Авторы: Привалов В.А., Антропова О.А., Догонова О.І.
Источник: Збірник матеріалів Всеукраїнської студентської конференції Сучасні проблеми геології
. Донецьк, 2012 р.
Донецький басейн (Україна) - один з найбільших за запасами вугільних басейнів світу. Біля 95,4% вітчизняного вуглевидобутку приходиться на Донбас.
Після затяжного періоду скорочення вуглевидобутку на ряді шахт Донецького басейну відбувається нарощування обсягів виробництва. В умовах інтенсифікації гірничоексплуатаційних робіт і їхнього переходу на усе більш глибокі горизонти, газовий режим гірських виробок і викидонебезпечність вугільних пластів стають основними факторами, що істотно позначаються на умовах безпеки праці і стримують темпи видобутку вугілля. Зокрема, серед основних причин сучасного високого рівня аварійності і травматизму на шахтах Донбасу переважають процеси, зв'язані з виділенням метану в гірські виробки, що призводять до вибухів метаноповітряних сумішей і вугільного пилу, а також широкий спектр газодинамічних явищ.
У вугленосних відкладах Донецького басейну містяться значні ресурси вуглеводневих газів, переважно метану, які утворилися в процесі вуглефікації.
Являючи собою джерело постійної небезпеки для шахтарів, метан, навіть витягненим на денну поверхню системами вентиляції чи в результаті вільної міграції газів у тріщинуватих масивах, які зазнали підробітку, істотно забруднює атмосферу, вносить вклад у парниковий ефект (тобто сприяє утриманню теплової енергії в атмосфері Землі), може спалахувати, утворювати вибухонебезпечні суміші та сприяти виникненню цілої низки негативних екологічних наслідків.
Майже всі шахтні поля Донбасу, за винятком східних антрацитових районів, характеризуються високим вмістом метану у вугіллях (від 8 до 35 м3/т). Крім того, у Донецькому басейні в складі вугленосної товщі поширені колекторські горизонти і компактні структурно-тектонічні форми, у яких акумулювалися міграційні вуглеводневі потоки [1]. Тому фактична газозбагаченість шахт (виділення метану на тонну добового видобутку) може бути в кілька разів вище і досягати 150 -200 м3/т [2].
Незважаючи на об'єктивно високі рівні природної газоносності вугільних пластів та газозбагаченості гірничих виробок, у Донецькому басейні, як і раніше, існують труднощі з локалізацією покладів метану для рішення проблем попередньої дегазації експлуатаційних ділянок і промислової утилізації горючих газів.
У геологічному сенсі Донбас - це найбільш аномальний сегмент протяжної рифтової системи на південно-східній околиці Східно-Європейської платформи. Потужність осадового чохла у Донбасі, який зазнав інверсійних рухів, сягає <24 км. У центральній частині басейну розташована принципова дислокаційна зона (ПДЗ), що складається із серії кулісних глибинних розривів (зсувів) під фрагментами Осьового (у зоні сучасної Головної антикліналі), Персіянівського, Сулино-Констянтинівського і Сало-Маницького розривів. Істотною деталлю будови ПДЗ Донбасу є розвиток уздовж її осі на ділянках перекриття чи кулісного зчленування відрізків витриманих за простяганням глибинних розломів ланцюжка різномасштабних ієрархічно підпорядкованих призсувних структур або пул-апартів [3].
Більшість шахт видобуває вугілля на ділянках обмежених регіональними насувами тектонічних блоків, у межах яких розвинуто зони (переважно зсувного походження) концентрованого розвитку малоамлітудних тектонічних порушень. Тектонічна тріщинуватість виникає під дією зовнішніх полів напружень і є одним з важливих показників впливу тектонічних процесів, які відбувалися протягом геологічної історії формування вугленосної формації. Найбільшою виразністю, кількістю та різновидами форм відрізняються тектонічні тріщини. Вони розвиваються успадковано по первинно закладених ослаблених зонах, по неоднорідних в структурному відношенні ділянках, що призводить до розвитку нових систем тріщин. Звичайно збільшення тектонічної тріщинуватості спостерігається поблизу тектонічних порушень та у зв’язку з розподілом елементів тектонічних структур.
Приуроченість скупчень метану до зон тектонічної порушеності дозволяє з високим ступенем вірогідності одержувати інформацію про скупчення метану при виділенні тектонічної порушеності геологічними методами.
Сприятливими для накопичення метану у вільному стані є наступні геологічні структури:
За минуле десятиріччя у Донецькому басейні відбулося 1550 газодинамічних явищ, серед яких 38 найбільш небезпечних раптових викидів вугілля та газу. Викиди газів під час підземних робіт та зумовлені цим небезпечні умови гірничо-видобувних робіт - це основні проблеми, що стримують безпечний та ефективний видобуток вугілля у Донбасі. Незважаючи на значні зусилля щодо розробки методів та інструктивних документів прогнозування локалізації викидів вугілля та газу, раптові прояви цих явищ являють собою джерело постійної небезпеки для шахтарів під час вуглевидобутку.
Так, починаючи з певних глибин розробки вугілля з певним рівнем вуглефікації та значними рівнями газовиділення традиційно вважаються викидонебезпечними. Але й інші фактори, як сучасні полі тектонічних напружень, структура вугіль, положення й орієнтація геологічних порушень, пружні властивості вуглепородного масиву також суттєво впливають на механізми виникнення цих небезпечних гірничо-геологічних явищ.
У цьому сенсі дуже важливі спостереження у гірничих виробках, що доводять, що поодинокі та незначні за рівнем мікропрояви газодинамічних явищ, які спостерігаються у гірничих вибоях, не мають чіткої кореляції з геологічною структурою, в той час як мезо- та мегапрояви цих небезпечних явищ локалізовано уздовж зон розривних та складчастих порушень. Розрядка тектонічних напружень у цих зонах підчас розробки вугілля призводить не тільки до викидів енергії пружних деформацій накопичених у масиві гірських порід, але й створює умови щодо визволення газів сорбованих у мікропорах вугіль, а також вільних газів з прилеглих колекторських горизонтів та структурно - тектонічних пасток.