Атмосфера подземных горных выработок, страница 6

Время после обнажения пласта, по истечении которого газовыделение с обнаженной поверхности практически прекра­щается, называется периодом дренирования Т. В результате выделе­ния метана с обнаженной поверхности в массив угля образуется

зона дренирования, метаноносность угля в которой изменяется от некоторой минимальной величины на кромке обнажения пласта до метаноносности нетронутого массива на границе зоны. Глуби­на этой зоны изменяется во времени и достигает своей макси­мальной величины через время Т после обнажения.

Выделение метана с обнаженной поверхности пласта зависит также от производственных процессов, изменяющих условия дегаза­ции массива: зарубки, отбойки угля, способа управления кровлей.

При зарубке возможно значительное метановыделение вследствие быстрого обнажения почти недегазированных участ­ков пласта. Поэтому необходим непрерывный контроль за со­держанием метана в воздухе у комбайна, особенно на шахтах III категории по газу и сверхкатегорных. Если концентрация ме­тана поднялась до 2 % и более, машина должна быть остановле­на; возобновление работы допускается после снижения концен­трации метана до 1 %.

Значительно увеличивается метановыделение после отбойки угля взрывным способом вследствие быстрого обнажения и дробле­ния мало дегазированных объемов угля. При работе отбойных мо­лотков заметного повышения метановыделения не наблюдается.

При обрушении кровли пласта из обрушаемых пород и пачки угля выделяется газ в выработанное пространство и в забой.

Увлажнение массива угля через скважины и шпуры, а так­же увлажнение обнаженных поверхностей пласта (условия гид­рошахт) снижают интенсивность газовыделения с обнаженных поверхностей. Однако если при нагнетании воды в пласт проис­ходит его механическое разрушение (разрыв), газовыделение может существенно возрасти.

Суфлярнымназывается выделение метана из крупных, ви­димых на глаз трещин и пустот в угле и породах. Дебит их может быть до десятков тысяч кубических метров в сутки, продолжи­тельность действия – от нескольких часов до нескольких лет.

Суфляры представляют опасность вследствие неожиданнос­ти их проявления и сопутствующего им увеличения концентра­ции газа в выработке. Кроме того, суфляры часто являются при­чиной образования слоевых скоплений метана в выработках.

Суфляры бывают природного и эксплуатационного проис­хождения. Природные суфляры обычно встречаются в зонах гео логических нарушений пликативного и дизъюнктивного харак­тера. В зонах пликативных нарушений продолжительность суф­ляров обычно больше, а дебит меньше, чем в зонах дизъюнк­тивных нарушений. Суфляры эксплуатационного происхожде­ния появляются вследствие нарушения целостности пород при выемке угля. Наиболее мощные суфляры этого рода наблюдаются при первом обрушении основной кровли.

Борьба с суфлярами ведется путем предварительной дега­зации массива (для этого применяются передовое бурение, опе­режающая отработка защитных пластов, соответствующий спо­соб управления кровлей), увеличения подачи воздуха в опасные выработки, каптирования газа. При каптировании суфляра его устье окружается герметичным киоском (обычно сооруженным из кирпича или бутового камня), из которого газ по трубопро­воду отводится в зависимости от дебита в общую исходящую струю крыла, шахты или на поверхность.

Внезапный выброс угля, пород и газа – сложнейшее газодинамическое явление, включающее упругие силы пре­дельного напряжения пород, угля, сжатого газа и силы тяже­сти, приводящее к самопроизвольному выбросу пород, угля, соли и газов в подземную горную выработку. Это явление скач­кообразного перехода упругой энергии предельно напряжен­ного массива (пород, угля, соли) и сжатого газа вокруг гор­ной выработки, а также силы тяжести в работу сдвижения, разрушения горных пород, десорбции, фильтрации и расши­рения газа, энергию линейного и волнового движения горных пород, газа вследствие нарушения равновесного состояния массива внешними и внутренними факторами. Существует три представления о механизме внезапного выброса пород, угля, газа, основанных на учете оценки участия во внезапном выб­росе газа, напряженно-деформированного состояния масси­ва, а также физико-механических и физико-химических свойств пород, угля, соли.

Первое представление основывается на действии газа и со­стоит в следующем. При быстром перемещении забоя или вне­запно возникшей трещине на участке \Lс весьма низкой газо­вой проницаемостью угля, пород, соли образуется большой перепад давления природного газа в очень тонком слое около свободной поверхности (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема выброса породного слоя

Перепад давлений способствует разрушению этого слоя, и за счет энергии расширяющегося газа он отбрасывается в сторону выработки. При этом давление газа у вновь образовав­шейся свободной поверхности быстро падает, снова создается перепад давлений и вновь происходит описанное выше явле­ние. Таким образом, свободная поверхность быстро перемеща­ется в глубь массива и все время поддерживается большой пе­репад давлений, разрушающий один слой за другим.

Второе представление внезапного выброса основывается на напряженном состоянии и несущей способности массива около горной выработки, а процесс отброса частиц быстро разрушающегося массива происходит за счет энергии расши­ряющегося газа, сжатого при высоком давлении. При этом в случае разрушения угля, пород, соли и отброса их десорбция газа способствует образованию потока газо-угольно-породной смеси, выбрасываемой в выработку.

Третье представление основывается на предположении, что процесс разрушения угля, пород происходит в результате взаимодействия высокого давления газа в порах и микротре­щинах и быстрой разгрузки пласта в призабойной зоне выра­ботки от горного давления. При этом происходит активное выс­вобождение газа в больших количествах и вынос разрушенных угля, пород.

На современном уровне познания физико-химической при­роды внезапного выброса невозможно отдать предпочтение ни одному из названных представлений. Можно предположить, что в процессе формирования и развязывания внезапного выброса участвуют все три представления.