Механизм возникновения и протекания выбросов угля (породы) и газа

В странах (Франция, Бельгия, Германия), в которых проблема выбросов была изучена наиболее глубоко, считалось, что выброс зарождается в глубине угольного массива, откуда разрушенная масса выбрасывается газом в горные выработки. Такое представление было заимствовано советскими ученымии сохранялось продолжительное время практически неизменным. Но наряду с ним в начале пятидесятых годов академиком С. А. Христиановичем было предложено и математически описано принципиально новое представление о механизме возникновения и протекания выбросов угля и газа физическая сущность которого в несколько упрощенном изложении кратко сводилась к следующему.

Впереди движущегося забоя под действием горного давления возникают (прорастают) микротрещины, параллельные забою. Из угля стенок микротрещины в нее выделяется (десорбируется) газ и оказывается в микротрещине под каким-то давлением. Если энергия газа достигнет предельных значений, достаточных для отрыва пластины угля, находящейся между забоем выработки и микротрещиной, произойдет отрыв пластины. Он будетсопровождаться возникновением новой микротрещины, выделением в нее газа и т.д. Два важнейших положения характеризуют описываемое представление: выброс – это последовательный отрыв пластин угля, распростроняющийся от забоя выработки в глубину массива, т. е. не мгновенноо разрушение, а временное.

МакНИИ считая неточными представления как С. А. Христиановича, так НИИ ГД, формулировал механизм выбросов принципиально иначе. Полагалось, что перераспределение напряжений, вызываемое внедрением в газоносный горный массив, сопровождается деформированием призабойной его части в направлении проводимой выработки. Величина деформаций упругого восстановления, упругого последействия и обратной ползучести, по своей природе являющихся деформациями растяжения, в определенных условиях (выбросоопасная зона) может привести к самопроизвольному (самоподдерживающемуся) разрушению призабойной части пласта. Разрушение послойно-лавинообразное: отрыв каждого слоя вызывает новое перераспределение напряжений, новое разрушение, которое прекращается или вследствие того, что величина деформаций окажется недостаточной для дальнейшего разрушения, или потому, что выброшенная масса сыграет роль своеобразной перемычки, не допускающей дальнейшего увеличения в объеме разрушающегося массива, без чего станет невозможным разрушение. Метан, содержащийся в пустотности (поровом объеме) угольного (породного) массива, увеличивает склонность угля (песчаника) к разрушению при разгрузке. Выделяясь из разрушенного угля (песчаника), он совершает часть работы по отбросу и работу по транспортированию горной массы по выработкам. Транспортирование сопровождается дальнейшим измельчением угля и образованием тонкодисперсной мелочи, названной французами "бешеной мукой". По добная "бешеная мука" образуется и при выбросах песчаника и газа. Она, как правило, не обнаруживается при выбросах небольшой силы (примернодо50—100т, а иногда и больше). При выбросах большой силы (около 500т и больше) основное количество "бешеной муки" находится в конце откоса разрушенного угля (песчаника) и на его поверхности .Самоподдерживающееся разрушение в выбросоопасных зонах возможно лишь в случаях, когда внедрение в газоносный массив (выемка, бурение и прочее нарушение его целостности) производится на глубину более величины безопасной выемки, где оно и зарождается.

Принципиальность отличия сформулированного МакНИИ представления о механизме выбросов от высказанных (сформулированных) ранее; заключается в том,что оно учитывает как особенности формирования осадочного угленосного массива, так и обусловленные ими особенности разрушения такого массива, в том числе его призабойной части.

Наряду с этими вопросами оставалась практически неисследованной вторая составляющая механизма выбросов — природа газового потока, формирующегося в процессе разрушения призабойной части газоносного пласта, отброса угля Она в течение последних пяти—семи лет изучалась ДонГТУ и позволила вскрыть следующие особенности газовых потоков, имеющих место при выбросах. Очевидно ,что если в процессе зарождения и развития выброса весь разрушенный уголь будет выноситься от забоя выработки создаются благоприятные условия для дальнейшего развития выброса, ибо исключается эффект самоподбучивания.

В Новом Свете становление горного дела происходило медленно. До появления европейцев индейцы эпизодически вели открытую разработку медных руд в районе Великих Озер и в Аппалачах. В 1790 Б.Франклин, обосновывая введение бумажных денег, заявил: «Золото и серебро не производятся в Северной Америке, не имеющей рудников». Однако позднее и там были найдены месторождения драгоценных металлов и железных руд. С 1798 началась непрерывная эксплуатация Миссурийского свинцового пояса, открытого в 1720.

Ближайшим аналогом процесса переноса газом разоушенного угля по выработке, особенно очевидного для выбросов значительной силы, может служить пневмотранспорт угля по трубам. Однако принципиальной отличительной особенностью транспортирования угля по выработке во время выброса является следующая, физическая по своей сущности. В реальном потоке разрушенный до мелких фракций уголь переходит в псевдоожиженное (газовзвешенное) состояние за счет интенсивного временного (немгновенного) выделения газа — десорбции из каждой частички угля.