Источник: Статья опубликована в сборнике "Гірничій вісник" №2, 2010.
При изучении вопроса природы выбросов породы учеными гипотетично предполагалось обязательное наличие в нем остаточных тектонических напряжений, активных тектонических напряжений, влияние на состояние пород природной газоносности породного массива, существенным изменением свойств части напряженного породного массива. В дальнейшем прямыми опытами было доказано отсутствие каких-либо тектонических напряжений: остаточных или активных. Также было установлено, что разница между физико-механическими свойствами выбросоопасного и невыбросоопасного песчаника не существенна.
Теоретически и практически было определено, что наличие газа в песчаниках является основным условием для возникновения выбросов. Газ, находящийся в порах диаметром менее 10-5 м, создает дополнительные напряжения, и его давление в выбросоопасном песчанике по сравнению с давлением в невыбросоопасном может быть в 80 и выше раз большим [1].
На сегодняшний день проведено множество исследований по вопросу природы выбросов пород и на основе теоретических знаний, предлагается множество способов безопасного ведения горных работ и, в частности мероприятий по уменьшению интенсивности выбросов породы.
Актуальность проблемы выбросоопасности пород для шахт в наше время обусловливается тем, что на шахтах, опасных по выбросам породы, возникают дополнительные расходы на мероприятия по прогнозу выбросоопасности и локализации выбросов. Особо остро эта проблема стоит для государственных шахт, испытывающих постоянные финансовые проблемы. Одной из таких шахт является шахта им. А.Г. Стаханова.
ГП шахта им. А. Г. Стаханова в промышленном отношении подчинена п / о «Красноармейскуголь». Шахта «Красноармейская-Капитальная», которая впоследствии была переименована в шахту им. А. Г. Стаханова, построена по проекту института «Донгипрошахт» и введена в эксплуатацию в 1974 году с проектной мощностью 4000тыс.т в год (13330т в сутки). В связи с постоянным отставанием в развитии горных работ, отработки большей части подготовленных к выемке запасов высокопродуктивных пластов, до конца 80х годов шахта начала снижать уровень освоения производственной мощности. С целью приведения производственной мощности до технически возможной по добыче, с 1994г. шахте была установлена мощность 2850тыс. т. в год, но и эта мощность освоилась немногим более 50%. Основной причиной неудовлетворительной работы предприятия по освоению проектной мощности явилось отставание капитального строительства, из-за недостаточного финансирования. Добываемый уголь шахтой характеризуется следующими качественными характеристиками: зольность -39,9%; влажность-4,8%; содержание серы-2, 6%.
Поле шахты им. А. Г. Стаханова расположено в центральной части Красноармейского угленосного района, ниже по падению от поля шахты "Краснолиманская", "Центральная", и им. Г. М. Димитрова между горизонтами минус 650-1200 (глубина 850-1400 м). Северной границей является Глубокоярський сброс с амплитудой до 70 м. На юге поле шахты граничит с участком Новогродовская глубоким.
Площадь поля шахты составляет 60 км2 (в среднем 10 км по простиранию и 6 км по падению). На балансе шахты состоит 4 угольных пласта: l7, l3, l1 и K5, а угольные пласты m2 и k8 являются резервными. Рабочие угольные пласты приурочены к свитам С26 - l7, l3, l1; C25 - k5:
–l7 - мощностью 0.58-1.5 м, марка - ДГ, Г; по выбросам угля и газа – угрожаемый;
–l3 - мощностью 0.7-2,3 М, марка - Ж; по выбросам угля и газа – не опасен;
–l1 - мощностью 0,6-1,67 м, марка-Г; выбросам угля и газа - угрожаемый, кроме участка ограниченного по падению пласта изогипсой-850м, а по простиранию центральным сбросом и конвейерным быстрому;
–k5 - мощностью 0,55-2,22 м, марка угля Г, Ж; по выбросам угля и газа – угрожаемый.
К резервным относятся пласты m2 и k8, имеющих рабочую мощность на ограниченной площади.
Поле шахты являются центральной частью крупного тектонического блока между Центральным и Селидовский надвигов, с амплитудами 200-500м. Блок характеризуется монолитным залеганием пород с падением на северо-восток под углом 7-110. Общая мощность покровных отложений, представленная глинами, суглинками и мелкозернистыми песчаниками, обладающие плывунными свойствами, колеблется от 0,5 до 45 м.
Балансовые запасы составляют 151 365 тыс. т, промышленные - 118180тыс.т. Средняя мощность угольных пластов 1,23-1,90 м. Приток воды в шахту составляет 250 м3/час. Коэффициент водообильности 1,43 м3/т.с.д.
отя некоторые угольные пласты и отнесены к категориям угрожаемых или опасных по выбросам угля и газа, за весь срок службы шахты ни на одном из угольных пластов не произошло ни одного выброса, а происходили они на песчаниках, вмещающих эти пласты. Первый выброс произошел еще во время строительства шахты при проведении ствола. Затем выбросы повторялись уже и как во вскрывающих выработках, так и в полевых подготовительных выработках. Практически все песчаники на шахте выбросоопасны. За весь срок эксплуатации на шахте произошло 166 выбросов[2]. Из них 34 малой интенсивности (<100т), 85 средней (от 100 до 500т) и 47 высокой интенсивности (>500т). Наиболее интенсивный выброс произошел 14.03.1986г. при проходке ствола №8 интенсивностью 1472,7 м3 (?3681,8 т).
В шахтном поле шахты им. А. Г. Стаханова находятся, в частности, два наиболее выбросоопасных слоя песчаников – l1Sl2 и l2Sl3. В последнее десятилетие при ведении проходческих работ через данные слои породы количество выбросов не уменьшилось, но их интенсивность – уменьшилась, что позволяет отнести их к выбросам невысокой интенсивности. Рассмотрим один из них, произошедший 28.07.2004 г. в песчанике l2Sl3, гор. 986 м, блок №3 в вентиляционном квершлаге пластов l1-l3 интенсивностью 76,6 т, при отсутствии геологических нарушений.
На ш. им. А.Г. Стаханова приняты, согласно проекту, одно мероприятие по борьбе с внезапными выбросами – ведение взрывных работ в режиме сотрясательного взрывания, после того, как служба прогноза установит выбросоопасность на данном этапе проведения выработки.
Этот способ имеет широкое распространение на шахтах Донбасса, но является не самым выгодным с экономической точки зрения. В стандарте Украины [3], [4] «Правила ведення гірничих робіт…» в разделе «Оптимизация параметров буровзрывных работ» предложен метод борьбы с выбросами породы проведением опережающего забоя уменьшенного сечения.
Суть этого способа заключается в том, что взрывные работы в обоих забоях ведутся за один прием с замедлением от проектного сечения к уменьшенному. При этом соотношение сечения опережающего забоя проводимой выработки и отставание забоя от опережающего должно быть таким, чтобы отбитая при взрывании проектного забоя порода полностью перекрывала сечение опережающего забоя.
Таким образом, за счет того, что ведется опережающий забой уменьшенного сечения, появляется возможность инициировать выброс до проведения выработки проектного сечения, во-первых, меньшей интенсивностью, т.к. порода, обрушенная при взрыве забоя большего сечения, создает искусственный барьер, который принимает на себя часть давления выброса и, за счет разрыхленности породы, снижает его.
Во-вторых, с течением времени, давление на стенках образовавшейся полости от выброса будет снижаться до полного выравнивания с давлением выработки. Следовательно, снижается вероятность возникновения выброса при доведении выработки до проектного размера. С технологической точки зрения этот способ выгоднее по сравнению ведением взрывных работ в режиме сотрясательного взрывания без опережающего забоя, т.к. после выброса уменьшается количество породы в забое, требуется меньшее количество времени для погрузки породы и, таким образом, увеличивается скорость проведения выработки.
Недостатком способа является то, что он применим только в случае, если прогнозируется выбросоопасность малой интенсивности.
Если же по результатам кернового бурения прогнозируется выброс средней или высокой интенсивности, то предлагается иной метод: проведение выработки уменьшенного сечения. В случае если прогноз покажет, что песчаник невыбросоопасный, следует проводить выработку методом БВР для газовых шахт.
Суть способа заключается в том, что проводится выработка сечением, меньшим проектного на 0,7 – 0,8 м от стенок к центру сечения, на всю запланированную длину. Таким образом, в случае выброса, интенсивность его будет меньшей, чем, если бы выработка велась изначально проектным сечением. Со временем, стенки выработки разгрузятся, что при дальнейшем доведении сечения до планируемого, исключает возможность выброса. Выработку уменьшенного сечения следует закреплять временной крепью. Для такой шахты, как им. А.Г. Стаханова, постоянно испытывающей трудности с финансированием, целесообразно применять эти способы, т.к. при их использовании частично уменьшатся затраты на проведение выработок.
В плане проведения проходческих работ на 2011 год на ш. им. А.Г. Стаханова намечена проходка квершлага группового уклона пласта l3, вскрывающего пласты l2 и l1. Он будет пересекать слои выбросоопасного песчаника. В связи с этим, для этой шахты рекомендуется применить для оптимизации параметров буровзрывных работ эти способы проведения выработки: с опережающим забоем уменьшенного сечения либо уменьшенным забоем на всю длину с последующим доведением сечения до проектного. Надеемся на то, что участок песчаника окажется невысокой степени выбросоопасности, что позволит не применять способы локализации – уменьшения интенсивности выбросов.