УДК 622.831.322

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСООПАСНОСТИ УГРОЖАЕМЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Инж. В.Ф.Формос (ДонГТУ)

 http://fgtu.donntu.ru/fm/1998-1/23.htm

Одним из важных элементов в общем комплексе работ по устранению внезапных выбросов является прогноз выбросоопасности угольных пластов, в частности создание эффективного метода для определения признаков выбросоопасности по угольным образцам неправильной формы (пробам). Применение этого метода позволяет переводить пласты в категорию опасных до того, как на них произойдут внезапные выбросы. С другой стороны, появляется возможность отменить прогнозирование выбросоопасности на тех участках угрожаемых пластов, где в этом нет необходимости. Это позволяет увеличивать производительность труда и сокращать время, затрачиваемое на выполнение прогноза выбросоопасности. В дальнейшем появится возможность использовать полученный метод для оценки эффективности мер по устранению внезапных выбросов угля и газа.

Так как с увеличением глубины горных работ горное давление и газоносность закономерно возрастают, на глубинах, превышающих минимальную глубину выбросов, они имеют значения, заведомо соответствующие выбросоопасным, и поэтому определять их для оценки последней в указанных условиях нецелесообразно. В результате проведенных исследований установлено, что значения деформационных характеристик выбросо- и невыбросоопасных пластов при одинаковой степени метаморфизма имеют существенные различия, в виду чего и положены в основу способа определения выбросоопасности угрожаемых угольных пластов. Значения времени прохождения упругих волн через образцы угля выбросо- и невыбросоопасных пластов следует устанавливать в плоскости, параллельной напластованию, где они имеют меньший разброс значений, чем в плоскости, перпендикулярной напластованию.

При разработке невыбросоопасных угольных пластов в лабораторных условиях определяются выход летучих веществ, газоносность пласта и комплексный показатель степени метаморфизма угля. По найденным параметрам согласно имеющимся таблицам устанавливают глубину, начиная с которой необходимо применять прогноз выбросоопасности на невыбросоопасных угольных пластах, т.е. с указанной глубины пласты относят к выбросоопасным. Недостатком описанного способа является то, что при его применении к выбросоопасным могут быть отнесены и неопасные пласты.

Предлагаемый в данной работе способ снижает трудозатраты и повышает надежность прогноза выбросоопасности угрожаемых угольных пластов. Сущность способа поясняется номограммой на рисунке. Линия 1 – это граница выбросоопасности угольных пластов по минимальному значению выхода летучих веществ, равному 5% (либо по логарифму удельного электросопротивления антрацитов, равному 3,3). Линия 2 ограничивает пласты по максимальному (36%) выходу летучих веществ (или по комплексному показателю М>27,7). По существующему нормативу для угольных пластов, имеющих выход летучих веществ более пяти и менее 36%, должна производиться оценка их выбросоопасности. Линия 3 регрессивной зависимости минимальной глубины выбросоопасности от выхода летучих веществ описывает положение критических значений минимальной глубины выбросоопасности (горного давления) и газоносности для углей разной степени метаморфизма. Линия 4 показывает критические значения для модулей сдвига и упругости. Таким образом, угольные пласты, имеющие характеристики за пределами зоны, ограниченной линиями 1,2,3,4, относятся к невыбросоопасным. Их можно разрабатывать без применения дорогостоящих прогнозных и противовыбросных мероприятий.

Полученные значения модулей упругости и сдвига сопоставлены с фактическими проявлениями выбросоопасности исследуемых угольных пластов. Закономерности зависимости минимальной глубины выбросоопасности Нmin, критических значений модулей упругости Е и сдвига G от выхода летучих веществ Vdaf описываются уравнениями

Hmin = 140+6,4Vdaf,

E = (0,79–0,006Vdaf). 109,

G = (0,27–0,001Vdaf).109.

Проведенные исследования позволяют утверждать, что угольные пласты, имеющие глубину залегания меньше минимальной глубины выбросоопасности, относятся к невыбросоопасным. Модули упругости и сдвига угольных пластов, имеющие значения больше критических, т.е. расположенные выше линии 4, позволяют отнести эти угольные пласты к угрожаемым.

Физическая сущность предлагаемого способа определения выбросоопасности угрожаемых угольных пластов, исходя из общепринятой энергетической теории проявления выбросов, заключается в представлении о выбросе как о процессе разрушения и перемещения разрушаемого угля по выработке. Следовательно, основными должны быть энергетические и физико-механические свойства, отражающие процесс накопления энергии угля, которая вызывает его хрупкое разрушение. Такими показателями проявления выбросов являются энергия упругого деформирования угля, зависящая от глубины залегания пласта (горного давления) и от энергии газа, определяющей газоносность угля. Способность угля к накоплению энергии и хрупкому разрушению зависит от его деформационных характеристик, которыми являются модули упругости и сдвига. Поэтому в основу способа определения выбросоопасности угольных пластов положено три общепринятых фактора, способствующих проявлению выброса угля:

  1. глубина залегания пласта – суммарная характеристика величины горного давления и газоносности;

  2. газоносность – определяется глубиной разработки и выходом летучих веществ, которые являются основными параметрами в предложенных формулах определения критических значений модулей упругости и сдвига;

  3. физико-механические свойства углей – в предлагаемом техническом решении учитываются модулями упругости и сдвига.

Предложенный способ позволит повысить надежность прогноза выбросоопасности как на стадии геологоразведочных работ, так и при разработке угрожаемых угольных пластов.

ã В.Ф.Формос, 1998