Аэрология

27

Ы'^Нш^/^а
гать десятков тысяч кубометров в сутки, а продолжительность действия — нескольких лет. Они представляют опасность вслед­ствие неожиданности их проявления и являются причиной образо­вания слоевых скоплений в выработках. Суфлярные выделения могут быть природного и эксплуатационного происхождения. При­родные суфляры встречаются в зонах геологических нарушений пликативного и дизъюнктивного характера. В зонах шшкативных нарушений продолжительность действия суфляров больше, а де­бит меньше, чем в зонах дизъюнктивных нарушений. Они наблю­даются при первом обрушении основной кровли. Для борьбы с суфлярами осуществляется предварительная дегазация массива (путем применения передового бурения, опережающей отработки защитных пластов, соответствующего способа управления кров­лей), увеличивается количество воздуха, подаваемое в опасные по суфлярным выделениям выработки, производится каптирование газа. При каптировании газа у устья суфляра сооружается герме­тичный киоск (из кирпича или бутового камня), из которого газ по трубопроводу отводится или в общую исходящую струю крыла (шахты), или на поверхность.
При внезапном выбросе из угольного пласта в выработку за короткий промежуток времени выделяется большое количество газа и выбрасывается значительное количество угольной (иногда и породной) мелочи. В пласте при этом образуются пустоты раз­личной формы (рис. 2.2), а выработка заполняется угольной ме­лочью и газом на десятки и сотни метров от забоя. Количество метана, выделяющееся при выбросе, может достигать 50 тыс. м³ и более, а количество горной массы— 15 тыс. т. В нашей стране наиболее опасны по внезапным выбросам угольные пласты в Дон­бассе, где происходит свыше 85 % всех выбросов (в 1973 г. на

Рис. 2.2. Формы пустот в угольных пластах, образовавшихся в резуль­тате внезапного выброса угля и газа
28

ш ахте им. Ю. А. Гагарина при выбросе выделилось до 180 тыс. м³ метана и было вынесено в выработку до 14 тыс. т угля). Примерно такой же объем газа был зафиксирован при внезап­ном выбросе на шахте «Север­ная» в Печорском бассейне, а на шахте «Коксовая» в Кузбассе было выброшено свыше 60 тыс. м³ газа. Количество выброшенной породы на шахтах СССР дости­гает 50 м³ (Воркута). Внезап­ные выбросы угля и метана на­блюдаются на Урале, в Кузнец­ком, Карагандинском и Печор­ском бассейнах. Внезапные вы­бросы обычно происходят при вскрытии опасных пластов и пе­ресечении зон геологических на-
рушений. В самом пласте выбросы угля и газа приурочены чаще к участкам пласта или пачкам угля, имеющим пониженную проч­ность и слабый контакт с вмещающими породами. Опасность вы­бросов увеличивается с повышением газоносности пластов, т. е.
с увеличением глубины горных работ. Внезапным выбросам обычно предшествуют следующие признаки: удары, толчки, гул в массиве угля, осыпание забоя, отскакивание кусочков угля, вы­жимание угля, повышение выделения метана. Развитию внезап­ных выбросов способствуют сотрясения, вызываемые работой ударных инструментов, взрывные работы, появление зон концент­рации напряжений (в острых углах и уступах).
Внезапные выбросы, как правило, под действием горного дав­ления вызывают разрушения больших участков пласта, прилегаю­щих к плоскостям обнажений При этом происходит быстрое пе­ремещение зоны опорного давления в глубь массива. Участки пласта, ранее находившиеся за пределами зоны опорного давле­ния (и вследствие этого почти недегазированные), разгружаются от давления и разрушаются, в результате чего сорбированный углем газ быстро переходит в свободное состояние и интенсивно выделяется в выработку. При больших значениях газоносности и газового давления освобождающаяся в процессе десорбции энергия газа и потенциальная энергия состояния пласта на рас­сматриваемом участке могут вызвать дробление угольного мас­сива и вынос в выработку значительного количества угля. При движении угля в направлении действия силы тяжести в верти­кальных пустотах последняя способствует развитию выброса. Та­ким образом, основными факторами, влияющими на возникнове­ние внезапного выброса, являются горное давление, энергия за­ключенного в угле газа, физико-механические свойства угольного пласта. Близки к внезапным выбросам по своему характеру газо­выделения, связанные с внезапным выдавливанием угля из забоя и с его высыпанием. Однако их интенсивность и опасность во много раз меньше, чем внезапных выбросов.
Газовыделение из отбитого угля наблюдается в основном при его отделении от массива и погрузке. Вследствие того, что отби­вается, как правило, уже значительно дегазированный уголь, его газоносность небольшая. Это обстоятельство и относительно не­большая крупность кусков угля обусловливают быстрое затухание газовыделения. Газовыделение при транспортировании угля неве­лико. По истечении 10—12 ч газовыделение из отбитого угля прак­тически прекращается. Остаточная газоносность (некоторое невы-делившееся количество газа) для большинства углей находится в пределах 2—5 м³/т. Однако в условиях сплошной конвейериза­ции шахт следует ожидать увеличения газовыделения из отбитого угля на свежих струях из-за большого пути транспортирования.
Из выработанного пространства метан выделяется в призабой-ное пространство очистных забоев, вентиляционные штреки лав и в выработки, находящиеся за пределами участков, при их при­мыкании к выработанному пространству. Основные источники
29

выделения метана в выработанное пространство — соседние уголь­ные пласты (называемые сближенными, или пластами-спутниками), иногда породы кровли, оставляемый в вырабо­танном пространстве уголь, околоштрековые целики. При отра­ботке угольного пласта близзалегающие угольные пласты час­тично разгружаются от давления. При этом часть сорбирован­ного ими метана переходит в свободное состояние и по образую­щимся в междупластье трещинам перемещается в выработанное пространство разрабатываемого пласта. В условиях пологих пла­стов метан поступает в выработанное пространство разрабатывае-вого пласта со всех лежащих выше угольных пластов, залегаю­щих от разрабатываемого пласта на расстоянии, равном не более 130-кратной вынимаемой мощности пласта при полном обруше­нии кровли и не более 55-кратной вынимаемой мощности при пол­ной закладке. Расстояние до лежащих ниже пластов, отдающих метан, находится в пределах 35—60 м при пологом падении и не более 70-кратной вынимаемой мощности пласта при крутом.
Метановыделение из выработанного пространства на какой-либо участок вентиляционного штрека равно разности переноси­мого воздухом количества метана в начале и конце этого участка. По мере удаления от лавы оно уменьшается вследствие уплотне­ния обрушенных пород в выработанном пространстве, восстанов­ления горного давления на соседних пластах, частичной их дега­зации и ресорбции метана. Выделение метана из выработанного пространства увеличивается при резком падении атмосферного давления вследствие расширения газа.
Кроме выделения метана в горные выработки, зафиксиро­ваны случаи его поступления в помещения на поверхности, рас­положенные на выходах трещиноватых пород. Борьба с такими выделениями метана может вестись отсасыванием его через сква­жины с поверхности и нагнетанием цементного раствора в тре­щины.
2.5. Газовый баланс угольных шахт
Газовым балансом шахты называется ее абсолютная метанообильность, представленная суммой метанообильностей источников метановыделения. Он зависит от системы разработки, способа управления кровлей, наличия пластов-спутников, объема выработанного пространства, развития очистных и подготови­тельных работ, газоносности пласта, свойств угля и горно-гео­логических условий. Газовый баланс (в % от общего газовыделе­ния) шахт основных угольных бассейнов страны характеризуется следующими данными. В Донбассе метанообильность разрабаты­ваемых пластов и выработанного пространства составляет соот­ветственно 65—75 и 25—35 % (в том числе пологих пластов 50 %), Кузбассе — 20-55 и 10—70 % (в том числе в забоях очистных и подготовительных выработок 15—55 и 5—55 % соот­ветственно; на поступающих струях ^7 %, Карагандинском бас-
30
сейне —40—50 и ^35 % (в том числе в забоях очистных и под­готовительных выработок 25—50 и 15—50 % соответственно; в пределах добычных участков 15—35%; за пределами участков ^35%; на поступающих струях ^10%), Печорском бассейне (Воркутское месторождение) —35 и 65 %.
Знание газового баланса шахты необходимо для правильной организации ее вентиляции (для определения необходимого ко­личества воздуха и его распределения по выработкам).
По относительной метанообильности и виду выделения метана шахты делятся на пять категорий (табл. 2.2).
Относительная метанообильность (углекислотообильность) шахты (м³/т), устанавливаемая ежегодно в январе по результа­там ежемесячных замеров газа в шахте (выполненных в течение года), определяется по формуле
где Ai — количество добытого угля на объекте в 1-й месяце в ис­текшем году, т; /_с i — среднее метановыделение на объекте в i-м месяце, м³/мин; Ni — число отработанных дней на добыче угля в i-u месяце; п — число месяцев работы объекта в году.
Относительная метано­
обильность шахты, м³/т 5 5—10 10—15 >15 Наличие опасности
внезапных выбросов
Категория шахты по ме­
тану I П III Сверхкате- Опасная по внезап-
горная ным выбросам
Категория шахты устанавливается по максимальной относи­тельной метанообильности участка, крыла, горизонта, пласта или шахты в целом. Шахты, в которых хотя бы в одной выработке обнаружен метан, относятся к опасным по метану.
Интенсификация добычи и увеличение глубины шахт вызывают возрастание их метанообильности. Так, за период 1971 —1981 гг. абсолютная метанообильность выемочных участков на угольных шахтах страны увеличилась в 2 раза. Средняя абсолютная мета­нообильность шахт Кузнецкого и Карагандинского бассейнов со­ставляет 40 и 90 м³/мин. В настоящее время относительная мета­нообильность отдельных шахт составляет 100—140 м³/т. В связи с высокой метанообилъностью увеличивается опасность работ в шахтах и ограничиваются производственные возможности угле­добывающих машин и агрегатов.
2.6. Допустимое содержание метана в горных выработках
Для обеспечения безопасных условий работы в газовых шахтах содержание метана в выработках должно быть значительно меньше нижнего предела взрывчатости метано-воздушной смеси, равного 5 %. По Правилам безопасности содержание метана
31

Таблица 2.2

Недопустимое содержание метана, % (по объему)

Вентиляционная струя

>0,75 >0,5

Исходящая из очистной или тупиковой выработки, камеры, выемочного участка Исходящая крыла или шахты
Поступающая на выемочный участок, в очистные выработки, к забоям тупиковых выработок и в ка­меры

>2

Местные скопления метана в очистных, тупиковых и других выработках
Примечание. Под выемочным участком понимается обособленно проветриваемая очистная выработка и прилегающие к ней подготовительные выработки (при последователь­ном проветривании обе проветриваемые последовательно очистные выработки с прилегаю­щими к ним подготовительными выработками).
в шахтном воздухе не должно превышать значении, приведенных в табл. 2.2. При контроле содержания метана в исходящих венти­ляционных струях участков угольных шахт стационарными авто­матическими приборами последние должны обеспечивать отклю­чение электроэнергии при содержании метана не более 1,3%. Как видно из табл. 2.2, допустимое содержание метана значительно ниже среднего предела его воспламенения, что гарантирует без­опасность работ. Более высокое допустимое содержание метана (2%) при его местных скоплениях объясняется в определенной степени их меньшей опасностью вследствие относительно неболь­ших объемов содержащегося в них метана.
При установлении допустимого содержания метана для струй, исходящих из крыла или шахты, учтено разбавление метана утечками воздуха за пределами участков. Ограничение допусти­мого содержания метана в поступающих струях необходимо для обеспечения безопасности работ и возможности увеличения на­грузки на очистной забой. Чем меньше содержание метана в по­ступающей струе, тем больше газовыделение можно допустить в лаве. А так как газовыделение в лаве в определенной степени пропорционально объему добычи угля в ней, то тем больше можно допустить нагрузку на лаву.