Обзор внезапных выбросов угля и газа

R. Lama
A. Saghafi
CSIRO Энергетические технологии

Перевод с английского: Власова Л.В.

Источник: Underground Coal Operators Conference, 2002 http://ro.uow.edu.au/cgi

МЕХАНИЗМ ВНЕЗАПНОГО ВЫБРОСА

Из-за широкого спектра условий, при которых происходят внезапные выбросы угля и газа, не существует единой теории, которая может объяснить это явление. Некоторые из самых ранних понятий о природе газов, давление газа и свойств угля был представлен Halbaum (1989-1900), в которых изложены основы теории давления газа для описания внезапного выброса угля и газа. Позже исследователи, такие как Телфер (1911-12), Рован (1911-12), Руфф (1930) разработали теории вспышки следом за Кофильд (1931), Джарлер (1936), Белов (1931) и Печук (1933), которые представили роль стресса и механической энергии в теории взрыва. С начала 1950-х годов наиболее обширная работа в этой области, приходится на русских исследователей (Ходот, 1951, Эттингер, 1952, С. А. Христиановича, 1953, 1953), которые рассматривают механизмы сорбции / десорбции газа и стресса, в поколение выброса . Скочинский (1954, 1954), синтезировал понятия, его анализ основываясь на опыте бывшего СССР и результатах исследований команды в течение 1952-54 гг. По его словам, вспышки происходят в результате взаимного влияния многочисленных факторов, включая следующие:

Давление пород, связанное с:

Развитием трещин и измельчением угля по краям забоя, и снижением его прочности.
Изменением в проницаемости угольных пластов, перераспределением давления газа и выбросов больших объемов газа.
Передачей горного давления от статической фазы в динамичную фазе в результате разрушения угольного пласта близко к забою или из-за потери сопротивления приложенного к кровле. Это приводит к развитию дальнейшего растрескивания и дробление и, как следствие, создание свежих поверхностей, что повышает десорбцию. Это приводит к образованию газотранспортных путей в результате падения давления газа и освобождению ее потенциальной энергии. Освобождение упругой энергии угля вместе с гравитационной энергией, которая преобразуется в динамическую энергию угля в движении и увеличения интенсивности внезапных выбросов.

Газ, содержащийся в угле:

Статические и динамические давления газа в угле при нормальном давлении газа не может инициировать взрыв, если соблюдены следующие три условия:

Достаточно высокое газо-содержание угля.
Быстрый темп развития трещины и разрушения угля в результате добычи, с образованием большого числа новых поверхностей, которые могут обеспечить усиление десорбции и фильтрации газов.
образованию трещин достаточной длины и объема в трещиноватом или дробленом угле, поток газа в раскопках и снижение давления газа между раскопками и углем, где газ десорбирующихся.

внезапного падения давления газа, порядка 2 МПа или более на расстоянии 1 мм достаточно чтобы разрушить угль, бросить его и обеспечить распространение волны дробления на некоторое расстояние в горной массе.

Физико-механических свойств угля и микро-и макроструктуры угольного пласта. Структуру угля определяет следующее:

прочность угля и его устойчивость к стрессу,
скорость выделения газа и работы, которые оказывает газ во время его выделения,
количество газа, угля и полной потенциальной энергии, которая может быть достаточна для взрыва.

Скочинский доказал (1954, 1954),что горное давление не является основным фактором, вызывающим взрыв, скорее, это газ, который несет ответственность за ее развитие и средств к существованию. Skochinski не считает роль тектонических сил в процессе взрыв из-за следующего:

Есть методы, которые не могут определить остаточную тектоническую напряженность.
Очень часто два угольных пласта, лежащие 20 — 30 м друг от друга отличаются в их восприимчивость к выбросам, несмотря на использование одного и того же метода добычи.
угольные пласты и вмещающие породы пересекают большое число микро и макротрещин.
Одного давление пород недостаточно, чтобы вызвать взрыв.

Скочинским (1954, 1954b) и его коллегами были разработаны понятия и математические теорииЕго теория подтверждается рядом исследователей, которые воспроизводятся вспышки в лаборатории (Ярцев, 1958, Уджихира и др.., 1989, Уджихира и Накаджима, 1991, Гавор и др.., 1991).

Совсем недавно, уголь под высоким давлением газа рассматривался как ретроградный материал (Litwiniszyn, 1983) с газом, как твердый раствор в угольной матрице. Газ претерпевает изменения фазы в результате изменений термодинамических условий. Модель, представленная на Лихвинишин была подтверждена в лаборатории (Бодзиони и край, 1995).

Ряд авторов связывают выбросы и горные удары, как одно явление, с той разницей, что газ может отсутствовать или, что газ является второстепенным фактором для горных ударов (Джосс, 1957, Budryk, 1951, 65, Коулет, 1959, Зиртез, 1966). Численные модели, которые используют прочность на растяжение в качестве критерия отказа, были использованы для прогнозирования выбросов (Патерсон, 1986, Баррон и Кульман, 1990; Чен и др., 1995.). В общем, существует совпадение взглядов, что следующие факторы играют доминирующую роль при выбросах:

Геологические структуры, особенно разломы, зоны контакта угля с вулканитами и деформацией угля.
Cтатических и динамических напряжений в окрестности других раскопок.
Снижение силы угольного пласта в отношении уровня стресса.
Давление газа и газа содержание угольного пласта.
Скорость десорбции газа.
Внезапное действие на угольный пласт.