы, ч; Твым - время, затрачиваемое на вымывание полостей, ч; Тпров - время на проветривание забоя, ч; 0,5 - продолжительность повышенного метановьгделения после гидровымывания, во время которого работы в забое остановлены, ч. Чистое время вымывания полостей, ч ,

Твым = (2 Ь пт) / 60-У2 + [(2 Ь|) - (2 Ь газ!)] / 60-У1, где 2 Ь газ 1 - суммарная длина части вымываемых полостей с повышенным газовыделением, м; 2 - суммарная длина вымываемых полостей, м; VI - скорость вымывания полостей по дегазированному участку пласта, м/мин; Уг -скорость вымывания полостей за дегазированной зоной ЬР, м/мин. Скорость вымывания Уг не должна превышать 0,5 м/мин.

Хрономегражные измерения и расчёты показали, что время вымывания 7 полостей при ширине выработки 5 м в зависимости от длины изменяется от 2,23 до 4,4 ч (табл.2). Средний коэффициент чистого времени на вымывание составляет 0,44.

Таблица 2

Затраты времени на вымывание полостей_

Длина вымываемой полости Ь, м Время вымывания полостей Твым, ч

12 2,23

16 3,05

20 3,7

24 4,4

31

Ширина защитной полосы равна Ьз = L [С (N -1 ) - А ] / 2 В, м.

Для условий Воркугского месторождения С = 1,8 м, В = 4 м, коэффициент неснижаемого опережения разрушенной и дегазированной полосы со = 0,5. Подвигание забоя в защищенной зоне 5,45 м/сут (рис.8).

Подвигание подготовительного забоя в пределах защищённой зоны после каждого вымывания полостей с учетом потерь времени на профилактические мероприятия, м/сут, Vn = 24-L / ( Тпроф + пц • tu ), где tu, пц - соответственно продолжительность одного цикла и количество циклов по проходке выработки; ч.

При условии , что V < Vn было принято суточное подвигание забоя 5 м/сут, длина полостей -15 м, количество полостей - 7.

Для гидровымывания используется вода из противопожарного трубопровода, давление которой должно быть не ниже 0,5 МПа. К этому трубопроводу подсоединяется насосная установка, создающая напор воды перед гидр о -ставом не менее 12 МПа и имеющая производительность около 60 л/мин. Насосная установка устанавливается на свежей струе перед вентилятором, подающим свежий воздух в подготовительный забой. Вода от насосной установки подается к забою выработки по ставу высоконапорных цельнотянутых труб диаметром 9 мм. Для этого используются трубы от разводки очистных комплексов. Трубы прокладываются по прямолинейной части выработок. На поворотах и на сопряжениях выработок трубы соединяются высоконапорным шлангом типа (20x33-32-3) УГОСТ 25452-82111 85 ЛКБ. Возле насоса и на конце трубопровода в забое проводимой выработки устанавливаются задвижки. Кроме этого, возле насоса со стороны высокого давления устанавливается манометр со шкалой не менее, чем на 25 МПа. К трубопроводу подсоединяются счётчик-расходомер, манометр и гидроствол, который состоит из стальных цельнотянутых труб диаметром У4 дюйма и длиной 1 м. На конце ствола навинчивается насадка. Возле ствола устанавливается предохранительный щит. Перед гидр о в вшиванием выработка должна быть закреплена постоянной крепью до забоя. Максимально допустимое отставание постоянной крепи от забоя - 0,3 м.

При внедрении рекомендуемых параметров в штреках 1221-С и 1321-С среднесуточная скорость подвигания была увеличена в 2 раза по сравнению с базовым вариантом. Были пройдены 9 выбросоопасных зон без внезапных выбросов, несмотря на то, что метаноносность выбросоопасного слоя была от 52 до 103,5 м3/г горной массы при сильной реакции массива (табл.1).

Фактический суммарный экономический эффект по зарплате за счёт увеличения темпов подвигания забоя составил 109,4 тыс. руб. (в ценах 1987 г.). Экономический эффект за счёт увеличения темпов подвигания составил 10,3 тыс. руб. Фактический экономический эффект за счёт увеличения допустимого подвигания забоя после вымывания составил 20 тыс. руб. Суммарный эффект составил 139,7 тыс. руб.

Для реализации способа контроля дегазации во время гидровымывания полостей была разработана и изготовлена конструкция специальной насадки (рис.13). Насадка имеет два отверстия: одно кольцевое для подачи воды под давлением, другое - центральное для контроля. Конструктивно выполнена их изоляция друг от друга, чтобы вода не попала в контрольный трубопровод.

Испытания были проведены в особо выбросоопасной зоне пласта "Мощного" в забое рельсового уклона № 4 на шахте «Комсомольская» ОАО «Воркута-уголь». Мощность выбросоопасного слоя угля 0,26 м. Во время образования ворошен величина давлегаш в вакуумной зоне снизилась до 0,02 ... 0,04 МПа. С увеличением глубины полости во время подвигания гидростава давление уменьшалось до 0,035 МПа.

После резкого подвигания насадки на забой появились стуки в массиве, и прибор показал снижение давления до 0,02 МПа. Продвижение насадки на забой было остановлено и став был подан на 2 м назад без прекращения вымывания. Прибор сразу показал увеличение давления до 0,08 МПа.

Давление, показываемое вакуумманометром, постепенно стало уменьшаться до 0,02 МПа после выхода полости за ранее обработанную полосу массива угля. Затем послышались стуки в массиве. Несмотря на это, подача насадки на забой была продолжена. В то мгновенье, когда стрелка вакуумма-нометра показала «ноль», произошел внезапный микровыброс метана и сухой пыли массой в несколько килограммов. В результате шахтных испытаний установлено, что выбросоопасная ситуация в полости может развиваться при показаниях вакуумманометра менее 0,025 МПа. При таком значении давления в эжекциокной зоне необходимо став подать назад и после увеличения давления продолжать вымывание полоста.

«Способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа» был испытан в штреке 1321-С. Скважины диаметром 300 мм и данной 15 м бурились по верхней невыбросоопасной пачке пласта «Мощный» на расстоянии 0,5 м по вертикали от выбросоопасного слоя. Замеры выделения метана до испытания способа показали, что из выбросоопасного слоя выделялось в среднем 362 м3, а из прочных пачек - 526 м3. В процентом отношении это составляло соответственно 39,5 и 60,5 %. Средняя интенсивность выделения метана во время вымывания полостей была 1,34 м3/мин, а во время работы комбайна - 0,38 м3/мин. При внедрении способа во время бурения скважин выделялось 280 - 1030 м3 метана, при вымывании полостей 214 - 320 м3, а при работе комбайна - 810 -1610 м3. Средние значения долевого участи выделения метана составили соответственно 28,5: 13,5 и 58 %. Таким образом, подтверждена гипотеза о частичной дегазации выбросоопасного слоя и уменьшении опасности внезапного выброса во время вымывания передовых полостей по выбросоопасному слою.

«Способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа» был внедрён при проведении штрека 1421-С. Другие способы предотвращения внезапных выбросов на участке штрека 1421-С оказались не эффективны из-за повышенной реакции выбросоопасного слоя. Из-за отсутствия других способов борьбы с внезапными выбросами запасы утля в количестве 111,7 тыс. т пласта «Мощного» мощностью 4,07 м необходимо было списать в потери. Для внедрения способа были разработаны технологическая схема и паспорт выполнения способа в забое, которые были утверждены техническим директором объединения А.И. Субботиным и согласованы с лабораторией по внезапным выбросам ВостНИИ. Внедрение способа производилось в 1988 и 1989 гг. Исходными данными для расчёта были следующие данные. С применением дегазирующих скважин в особо выбросоопасных зонах пройдено 90 м. Пройдено 229 м конвейерного штрека после выбросоопасной зоны. Подготовлено 111700 т запа-

сов к выемке. Рабочими УПР пробурено 1890 м скважин. Эксплуатационные затраты составили 8029 руб., в том числе: зарплата - 4310 руб., амортизационные отчисления - 2733 руб., услуги 986 руб. ( в размере 14% от заработной платы и амортизационных отчислений). За 1988 г. фактическая экономия по себестоимости при реализации подготовленных запасов составила 472255,2 руб. При этом экономический эффект за счет внедрения способа борьбы с внезапными выбросами в 1988 г. составил 198900 руб. В 1989 г. внедрение способа было продолжено. Были подготовлены к выемке 62,30 тыс. т угля. Экономия по себестоимости составила 112,15 тыс. руб. Суммарный экономический эффект в размере 311 тыс. руб. от внедрения способа борьбы с внезапными выбросами угля и газа отмечен Решением Госкомизобретений СССР РС № 60/4 - 13/084 от 25.03.91 г.

В 1996 г. ОАО «Воркутауголь» приобрело для применения на шахтах с 1 июля 1996 г. патент на изобретение № 1456601 «Способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований осуществлено решение научной проблемы управления дегазацией выбр о со опасного угольного пласта и приведения его в невыбросоопасное состояние в результате установления вы-бросоопасных зон, образовавшихся во время торфонакопления, и вымывания опережающих полостей по информации об интенсивности газовыделения, имеющей важное народно-хозяйственное значение для угольной промышленности России.

Основные научные и практические результаты работы сводятся к следующему:

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

2. В результате исследований геологических разрезов пластов установлено, что выбросоопасные зоны представляют собой линзообразное скопление малозольного угля. На грашщах выбросоопасной зоны слой угля замещается углистым аргиллитом элювиального происхождения, а затем по мере удаления от выбросоопасной зоны - алевролитом. Местонахождение выбросоопасных зон определяется во время геологоразведочных работ в грашщах развития геотектонических ритмов в пределах месторождения, анализа структурных колонок пластов и величины междупласгья.

3. В результате шахтных исследований установлена неравномерность размещения локальных скоплений метана в слоях и по площади распространения пласта. Наиболее метаноносным является слой выбросоопасным сажи-

того мягкого угля. По простирашпо пласта газонакопленне в соседних участ-сах шириной 3,5- 5 м отличается в несколько раз. Газонакопление в выбросо-тасном слое и в прочных невыбросоопасных пачках угля пласта «Мощного» вменялось соответственно от 2 до 103,5 м3/т и от 0,9 до 39,3 м3/т горной массы. Минимальное расстояние между локальными объёмами угольного вещест-5а с высокой метаноносностыо составляет 1,5 ... 2 м.

4. В результате шахтных и лабораторных исследований определена ме-ганоносность и структура угольного вещества в выбросоопасных зонах. Вне-!апные выбросы происходили при метаноносности выбросоопасного слоя бо-тее 50 м3/т горной массы. Содержание гелифицированных компонентов в про-5ах изменялось от 49 до 82 %, а фюзинита - от 13 до 39 %. Текстура и структура выбросоопасного слоя представлена аморфной массой с крупными порами. Зольность выбросоопасного слоя в очагах выбросов меньше, а вокруг очагов в 2 раза больше, чем зольность прочных пачек. Большое количество глинистых веществ в пограничных зонах слоя с очагами выбросов указывает на фации проточных вод.

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

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

7. Развиты теоретические представления о физико-химических процессах в угольном веществе, которые предшествуют внезапному выбросу, и о механизме инициирования и развития выброса. В угольном веществе коллоидного происхождения возможны два типа межагрегатного взаимодействия. В первом

типе действуют совместно водородные и ван-дер-ваальсовскне связи. Угольное вещество обладает низкой суммарной энергией связи. Разрушение угольного вещества в выбросоопасной зоне до подхода забоя выработки (в условиях объёмного сжатия) происходит в результате разрыва надмолекулярных и межагрегатных связей под действием вненлшх сил, которые создаются горным давлением вышележащего массива. Теоретическая прочность на разрыв межмолекулярных связей среднестатистического агрегата равна 3,8 МПа.

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

Внутренние силы создаются давлением газа, заключённого в межмолекулярном и межагрегатном пространстве. Разрушение угольного вещества происходит при давлешш 3,2 МПа. В прочных слоях угля разрушение угольного вещества может произойти при давлешш газа 32 МПа. Инициирование внезапного выброса происходит после частичного разрушения и объединения локальных объёмов угольного вещества с высоким давлением метана. Как только давление газа в этом объёме превысит предел прочности на растяжение барьерного целика, который отделяет скопление газа от забоя выработки, произойдёт силовое макроразрушение целика и вынос газом разрушенного угля в выработку. При метаноносносги на этом локальном участке выбросо-опасного слоя 50 - 100 м3/т горной массы (давлешш метана 36,1 - 43 МПа) и пределе прочности угля в целике 0,1 - 0,05 МПа газ может разрушить перемычку толщиной 1,7- 2,5 м.

8. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана и внедрена технология выполнения профилактических работ в забое подготовительных выработок в выбросоопасных зонах. Основными принципами обеспечения безопасности приняты:

- создание буферной (защитной) полосы - подвигание забоя выработки производится в пределах неснижаемой разрушенной и дегазированной полосы в вы-бросоопасном слое;

- непрерывный контроль интенсивности выделения метана из дегазируемого массива выбросоопасного слоя и регулирование скорости подачи рабочего органа;

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

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

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

Непрерывный визуальный контроль интенсивности выделения метана осуществляется при помощи насадки специальной конструкции с кольцевым рабочим отверстием и центральным отверстием, соединённым с вакууммано-метром. Промышленные испытания насадки показали возможность преду-

реждения предвыбросной ситуации. Для предотвращения внезапного выбро-1 газа необходимо остановить подачу става на забой полости при показании акуумманометра 0,03 МПа и вывести из полости насадку при показаниях рибора 0,02 МПа. Насадка используется в качестве датчика при автоматиза-ии процессов дегазации массива.

9. По результатам шахтных и аналитических исследований разработан и не дрен способ управления газовым состоянием выбросоопасного слоя в осо-о выбросоопасных зонах, где в локальных объёмах сосредоточен метан под олыним давлением. Над выбросоопасным слоем на расстоянии 0,5 м по не-ыбросоопасной пачке пласта бурится серия передовых скважин, служащих ля частичной дегазации выбросоопасного слоя. Гидровымывание полостей гановится безопасным, так как дебит метана из выбросоопасного слоя меньшается в 3 раза.

10. В результате внедрения технологии реализации способа дегазации ыбросоопасного слоя, способа предотвращения внезапных выбросов с рекомендованными параметрами (а.с. № 14566011 с 1987 г., патент № 1456601 с .07.1996) и насадки для непрерывного визуального контроля предвыбросной итуации получен фактический экономический и социальный эффект.

Фактический экономический эффект получен за счёт увеличения скоро-ги подвигания подготовительных выработок в 2 раза, увеличения суточной агрузки на лаву и отработки 111,7 тыс. тонн запасов пласта «Мощного», одготовленных к списанию из-за высокой реакции массива.

Социальный эффект является следствием уменьшения риска внезапных ыбросов, повышения безопасности рабочих в забоях и предотвращения 5 незапных выбросов на участках пласта, метаноносность выбросоопасного лоя на которых превышала 70 м3/г горной массы.

По теме диссертации опубликованы следующие работы: .Колесниченко Е.А., Сморчков Ю.П. Определение параметров вентиляции выемочно-о участка на ЭЦВМ "Минск-22" (в условиях интенсификации выемки на пластах с вы-окой газоносностью). Воркута: ИВЦ "Воркутауголь", 1974. 24 с. . Колесниченко Е.А. Исследование закономерностей формирования метановоздушных отоков в пределах выемочного участка. Совершенствование технологии и механиза-[ии горных работ. Тр. науч. конф., посвященной 25-летию Шахтинского филиала ШИ.- Шахты, 1983.- С. 121-122. Деп. в ЦНИЭИуголь 20.07.84, № 3073/33. . Колесниченко Е.А. Расчет нагрузки на очистной забой при выемке метаноносных [ластов. Совершенствование технологии и механизации горных работ. Тр. науч. конф., [освященной 25-летию Шахтинского филиала НПИ.- Шахты, 1983,- 0.110-111. Деп. в ЩИЭИуголь 20.07.84, № 3073/29.

. Колесниченко Е., Орешкин A.B., Сморчков ЮЛ. Динамика газовыделения и интен-ивность выемки угля на шахтах ПО "Воркутауголь". Техника безопасности, охрана руда и горноспасательное дело. Обзор, информ. /ЦНИЭИуголь.-М.: 1985.-Вып.4. 33 с. !. Диброва Г.Д., Колесниченко Е.А. Способ гидроперфорирования выбросоопасных [ластов. Информ. листок/Рост. МГЦНТИиИ,- Ростов н/Д, 1988,- № 610-88,- 2 с. I. Диброва Г.Д., Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Гидромониторный насадок •ипа НПИ-ГН1. Информ. листок / Рост. МГЦНТИиП.-Ростов н/Д, 1988,- № 609-88.-4 с. '. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Закономерности утечек воздуха из очистно-

го пространства в лавах большой длины. Угольная промышленность СССР: Реф. на картах/ЦНИЭИуголь.-М., 1988. - Вып. 5,-Карта № 141 (777).

8. A.c. № 14566011 СССР. МКИ Е 21 F 5/00. Способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа/ Орешкин A.B., Колесниченко Е.А., Петров ИЛ. Бюл. № 5. 7.02.1989.

9. A.c. № 1490297 СССР. МКИ Е 21 F 5/00. Способ гидроперфорирования выбросо-опасных пластов / Диброва Г.Д., Колесниченко Е.А. Бюл. № 24. 30.06.1989.

10. Колесниченко Е.А., Диброва Г.Д., Орешкин A.B. Устройство для перфорирования выбросоопасных пластов. Положит, реш. от 22.03.1993 г. по заявке № 4946340/03 от 14.06.1991 г.

11. Диброва Г.Д., Колесниченко Е.А. Способ контроля гидроперфорирования выбросоопасных пластов. Инструменты и машины выемочных и проходческих комплексов: Межвузовский сб. тр.- Новочеркасск, 1992.- С. 128 - 132.

12. Колесниченко Е.А. Исследование способов воздействия на приконтурный массив горных пород в подготовительной выработке с целью уменьшения пучения почвы в зоне ПГД. Совершенствование разработки угольных месторождений: Сб. науч. тр.- Шахты, 1994.- С.153-155.

13. Колесниченко Е.А. Определение параметров гидровымывания при проведении подготовительных выработок по выбросоопасным пластам. Совершенствование разработки угольных месторождений: Сб. науч. тр.- Шахты, 1994.- С.204 - 206.

14. Пат. № 1456601 РФ, МКИ Е 21 F 5/00. Способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа/ Орешкин A.B., Колесниченко Е.А., Петров И.П. Опубл. Бюл.№ 5 от 07.02.89,

15. Колесниченко Е.А., Блохин Д.В. Анализ внезапных газодинамических явлений на шахте "Западная" АО "Гуковуголь". Вопросы совершенствования учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод, тр.- Ростов н/Д: Изд-во "Пегас", 1996. С.56-58.

16. Колесниченко Е.А., Орешкин A.B. Распределение напряжений в массиве вокруг выработки, примыкающей к выработанному пространству. Вопросы совершенствования учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод, тр.- Ростов н/Д: Изд-во Пегас", 1996.-С.58-61.

17. Колесниченко Е.А., Орешкин A.B. Теоретическое обоснование параметров защищенной зоны на выбросоопасных участках пласта. Вопросы совершенствования учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод, тр. - Ростов н/Д: Изд-во "Пегас", 1996.-С. 62-64.

18. Орешкин A.B., Колесниченко Е.А. Предотвращение внезапных выбросов в подготовительных выработках. Новочеркасск: НГТУ, 1996.-91 с.

19. Колесниченко Е., Колесниченко И.Е. Анализ горно-геологических условий в зонах внезапных выбросов на шахте "Западная" АО "Гуковуголь". Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод, тр. Ростов - н/Д: Изд-во "Пегас", 1997,- С.38-40.

20. Колесниченко Е., Колесниченко И.Е. Влияние очистного забоя на перераспределение напряжения вокруг подготовительной выработки. Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод, тр. Ростов - н/Д: Изд-во "Пегас",1997.-С.47-49.

21. Орешкин A.B., Колесниченко Е.А. Анализ внезапных выбросов в подготовительных выработках на шахтах Воркутского месторождения. Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч.и метод, тр.- Ростов - н/Д: Изд-во "Пегас", 1997.-С.10-15.

12. Колесничеико Е.А., Орешкин A.B. Основные принципы гидроперфорирования вы-Зросоопасных угольных пластов. Совершенствование учебно-научно-методического сомплекса: Сб. науч. и метод, тр. - Ростов - н/Д: Изд-во "Пегас". 1997. -С. 16-18

23.Колеениченко Е.А., Колесничеико И.Е. Анализ петрографического состава выбро-хюпасного слоя пласта "Мощный". Совершенствование учебно-научно-методическо-"о комплекса: Сб. науч. и метод. трудов-Ростов- н/Д: Изд-во"Пегас",1997.-С.18-19.

24. Колесничеико Е.А., Орешкин A.B. Разрушение угля водяной струей при гидровы-иывании. Совершенствование учебно- научно-методического комплекса: Сб. науч. и четод. тр. Ростов - н/Д: Изд-во "Пегас", 1997.-С.22-25.

25. Колесничеико Е.А. Исследование закономерностей распределения метана в угольном пласте. Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод, тр.- Ростов - н/Д: Изд-во "Пегас", 1997.-С.31-36.

26. Колесничеико Е.А., Бондарев Ю.Д. Теоретическое определение пустотности витри-нита в угольных пластах. Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод, тр.- Ростов-н/Д: Изд-во "Пегас", 1997.-С.36-37.

27. Колесничеико Е.А. Теоретический расчет объема и давления метана в угольном пласте. Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод. тр. - Ростов - н/Д: Изд- во "Пегас",I997.-C.37-38.

28. Орешкин A.B., Колесничеико Е.А., Диброва Г.Д. Разработка способа и безопасных средств дегазации пласта в выбросоопасной зоне. Проблемы геодинамической безопасности. II Международное рабочее совещание. 24-27 июня 1997,- СПб.: ВНИМИ,

1997.-С.169-174.

29. Колесничеико Е.А. Моделирование способов охраны выработок. Новочеркасск: НГТУ, 1997,-64 с.

30. Колесничеико И.Е., Колесниченко Е.А. Методика расчета нагрузки на очистной забой по концентрации метана. Информ. листок /МАНЭБ - Ростов н/Д: Изд-во "Пегас",

1998,-№ 1-98.-7 с.

31. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е., Диброва Г.Д. Насадка для безопасного вымывания опережающих полостей на участках, опасных по внезапным выбросам метана. Информ. листок/МАНЭБ - Ростов н/Д: Изд-во "Пегас", 1998.-№ 2-98.-4 с.

32. Колесниченко Е.А., Орешкин A.B. Способ предварительной дегазации выбросо-опасных слоев угля. Информ. листок/МАНЭБ - Ростов н/Д: Изд-во "Пегас", 1998.-№ 4 -98.-3 с.

33. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е., Диброва Г.Д. Способ безопасного гидровымывания опережающих полостей с непрерывным контролем давления метана. Информ. листок / МАНЭБ - Ростов н/Д: Изд-во "Пегас", 1998,- № 5-98.-3 с.

34. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Зависимость пористости выбросоопасного слоя угля от объемной плотности. Экология, безопасность и эффективность производства: Межвузовский сб. науч. и науч.-метод. тр. /Донское отд. Междунар. АН экологии и безопасности жизнедеятельности; Шахт. ин-т. Новочерк. гос.техн. ун-т,- Ростов-н/Д: ДГТУ, 1998. С. 29-30.

35. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Механика разрушения перемычки угля метаном при внезапном выбросе. Экология, безопасность и эффективность производства: Межвузовский сб. науч. и науч.-метод. тр. /Донское отд. Междунар. АН экологии и безопасности жизнедеятельности; Шахт. ин-т. Новочерк. гос.техн. ун-т,- Ростов-н/Д: ДГТУ, 1998. С. 10-14.

36. Колесниченко Е.А. Анализ гипотез о природе и механизме внезапных выбросов уг-

ля и метана. Межвузовский сб. науч. и науч.-метод. тр. / Донское отд. Межд. акад. наук экологии и безопасности жизнедеятельности; Шахтинский инст. Новочерк. гос. техн. ун-т, Росгов-на-Дону: ДГТУ, 1998. С. 14-18.

37. Колесниченко И.Б., Колесниченко Е.А. Шахтные исследования расположения локальных коллекторов метана в угольном пласте. Экология, безопасность и эффективность производства: Межвузовский сб. науч. и науч.-метод. тр. /Донское отд. Между-нар. АН экологии и безопасности жизнедеятельности; Шахт. ин-т. Новочерк. гос. техн. ун-т,- Ростов-н/Д: ДГТУ, 1998. С. 22-24.

38. Колесниченко Е.А. Расположение выбросоопасных зон на пласте «Мощный» Вор-кутского месторождения. Экология, безопасность и эффективность производства: Межвузовский сб. науч. и науч.-метод. тр. /Донское отд. Междунар. АН экологии и безопасности жизнедеятельности; Шахт. ин-т. Новочерк. гос. техн. ун-т,- Ростов-н/Д: ДГТУ, 1998. С. 24-25.

39. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Теоретическая концепция природы и механизма внезапных выбросов метана и угля. Экология, безопасность и эффективность производства: Межвузовский сб. науч. и науч.-метод. тр. /Донское отд. Междунар. АН экологии и безопасности жизнедеятельности; Шахт. ин-т. Новочерк. гос. техн. ун-т,-Росгов-н/Д: ДГТУ, 1998. С. 3 - 10.

40. Колесниченко Е.А., Орешкин АЛ., Колесниченко И.Е. Управление дегазацией пласта при очистныхи подготовительных работах. Ростов н/Д:Изд-во"Пегас", 1998-184 с.

41. Колесниченко Е.А. Геологические условия формирования выбросоопасной зоны в угольных пластах и основные принципы предотвращения внезапных выбросов. - Горная промышленность, 2000, № 1,- С/№-Ч£.

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ НА ВЫБРОСООПАСНЫХ ПЛАСТАХ.

1.1. Область распространения внезапных выбросов угля и газа.

1.2. Анализ системы взглядов на условия, природу и механизм реализации внезапных выбросов угля и газа.

1.3. Анализ опытных данных о характерных признаках приближения к выбросоопасным зонам.

1.4. Выводы по главе.

2. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ ЕЁ РЕШЕНИЯ

2.1. Методологическое обоснование безопасного проведения горных выработок в очагах выбросоопасности.

2.2. Задачи исследования.

2.3. Методы и теоретические основы решения проблемы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАЦИАЛЬНО-ГЕОТЕКТОНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ТОРФОНАКОПЛЕ-НИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ ВЫБРОСООПАСНЫХ ЗОН В ПЛАСТЕ.

3.1. Исследование структуры угольных пластов Воркутского месторождения в местах внезапных выбросов угля и газа

3.2. Исследование фациально-геотектонической обстановки торфонакопления в местах внезапных выбросов.

3.3. Анализ влияния геологических нарушений на формирование очагов внезапных выбросов на угольных пластах Воркутского месторождения.

3.4. Геологические основы прогнозирования месторасположения участков пласта, генетически предрасположенных к внезапным выбросам угля и газа.

3.5. Выводы по главе.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫБРОСООПАСНОГО СЛОЯ В ПЛАСТЕ.

4.1. Объекты и методы исследования.

4.2. Исследования изменения метаноносности выбросо-опасного слоя и прочных пачек угля по площади распространения пласта.

4.3. Исследование газодинамики в призабойном массиве.

4.4. Исследование петрографического состава и зольности выбросоопасного слоя угля.

4.5. Исследование пористости угольного вещества в выбро-соопасном слое.

4.6. Выводы по главе.

5. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕНЕЗИСА И МЕХАНИЗМА РАЗРУШЕНИЯ УГОЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА

В ВЫБРОСООПАСНЫХ ЗОНАХ.

5.1. Анализ исследований структуры и механизма разрушения угольного вещества.

5.2. Теоретическое моделирование и обоснование молекулярной структуры и надмолекулярной организации угольного вещества в выбросоопасной зоне.

5.3. Надмолекулярное строение и энергетические связи угля.

5.4. Влияние метаморфических преобразований на структурно-механические свойства угольного вещества.

5.5. Выводы по главе.

6. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИЗМА РЕАЛИЗАЦИИ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВНЕЗАПНЫХ ВЫБРОСОВ

МЕТАНА И УГЛЯ.

6.1. Условия формирования выбросоопасной зоны и основные принципы предотвращения внезапных выбросов.

6.2. Физико-механические процессы в призабойном массиве.

6.3. Теоретические расчёты разрушения угольного вещества горным давлением и десорбируемым метаном.

6.4. Теоретический расчёт разрушения перемычки угля при внезапном выбросе угля и газа.

6.5. Выводы по главе.

7. ТЕХНОЛОГИЯ БЕЗОПАСНЫХ РАБОТ В ВЫБРОСО-ОПАСНОЙ ЗОНЕ.

7.1. Основы непрерывного контроля и управления дегазацией призабойного массива.

7.2. Шахтные испытания способа контроля и управления дегазацией выбросоопасного пласта.

7.3. Обеспечение безопасности работ в особо выбросоопасных зонах методом предварительного бурения скважин.

7.4. Выводы по главе.

8. ВНЕДРЕНИЕ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ БЕЗОПАСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫРАБОТОК В ВЫБРОСО-ОПАСНОЙ ЗОНЕ.

8.1. Технология работ в подготовительном забое при дегазации выбросоопасного слоя в призабойной зоне.

8.2. Внедрение результатов исследования и их эффективность

8.3. Выводы по главе.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Основные научные положения, выносимые на защиту:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Научная новизна работы заключается в следующем:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Практическая ценность работы:

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

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

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

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

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

Реализация работы. Рекомендованные параметры гидровымывания опережающих полостей для предотвращения внезапных выбросов были внедрены на шахте «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь» при проведении подготовительных выработок на особо выбросоопасном участке пласта «Мощного». В результате сократилось количество вымываний, увеличилась скорость проведения выработок, повысилась безопасность работ. Во время внедрения были предотвращены выбросы в пяти выбросоопасных зонах, в которых из выбросоопасного слоя выделялось газа от 70 до 103,5 м3/т горной массы. Внезапные выбросы до этого происходили при выделении газа свыше 50 м3/т. Фактический экономический эффект при проведении штрека 1221-С составил 51758 руб., при проведении штрека 1321-С - 57667 руб. (в ценах 1988 и 1989 г.).

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

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

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

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

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

8.3. Выводы по главе

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

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

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

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

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

6. Социальный эффект получен за счёт уменьшения риска внезапных вы

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

7. Фактический экономический эффект в 1988 г. составил 198,9 тыс. руб. В 1989 г. фактическая экономия составила 112,15 тыс. руб. Суммарный фактический экономический эффект в размере 311 тыс. руб. отмечен Решением Госкомизобретений СССР PC № 60/4 - 13/084 от 25.03.91 г. в результате внедрения «Способа борьбы с внезапными выбросами угля и газа» (А.с. № 14566011 СССР. Е 21 F 5/00. Бюл. № 5. 7.02.1989. Патент № 1456601 с 1.07.1996), что позволило подготовить к выемке запасы угля в количестве 111,7 тыс. т в особо выбросоопасной зоне пласта «Мощного».

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

В 1996 г. ОАО «Воркутауголь» приобрело для применения на шахтах с 1 июля 1996 г. патент на изобретение № 1456601 «Способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

Основные научные и практические результаты работы сводятся к следующему:

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

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

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

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

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

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

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

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

3,8 МПа.

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

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

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

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

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

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

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

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

10. В результате внедрения технологии реализации способа дегазации выбросоопасного слоя, способа предотвращения внезапных выбросов с рекомендованными параметрами (а.с. № 14566011 с 1987 г., патент № 1456601 с 1.07.1996) и насадки для непрерывного визуального контроля предвыбросной ситуации получен фактический экономический и социальный эффект.

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

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

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

1. Абрамов Ф.А., Зорин А.Н., Ефремов Э.И. и др. Некоторые аспекты теории выбросов угля, породы и газа. Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа. М.: Недра, 1978. С. 92-122.

2. Алесковский В.Б. Химия твёрдых веществ: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1978. 256 с.

3. Аммосов И.И. Петрографические особенности и свойства углей. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 380 с.

4. Аммосов И.И. Основные направления и главные задачи развития петрологии углей в СССР. / Петрология палеозойских углей СССР. М.: Недра, С.7 23. (VIII Международный конгресс по стратиграфии геологии карбона).

5. Анцыферов М.С., Константинова А.Г., Переверзев Л.В. Сейсмоакусти-ческие исследования в угольных шахтах. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 104 с.

6. Артёмов А.В., Фролков Т.Д. Особенности молекулярной структуры углей в выбросоопасных зонах пластов Донбасса. Уголь, 1975, № 11,С. 30 -32.

7. Артёмов А.В., Фролков Т.Д. Прогноз выбросоопасности по концентрации парамагнитных центров. Уголь. - 1977. - № 5. - С. 22-24.

8. Артёмов А.В., Пересунько Т.Ф. (Новочеркасский политехнический институт). Прогноз выбросоопасности антрацитовых пластов физико-химическими методами: Экспресс-информ./ ЦНИЭИуголь. М.: 1980. 13 с.

9. Айруни А.Т. Прогнозирование и предотвращение газодинамических явлений в угольных шахтах. М.: Наука, 1987. 310 с.

10. Айруни А.Т., Зенкович Л.М. (ИПКОН АН СССР), Мхатвари Т.Я. (МакНИИ). Искусственное увеличение защитного действия при разработке выбросоопасных пластов: Обзор/ ЦНИЭИуголь. М.: 1984. 54 с.

11. Афанасьев Б.Л. Палеотектоника и угленосность. М.: Недра, 1968. - С. 60- 126.

12. Бич Я.А. Горные удары и методы их прогноза. М.: ЦНИЭИуголь, 1972.- 101 с.

13. Бобров И.В., Кричевский P.M., Михайлов P.M. Внезапные выбросы угля и газа на шахтах Донбасса. Углетехиздат, 1954.

14. Богданова М.В. Закономерности изменения бурых углей Украины в процессе углефикации. Вопросы метаморфизма углей и эпигенеза вмещающих пород. Ленинград: Наука. Ленинградское отделение, 1968. С. 25 36.

15. Болыпинский М.И., Айруни А.Т., Николин В.И. Борьба с газовыделениями при проведении выработок по выбросоопасным пластам и породам. Обзор. М.: ЦНИЭИуголь, 1978. - 34 с.

16. Борисенко А.А. Внезапные выбросы на шахтах Воркутского месторождения и новое в практике борьбы с ними. Сыктывкар: Коми книжное издательство, 1967. 48 с.

17. Борьба с горными ударами на шахтах Воркутского месторождения/ В.П. Кузнецов, И.М. Петухов, А.В. Орешкин и др. Сыктывкар: Коми книжное изд., 1984. - 120 с.

18. Быков Л.Н. Изогазы и теория происхождения очагов внезапных выделений. Горно-геологическое издательство, 1932.132 с.

19. Теория внезапных выделений газа и основные меры борьбы с ними. -Безопасность труда в горной промышленности, 1932. № 2 3.

20. Бутягин П.Ю. Разупроченные структуры и механохимические реакции втвёрдых телах.// Успехи химии. 1984. - Т. LIII, выпуск II. - С. 1769-1789.

21. Вальц И.Э. Первичные и диагенетические изменения микроструктуры растительного материала на торфяной и буроугольной стадиях. Вопросы метаморфизма углей и эпигенеза вмещающих пород. Ленинград: Наука. Ленинградское отделение, 1968. С. 15 25.

22. Вереда B.C., Юрченко Б.К. К вопросу о возможных причинах выбросов угля, газа и пород в Донецком бассейне. В кн.: Вопросы теории выбросов угля, породы и газа. Киев: Наукова думка, 1973, С.301-308.

23. Войновский-Кригер К.Г. Некоторые вопросы структуры Печорского бассейна // Материалы по геологии и полезным ископаемым Северо-Востока европейской части СССР. М.: 1976. - Вып. 8. - С. 220-226.

24. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Химия, 1976. 512 с.

25. Временная инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. МУП СССР. М.: ИГД им. А.А.Скочинского, 1983. 236 с.

26. Временное руководство по прогнозу выбросоопасности угольных пластов Донецкого бассейна при геологических работах. М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1980.

27. Газизов М.С., Григорьев В.Л., Копчёнов В.Ф. Группирование шахто-пластов Воркутского угольного месторождения Печорского бассейна по горно-геологическим условиям их залегания: Обзор/ ЦНИЭИуголь. М.: 1970.48 с.

28. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Т.З. Печорский угольный бассейн и другие месторождения угля Коми АССР и Ненецкого национального округа. М.: Недра, 1965. 491 с.

29. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Т.7. Кузнецкий, Горловский бассейны и другие угольные месторождения Западной Сибири. М.: Недра, 1969. 912 с.

30. Головкинский Н.А. О пермской формации в центральной части Кам-ско-Волжского бассейна. СПб., 1868.

31. Диброва Г.Д. , Колесниченко Е.А. Способ гидроперфорирования выбросоопасных пластов. А.с. № 1490297 СССР. Е 21 F 5/00. Бюл. № 13. 30.06.1989.

32. Диброва Г.Д., Колесниченко Е.А. Способ гидроперфорирования выбросоопасных пластов. Информ. листок / Рост. МГЦНТИиП.- Ростов н/Д, 1988.-№ 610-88,-2 с.

33. Диброва Г.Д., Колесниченко Е.А. Способ контроля гидроперфорирования выбросоопасных пластов. Инструменты и машины выемочных и проходческих комплексов: Межвуз.сб. тр.- Новочеркасск, 1992.- С.128 132.

34. Диброва Г.Д., И.Е. Колесниченко, Колесниченко Е.А. Гидромониторный насадок типа НПИ-ГН1. Информ. листок / Рост. МГЦНТИиП. -Ростов н/Д, 1988,- № 609-88. 4 с.

35. Диброва Г.Д., Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е., Орешкин А.В. Устройство для перфорирования выбросоопасных пластов. Положительное решение от 22.03.1993 г. по заявке № 4946340/03 от 14.06.1991 г.

36. Дистанционно-управляемые роботы и манипуляторы / B.C. Кулешов, Н.А. JIокота, В.В. Андрюнин и др. Под ред. Е.П. Попова. М.: Машиностроение, 1986. - 328 с.

37. Дмитриев Г.А. Условия захоронения нижнепермских позвоночных в Интинском районе и их палеогеографическое значение // 25 лет геологического изучения Печорского угольного бассейна. Сыктывкар, 1958. - С. 137- 144.

38. Епифанов Г.И. Физика твёрдого тела. Учеб. пособие для втузов. Изд.2.е, перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1977. 288 с.

39. Жемчужников Ю.А. Общая геология каустобиолитов. Ленинград, Москва. Главная редакция геологоразведочной и геодезической литературы. 1935. 548 с.

40. Железобетонные конструкции. Расчет и проектирование/ И.И. Улиц-кий, С.А. Гивкин, М.В. Самолетов и др. Киев: Гос. изд-во техн. лит. УССР, 1959. 872 с.

41. Забигайло В.Е. Геологические основы теории прогноза выбросоопасно-сти горных пород и угольных пластов. Киев: Наукова думка, 1978. 182 с.

42. Иванов Г.А. Угленосные формации. (Закономерности строения, образования, изменения и генетическая классификация). Ленинград: Издательство «Наука», 1967. 407 с.

43. Иванов Б.М., Фейт Г.Н., Яновская М.Ф. Механические и физико-химические свойства выбросоопасных угольных пластов. М.: Наука, 1979. 195 с.

44. Инженерные методы расчёта параметров локальных способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа/ В.Н. Пузырёв, Е.И. Фоминых, В.Н. Ханшин и др. Кемерово: ВостНИИ, 1985.

45. Ифанов С.А. Расщепление пластов угля пакета N Воркутского месторождения. // 25 лет геологического изучения Печорского бассейна. Сыктывкар. Коми книжн. изд., 1958.

46. Карагодин Л.Н., Розанцев Е.С. Способы борьбы с внезапными выбросами угля и газа. М.: Недра, 1973. - 208 с.

47. Ким Н.Г., Летушова И.А. Закономерности изменения химических свойств углей в ряду регионального метаморфизма. Вопросы метаморфизма углей и эпигенеза вмещающих пород. Ленинград: Наука. Ленинградское отделение, 1968. С. 106-121.

48. Киреев В.А. Краткий курс физической химии. Изд. 5-е, стереотипное. М.: Химия, 1978. 624 с.

49. Кобранова В.Н. Петрофизика. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1986. - 392 с.

50. Колесников В.В., Лосев Н.Ф. Механизмы саморазрушения газонасыщенного угля, их связь с явлением выброса метано-угольной смеси: Препринт. Вып. 14. Ростов-на-Дону: Издательство Северо-Кавказского научного центра высшей школы, 1995. 48 с.

51. Колесниченко Е.А., Ю.П.Сморчков, А.В.Орешкин. Динамика газовыделения и интенсивность выемки угля на шахтах ПО "Воркутауголь". Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. Обзор, ин-форм. / ЦНИЭИуголь. М.: 1985.- Вып. 4. 33 с.

52. Колесниченко Е.А. Определение параметров гидровымывания при проведении подготовительных выработок по выбросоопасным пластам. Совершенствование разработки угольных месторождений: Сб.науч.тр.- Шахты, 1994.- С.204 206.

53. Колесниченко Е.А., Блохин Д.В. Анализ внезапных газодинамических явлений на шахте "Западная" АО "Гуковуголь". Вопросы совершенствования учебно-научно-методического комплекса: Сб.науч. и метод.тр.- Ростов н/Д: Изд-во "Пегас", 1996. С.56-58.

54. Колесниченко Е.А., Орешкин А.В. Теоретическое обоснование параметров защищенной зоны на выбросоопасных участках пласта. Вопросы совершенствования учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч.и метод.тр.- Ростов н/Д: Изд-во "Пегас", 1996. С. 62-64.

55. Колесниченко Е.А., Орешкин А.В. Основные принципы гидроперфорирования выбросоопасных угольных пластов. Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод, тр. Ростов - н/Д: Изд- во "Пегас". 1997. -С.16-18.

56. Колесниченко Е.А., Орешкин А.В. Разрушение угля водяной струей при гидровымывании. Совершенствование учебно- научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод, тр. Ростов н/Д: Изд- во "Пегас", 1997.-С.22-25.

57. Колесниченко Е.А. Теоретический расчет объема и давления метана в угольном пласте. Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод, тр. Ростов - н/Д: Изд- во "Пегас",1997.-С.37-38.

58. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Анализ петрографического состава выбросоопасного слоя пласта "Мощный". Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод, тр.-Ростов- н/Д: Изд- во"Пегас",1997.-С. 18-19.

59. Колесниченко Е.А. Моделирование способов охраны выработок. Ново-черк. гос.техн. ун-т Новочеркасск: НГТУ, 1997.- 64 с.

60. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А. Расчеты расхода воздуха для проветривания выемочного участка. Новочерк. гос. техн. ун-т, Шахтин-ский институт. Ростов н/Д: Изд-во "Пегас", 1997.- 56 с.

61. Колесниченко Е.А., Бондарев Ю.Д. Теоретическое определение пустот-ности витринита в угольных пластах. Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод, тр.- Ростов-н/Д: Изд- во "Пегас",1997.-С.36-37.

62. Колесниченко Е.А. Исследование закономерностей распределения метана в угольном пласте. Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: Сб. науч. и метод, тр.- Ростов н/Д: Изд-во "Пегас", 1997.-С.31-36.

63. Колесниченко И.Е, Колесниченко Е.А., Орешкин А.В. Управление дегазацией пласта при очистных и подготовительных работах. Ростов н/Д: Изд-во "Пегас", 1998. 184 с.

64. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е., Диброва Г.Д. Способ безопасного гидровымывания опережающих полостей с непрерывным контролем давления метана. Информ. листок / МАНЭБ Ростов н/Д: Изд-во"Пегас", 1998,-№5-98.-3 с.

65. Колесниченко Е.А., Диброва Г.Д., Колесниченко И.Е. Насадка для безопасного вымывания опережающих полостей на участках, опасных по внезапным выбросам метана. Информ. листок / МАНЭБ- Ростов н/Д: Изд-во "Пегас", 1998,-№ 2-98.-4 с.

66. Крашенинников Г.Ф. Фации, генетические типы и формации. Изв. АН, сер. геол., № 8, 1962.

67. Кулезнёв В.Н., Шершнёв В.А. Химия и физика полимеров: Учеб. для хим.-технол. вузов. -М.: Высш. шк., 1988. 312 с.

68. Лидин Г.Д. Прогнозирование возможности внезапных выделений метана в угольных шахтах по геологоразведочным данным.// Охрана труда и оздоровление воздушной среды в шахтах./ ИПКОН АН СССР М.: 1978. Вып. 3. С. 3-35.

69. Македонов А.В. История угленакопления в Печорском бассейне. М.: Наука, 1965.

70. Македонов А.В. Угленосные формации и их основные признаки // История угленакопления в Печорском бассейне. -М. -Л.: Наука, 1965. С. 28231.

71. Малышев Ю.Н., Айруни А.Т., Худин Ю.Л., Большинский М.И. Методы прогноза и способы предотвращения выбросов газа, угля и породы. -М.: Недра, 1995. -352 с.

72. Малышев Ю.Н., Сагалович О.И., Лисуренко А.В. Техногенная геодинамика: Кн.1. Аналитический обзор. Актуальные проблемы. М.: Недра, 1996.-430 с.

73. Малышев Ю.Н., Сагалович О.И., Лисуренко А.В. Техногенная геодинамика: Кн.2. Природа и концепция. М.: Недра, 1996. - 479 с.

74. Менковский М.А., Шварцман Л.А. Физическая и коллоидная химия: Учебник для техникумов. М.: Химия, 1981. - 296 с.

75. Методы прогноза и способы предотвращения выбросов газа, угля и пород / Ю.Н. Малышев, А.Т. Айруни, Ю.Л. Худин и др. М.: Недра, 1995. -352 с.

76. Морозов И.Ф., Шевяков Ф.Д., Аршава В.Г. Разработка выбросоопасных угольных пластов. М.: Недра, 1979. - 205 с.

77. Москаленко Э.М., Макогон Ю.Ф., Дрындин В.А. Прогнозирование выбросоопасных зон в угольных шахтах. Учебное пособие. МГИ, ВНИИ-ГАЗ.-М.:МГИ, 1982. 72 с.

78. Муравьёв И.С. Стратиграфия и условия формирования пермских отложений Печорского Приуралья. Казань: Изд. Казанск. ун-та, 1972.

79. Наливкин Д.В. Учение о фациях. Георазведиздат, 1-е изд. 1932; 2-е изд.1933, 3-е изд. АН СССР, 1956.

80. Некрасовский Я.Э. Разработка пластов, подверженных внезапным выбросам угля и газа. М.:Углетехиздат. 1951.

81. Нефтегазообразование в отложениях доманикового типа / С.Г. Неру-чев, Е.А. Рогозина, И.А. Зеличенко и др. JL: Недра, 1986. - 247 с. (М-во геологии СССР. Всесоюз. нефт. науч.-исслед. геол. развед. ин-т).

82. Нечаев А.В. Оценка эффективности противовыбросных мероприятий по газовому фактору. / Вопросы предотвращения внезапных выбросов: Науч. сообщ. / Ин-т горн. Дела им. А.А. Скочинского. М.: 1987. С.73-80.

83. Николин В.И., Лысиков Б.А., Ярембаш И.Ф. Газоносность пород больших глубин. Донецк, «Донбасс», 1969.

84. Николин В.И., Карагодин Л.Н., Прохоров Б.И. Использование опережающих скважин для предотвращения внезапных выбросов угля и газа. -М.: ЦНИЭИуголь, 1974.

85. Николин В.И. О природе локальности выбросоопасности. Уголь, 1975, №3, С. 3-7.

86. Николин В.И. Разработка выбросоопасных пластов на глубоких шахтах. Донецк, Донбасс, 1976. 182 с.

87. Николин В.И. Представления (гипотеза) о природе и механизме выбросов угля, породы и газа. С. 122-140. Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа. М.: Недра, 1978. С. 122-141.

88. Оллыкайнен A.M., Шуреков Н.А. Угольные месторождения Интин-ского района (Печорский бассейн). Инта: Роскомнедра, 1997. 292 с.

89. Ольховиченко А.Е. Прогноз выбросоопасности угольных пластов. -М.: Недра, 1982.-278 с.

90. Орешкин А.В., Гранович А.П. Влагоприемистость выбросоопасных угольных пластов Воркутского месторождения. Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. - М.: ЦНИЭИуголь, 1984, вып. II.

91. Орешкин А.В., Колесниченко Е.А. Предотвращение внезапных выбросов в подготовительных выработках / Новочерк. гос. техн. ун-т.—

92. Новочеркасск: НГТУ, 1996.-91 с. ISBN 5-88998-012-2

93. Орешкин А.В., Колесниченко Е.А., Петров И.П. Способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа. А.с. № 14566011 СССР. Е 21 F 5/00. Бюл. №5.7.02.1989.

94. Орешкин А.В., Колесниченко Е.А., Петров И.П. Способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа. Патент № 14566011 с 1.07.1996.

95. Орешкин А.В., Колесниченко Е.А. Способ предварительной дегазации выбросоопасных слоев угля. Информ. листок / МАНЭБ Ростов н/Д: Изд-во "Пегас", 1998.- № 4-98.-3 с.

96. Петросян А.Э., Иванов Б.М. Причины возникновения внезапных выбросов угля и газа. / Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа. М.: Недра, 1978. С. 3 61.

97. Петросян А.Э., Иванов Б.М., Крупеня В.Г. Теория внезапных выбросов. М.: Наука, 1983.- 152 с.

98. Петухов И.М., Линьков A.M. Механизм развязывания и протекания выбросов угля (породы) и газа. Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа. М.: Недра, 1978. С. 62-91.

99. Петухов И.М., Линьков A.M. Механика горных ударов и выбросов.1. М.: Недра, 1983.

100. Петухов И.М. Теоретические концепции возникновения динамических явлений. Уголь, № 7,1994, С. 6 - 8.

101. Печук И.М. Внезапные выделения газа в каменноугольных рудниках. Труды первого Всесоюзного горного научно-технического съезда 14-27 апреля 1936 г., т. IX. Изд. НТУ ВСНХ СССР, 1928.

102. Прасолов Э.М., Лобков В.А., Якуцени В.П. Интенсивность и глубина генерации метана в земной коре (по изотопным данным). Докл. АН СССР. - 1980. - Т.252, № 6. - С. 1476-1479.

103. Проблемы разработки метаноносных пластов в Кузнецком угольном бассейне/ Ю.Н. Малышев, Ю.Л. Худин, М.П. Васильчук и др. М.: Издательство Академии горных наук, 1997. - 463 с.

104. Родионов Н.Г. О времени образования некоторых разрывных нарушений Воркутской синклинали Печорского бассейна. В кн.: Материалы по геологии и полезным ископаемым северо-востока Европейской части СССР. Сб. 7. Сыктывкар, 1972.

105. Русаков Н.Г. Борьба с внезапными выбросами. Обзор. М.: ЦНИЭИуголь, 1978. - 40 с.

106. Сарбеева Л.И. Схема зонального распространения углей различных марок в Печорском угленосном бассейне. Фонды. Тр. «Печоруглегеоло-гия», 1944.

107. Сарбеева Л.И. Петрографическое изучение углей и угольных пластов Воркутского месторождения. Изв. Гл. упр. геол. фондов, вып. 4, 1947.

108. Сарбеева Л.И. О восстановленности углей и типах витринита. Вопросы метаморфизма углей и эпигенеза вмещающих пород. Ленинград: Наука. Ленинградское отделение, 1968. С. 37 45.

109. Сарбеева Jl.И. Некоторые физические свойства углей метаморфического ряда. Вопросы метаморфизма углей и эпигенеза вмещающих пород. Ленинград: Наука. Ленинградское отделение, 1968. С. 121 132.

110. Селективное разрушение минералов/ В.И. Ревнивцев, Г.В. Гапонов, Л.П. Зарогатский и др.; Под ред. В.И. Ревнивцева М.: Недра, 1988.- 286 с.

111. Снижение выбросоопасности при динамическом воздействии на угольный массив. М.: Наука, 1985. 184 с.

112. Состав и свойства углей и горючих сланцев: Учеб. пособие / Л.И. Сарбеева, Г.П. Дубарь, Н.К. Евдокимова; Санкт-Петербургский горный ин-т, СПб, 1993. 137 с.

113. Способ гидроперфорирования выбросоопасных пластов / Диброва Г.Д. и Колесниченко Е.А. А.с. № 1490297 (СССР). МКИ Е 21 F 5 / 00, 1989. Бюл.№ 13.

114. Степанов Ю.В. Печорский каменноугольный бассейн. / Петрология палеозойских углей СССР. М.: Недра, С. 144 154. (VIII Международный конгресс по стратиграфии геологии карбона).

115. Степанович Г.Я., Николин В.И., Лысиков Б.А. Газодинамические явления при подготовке глубоких горизонтов. Донецк, Донбасс, 1970. 79 с.

116. Структурно-химические особенности органической массы углей из зон, опасных по внезапным выбросам угля и газа / Г.Д. Фролков, Н.В. Све-колкин, Н.Д. Шерстюкова и др. // Химия твёрдого топлива. 1988. - № 1. -С. 9 - 15.

117. Тимошенко С.П. Теория упругости. М.: ГГТИ, 1937.

118. Физикохимия газодинамических явлений в шахтах./ Под ред. В.В. Хо-дота. М.: Наука, 1973. 140 с.

119. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - JL: Химия, 1984. 368 с.

120. Фридман И.Е. Особенности разрушения массива при выбросах угля и газа. Уголь Украины, 1984, № 6, С.ЗЗ - 34.

121. Хаин В.Е. О некоторых основных понятиях в учении о фациях и формациях. Бюлл. МОИП, отд. геол., т. XXV (6), 1950.

122. ХодотВ.В. Внезапные выбросы угля и газа. М.: ГНТИ, 1961. 363 с.

123. Ходот В.В. К вопросу о механизме внезапных выбросов угля и газа. Уголь 1951, №42.

124. Ходот В.В. Современные представления о природе и механизме внезапных выбросов угля и газа. Материалы совещания по внезапным выбросам угля и газа. Углетехиздат, 1952.

125. Ходот В.В., Куликов А.П. Оценка состояния работ по борьбе с внезапными выбросами угля и газа в угольных шахтах СССР. М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1970. - 25 с.

126. Христианович С.А. О волне дробления. Изв. АН СССР. ОТН, 1953. № 12, С.86 - 92.

127. Цимбаревич П.М. К теории динамических явлений в забое. Изв. АН СССР, ОТН, № 5, 1953.

128. Цольвег Н.К. Внезапные выделения гремучего газа на шахтах Рыков-ского шахтоуправления. Уголь, 1931, № 71/72.

129. Чернов А.А., Чернов Г.А. Геологическое строение бассейна р. Косью в Печорском крае. М.: АН СССР, 1940.

130. Чернов О.И., Пузырёв В.Н. Прогноз внезапных выбросов угля и газа. -М.: Недра, 1979.-296 с.

131. Чернов О.И., Мурашев В.И., Шлиомовичус Я.Г. Особенности перераспределения напряжений впереди подготовительных выработок, проводимых по мощным выбросоопасным пластам. Вопросы теории выбросов угля, породы и газа. Киев: Наукова думка, 1973. С. 53 - 60.

132. Черняк И.Л., Ярунин С.А. Управление состоянием массива горных пород: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1995. - 395 с.

133. Черницын Н.Н. Рудничный газ и условия его выделения. СПБ, 1917.

134. Шуреков Н.А. Связь угленакопления с водонапорными системами на примере Печорского бассейна: Тезисы доклада // Бюлл. МОИП, отд. геол., 1969.-Вып. З.-С. 146- 147.

135. Шуреков Н.А. Пермские угленосные отложения Юга Печорского бассейна. Казань: Издательство Казанского университета, 1976. 152 с.

136. Шуреков Н.А. Пермские отложения Сарьюгинского месторождения угля // Материалы по геологии и полезным ископаемым Северо-Востока европейской части СССР. Сыктывкар, 1976а. - Сб. 8. - С. 185 - 192.

137. Шуреков Н.А. Новые данные для реконструкции палеогеографических условий формирования угленосной толщи // Стратиграфия и тектоника европейской части СССР: Труды IX геологической конференции Коми ССР. Сыктывкар, 1982. - Кн. 4. - С. 57 - 58.

138. Шуреков Н.А. О гидрологической и гидрогеологической сущности угленосных формаций. (На примере Печорского бассейна). Казань: Издательство Казанского университета, 1991. 140 с.

139. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982. - 348 с.

140. Эз В.В. Микротектоника угольных пластов и внезапные выбросы.

141. Борьба с внезапными выбросами угля и газа». Труды Геофизического института АН СССР, № 34 (161), 1956.

142. Эттингер Л.И. Внезапные выбросы угля и газа и структура угля. М.: Недра, 1969. 160 с.

143. Эттингер Л.И. Физическая химия газоносного угольного пласта. М.: Наука, 1981.- 104 с.

144. Яцук В.И. Конседиментационные разрывные нарушения и их влияние на расщепление пласта "Роговского" Печорского бассейна. В кн.: Материалы по геологии и полезным ископаемым северо-востока Европейской части СССР. № 6. Сыктывкар, 1970.

145. Stassart et Lemaire. Les de'gagements instantane's de grisou dane les mines de houille de Belgique. t.15, livr. 4, 1910.

146. Jicinslcy J. Gasausbriiche in dem Ungarnrevier von Pecs. "Montanistische Rundschau", 1926.

147. Morin M. Pressions de terrain et pressions de grisou. "Revue de l'lndustrie Min(rale" No. 135, Aout, 1926.

148. Cornet F.C. Why methane and carbon dioxide at time appear unexpectedly in mines. «Coal Age», Febr., p. 253, 1927.

149. Jarlier M. Le mecanisme des de'gagements instantane's de gaz et solides. "Revue de l'lndustrie Minerale" No. No. 262, 263, 1931.

150. Coeuillet R. Pression de terrain et incidents dynamiques. (Degagements293instantane's et coups de toil). «Revue de l'lndustrie Mine'rale», № 611, t. XXXV, 1954.

151. Bangham D.H. Some physical aspects of coal and coke structure. Proceedings of a conference on the ultra-fine structure of coals and cokes, held at the Royal Institution. London, 1944.

152. Krichlco A.A., Gagarin S.G. New ideas of coal organic matter chemical structure and mechanism of hydrogenation processes // Fuel. 1990. - V.69. -№ 7. - P.885 - 891.

153. Berl. E. Die Entstehung. Erdol, Asphalt in Steinkohie. Naturwissensehaften 1932,5(207).iif^.^та^ждлю"t%k№®3T&Tb Сшреашакто ккедреннн рвэультато! маучнй-неслежвватеаьекой ^ошткемденструкторскзй) работы Ш 4134

154. Разработки Ноаоч^рщссного 1Шнтех>шчсек0ГО шеитум a .I4L-.1.W Споеов борьбн с .ш,амш щйршаш уиш ш mm

155. Рида (В В: эдщнашшапкё раз^ййТКН 1№Н .ПЯ.Ч':М:В pMpstonr*маюливаяю по х/д ^совэдишдге&вать ш шштт аошйн шщшмв»имя газояадедсшЕШ на приotpflofia штотш jiagfot*ивюшдавш» зкмиюгаоврщ, з",!й а^гримиЕнгтер^к,, диадам», даймюру т вередмцг яисяпяишЩ,

156. Назначение внедряемых разработокПр/вдПТВратаний внвяаггнмгТ0'ке лавм -42I-Cраскрыть конкретные внедренной разработки

157. Технический уровень разработок заявка » 4252666Д>3 Рятвнив от ТЯ.ТТтЯ7 г.,указать № авторск^^в^етелр^^д^^геу^рв

158. Начальник о-д гос адарстс-ешшд.

159. СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

160. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР НО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙШc/l'<?

161. На основании .полномочий, предоставленных Правительством СССР, Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий выдал настоящее авторское свидетельство на .изобретение:

162. Способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа"

163. Автор (авторы): фдцщщ Анатолий Здадимшювич, ИЬлеошгшосо Евгенжк Александрович я Петров Шкокедтий1. Павлович42 52 6 661. Приоритет изобретения .1 27 мая 1ЭЗ?г.

164. Зарегистрировано в Государственном реестре: изобретений СССРм „ 8 октября 1988г.

165. Действие авторского свидетельства распространяется на вею территорию Союза ССР.-Председатель ТСомитт1. Иачи.льнин отделам