Файл: Медведев, И. И. Газовыделения на калийных рудниках.pdf

выбросов и отсутствие до сих пор единой и полностью разрабо­ танной теории. Главными причинами внезапных выбросов, по мне­ нию большинства специалистов, являются горное давление, дав­ ление газа и некоторые свойства пород. Поэтому очевидно, что для предупреждения внезапных выбросов необходимо устранить пли уменьшить факторы, их вызывающие. Поскольку устранить горное давление нельзя, нужно стремиться, что его изменение бы­ ло менее динамичным, более плавным. Можно, например, какимлибо образом уменьшать давление газа в пласте. И, наконец, можно изменять некоторые свойства пород, с тем чтобы при тех же внешних условиях порода выбросоопасного пласта становилась менее хрупкой, способной разрушаться пластически.

§ 4. Отличия внезапных выбросов солей от внезапных выбросов угля

В СССР разработаны эффективные мероприятия по предотвра­ щению внезапных выбросов угля и газа или воздействию на них. Для того чтобы эти мероприятия можно было использовать для условий калийных рудников, рассмотрим более детально характе­ ристику внезапных выбросов солей в сравнении с выбросами угля.

Наиболее полные и глубокие сведения о внезапных выбросах угля и газа даны в работе В. В. Ходота [24].

Внезапные выбросы иа угольных пластах происходят обычно при глубине залегания пластов 250 м, хотя известны случаи вы­ бросов и при меньшей глубине (приблизительно 100 м). Соликам­ ский и Первый Березниковский рудники разрабатывают карнал­ лит на глубине в среднем около 250 м.

С увеличением глубины разработки угля частота и интенсив­ ность выбросов возрастают. При этом происходят выбросы поро­ ды и газа и при глубине более 1000 м выбросы только породы. Этот признак до конца 1968 г. для условий Верхнекамского место­ рождения не был проверен, так как разработка более глубоких участков еще не велась. Однако на месторождении есть участки, залегающие на глубине 400—500 м. Учитывая весьма низкую газопроницаемость соляных пород и, следовательно, невозмож­ ность миграции газов в сводовые части антиклинальных структур месторождения (см. главу I, § 1), можно считать, что газонос­ ность соляных пород приблизительно везде одинакова. Поэтому было сделано предположение [18], что с увеличением глубины разработки частота и интенсивность газодинамических явлений на карналлитовом пласте возрастут и что эти явления могут про­ явиться и при разработке сильвинита.

Выбросы угля и газа часто связаны с геологическими наруше­ ниями, но бывают и при спокойном залегании пласта. На карналлитовых пластах эти явления приурочены в основном к микроантиклинальным перегибам шестого слоя пласта В, но часто проис­ ходят и при горизонтальном его залегании.

опасность возникновения внезапных выбросов также увеличивает­ ся с увеличением мощности слоя В6.

Большинство внезапных выбросов направлено сверху вниз и лишь единичные случаи — снизу вверх, причем сила их значи­ тельно меньше силы первых. Разрушения и сдвижения карналли­ та происходят из кровли целиков и забоя и иногда из почвы. Часто одновременно разрушаются кровля, целик и немного почва.

На угольных шахтах СССР выбросы происходят с участием только метана, в бассейне Верра — с участием углекислого газа, в Южном Гарце — с участием одновременно метана и углекисло­ го газа. Известны случаи внезапных выбросов с участием азота. На калийных рудниках Верхней Камы в состав внезапно выде­ ляющихся газов кроме метана входит водород, причем содержание его превышает содержание метана на Соликамском руднике.

Количество выброшенного угля колеблется от нескольких тонн до нескольких тысяч тонн. На кариаллитовых пластах размеры разрушенной горной массы изменяются примерно в этих же пре­ делах.

Количество выделившего газа на I т угля за один выброс колеблется от единиц до 1500 м3. Причем В. В. Ходот считает, что данные по газовыделению в большинстве случаев преувеличены, так как при подсчете учитывают газ, выделяющийся после вне­ запного выброса. При попытках определить количество газа за один выброс оказывалось, что оно не превышает возможную газо­ емкость угля, достигающую при давлениях газа 50 кгс/см2 45 м3/т для метана и свыше 100 м3/т для углекислого газа.

Количество газа, выделяющегося при внезапном выбросе кар­ наллита, по-видимому, может быть весьма различным. Так, по данным Ф. Ф. Пермякова, относительное газовыделение, приходя­ щееся на 1 м3 выброшенного карналлита, составляет в среднем

Первому Березниковскому руднику и 26,1 м3 по Соликамскому. Угли пластов, опасных по внезапным выбросам, отличаются пониженной прочностью, перемятостыо, развитием трещин текто­ нического происхождения. Эти же признаки характерны и для

опасных участков карналлитового пласта.

Разрушенный уголь из полости выброса внешне не отличается от обычного. Сверху он часто бывает покрыт тонким слоем пыли толщиной 20—30 см. В некоторых случаях выброшенный уголь бывает измельчен до состояния тонкой пыли. Масса карналлита бывает разрушена обычно на куски, много мелких комков, чешуек и пыли. Разрушенная масса находится всегда в куче, как бы вы­ сыпана, а не разбросана, как после взрывных работ.

Полости после выбросов угля и газа чаще всего имеют удли­ ненную форму с меньшими размерами горловины по сравнению

100

с диаметром самой полости; бывают пустоты и другой формы: конусообразной, прямоугольной, грушевидной, эллиптической, в виде неглубоких выемок на поверхности забоя и др.

Формы стенок полостей, образующихся после выбросов кар­ наллита, также весьма разнообразны и имеют большое сходство

пласт, причем вероятность внезапного выброса возрастает с уве­ личением сотрясения угля в массиве. Однако нередки так называе­ мые запоздалые выбросы, происходящие не непосредственно после сотрясательного взрывания, а через промежутки времени от не­ скольких минут до нескольких часов. Такая же закономерность прослеживается п на карналлитовом пласте.

Наряду с одинаковыми признаками выбросоопасный карналлитовый пласт имеет некоторые отличия от угольного.

1. Выбросоопасный угольный пласт или прослоек относительно равномерно насыщен газом, тогда как карналлитовый пласт В имеет неравномерную газоносность не только по слоям, но и в максимально насыщенном газом шестом слое. Выбросоопасные участки пласта расположены гнездами и имеют наиболее высокую

нии, причем огромная часть его (около 90%) — в сорбированном. Газ в карналлите находится в свободном, сорбированном и микровключенном состоянии.

Первое и второе отличия выражаются в том, что отброс кар­ наллита при внезапном выбросе за счет энергии сравнительно небольшого количества газа происходит на небольшие расстояния.

3.Угольный пласт является газопроницаемым. Поэтому одним из способов борьбы с внезапными выбросами является дрениро­ вание газа из пласта с помощью открытых скважин. Карналлит практически газонепроницаем.

4.Во внезапном выбросе карналлита кроме метана участвует водород, что увеличивает опасность взрыва и пределы взрывае­ мости газо-воздушной смеси.

Все эти отличия не являются принципиальными, а лишь под­ черкивают специфику внезапных выбросов карналлита. Вместе с тем их необходимо учитывать при разработке методов предупреж­ дения выбросов.

Юі

Г л а в а V

МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ С ВНЕЗАПНЫМИ ВЫБРОСАМИ СОЛИ И ГАЗА

§ 1. Опыт борьбы с выбросами на Верхнекамских рудниках

Верхнекамское месторождение — первое в СССР, где начали разрабатывать выбросоопасный пласт соли — карналлитовый пласт В. Со времени начала разработки карналлитового пласта на Верхнекамском месторождении неоднократно делались попыт­ ки борьбы с внезапными выбросами и с их отрицательными по­ следствиями. Так, с целью создания более безопасных условий работы и уменьшения числа выбросов карналлита способ отбойки карналлита за первые 10 лет менялся шесть раз.

Первоначально отбойка карналлита производилась с примене­ нием огневого взрывания. С целью предотвращения воспламене­ ния и взрывов смесей выделяющихся горючих газов с воздухом огневое взрывание в 1937 г. было заменено электрическим взрыва­ нием с применением взрывобезопасной аппаратуры. Карналлит стали отбивать потолкоуступным забоем взрывным способом. При этом стали постоянно происходить выбросы со всеми вышеописан­ ными отрицательными последствиями. Было сделано предположе­ ние, что причиной выбросов являются взрывные работы. В 1939 г. взрывные работы были отменены и выемка карналлита стала про­ изводиться отбойными молотками с созданием зарубной щели врубовой машиной. Общее число выбросов резко сократилось. По данным Ф. Ф. Пермякова, количество выброшенной породы в бло­ ке при этом способе отбойки составило 3% общего количества добытой породы, тогда как при взрывных работах — 66% в том же блоке. Однако только при работе в блоке 7 было отмечено 4 выброса с количеством выброшенной породы от 4 т до 4 тыс. т.

При работе отбойными молотками происходили мгновенные обрушения карналлита, которые были очень опасны для людей, работающих в забое.

Одной из причин, вызывающих выбросы, стали считать давле-

102

мне газа в пласте. Для того чтобы уменьшить давление газа, на­ чали применять дренажное бурение перед выемкой породы от­ бойными молотками. Исследования эффективности дренажного бурения шпуров и скважин различного диаметра и длины показа­ ли, что оно способствует выделению очень незначительного коли­ чества газа и что радиус влияния скважин мал. Применение дре­ нажного бурения не дало положительных результатов из-за очень низкой газопроницаемости калийных солей. Так, после применения предварительного дренажного бурения в забое гезенка камеры 6 блока 11, где были пробурены 24 дренажные скважины и 10 шпу­ ров по 1,5 м длиной, при взрывании кроме отбитой взрывом мас­ сы обрушилось около 350 т карналлита. При этом обрушение сопровождалось обильным газовыделением.

Начиная с 1942 г. отбойка карналлита в камерах производится буровзрывным способом почвоуступным забоем. При этом спосо­ бе устраняется непосредственная опасность выброса для людей, работающих в забое, и несколько уменьшается интенсивность вы­ бросов по сравнению с работой потолкоуступным забоем, но не ликвидируются вредные последствия, описанные ранее.

Исследованиями кафедры охраны труда и рудничной вентиля­ ции ППИ, как отмечалось, было установлено, что параметры буровзрывных работ могут влиять на интенсивность выбросов. ПермНИУИ также проводил работы по установлению причин на­ рушений проектных размеров карналлитовых камер и целиков (нарушений, связанных с выбросами) [4]. Были выявлены сле­ дующие факторы, вызывающие нарушения: складчатость и газо­ носность пласта В, число шпуров и плотность заряда, слабый контроль за направлением камеры, нарушение паспорта буро­ взрывных работ (уменьшение расстояния между стенкой выработ­ ки и шпурами).

Образование нарушений в местах сопряжения складок пласта В—Г с целиком объяснялось различием в акустической жесткости карналлита и каменной соли, вследствие чего при взрывании об­ разуются участки с различной напряженностью и происходят вы­ валы *. При определенных условиях (выемке отбойными молотка­ ми) разрушения, обрушения и вывалы карналлита могут произойти под воздействием газа, заполняющего под давлением волосяные трещины. При взрывании происходят колебания частиц массива и газа, интенсивность которых пропорциональна упруго­ сти среды и силе взрыва. Упругость карналлита и частиц газа различна, их колебания не совпадают и возникают удары газа о стенки выработки. При определенной величине плотности заряда удары газа могут вызвать обрушения карналлита. Установлено, что опасной плотностью заряда является величина приблизитель­ но 1 кг/м2, что примерно соответствует числу шпуров в передовом уступе 15—20.

* Здесь употребляется терминология авторов [4]. называющих данные явле­ ния вывалами и обрушениями.

103