К вопросу о применении опережающей отработки защитных пластов

Авторы: С.В. Подкопаев, В.Г. Потапов, Е.А. Тюрин, А.Н. Михайлов, студ. Т.О.Худолей (ДонНТУ)

Описание:  Работа посвящена рассмотрению выбросоопасных угольных пластов, отработки защитных пластов как  наиболее надежного способа предотвращения внезапных выбросов угля и газа.

Источники: Электронная библиотека ДонНТУ.

Во всех странах, разрабатывающих выбросоопасные угольные пласты, известно, что первоочередная отработка защитных пластов является наиболее надежным способом предотвращения внезапных выбросов угля и газа. Локальные мероприятия, применяемые на многих шахтах Донбасса для предупреждения выбросов, трудоемки и не всегда эффективны.

Последними исследованиями [1, 2, 3] проведенными в ДонНТУ было теоретически и экспериментально обосновано ранее неизвестное свойство напряженных горных пород при разгрузке проявлять деформации генетического возврата (ДГВ), которые возрастают с увеличением влажности. Последние учитывают влияние физико-химических превращений, являются природными (комплексными), характеризующимися наследственностью – зависимостью наблюдаемых деформаций от всей предыдущей истории нагружения. Такой подход позволил по-новому оценить геомеханические процессы, происходящие в породах междупластья при первоочередной отработки защитных пластов и установить условия

устранения выбросоопасности.Из опыта разработки выбросоопасных пластов Донбасса давно известно, что часть из них одновременно является склонной к самовозгоранию. В числе таких пластов находится, например, особо выбросоопасный пласт h6' Смоляниновский, разрабатываемый шахтой им. А.А.Скочинского ГП “Донецкуголь”. Своеобразие его разработки заключается в том, что эндогенные пожары происходят только в полостях, образованных выбросами при сотрясательном взрывании.

В [4,5] утверждается, что разгрузка напряженного угольного массива, сопровождающаяся ДГВ, выделением материнских растворов, смачивающих соединения угля, приводит к зарождению инкубационного периода самовозгорания. Основано такое утверждение на экспериментально установленной особенности разрушенных пород (угля), в том

числе “отдавать” материнскую воду (растворы) из пор размерами более 107м при разгрузке. Очевидно то, что разгрузка, стимулирующая деформации генетического возврата (ДГВ), принципиально изменяет свойства кусков, блоков, слагающих углепородный массив. Разрушенный уголь, оставленный в выработанном пространстве лавы, увеличиваясь в объеме (особенно интенсивно при тонком дроблении), выделяет водные растворы и потому смачивает разрушенный уголь. В связи с этим вероятно возникновение реакций, способствующих выделению тепловой энергии, зарождению самовозгорания.

На этот важнейший с позиций самовозгорания вопрос, т.е. увлажнение разрушенного угля растворами, выделяющимися из того же разрушенного угля, ранее не обращали должного внимания. Все нормативные способы прогноза склонности углей к самовозгоранию базируются на отборе проб угля и оценке его химического взаимодействия с кислородом воздуха. При этом совершенно не учитывается наличие и свойства материнскойводы. Безусловно, что химический состав материнской воды изменяется совершенно незакономерно. Но тогда в какой-то конкретной ситуации состав материнской воды может оказаться для определенного состава угля и химически активным. Уже сейчас, на основе ранее выполненных исследований [6, 7], могут быть ориентировочно названы соединения,

на которые следует обратить первостепенное внимание.

В [4] на основании данных ВНИИГД и НПО “Укруглегеология” установлено, что за двадцатипятилетний период на шахтах Донбасса было зарегистрировано 73 эндогенных пожара. Для каждого случая эндогенного пожара была установлена глубина зоны газового выветривания (ЗГВ) конкретного пласта.

Анализ сведений показывает, что за названный период на шахтах Донбасса не произошло ни одного эндогенного пожара (как и внезапного выброса угля и газа) на глубинах, меньших глубины ЗГВ. Очевидно ЗГВ – это область осадочного массива, в которой ДГВ происходили в постинверсионный период времени, примерно соизмеримый по продолжительности с периододоинверсионным. Поэтому можно полагать в такой зоне процесс ДГВ практически исчерпанным, что обусловило уменьшение химической активности углей. В связи с этим, следует учитывать, что при оценке склонности углей к самовозгоранию в ЗГВ, химическая активность углей настолько мала, что они не способны самовозгораться.

Анализируя данные об ориентировочной вероятности возникновения эндогенных пожаров на шахтах Донбасса, подтверждается связь возникновения инкубационного периода самовозгорания угля с его степенью метаморфизма. По аналогии с тем, как разрабатывался региональный прогноз выбросоопасности угольных шахтопластов, при изучении склонности к самовозгоранию необходимо использовать определение степени метаморфизма углей. Расчет вероятности эндогенной пожароопасности производить аналогично тому, как рассчитывалась вероятность проявления выбросоопасности шахтопластов [8].

Таким образом, применение опережающей отработки защитных пластов способствует разгрузке углепородного массива. При этом породы междупластья разгружаются и стимулируют возникновение и развитие ДГВ. Последние приводят к увеличению водоотдачи пород междупластья и угольного массива. При наличии связи возникновения инкубационного периода самовозгорания угля с его степенью метаморфизма, можно полагать,

что комплекс природных явлений определяет реальность возникновения и зарождения инкубационного периода самовозгорания. Разгрузка угольного массива при проведении горных выработок, стимулирующая ДГВ, только тогда предотвращает процесс самовозгорания, когда приводит к нейтрализации растворов, выделяющихся из разрушенного угля.

Поэтому предотвращать следует самовозгорания только разгруженного (разрушенного) угля, а не угольного массива вне зоны разгружающего влияния горных работ. Такой подход позволит разработать новые способы прогноза склонности шахтопластов к самовозгоранию или применить рассматриваемый региональный, но на принципиально новой научной основе.

Список литературы:

1.     Снижение травматизма от проявлений горного давления/ Николин В.И., Подкопаев С.В., Агафонов А.В., Малеев Н.В.-Донецк:Норд-пресс, 2005.-331с.

2.      О связи деформаций генетического возврата напряженных горных пород с их влажностью/ Николин В.И., Подкопаев С.В., Агафонов А.В., Малеев Н.В., Носач А.К.// Научные открытия. Сборник кратких описаний.Вып.1.М.: 2004.-С.41-43.

3.     Деформации генетического возврата при разгрузке массивов/ Николин В.И., Подкопаев С.В., Агафонов А.В. и др.// Изв. ВУЗов. Горный журнал.-2004.-№1.-С.158-161.

4.      Николин В.В., Малеев Н.В., Тюрин Е.А. Природа связи эндогенной пожароопасности и выбросоопасности угольных пластов// Изв.ВУЗов. Горный журнал.-2006.-№5.-С.50-54.

5.     Николин В.И., Подкопаев С.В., Малеев Н.В. Склонность антрацитов Донбасса к самовозгоранию// Уголь Украины.-2006.-№4.-С.40-41.

6.     Николин В.И., Балинченко И.И., Симонов А.А. Борьба с выбросами угля и газа в шахтах.- М: Недра.-1981.-300с.