У теперішній час на шахтах Донецького басейну ведеться видобуток, який перевищує половину загального видобутку вугілля по всій Україні. Шахти Донбасу ведуть розробку пластів на глибинах починаючи з 800 м і закінчуючи 1250 м. І на цих глибинах видобуток не зупиняється, не дивлячись на те, що гірничо–геологічні умови ускладнюються, що призводить до збільшення викидонебезпечності та людським жертвам.

Мета роботи — запропонувати методику прогнозування викидів вугілля і газу на основі вивчення тріщинуватості вугільного масиву.

Задачі дослідження:

Вивчити літературні джерела з питань викидів вугілля та газу;
Встановити зв'язок між викидами і розривними порушеннями;
Встановити зв'язок між викидами і розривними порушеннями.

Вступ

Найбільш яскравим доказом невідповідності між можливостями сучасного виробництва та існуючими способами відпрацювання родовищ є раптові викиди вугілля та газу.

Викид — самочинне миттєве руйнування частини гірського масиву біля вибою гірничої виробки, що супроводжується викидом твердої корисної копалини . Викид вугілля та газу — це складне газодинамічне явище (ГДЯ). Головними ознаками викиду є висока ступінь подрібнення вугілля і гірських порід, підвищений газовиділення і наявність порожнин в масиві гірських порід. Раптові викиди відбуваються в робочих очисних та підготовчих виробках, а також в капітальних гірничих виробках.

Анімація 1. Раптовий викид вугілля та газу.
(Анімація: формат – gif; кількість кадрів – 12; кількість повторюваннь – 7; тривалість між кадрами: 1–10-м – 1 сек., 10–12-м – 1/10 сек.)

Викиди вугілля та газу відбуваються у досить різноманітних умовах: на вугільних пластах різної потужності з різними кутами падіння та глибиною залягання, при різних способах виймання вугілля. При цьому важливими характеристиками вугільних пластів є деформаційні властивості вугілля (основні показники — модуль пружності та модуль зсуву) від яких залежить схильність пласта до накопичення потенційної енергії за рахунок чого відбувається руйнування і переміщення матеріалу.

Схильність вугільних пластів до раптових викидів вугілля та газу обмежує можливість застосування прогресивних систем розробки, концентрації вуглевидобутку та поліпшення схем провітрювання.

1. Аналіз літературних джерел

Для вирішення даної проблеми необхідно чітко визначити причини її виникнення. Для цього проведемо аналіз літературних джерел, в яких ретельно досліджувалсь питання про раптові викиди вугілля та газу.

Аршава В.Г., Мєдвєдєв Б.І., та ін., [1, с. 13] стверджують, що раптові викиди починають виникати тільки з певних глибин, вище яких сталася, очевидно, розрядка тектонічних напруг. З глибиною розробки зростає не тільки кількість, але й і інтенсивність раптових викидів. Якщо у Центральному районі на глибині до 400 м. середня інтенсивність дорівнює 91 т., то на глибині 600 —700м. вона складає вже 120 т., а нижче гір. 700 м. — 376 т.

Д.т.н., проф., Ходот В.В. [2, с. 10] пише, що у числі причин високого рівня частоти раптових викидів вугілля, породи і газу розрізняють причини яку усуваються та причини які не можно усунути. До перших належать причини, пов'язані з поглибленням гірничих робіт і збільшенням тиску газу, а також збільшенням швидкості просування гірничих виробок і збільшенням видобутку вугілля. Розробка заходів по боротьбі з раптовими викидами повинна бути спрямована в першу чергу на нейтралізацію цих причин, до числа яких відносять причини організаційного характеру: недостатній рівень виробничої дисципліни, незадовільне матеріальне забезпечення робіт з профілактики динамічних явищ та недоліки розвитку і впровадження результатів науково-дослідних робіт.

Чернов О.І., та Розанцев Є.С., [3, с. 55], відзначають, що більшість раптових викидів вугілля та газу, поєднано із зонами геологічної порушенності пластів. Появу раптових викидів у вугільних пластах різних басейнів і родовищ на різній глибині від поверхні можна пояснити неоднаковою складністю тектонічного будови.

Нікіфоров А.В., Мхатварі Т.Я. і Колчин Г.І., [4, с. 33], вказують, що з геологічними порушеннями різного виду пов'язано більшість газодинамічних явищ.

Большинский М.І., [5, с. 6], відзначає, що раптові викиди вугілля та газу приурочені до зон геологічних порушень. З ускладненням тектонічної будови шахтного поля, розвитком дрібних плікативных та диз’юнктивных порушень небезпека викидів зростає. Найбільш небезпечними зонами є ділянки 10–20 метрової ширини по обидві сторони від диз’юнктивного порушення.

Бобров І.В. і Кричевський Р.М., [6, с. 52], відзначають, що для більшості небезпечних пластів робочої потужності, що розробляються в районі(розглядається Центральний район Донбасу), характерний розвиток тектонічної перем’ятости вугільних та породних пачок, що утворилися у період формування структури головної антикліналі та при подальших геологічних процесах.

Зубарьов Ю.П., у своїй статті "Геологічні умови прояви раптових викидів вугілля та газу в Донецько–Макіївському районі Донбасу" [2, с. 250], відзначає, що однією з безпосередніх причин раптових викидів є нерівномірність напруженого стану вміщуючих порід, обумовлена нерівномірністю зближень останніх. Нерівномірність же зближень викликана мінливістю физико-механічних властивостей та специфічної порушенністю вміщуючих порід.

Сенченко И.С., у статті "Ефективність заходів боротьби з викидами в очисних та підготовчих вибоях шахти "Капітальна" [2, с. 441], пише, що переважна більшість раптових викидів відбувалась на крутих пластах зі слабким та перем’ятим вугіллям.

Проаналізувавши ці, а також інші джерела можна сказати, що серед найбільш важливих факторів відзначаються вплив поля тектонічних напруг, особливості структури породи геологічні та інші фактори.

2. Тектонічні розриви

Тектонічними розривами називають вузькі щілиновидні порожнини або сукупність таких порожнин, які розташовані поруч та виникли у результаті механічного руйнування гірських порід, викликаного розвитком тектонічних процесів (рисунок 1).

Рис.1 –тектонічний розрив гірських порід.

Ці розриви відрізняються один від одного довжиною, глибиною проникнення у земну кору, орієнтуванням, часом виникнення та інші.

У теперішній час лише частина розривів мають вигляд щілиноподібних порожнин, зазвичай ці порожнини заповнені перем’ятими породами, або мінеральними зернами.

Розрізняють наступні тектонічні розриви:

дуже великі з амплітудою понад 1000 м, довжиною 100 км і більше;
великі, з амплітудою від 100 до 1000 м, довжиною до 100 км;
середні з амплітудою від 10 до 100 м, довжиною до 10 км;
дрібні з амплітудою від 3 до 10 м, довжиною від сотень до 1000 м;
дуже дрібні, з амплітудою до 3 м, довжиною від десятків до сотень метрів.

Розриви менше ніж 10 см є тріщинами, які на відміну від розривів, не зміщують, а розбивають суцільність шарів (рисунок 2).

Рис.2 –тріщінуватість гірських порід.

Серед тріщін розрізняють наступні групи:

ендогенні – що виникають через зменшення обсягу гірських порід у процесі їх метаморфізму;
екзогенні – що утворюються в результаті дії тектонічних зусиль, в основному, вже у сформуваних породах при утворенні тектонічних та складчастих структур.
тріщіни тиску – виникають у зв'язку з деформаціями гірських порід при проведенні гірничих виробок та при очисних роботах
тріщіни вивітрювання – з'являються на поверхні в результаті хімічного та фізичного вивітрювання

3. Визначення ширини зон впливу розривних порушень

3.1. Про сутність визначення ширини зон впливу тектонічних порушень.

Білоусов В.В., [7, с. 55] відзначає, що як в'язкі розриви, насуви розсіюються по простяганню, та якщо це можна простежити, по падінню та повстанню розщеплюються на все більше число все менших по амплітуді зсувів. Вищевикладене підтверджує можливість прогнозування розривних порушень щодо зміни тріщінуватості гірського масиву. В основу прогнозування покладено факт, що в міру наближення до порушення частота тріщінуватості збільшується. Ряд дослідників для прогнозування відстані до розривного порушення користуються відносною частотою тріщінуватості. За відносну частоту тріщінуватості береться відношення числа даної системи тріщін до загального числа тріщін, виміряних в одній точці заміру.Частота прояви тріщін визначається тільки для екзогенної групи тріщін. В.А. Букринський та О.В. Михайлова [8, с. 76] встановили, що величина відносної частоти тріщінуватості по мірі наближення до порушення падає, досягаючи свого мінімального значення, а потім її значення різко збільшується. Відстань від точки спостереження, де величина відносної частоти тріщінуватості мінімальна до порушення вважається зоною впливу порушення на тріщінуватість. Ця величина досить постійна для різних районів. Так для південної зони дрібної складчастої вона знаходиться в межах 400–700 м. Для районів з відкритим видом складок вона дорівнює 50–150 м. Крім цього величина зони впливу залежить від амплітуди самого порушення. Зі збільшенням амплітуди збільшується величина зони впливу порушення. Звідси, знання величини зони впливу порушення на тріщинуватість дає можливість прогнозування зон підвищеної викидонебезпечності в умовах Донецько–Макіївського району.

3.2. Методика визначення частоти тріщінуватості.

У деяких джерелах автори пропонують різні методики визначення частоти тріщінуватості. Так наприклад, Букринський В.А. та Михайлова А.В. [8, с. 88] користуються поняттям інтенсивності тріщінуватості, під інтенсивністю тріщінуватості розуміють прояв будь–якої системи тріщін і висловлюють кількістю тріщін, що припадають на одиницю довжини, а Михайлов А.С. [9, с. 67] відзначає, що можливо відносити кількість тріщин не тільки до одиниці довжини, але й до одиниці площі.

При визначенні інтенсивності тріщінуватості в умовах Донецько–Макіївського району цілком можливо обмежиться підрахунком числа тріщин на одиницю довжини. Підрахунок кількості тріщин, розвинених на одиниці довжини менш трудомісткий та займає менше часу, ніж підрахунок тріщін на одиницю площі, що досить істотно в обмежених умовах очисного вибою.

Вищевикладені дані дозволяють приблизно прогнозувати відстань до розриву. Більш точний прогноз можна здійснити на основі зміни відносної частоти тріщінуватості. В даному випадку відносна частота тріщінуватості визначається за формулою:

n=(ni-nв)/nв*100%,

де ni — частота тріщінуватості в зоні впливу порушення;

nв — частота тріщінуватості поза зоною впливу порушення.

Встановлено, що безпосередньо у порушення відносна частота тріщінуватості, порівняно з непорушеної зоною зростає приблизно на 70%.

Висновок

Встановлення співвідношення між зонами впливу порушення, зонами підвищеної напруги масиву, які формуються на деякій відстані від розривних тектонічних порушень та зонами підвищеної викидонебезпечності створює передумови для дослідження можливості прогнозу викидів вугілля та газу вугільного масиву*.

Перелік використаних джерел

Аршава В.Г. та ін. Раптові викиди вугілля та газу на шахтах та їх попередження. – К.: Техніка,1971. – 190с.
Збірник праць V Всесоюзної науково–технічної наради по боротьбі з раптовими викидами вугілля та газу. – М.: Надра, 1969.– 455с.
Чернов О.І., Розанцев Є.С. Попередження раптових викидів вугілля та газу у вугільних шахтах. – М.: Надра,1965. – 210с.
Зниження суб'єктивного чинника у боротьбі з газодинамічними явищами/ Никифоров А.В., Мхатварі Т.Я., Колчин Г.И. // Вугілля України. – 2011. – №2.
Большинский М.І. Теорія раптових викидів вугілля, порід та газу. ЦБНТІ МУП УРСР. 1993р.
Бобров І.В. Кричевський Р.М. Боротьба з раптовими викидами вугілля та газу.– К.: Техніка,1964, – 330с.
Бєлоусов В.В. Структурна геологія. – М.: Госгеолтехіздат, 1971. – 277с.
Букринський В.А., Михайлова А.В. Вивчення зв'язку тріщинуватості з тектонічними структурами гірських порід. – М.: МІІРГЄМ, 1963. – 96 с.
Михайлов А.Є. Польові методи вивчення тріщін в гірських породах. – М.: Госгеолтехіздат. 1956. – 132 с.

————————

* Надана робота знаходиться на етапі розробки, остаточне її завершення плануєтся на кінець грудня 2011 року.

Резюме | Біографія