Внезапные выделения метана импульсного характера в зонах геологических нарушений
Рассмотрены основные особенности импульсных выделений метана в забой выработок при посадках пород кровли в зонах пересечения геологических нарушений. Импульсные метановыделения реализуются внезапно, спонтанно и нередко приводят к повышению концентрации метана до взрывоопасного состояния. Как правило...
Saved in:
| Date: | 2015 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2015
|
| Series: | Геотехнічна механіка |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135896 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Внезапные выделения метана импульсного характера в зонах геологических нарушений / С.П. Минеев, А.С. Янжула, В.Н. Кочерга, А.А. Прусов // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 123. — С. 48-66. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-135896 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1358962025-02-10T01:42:43Z Внезапные выделения метана импульсного характера в зонах геологических нарушений Раптове виділення метану імпульсного характеру в зонах геологічних порушень The methane sudden impulse emission in zones with geological faults Минеев, С.П. Янжула, А.С. Кочерга, В.Н. Прусова, А.А. Рассмотрены основные особенности импульсных выделений метана в забой выработок при посадках пород кровли в зонах пересечения геологических нарушений. Импульсные метановыделения реализуются внезапно, спонтанно и нередко приводят к повышению концентрации метана до взрывоопасного состояния. Как правило, при прорывах газа из кровли метановыделение может увеличиваться, в 6-35 раз и достигать максимальных (до 77 м³/мин) в течение незначительного промежутка времени. Затем происходит постепенное снижение дебита выделяющегося газа. Установлено, что наиболее интенсивно газ выделяется при обрушениях пород в зоне влияния пликативных нарушений (обычно антиклинали, купола, брахиантиклинали, флексуры) из трещиновато-пористых коллекторов. Рассмотрены основные примеры импульсного загазирования забоя выработок при ведении горных работ. Ключевые слова: выделения метана, геологическое нарушение, импульсный характер. Розглянуто основні особливості імпульсних виділень метану в забій виробок при посадках порід покрівлі в зонах перетину геологічних порушень. Імпульсні метановиділення реалізуються раптово, спонтанно і нерідко призводять до підвищення концентрації метану до вибухонебезпечного стану. Як правило, при проривах газу з покрівлі метановиділення може збільшуватися, в 6-35 разів і досягати максимальних (до 77 м³/хв) протягом незначного проміжку часу. Потім відбувається поступове зниження дебіту газу, що виділяється. Встановлено, що найбільш інтенсивно газ виділяється при обваленнях порід у зоні впливу плікативних порушень (зазвичай антикліналі, куполи, брахіантікліналі, флексури) з тріщинуватих-пористих колекторів. Розглянуто основні приклади імпульсного загазування забою виробок при веденні гірничих робіт. Basic characteristics of the methane impulse emissions into the face of the roadways were studied at the rock caving in zones with geological faults intersecting are considered. Usually, the methane impulse emissions occur suddenly, spontaneously and often lead to increased, up to explosive, methane concentrations. As a rule, methane emission can be increased by 6-35 times in event of gas breakthrough from the roof, and can reach its maximum (up to 77 m³/m) within a short period of time. Then discharge of the escaping gas gradually decreases. It was found that the most intensive gas emission occurs when rocks fall in area being under the effect of plicated faults (usually it is anticlines, domes, brachyanticlines, flexures) from fractured-porous manifolds. Key examples of the face impulse gassing during the mining operations are considered. 2015 Article Внезапные выделения метана импульсного характера в зонах геологических нарушений / С.П. Минеев, А.С. Янжула, В.Н. Кочерга, А.А. Прусов // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 123. — С. 48-66. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135896 622.411.322 ru Геотехнічна механіка application/pdf Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Рассмотрены основные особенности импульсных выделений метана в забой выработок при посадках пород кровли в зонах пересечения геологических нарушений. Импульсные метановыделения реализуются внезапно, спонтанно и нередко приводят к повышению концентрации метана до взрывоопасного состояния. Как правило, при прорывах газа из кровли метановыделение может увеличиваться, в 6-35 раз и достигать максимальных (до 77 м³/мин) в течение незначительного промежутка времени. Затем происходит постепенное снижение дебита выделяющегося газа. Установлено, что наиболее интенсивно газ выделяется при обрушениях пород в зоне влияния пликативных нарушений (обычно антиклинали, купола, брахиантиклинали, флексуры) из трещиновато-пористых коллекторов. Рассмотрены основные примеры импульсного загазирования забоя выработок при ведении горных работ. Ключевые слова: выделения метана, геологическое нарушение, импульсный характер. |
| format |
Article |
| author |
Минеев, С.П. Янжула, А.С. Кочерга, В.Н. Прусова, А.А. |
| spellingShingle |
Минеев, С.П. Янжула, А.С. Кочерга, В.Н. Прусова, А.А. Внезапные выделения метана импульсного характера в зонах геологических нарушений Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Минеев, С.П. Янжула, А.С. Кочерга, В.Н. Прусова, А.А. |
| author_sort |
Минеев, С.П. |
| title |
Внезапные выделения метана импульсного характера в зонах геологических нарушений |
| title_short |
Внезапные выделения метана импульсного характера в зонах геологических нарушений |
| title_full |
Внезапные выделения метана импульсного характера в зонах геологических нарушений |
| title_fullStr |
Внезапные выделения метана импульсного характера в зонах геологических нарушений |
| title_full_unstemmed |
Внезапные выделения метана импульсного характера в зонах геологических нарушений |
| title_sort |
внезапные выделения метана импульсного характера в зонах геологических нарушений |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2015 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135896 |
| citation_txt |
Внезапные выделения метана импульсного характера в зонах геологических нарушений / С.П. Минеев, А.С. Янжула, В.Н. Кочерга, А.А. Прусов // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 123. — С. 48-66. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT mineevsp vnezapnyevydeleniâmetanaimpulʹsnogoharakteravzonahgeologičeskihnarušenii AT ânžulaas vnezapnyevydeleniâmetanaimpulʹsnogoharakteravzonahgeologičeskihnarušenii AT kočergavn vnezapnyevydeleniâmetanaimpulʹsnogoharakteravzonahgeologičeskihnarušenii AT prusovaaa vnezapnyevydeleniâmetanaimpulʹsnogoharakteravzonahgeologičeskihnarušenii AT mineevsp raptovevidílennâmetanuímpulʹsnogoharakteruvzonahgeologíčnihporušenʹ AT ânžulaas raptovevidílennâmetanuímpulʹsnogoharakteruvzonahgeologíčnihporušenʹ AT kočergavn raptovevidílennâmetanuímpulʹsnogoharakteruvzonahgeologíčnihporušenʹ AT prusovaaa raptovevidílennâmetanuímpulʹsnogoharakteruvzonahgeologíčnihporušenʹ AT mineevsp themethanesuddenimpulseemissioninzoneswithgeologicalfaults AT ânžulaas themethanesuddenimpulseemissioninzoneswithgeologicalfaults AT kočergavn themethanesuddenimpulseemissioninzoneswithgeologicalfaults AT prusovaaa themethanesuddenimpulseemissioninzoneswithgeologicalfaults |
| first_indexed |
2025-12-02T12:55:01Z |
| last_indexed |
2025-12-02T12:55:01Z |
| _version_ |
1850401202261458944 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
48
УДК 622.411.322
Минеев С.П., д-р техн. наук, проф.
(ИГТМ НАН Украины),
Янжула А.С., магистр
(ПАО «ШУ «Покровское»),
Кочерга В.Н., магистр,
Прусова А.А., канд. техн. наук
(ИГТМ НАН Украины)
ВНЕЗАПНЫЕ ВЫДЕЛЕНИЯ МЕТАНА ИМПУЛЬСНОГО ХАРАКТЕРА
В ЗОНАХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ
Мінеев С. П., д-р техн. наук, професор
(ІГТМ НАН України),
Янжула О.С., магістр
(ПАТ «ШУ «Покровське»),
Кочерга В.М., магістр,
Прусова А.А., канд. техн. наук
(ІГТМ НАН України)
РАПТОВЕ ВИДІЛЕННЯ МЕТАНУ ІМПУЛЬСНОГО ХАРАКТЕРУ
В ЗОНАХ ГЕОЛОГІЧНИХ ПОРУШЕНЬ
Mineev S.P., D.Sc. (Tech), Professor
(IGTM NAS of Ukraine),
Yanzhula A.S., M.S. (Tech.)
(PJSC «CG «Pokrovskoye»),
Kocherga V.N., M.S. (Tech.),
Prusova A.A., Ph. D. (Tech.)
(IGTM NAS of Ukraine)
THE METHANE SUDDEN IMPULSE EMISSION IN ZONES WITH
GEOLOGICAL FAULTS
Аннотация. Рассмотрены основные особенности импульсных выделений метана в забой
выработок при посадках пород кровли в зонах пересечения геологических нарушений. Им-
пульсные метановыделения реализуются внезапно, спонтанно и нередко приводят к повы-
шению концентрации метана до взрывоопасного состояния. Как правило, при прорывах газа
из кровли метановыделение может увеличиваться, в 6-35 раз и достигать максимальных (до
77м
3
/мин) в течение незначительного промежутка времени. Затем происходит постепенное
снижение дебита выделяющегося газа. Установлено, что наиболее интенсивно газ выделяет-
ся при обрушениях пород в зоне влияния пликативных нарушений (обычно антиклинали, ку-
пола, брахиантиклинали, флексуры) из трещиновато-пористых коллекторов. Рассмотрены
основные примеры импульсного загазирования забоя выработок при ведении горных работ.
Ключевые слова: выделения метана, геологическое нарушение, импульсный характер.
При разработке газоносных угольных пластов залегающих под углом до 35°
и глубиною ниже от положения изогазы 5 м
3
/т сухой безольной массы должна
© С.П. Минеев, А.С. Янжула, В.Н. Кочерга, А.А, Прусова, 2015
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
49
обеспечиваться оценка безопасности внезапных выделений метана, приводя-
щих к загазированию забоя, из пород кровли при ее обрушении в зонах геоло-
гических нарушений [1]. К загазированиям относятся все случаи превышения
норм концентрации метана в поперечном сечении выработок [1, 2]. Загазирова-
ния выработок бывают местные, слоевые и общие. Причем, местное загазиро-
вание - это скопление метана в отдельных местах выработок, в т.ч. у буровых
станков, комбайнов и врубовых машин, в открытых, не заложенных породой
или другими материалами куполах, с концентрацией 2% и более. Слоевое скоп-
ление - это скопление метана в виде слоя в выработках на участках длиной
свыше 2 м с концентрацией 2 % и более, а общее загазирование - это превыше-
ние нормы средней по сечению выработки концентрации метана.
В настоящее время существует ряд гипотез, объясняющих природу им-
пульсного загазирования забоя при ведении горных работ, причем, многими ав-
торами, в основном, рассматриваются следующие из них [2, 4, 6, 8, 10]: суф-
лярное выделение метана, выделение метана при обрушении пород кровли, в
том числе со значительным выдавливанием метана в выработки из куполов и
полостей расслоения, образование искусственных и естественных коллекторов,
спонтанный перевод сорбированного газа в свободный и другие.
Опасность импульсного метановыделения, особенно большой интенсивно-
сти, даже при высоких скоростях движения воздушных потоков по выработкам,
нередко приводит к повышению концентрации метана до взрывоопасного со-
стояния, а кроме того опасность его заключается также и в том, что оно реали-
зуется внезапно, спонтанно. А такое состояние метановоздушной среды в забое
выработок нередко приводит в дальнейшем к вспышками и взрывам.
Вместе с этим однозначного метода прогноза и технологических решений,
позволяющих предотвратить импульсные загазирования нет. Учитывая изло-
женное, вполне очевидна актуальность исследований по оценке импульсных
метановыделений в забой выработки в зонах геологических нарушений, что
обусловило выбранную тему исследований.
Ранее многими авторами было установлена неоднозначность изменения ме-
тановыделения при переходе горными работами малоамплитудных геологиче-
ских нарушений [4, 5, 9 и др.], т.е. при пересечении нарушения в одних случаях
наблюдается увеличение метановыделения, а в других его уменьшение. Так, по
данным работы [5] остаточная газоносность пласта l2
в
в зонах влияния Карлов-
ского и Софиевского сбросов в Боково-Хрустальском районе существенно
снижалось при приближении забоя к плоскости сместителя сбросов с 30 до
10 м
3
/т, что авторами объяснялось дегазирующим влиянием указанных сбросов.
На шахте «Фащевская», по данным [9], при проведении промежуточного
штрека 15-й западной лавы пласта k8 метановыделение в выработку при
вскрытии геологического нарушения амплитудой 0,28 м в 3-5 раз было меньше
(0,097 м
3
/т), чем на расстоянии 100-300 м от него (0,484-0,275 м
3
/т). В работе [9]
приведены результаты по шахте «Перевальная», где при подходе проходческо-
го забоя к сбросу с амплитудой 0,8 м (пласт k3
в
) на расстояние 110 м наблюдал-
ся рост абсолютного метановыделения с 0,18 до 0,35 м
3
/мин. Затем произошло
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
50
его уменьшение до 0,19 м
3
/мин на расстоянии 38 м и последующий рост до
0,4 м
3
/мин и уже на расстоянии 10 м после прохода забоем нарушения.
В то же время, по данным работы [9], на шахте «Социалистический Дон-
басс» при вскрытии забоем бортовой выработки №51 пласта h8 двух геологиче-
ских нарушений с амплитудами 0,15 и 0,25 м наблюдалось существенное уве-
личение абсолютного метановыделения. Так, при вскрытии нарушения 0,15 м
метановыделение увеличилось до 5,24 м
3
/мин с последующим уменьшением за
нарушением до 1 м
3
/мин. При пересечении нарушения амплитудой 0,25 м опять
произошло увеличение до 3,47 м
3
/мин с последующим его уменьшением, после
перехода нарушения, до 0,86 м
3
/мин. В 3-м восточном откаточном штреке пла-
ста h8 той же шахты при переходе геологического нарушения амплитудой
0,45 м произошло увеличение метановыделения с 0,84 до 14,86 м
3
/мин.
Исследования, проведенные ранее на шахте им. М.И. Калинина, показали,
что в подготовительных выработках при пересечении геологического наруше-
ния с амплитудой 0,37 м метановыделение увеличилось с 0,37 до 0,79 м
3
/мин. А
в 4-й западной лаве пласта k2
2
при переходе нарушения наблюдался рост мета-
новыделения с 1,43 до 2,81 м
3
/мин и далее во время работы лавы в зоне нару-
шения оно составило 2,48 м
3
/мин [9], т.е. уменьшилось незначительно.
Вполне понятно, что рассматриваемые в статье ситуации неоднократно име-
ли место на многих других шахтах. Для анализа рассматриваемых нами про-
цессов проанализируем наиболее характерные внезапные импульсные загази-
рования забоя, произошедшие в зонах геологических нарушений в условиях
шахт: "Золотое" ГП "Первомайскуголь", им. С.М. Кирова и "Холодная балка"
ГП "Макеевуголь".
На шахте «Золотое» ГП «Первомайскуголь» 24.09.1993 г, в 5 час. 30
мин произошло внезапное загазирование, приведшее к взрыву метана в се-
верном вентиляционном квершлаге пл. m3-k8
в
, по которому проходит исхо-
дящая струя воздуха из 2-й северной лавы пласта m3 гор.775 м. На момент
аварии лава, длиной 190-200 м, отошла от разрезной печи на 195 м - считая
по вентиляционной выработке, и на 214 м - по откаточной выработке. Мощ-
ность пласта 1,2-1,25 м, угол падения 12-14°, газоносность 6,7 м7т с.б.м.,
зольность 24,5%, влажность 3,4%, выход летучих веществ 38,9%.
Лава отрабатывала пласт m3 вблизи оси антиклинальной складки. Кровля
пласта представлена трещиноватым мелкозернистым песчаником средней
крепости, мощностью 16-20 м. Выше залегали: известняк мощностью 2,4 м,
глинистый сланец - 4,5 м, песчаник - 13,9 м, угольный пласт m4
1
- 0,2 м. На
расстоянии 22 м от него залегает пласт m4
1
мощностью 0,2 м.
Почва пласта m3 представлена песчанистыми и глинистыми сланцами.
Схема проветривания участка - прямоточная с подсвежением. По северному
откаточному штреку пл. гп3 гор.775 м на участок подавалось 820 м
3
/мин
воздуха, а по конвейерному, используемому в качестве вентиляционной вы-
работки, - 120 м
3
/мин. Расчетное метановыделение на участке составляет
2,42 м
3
/мин, а требуемый расход воздуха - 426 м
3
/мин. Фактическое метано-
выделение на участке до аварии составило 1,9 м /мин. Содержание метана в
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
51
исходящей струе не превышало 0,2%.
Поле шахты «Золотое» приурочено к полосе складчатости северной ок-
раины Донбасса, составляющей северо-восточный борт Бахмутской котло-
вины. Характерным для района является чередование антиклинальных и
синклинальных складок субширотного простирания, осложненных дизъ-
юнктивами типа надвигов. Поле шахты представлено двумя антиклиналь-
ными складками второго порядка, развитыми в северной и центральной час-
тях поля шахты, характеризующим пологими углами падения северных
крыльев (12-15°) и более крутыми (38-42°) южных. Кроме складчатых
структур, шахтное поле осложнено рядом разрывных нарушений типа над-
вигов и сбросов. Наиболее значительными из них (с амплитудами смещения
до 15-20 м) - являются надвиги Михайлова и Осевой. Кроме того, горными
работами выявлен ряд малоамплитудных нарушений (с амплитудами сме-
щения от долей метра до 3-5 метров), которые приурочены, в основном, к
приосевым частям складок.
Как правило, эти тектонические нарушения сопровождаются интенсивно
трещиноватыми породами с зеркалами скольжения и местами разрушения
породы до обломочного состояния.
Ширина нарушенной зоны зависит также от пород в кровле и почве от-
рабатываемых угольных пластов и колеблется от 15 до 80 м. Следовательно,
и объем обрушаемых в основной кровле пород бывает разный. При ведении
горных работ у малоамплитудных нарушений породы кровли весьма неус-
тойчивы и обрушаются на высоту 0,3-2,0 м в пределах 5-8 м по падению.
Незадолго до аварии в лаве был слышен треск и гул из выработанного
пространства, что указывало на посадку основной кровли.
Автоматический контроль за содержанием метана в исходящей струе
2- й северной лавы пл. m3 осуществлялся датчиком ДМТ-4. Однако он нахо-
дился в конвейерном штреке в 6 метрах от окна лавы на подсвежающей
струе и не мог контролировать газовую обстановку в исходящей струе уча-
стка.
На участке, где произошел прорыв газа в выработанное пространство 2 -й
северной лавы пл. m3, отмечалсь резкий перегиб изогипсы, обусловленный
замыканием антиклинали. Газоносность песчаников изменяется от 0,3 до
8,6 м
3
/м
3
. Наибольшие значения газоносности песчаников, их газопрони-
цаемости (до 0,58 мД) и открытой пористости (до 18 %) приурочены к зам-
ковым частям складок. Поэтому именно здесь и образовался трещинно -
поровый газовый коллектор в песчанике, залегающем в кровле пласта m3,
который и позволил реализоваться импульсному выделению метана.
Взрыв произошел в северном вентиляционном квершлаге пл. ш3-к8
в
, по
которому проходило в момент аварии 1000 м
3
/мин воздуха. Интенсивность
газовыделения в начальный момент времени составляла не менее 55-
60 м
3
/мин, а затем дебит метана начал снижаться (рис. 1). Общий дебит вы-
делившегося метана составляет, примерно, 150 тыс. м
3
.
Экспертная комиссия характеризовала явление, как внезапное загазиро-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
52
вание выработок, вызванное внезапным выделением метана из газоносных
песчаников при посадке основной кровли.
1 – шахта «Золотое» ГП «Первомайскуголь», 2 – шахта им. С.М. Кирова ГП «Макеевуголь»,
3 – шахта «Холодная балка» ГП «Макеевуголь»
Рисунок 1 – Характер импульсного газовыделения в забой при обрушении
На шахте им. С.М. Кирова ГП «Макеевуголь» 5.05 2001 г., в 20 час.
30 мин произошло внезапное загазирование выемочного участка 4-й вос-
точной лавы пласта h10
В
и привело к взрыву метана на сопряжении наклон-
ного грузового и горизонтального откаточного квершлагов. Взрыв распро-
странился по примыкающим горным выработкам до вентиляционного шур-
фа. Лава длиной 200 м отрабатывала пласт h10
В
мощностью 0,87-1,15 м
вблизи Ясиновско-Ждановской флексурной складки, характеризующейся
повышенной трещиноватостью и газоносностью пород. Глубина горных ра-
бот 370 м. На момент аварии лава отошла от разрезной печи на 25 м. Угол
падения 6-9°. Уголь марки Т, зольность 18-20%, содержание серы 3,6-3,8%,
выход летучих веществ 11,9-12,4%, влажность 1,3-1,5%, природная газо-
носность пласта 30-35 м
3
/т с.б.м.
Непосредственно над пластом залегает сланец глинистый средней устой-
чивости мощностью 17,3-19,4 м, над ним - сланец песчаный мощностью
3,0 м и угольный пласт h10
1
мощностью 0,54 м. Непосредственная почва
пласта представлена песчаником мощностью 2,0-4,25 м и угольным пластом
h10
В
мощностью 0,3-0,35 м.
Расчетная газообильность лавы составляет 2,1 м
3
/мин, выемочного уча-
стка - 3,1 м
3
/мин. Расчетный расход воздуха для проветривания очистной
выработки составляет 364 м
3
/мин, выемочного участка - 515 м
3
/мин. Факти-
чески до аварии на участок поступало 660 м
3
/мин воздуха.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
53
Метановыделение на участке с 25 апреля до 5 мая составляло 1,2 -
3,3 м
3
/мин, при содержании метана в исходящей струе от 0,2 до 0,5 %. Не-
посредственно перед загазированием в 20 час. 10 мин дебит метана состав-
лял 2 м
3
/мин, а его содержание в исходящей струе - 0,3%.
Выемочный участок 4-й восточной лавы проветривается по возвратно-
точной схеме с отводом исходящей вентиляционной струи на выработанное
пространство. В выработки участка свежий воздух поступает по наклонно-
му воздухоподающему стволу, конвейерному ходку панели №6, 4 -му вос-
точному конвейерному штреку в 4-ю восточную лаву пласта h10
в
. Исходя-
щая из лавы вентиляционная струя отводится по 4-му восточному вентиля-
ционному штреку, западному фланговому уклону, наклонному грузовому
квершлагу, горизонтальному откаточному квершлагу пласта h10
В
, наклон-
ному вентиляционному квершлагу на шурф.
В западный фланговый уклон также поступает исходящая струя воздуха
из выемочного участка 2-й восточной лавы пласта h10
В
. Для его проветрива-
ния подавалось 760 м
3
/мин воздуха. Метановыделение на участке составля-
ло, примерно, 2,3 м
3
/мин.
Загазирование началось в 20 час. 10 мин. Аппаратура автоматического
контроля метана зарегистрировала резкое увеличение концентрации метана
в исходящей струе 4-й восточной лавы пл. h10
В
с 0,3% до значений, превы-
шающих 2,5%. В 20 час. 20 мин датчик ДЗИ-18 с установкой срабатывания
1,0 %, находившейся в наклонном грузовом квершлаге пласта h10
В
, выдал
информацию о резком увеличении содержания метана с 0,25% до значений,
превышающих установку его срабатывания.
В 20 час. 35 мин в наклонном грузовом квершлаге произошел взрыв ме-
тана. Расход воздуха по квершлагу до взрыва составлял 1420 м
3
/мин. Сле-
довательно, дебит метана был не менее 71 м
3
/мин.
Замерами, выполненными сотрудниками МакНИИ и 3-го взвода ГВГСС
была установлена динамика газовыделения (cм. рис. 1). Общий объем выде-
лившегося за несколько суток метана составил примерно 110 тыс. м
3
.
Газовая съемка, выполненная Экспертной комиссией 07.05.01 г., показа-
ла следующее. По 4-му восточному конвейерному штреку на участок посту-
пало 470 м
3
/мин воздуха. В очистной выработке расход воздуха составил
350 м
3
/мин, а газовыделение из обнаженной поверхности пласта -
0,65 м
3
/мин метана. В 4-м восточном вентиляционном штреке расход возду-
ха составил 460 м
3
/мин, а газовыделение: в 5 м от окна лавы - 3‘,3 м/мин; в
10 м за монтажным ходком - 5,6 м/мин; в 60 м за монтажным ходком -
15,6 м/мин.
Газовая съемка показывает, что основной приток метана происходит из
кровли на участке вентиляционного штрека за монтажным ходком. Его со-
держание на расстоянии 0,3 м от кровли составляло 64,4 % и 3,5 % на рас-
стоянии 1,0 м. Причиной загазирования выработок, по мнению Экспертной
комиссии, явилось внезапное интенсивное выделение метана из газового
коллектора в Ясиновско-Ждановской флексурной складке, вскрытого сдви-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
54
жением пород кровли в выработанном пространстве 4-й восточной лавы
пласта h10
В
.
Шахта им. С.М.Кирова приурочена к Ряснянской синклинали. Надвиг
Продольный является южной границей шахтного поля. Западная часть уча-
стка (и западная граница шахтного поля) приурочена к Ясиновско - Жда-
новской флексуре, имеющей явно выраженные плоскости среза, и которая
является тектоническим коллектором газа. К этой же флексуре приурочена
и Зуевская газодинамическая зона, характеризующаяся повышенными газо-
выделениями и выбросами.
Согласно геологоразведочным данным газоносность углей в зоне влия-
ния Ясиновско-Ждановской флексуры поднимается до 40-45 м
3
/т с.б.м.
(скважины МС-195 и МС-192), в то время, как в целом по участку угли сви-
ты С2
3
характеризуются газоносностью 30-35 м
3
/т с.б.м. Трещинные коллек-
торы в зоне влияния флексуры могут образовываться и во вмещающих по-
родах, локализуя свободные газы.
Помимо Ясиновско - Ждановской тектонической зоны (флексуры), 4-я
восточная лава приурочена к перегибу пластов, образующих куполовидное
поднятие в северо-западной части шахтного поля. Безусловно, при этом в
достаточно прочно консолидированных породах вполне вероятно образова-
ние малоамплитудной нарушенности. Место прорыва газа в 4-ю восточную
лаву пл. h10
в
приурочено к наибольшему перегибу пластов. Породы здесь
образовывают куполовидное поднятие - своеобразную газовую ловушку.
При обрушении пород кровли газ из неё импульсно выделялся в вентиляци-
онный штрек лавы.
На шахте «Холодная Балка» ГП «Макеевуголь» 7.05.2001 г. в 4 час.
8 мин. произошло внезапное загазирование вентиляционного штрека 2-й за-
падной лавы пласта h10
в
и общешахтных выработок с исходящей струей
воздуха. Лава отрабатывается по простиранию пласта прямым ходом к гра-
нице выемочного поля. Длина очистного забоя 235 м. Глубина горных работ
730 м. На момент загазирования лава отошла от монтажного ходка на 235 м.
Нагрузка на забой составляла, примерно, 530 т/сут. Первичная посадка ос-
новной кровли произошла 22.01.2001 г., без заметного ухудшения газовой
обстановки. Шаг обрушения при первичной посадке основной кровли со-
ставил 60 м. Шаг последующих обрушений основной кровли составлял 25-
35 м.
Непосредственно над пластом залегает глинистый сланец, мощностью
10 м, над ним песчано-глинистый сланец, мощностью 5,7-7,0 м и угольный
пласт мощностью 0,55-0,6 м. Непосредственная почва пласта представлена
глинистым и песчано-глинистым сланцами.
Выемочный участок проветривается по возвратноточной схеме с отво-
дом исходящей вентиляционной струи на выработанное пространство. Для
проветривания выемочного участка подается 1380-1400 м
3
/мин воздуха. 3-й
западный ходок пл. h10
в
служит для подачи свежего воздуха, а 5-й западный
ходок - для выдачи исходящей струи воздуха.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
55
При отработке 2-й западной лавы осуществляется дегазация подработан-
ного горного массива. Дегазационная система участка каптировала 6,0-
6,5 м
3
/мин газа. В исходящую струю участка выделялось 14-15 м
3
/мин мета-
на при его содержании 1,0-1,1%.
Динамика загазирования протекала следующим образом. После выемки
20 т. горной массы, в 4 часа 00 минут датчик ДМТ, установленный в 5-ом
западном ходке пл. h10
в
в 12 м от сопряжения с 14-м западным ходком пл.
h10
в
, зафиксировал повышение содержания метана до 1,3% и отключил на-
пряжение на участке. В 4 часа 50 минут произошел резкий рост содержания
метана в исходящей струе (см. рис. 2).
Рисунок - 2 Динамика газовыделения на участке 2-й западной лавы пл. h10
в
шахты «Холодная балка»
Интенсивное газовыделение продолжалось семь суток. За это время в
горные выработки выделилось около 327 тыс. м
3
метана.
Увеличения дебита газа, каптируемого дегазационной системой, не про-
изошло в связи с тем, что ближайшие к очистному забою скважины были
«обрезаны» обрушившейся кровлей. После возобновления добычи угля га-
зовыделение на участке составляло до 19,6 м
3
/мин, из них 6,6 м
3
/мин капти-
ровалось дегазационной системой. В дальнейшем газообильность участка
начала снижаться и в середине 2002 г. составляла 11,7 м
3
/мин. При этом на-
грузка на очистной забой существенно не изменилась. А среднее газовыде-
ление, приведенное к равной нагрузке на забой, при отработке соседней 1 -й
западной лавы пласта h10
в
было почти в 2 раза меньше. Изложенное, указы-
вает на повышенную газонасыщенность пород и угольных пластов на уча-
стке 2-й западной лавы в районе геологоразведочной скважины Щ-145.
Поле шахты «Холодная Балка» расположено в пределах синклинали Хо-
лодная Балка или мульды Вербовая. С северо-запада шахтное поле ограни-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
56
чено Ясиновско-Ждановской флексурой (Зуевская газодинамическая зона),
на юго-востоке - Дулинским надвигом или Дулинской флексурой. Синкли-
наль Холодная Балка представляет собой асимметричную складку, вытяну-
тую с северо-запада на юго- восток, южное крыло которой более крутое (20-
35°), чем северное (2-10°). Ось синклинали смещена к южному крылу и от
центра полого погружается к северо-западу и юго-востоку, где складка сре-
зается Дулинским надвигом. Разрывные нарушения на шахтном поле ориен-
тированы в двух направлениях субширотном (Продольный, Рясной) и суб-
меридиональном (Марковский, Дулинский).
Из пликативных структур, выявленных в пределах шахтного поля, сле-
дует отметить флексурную складку, простирающуюся в субширотном на-
правлении по пластам h10
1
’ и h10
в
между линиями V-V
1
и VIII-VIII
1
. Наклон-
ные залегания пород флексуры (35-40°) в ряде мест сопровождаются мел-
кими разрывами. Место аварии приурочено к донной части синклинали, к
приподнятому юго-западному крылу пликативной структуры. Ось складки в
этом месте изогнута антиклинально.
Газоносность углей в донной части синклинали была более 30 м
3
/т с.б.м.
Метаноносность угольных пластов в пределах шахтного поля повышается к
осевой части синклинали. Это подтверждается и поднятием поверхности
метановой зоны в центральной части синклинали до отметок 50-150 м.
Повышенные газовыделения в горных выработках неоднократно отмеча-
лись при вскрытии геологических нарушений и при обрушении основной
кровли. Повсеместно отмечается повышение газоносности (при бурении
геологоразведочных скважин) и метанообильности (при ведении очистных
работ) при подходе к тектоническим нарушениям или вскрытии малоампли-
тудных нарушений. Увеличение метановыделения в зонах тектонических
нарушений связано с повышением трещиноватости, способствующей скоп-
лению газа в этих зонах, т.е. образованию трещинных коллекторов.
При бурении геологоразведочных скважин отмечались многочисленные
газопроявления, связанные с интенсивно трещиноватыми породами. Газона-
сыщенность углевмещающих пород подтверждается многочисленными
суфлярами из кровли и почвы отрабатываемых угольных пластов.
Очистные работы 2-й западной лавы пл. h10
в
приурочены к наиболее га-
зонасыщенной донной части синклинали на участке, где флексура имеет не-
которое поднятие и сопровождается рядом мелких разрывов. По -видимому,
именно они и послужили каналами миграции газа из окружающего горного
массива в выработанное пространство лавы.
Выполненный анализ условий реализации внезапных загазирований на шах-
тах показал, что при обрушении пород кровли пласта в зонах геологических на-
рушений имеют место определенные закономерности. Так, обрушения пород
кровли, как правило, сопровождаются интенсивным выделением из разгружен-
ных угольных пластов и пород в выработанное пространство. При этом содер-
жание метана в исходящей струе выемочного участка за короткий промежуток
времени может увеличиться в несколько раз. Потом в течение одних-двух суток
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
57
происходит достаточно быстрое, а затем медленное падение интенсивности га-
зовыделения. Выполненный анализ изученных ранее случаев газовыделения
показывает, что при обрушении пород кровли внезапные выделения метана мо-
гут происходить как из кровли, так и из почвы [13 -17]. Основные общие сведе-
ния о зарегистрированных и изученных случаях выделений метана с дебитом
более 14 м
3
/мин в забой выработки из кровли, произошедших при обрушении
пород приведены в таблице 1.
При этом видно, что при прорывах метана из кровли его содержание в вы-
работках максимально увеличивается в 20 раз, а дебит суфляра достигал
33 м
3
/мин, а при внезапных прорывах метана из почвы максимальный дебит
суфляра достигал 200 м
3
/мин [13, 17], причем интенсивное газовыделение про-
должалось, как правило, несколько часов, а иногда и дней, после чего резко
снижалось.
Анализ динамики загазирований, произошедших на шахтах "Золотое",
им. С.М. Кирова и "Холодная балка" при обрушениях кровли показал, что в те-
чение от нескольких минут до нескольких часов метановыделение увеличива-
лось в 6-35 раз и достигло максимальных значений (55-77 м
3
/мин), а затем по-
степенно снижалось (см. рис. 1). Общий дебит выделившегося метана составил
от 110 до 327 тыс.м
3
, причем расчет объема газа, который может выделится из
подработанной толщи в зоне дегазирующего влияния очистной выработки, вы-
полненный по известным методикам [5, 9], показал, что в рассмотренных слу-
чаях в горные выработки не могло выделится такое количество газа. Следова-
тельно, метан выделялся либо из свободных объемов или же вследствие спон-
танного перевода сорбированного метана в свободный [5], либо из участков,
прилегающих к подработанной толще и связанной с ней системой трещин.
В выполняемом нами анализе также следует отметить загазирования в забо-
ях, зафиксированные ранее [11, 12, 17] и произошедшие в зонах геологических
нарушений на шахтах: «Чайкино», им. Поченкова, 13-бис ГП «Макеевуголь»,
им. А.Ф. Засядько и «Бежановская» ПО «Стахановуголь». Ниже рассмотрим
основные условия, приведшие к реализации этих загазирований.
На шахте «Чайкино» ГП «Макеевуголь» 16.05.1987 г. произошло внезап-
ное загазирование, приведшее к взрыву метана в вент.штреке 3-ей северной ла-
вы пласта m3 на горизонте – 340,3 м (глубина 580 м). Разрезная печь 3-ей се-
верной лавы находилась в 75 м от Безымянного надвига в зоне его влияния.
Безымянный надвиг, простирающийся в северо-восточном направлении, распо-
ложен в центральной части Чайкинской брахиантиклинали и расщеплялся на
ряд более мелких нарушений. Одно из них проходит по 3 –ей северной лаве,
совпадая с ней по простиранию и представляет собой ряд субпараллельных
трещин, трассирующихся в кровле очистных выработок вывалами до 2 м ,
имеющих удлиненную конфигурацию и сопровождающихся повышенными га-
зовыделениями во время посадки основной кровли.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
58
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
59
В 30 м выше пласта m3 залегает песчаник m4
0
Sm
1
4, являющийся коллекто-
ром газа на всей площади Донецко - Макеевского района. В сочетании с зоной
малоамплитудной нарушенности в основной кровле пласта m3 в песчанике
m4
0
sm
1
4 образовалась классическая порово – тектоническая ловушка свободно-
го газа.
Расчетная метанообильность горных выработок, на которую рассчитывалась
вентиляция, составляла 13,5-17,8 м
3
/мин, что соответствует газоносности 10
м
3
/т с.б.м. Реальная газоносность угольного пласта m3, отвечающего маркам Г –
Ж, на глубине 580 м составляла 15-20 м
3
/т с.б.м.
В кровле пласта m3 залегала достаточно мощная (до 40 м) толща глинистых
и песчано-глинистых пород, которая в значительной мере защищала горные
выработки этого пласта от песчаника m4
0
sm
1
4, содержащего большие объемы
свободного газа. Но при обрушении основной кровли этот коллектор обнажал-
ся, резко повышались его фильтрационные свойства и в горные выработки по-
ступали большие объемы свободного газа. Эти объемы газа не прогнозирова-
лись и, соответственно, на них не рассчитывалась вентиляция. Свою роль сыг-
рало первичное обрушение основной кровли (шаг обрушения около 60 м). Вы-
сокая газонасыщенность толщи является одним из факторов, обуславливающих
высокую напряженность массива. Во время дальнейшего проведения очистных
работ по 3-ей северной лаве постоянно отмечались повышенные притоки мета-
на из вмещающих пород.
На шахте им. Поченкова ГП «Макеевуголь» 14.02.1990 г. произошло вне-
запное загазирование, которое впоследствии привело к взрыву метана в 1-ой
западной лаве пласта l1 на глубине 900 м.
Пласт l1 сложного строения общей мощностью 2,07 – 2,35 м залегает под
углом 12-15º. Марочный состав углей – Ж, К. Газоносность углей – более
20 м
3
/т с.б.м. В кровле пласта залегает алевролит мощностью 5,6 – 8,6 м (с
«ложной» кровлей мощностью 0,25–0,5 м). Над алевролитом залегает мощный
(до 35 м) газонасыщенный песчаник l1sl2, который в северо-западной части
шахтного поля срезается Григорьевским надвигом.
Григорьевский надвиг является газопроводящим экраном, по которому газы
из глубоких горизонтов мигрируют вверх, локализуясь в горизонтах с доста-
точными емкостными свойствами. Песчаник l1Sl2 является одним из таких кол-
лекторов – во-первых, достаточно пористый, во вторых, уходит вверх по паде-
нию и газ поступает по нему на все горизонты, т.е. опять образуется классиче-
ская ловушка свободных газов. В забутованном пространстве после взрыва ме-
тана отмечались многочисленные вспышки газа, свидетельствующие о повы-
шенном газовыделении из вмещающих пород уже после прохождения очист-
ных горных выработок.
На шахте «13-бис» ГП «Макеевуголь» 02.05.1994 г. произошло внезапное
загазирование, которое привело к взрыву метана в вентштреке 2-ой западной
лавы пласта l1. Мощность угольного пласта 0,9-1,0 м, углы падения 7–9º. Ма-
рочный состав углей – ОС. Газоносность углей 28-29 м
3
/т с.б.м. Относительная
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
60
метанообильность выработок составляет 91,8 м
3
/т. Более 10 м
3
/т метана посту-
пает не из угля, а из вмещающих пород.
Непосредственная кровля пласта l1 представлена аргиллитами и алевроли-
тами (мощностью 1-5 м), переходящие в основной кровле в мощные песчаники
l1
1
sl2
1
.
Как и поле шахты им. Поченкова, поле шахты «13- бис» находится между
двумя крупными нарушениями: Промежуточным надвигом и Западным сбро-
сом, в пределах блока четко фиксируется три системы нарушений – субширот-
ного простирания, параллельные Западному сбросу и параллельные Промежу-
точному надвигу. Обрушения основной кровли имеют удлиненную конфигура-
цию и ориентированы параллельно Промежуточному надвигу. Отмечены также
диагональные (почти субмеридиональные) зоны малоамплитудной нарушенно-
сти с амплитудой сдвижения 0,4-0,9 м. Район во время формирования уголь-
ного пласта l1 находился в тектонически активной зоне, что подтверждалось
многопачечным строением угольного пласта и невыдержанностью литологиче-
ского состава пород кровли.
Внезапный прорыв газа произошел в месте приближения малоамплитудного
нарушения (амплитуда 4 м) к очистным работам.
На шахте им. А.Ф.Засядько внезапное выделение метана произошло
19.08.2001 г. и привело к взрыву метана в 15–ой западной лаве пласта m3. 15-я
западная лава вскрыла зону малоамплитудной нарушенности, трассирующуюся
через западное крыло шахтного поля и имеющую северо-восточное направле-
ние, параллельное Ветковской флексуре. В районе вышеотработанной 12-ой за-
падной лавы эта зона малоамплитудной нарушенности совпадает с осью плика-
тивной структуры III–го порядка (синклинальный прогиб). Угли пласта m3 от-
носятся к марке Ж, характеризуются высокой (более 25 м
3
/т с.б.м) газоносно-
стью и являются опасными по внезапным выбросам.
Наличие в кровле пласта m3 мощного (14-20 м) глинистого или песчано-
глинистого прослоя («покрышки») препятствовало поступлению газа в горные
выработки из вышележащих песчаников m4
0
sm
1
4. После прохождения горных
работ и обрушения основной кровли песчаники разуплотняются, повышаются
их фильтрационно-емкостные свойства, и начинается основной приток свобод-
ного газа в выработанное пространство.
При наличии малоамплитудной нарушенности приток свободного газа в
горные выработки начинается сразу после вскрытия этой зоны, т.к. в данном
случае мы имеем дело с тектонически-поровым коллектором в песчаниках
m4
0
sm
1
4 и, соответственно, объемы газа могут быть значительными.
Основными, по мнению Экспертов, причинами, вызвавшие внезапное зага-
зирование являлись:
а) наличие в кровле угольного пласта m3 мощного газонасыщенного песча-
ника m4
0
sm4
1
;
б) вскрытие горными выработками зоны малоамплитудной нарушенности,
образующей в песчаниках кровли пласта m3 порово-трещинный коллектор. По-
сле обрушения основной кровли из порово-трещинного коллектора в горные
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
61
выработки поступали большие объемы свободного газа.
На шахте «Бежановская» ПО «Стахановуголь» 7.07.1993 г. произошел
взрыв метана на сопряжении обходной выработки с конвейерным уклоном из-
за прорыва газа в 61 лаве пласта h11 .
Поле шахты «Бежановская» расположено в пределах Бежановской брахиан-
тиклинали, которая с северо-востока обрезается надвигом Новым, а с юго-
востока – надвигом Криничным. Бежановская брахиантиклиналь представляет
собой симметричную дугообразную складку с тенденцией к замыканию крыль-
ев в восточной части участка и с широким разворотом их в западной части. Ма-
рочный состав углей – Ж . Зона деметанизации (по данным геологоразведоч-
ных работ) проходит на глубине 200 м , но в горных выработках метан появил-
ся на глубине 125 м. При бурении скважин отмечались газовыделения из песча-
ника I2si3 на глубине 168 м в зоне влияния Криничного надвига, а в центральной
части шахтного поля из песчаников I2sI1 на глубине 250-280 м. Газоносность
углей у нижней технической границы составляет 20-28 м
3
/т с.б.м.
В 61–й лаве конвейерным уклоном вскрыта зона малоамплитудной нару-
шенности, трассирующаяся в целики 23-й и 24-й лав, которые были остановле-
ны из-за вскрытия подготовительными выработками этой зоны малоамплитуд-
ной нарушенности (амплитуда составляет 0,45 м – 4,5 м). По опыту, такие зоны
имеют большую протяженность. По глубине прослеживаются на 100 и более
метров и непереходимы горными выработками. В 20 м выше пласта h11 нахо-
дится газонасыщенный песчаник I2sI1, а в 20 м ниже газонасыщенный песчаник
H5sh10. Вполне естественно, что по ослабленным зонам в горные выработки мо-
гут поступать большие объемы свободного газа, причем, этот процесс усугуб-
ляется резким повышением фильтрационных свойств пород после обрушения
основной кровли и обнажения песчаников.
Это явление имело место в 61-й лаве - после сдвижения пород в основной
кровле начался интенсивный приток метана в лаву, и за 25 минут содержание
его превысило 6% .
Основные причины внезапного газопроявления, установленные Экспертной
комиссией были следующими: приуроченность шахтного поля к брахиантикли-
нали и низкая степень метаморфизма углевмещающей толщи, способствующие
образованию структурно-поровой ловушки свободного газа; наличие в кровле
газонасыщенных песчаников; вскрытие горной выработкой зоны малоампли-
тудной нарушенности; обрушение основной кровли, вскрывшее газонасыщен-
ный песчаник и структурно-порово-тектоническую ловушку свободного метана
в них, а также высокие фильтрационные свойства пород, обусловленные зоной
малоамплитудной нарушенности, и приведшие к мгновенному загазированию
горных выработок.
Механизм внезапных прорывов метана с учетом предоставленных выше
возможных критериев прогноза, по нашему мнению, может быть представлен
следующим образом. Одиночный угольный пласт разрабатывается в зоне влия-
ния пликативного (антиклинали, купола, флексуры, брахиантиклинали, осевые
части синклиналей) или малоамплитудных (амплитуда смещения до 10 м), раз-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
62
рывных (надвиги, сбросы, взбросы) геологических нарушений, способных об-
разовывать газовые «ловушки». Непосредственная кровля разрабатываемого
пласта представлена легко обрушающимися газопроницаемыми породами (ар-
гиллиты и алевролиты), выше которых залегает трещиноватый газонасыщен-
ный песчаник (трещиноватый коллектор свободного газа), сопровождающийся
в кровле или почве угольным пластом. Трещиноватость и газонасыщенность
песчаника в первую очередь обусловлена наличием геологической структуры и
соответствующих свойств пласта [7] залегающего в кровле или почве. Во время
обрушения основной кровли происходит обнажение трещиноватого коллекто-
ра, и свободный газ из него выделяется в горные выработки. Причем, газ может
выделяться с больших площадей, находящихся вне зоны влияния очистных ра-
бот. Последующие после прорыва газа, обрушения кровли и разгрузки песчани-
ка, как правило, в течение длительного времени не вызывают аномальных газо-
выделений из зоны влияния геологического нарушения.
При рассмотрении вопросов импульсного суфлярного газовыделения, есть
все основания считать, что выделение метана в забой связано с характером от-
жима угля. В зоне отжима инициируются процессы десорбции и фильтрации,
становясь главными источниками суфлярного выделения метана в забой. По
мнению авторов работы [10], проявление суфлярных выделений метана из раз-
рабатываемых пластов представляет собой совокупность физических процес-
сов, реализующихся в определенной последовательности на разных масштаб-
ных уровнях. Образование зоны внезапного отжима с характерными размерами
(порядка 10 м) и проявление в ней зон повышенной проницаемости в результа-
те разрушения угля происходит в течение от десятых долей до несколько се-
кунд, а фильтрационный процесс, поддерживающий десорбирующимся газом,
может протекать с существенным выделением газа в выработку часами и даже
сутками. Интенсивность и продолжительность суфлярного газовыделения зави-
сит от интенсивности самого отжима, с которым связано внезапное увеличение
проницаемости в соответствующей зоне от ее размеров, газоносности пласта,
возможности активизации десорбционных процессов в угле и ряда других фак-
торов [8, 17, 18].
В этом разрезе не менее интересна гипотеза ИГТМ НАН Украины [8, 18] о
возможности, при определенных энергетических условиях, существующих в
углепородном массиве на рассматриваемых глубинах, спонтанного перевода
связанного метана, в частности, сорбированного, в свободный. Причем, соглас-
но расчетам, выполненных в ИГТМ НАН Украины, увеличение количества
свободного газа, переходящего спонтанно из связанного состояния, может со-
ставлять разы и более [7, 8, 19] в достаточно короткий промежуток времени.
В качестве основных геологических критериев прогноза внезапного газовы-
деления при обрушениях пород кровли вполне можно принять с некоторыми
уточнением следующие, установленные ранее:
- наличие геологических нарушений, или зон малоамплитудной нарушенно-
сти, которые: являются путями миграции углеводородных газов, создают ло-
вушки свободных газов в зонах влияния нарушений или самих зонах малоам-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
63
плитудной нарушенности;
- приуроченность очистных работ к геологическим структурам (брахиантик-
линали, антиклинали, купола), где образование ловушек и «микрозалежей»
свободного газа обусловлено структурным положением участка;
- совмещение газонасыщенной структурной ловушки с тектонической, ко-
торая обнажается при обрушении пород основной кровли, и из которой посту-
пают большие объёмы газа в горные выработки за небольшие промежутки вре-
мени;
- наличие в основной кровле газонасыщенных песчаников, пластов-
коллекторов, покрытых газонепроницаемой «покрышкой» (угольный пласт, ар-
гиллит, алевролит);
- наличие в кровле разрабатываемого угольного пласта «покрышки» (непро-
ницаемых или слабопроницаемых пород глинистого, песчано-глинистого со-
става), которые препятствуют постепенной дегазации коллекторов при ведении
горных работ, причем газовыделение начинается только после обрушения по-
род основной кровли и обнажения коллектора;
- высокая газодинамическая напряженность и газонасыщенность углепород-
ного массива, повышенная сорбционная активность угольного массива.
Выводы.
1. Обрушение пород кровли, как правило, сопровождается интенсивным вы-
делением метана из разгруженных угольных пластов и пород в выработанное
пространство как из почвы, так и из кровли разрабатываемого пласта. При про-
рывах газа из кровли метановыделение может увеличиваться, как показано ав-
торами статьи, в 6-35 раз и достигать максимальных (до 77 м
3
/мин) в течение
незначительного промежутка времени. Затем происходит постепенное сниже-
ние дебита выделяющегося газа.
2. Наиболее интенсивно газ выделяется при обрушениях пород в зоне влия-
ния пликативных нарушений (обычно антиклинали, купола, брахиантиклинали,
флексуры) из трещиновато-пористых коллекторов.
3. Для недопущения внезапных загазирований горных выработок и обеспе-
чения безопасности работ по газовому фактору необходима дегазация свобод-
ных скоплений метана в коллекторах вмещающих пород, а также исключение
соответствующих горно-технологических условий, способствующих импульс-
ному переводу значительных объемов связанного (в основном сорбированного)
газа в свободный в зоне ведения горных работ.
4. К основным мерам предупреждения подобных загазирований можно от-
нести общее или местное увеличение скорости воздушного потока, уменьшение
или перераспределение метановыделения в горные выработки посредством из-
менения схем и способов проветривания, а также дополнительной дегазации
угольных пластов и вмещающих пород.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дегазация угольных шахт. Требования к способам и схемы дегазации: СОУ
10.1.00174088.001-2004. - Официальное издание. - К.: Минтопэнерго Украины, 2005.- 162 с. –
(Нормативный документ Минтопэнерго Украины. Стандарт).
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
64
2. Инструкция по разгазированию горных выработок, расследованию, учету и предупреждению
загазирований: НПАОП 10.0- 5.22- 04.- 2004. - К.: Минтопэнерго Украины, 2004. - 8 с.
3. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. – К.: Основа, 1994. – 311 с.
4. Горные работы в сложных условиях на выбросоопасных угольных пластах / С.П. Минеев,
А.А. Рубинский, О.В. Витушко [и др.].- Донецк: Східний видавничий дім, 2010.- 604 с.
5. Геомеханические процессы и прогноз динамики газовыделения при ведении очистных работ
в угольных шахтах / Н.И. Антощенко, В.Н. Окаелов, В.Н. Павлов [и др.]. - Алчевск: ДонГТУ, 2009.
- 449 с.
6. Андреев, М.М. Импульсное выделение метана из разгружаемого угленосного массива /
М.М. Андреев, М.М. Андреев // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАН
Украины. - Днепропетровск, 2012. - Вып. 102. - С. 108- 114.
7. Минеев, С.П. Свойства газонасыщенного угля / С.П. Минеев. – Днепропетровск: НГУ, 2009.
- 220 с.
8. Оценка возможности импульсного выделения сорбированного метана из угольного пласта /
С.П. Минеев, А.А. Прусова, А.А. Потапенко [и др.] // Уголь Украины. – 2014. - № 10.- С. 31- 36.
9. Окаелов, В.Н. О метановыделении в окрестности геологических нарушений / В.Н. Окаелов,
П.Л. Лисянский [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http//sbornik.dstu.educatin/artieles/RU/159.pdf . – Загл. с экрана.
10. Кузнецов, С.В. Об одном механизме суфлярных выделений газа из угольного пласта/
С.В. Кузнецов, В.А. Трофимов // ФТПРПИ. – 2004. - № 4. – С. 23-28.
11. Минеев, С.П. Закономерности метановыделения при высоких скоростях подвигания
очистного забоя / С.П.Минеев, В.Н.Кочерга, А.С.Янжула // Уголь Украины.– 2015. - № 7.- С.26-31.
12. О корректировке учета метанообильности выработок при интенсивной разработке тонких
пологих пластов / М.А. Ильяшов, А.В. Агафонов, А.А. Бондарь [и др.] // Школа підземної розробки
-2010. IV Міжнародна науково-практична конференція, 12-18 сент. 2010 г.- Днепропетровск: НГУ,
2010. - С. 25.
13. Фролов, М.А. Суфлярные выделения метана в угольных шахтах / М.А. Фролов,
А.И. Бобров.– М.: Недра, 1971.- 160 с.
14. Изучение суфлярных выделений газа и борьба с ними в шахтах Донбасса: технический
отчет МакНИИ по работе №5; руководитель Бобров А.И.- Макеевка- Донбасс, 1965. – 192 с.
15. Печук, И.М. Дегазация спутников угольных пластов скважинами / И.М. Печук. – М.:
Углетехиздат, 1956. - 210 с.
16. Петросян, А.Э. Разработка пластов пологого падения с высокой газоносностью в Донбассе /
А.Э. Петросян. - М.: Углетехиздат, 1954. - 82 с.
17. Внезапные разрушения пород почвы и прорывы метана в выработки угольных шахт /
А.М. Морев, Л.А. Скляров, И.М. Большинский [и др.]. – М.: Недра, 1992.- 174 с.
18. Минеев, С.П. Активация десорбции метана в угольных пластах / С.П. Минеев,
А.А. Прусова, М.Г. Корнилов. - Днепропетровск: Вебер, 2007.- 252 с.
19. Klopffer, M.H. and Flaconneche, B. (2001), “Transport Properties of Gases in Polymers:
Bibliographic Review”, Oil & Gas Science and Technology, vol. 56, no.3, pp. 223-244.
REFERENCES
1. Ukraine Ministry of Fuel and Energy (2005), 10.1.00174088.001-2004. Degazatsiya ugolnykh
shakht. Trebovaniya k sposobam i skhemy degazatsii. Standart [10.1.00174088.001-2004. Degassing coal
mines. Requirements to methods and circuits degassing. Standard], Ukraine Ministry of Fuel and Energy,
Kiev, Ukraine.
2. Ukraine Ministry of Fuel and Energy (2004), 10.0- 5.22- 04.- 2004. Instruktsiya po razgazirovaniyu
gornykh vyrabotok, rassledovaniyu, uchetu i preduprezhdeniyu zagazirovaniy: NPAOP [10.0- 5.22- 04. -
2004. Instructions about degassing mine workings, investigation registration and prevention gas-ladens:
State Regulations on Occupational Safety and Health], Ukraine Ministry of Fuel and Energy, Kiev,
Ukraine.
3. Rukovodstvo po proektirovaniyu ventilyatsii ugolnykh shakht [Manual about design work of
ventilation of coal mines], (1994), Osnova, Kiev, Ukraine.
4. Mineev, S.P., Rubinskiy, A.A., Vitushko, O.V. and Radchenko, A.G. (2010), Gornye raboty v
slozhnykh usloviyakh na vybrosoopasnykh ugolnykh plastakh [Mining operations in difficult conditions at
the prone to outburst coal seams], Skhidnyi vydavnychyi dim, Donetsk, Ukraine.
5. Antoshch, N.I., Okaelov, V.N., Pavlov, V.N. and others (2009), Geomekhanicheskie protsessy i
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
65
prognoz dinamiki gazovydeleniya pri vedenii ochistnykh rabot v ugolnykh shakhtakh [Geomechanical
processes and forecast of dynamics of gas emission in stoping operations in the coal mines], DonGTU,
Alchevsk, Ukraine.
6. Andreev, M.M. and Andreev, M.M. (2012), “Pulse allocation of methane from an unloaded carbonif-
erous file”, Geotekhnicheskaya Mekhanika [Geo-Technical Mechanics], no. 102, pp. 108-114.
7. Mineev, S.P. (2009), Svoystva gazonasyshchenogo uglya [The properties of gassy coal], NMU,
Dnepropetrovsk, Ukraine.
8. Mineev, S.P., Prusova, A.A., Potapenko, A.A. and Kocherga, V.N. (2014), “Assessing the
possibility of pulsed emission of sorbed methane from the coal seam”, Coal of Ukraine, vol. 10, pp. 31-36.
9. Okaelov, V.N.and Lisyanskiy, P.L. (2012), “About methane emission near geological faults”,
available at: http//sbornik.dstu.educatin/artieles/RU/159.pdf, (Accessed 8 Feb 2015).
10. Kuznetsov, S.V. and Trofimov, V.A. (2004), “On one mechanism of feederly gas emissions from the
coal seam”, Journal of Mining Science, no. 4, pp. 23-28.
11. Mineev, S.P., Kocherga, V.N. and Yanzhula, A.S. (2015), “Regularities of methane emission at
high rates advance of stoping face”, Coal of Ukraine, vol. 7, pp. 26-31.
12. Ilyashov, M.A., Agafonov, A.V., Bondar, A.A. and Kocherga, V.N. (2010), “Adjustment
accounting of profusion of methane mine workings at intensive exploitation of thin flat seams”, Rozrobka
rodovyshch [Mining of mineral deposits], Shkola pidzemnoi rozrobky rodovyshch [School of Underground
Mining], Dnepropetrovsk, Ukraine, 12-18 September, pp.25.
13. Frolov, M.A. and Bobrov, A.I. (1971), Suflyarnye vydeleniya metana v ugolnykh shakhtakh
[Feederly methane emissions in coal mines], Nedra, Moscow, Russia.
14. Izuchenie suflyarnykh vydeleniy gaza I borba s nimi v shakhtakh Donbassa [Researching of
feederly gas emissions and the fight against them in the mines of the Donbass], (1965), Makeevka,
Ukraine.
15. Pechuk, I.M. (1956), Degazatsiya sputnikov ugolnykh plastov skvazhinami [Degassing of satellites
coal seams wells], Ugletekhizdat, Moscow, Russia.
16. Petrosyan, A.E. (1954), Razrabotka plastov pologogo padeniya s vysokoy gazonosnostyu v
Donbasse [Exploitation dip of seams with high gas content in the Donbas], Ugletekhizdat, Moscow,
Russia.
17. Morev, A.M., Sklyarov, L.A. and Bolshchinskiy, I.M. (1992), Vnezapnye razrusheniya porod
pochvy i proryvy metana v vyrabotki ugolnykh shakht [Sudden destruction of rocks of soil and methane
bursts in coal mine workings], Nedra, Moscow, Russia.
18. Mineev, S.P., Prusova, A.A. and Kornilov, M.G. (2007), Aktivatsiya desorbtsii v ugolnykh plastakh
[The activation of desorption methane in coal layers], Veber, Dnepropetrovsk, Ukraine.
19. Klopffer, M.H. and Flaconneche, B. (2001), “Transport Properties of Gases in Polymers:
Bibliographic Review”, Oil & Gas Science and Technology, vol. 56, no.3, pp. 223-244.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Минеев Сергей Павлович, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом
Управления динамическими проявлениями горного давления, Институт геотехнической механики
им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины),
Днепропетровск, Украина, sergmineev@gmail.com.
Янжула Алексей Сергеевич, магистр, главный инженер ПАО «Шахтоуправление
«Покровское», Красноармейск, Украина,sergmineev@gmail.com.
Кочерга Виктор Николаевич, магистр, главный технолог отдела Управления динамическими
проявлениями горного давления, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова
Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина,
sergmineev@gmail.com.
Прусова Алла Андреевна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела
Управления динамическими проявлениями горного давления, Институт геотехнической механики
им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины),
Днепропетровск, Украина, sergmineev@gmail.com.
About the authors
Mineev Sergei Pavlovich, Doctor of Technical Sciences (D. Sc), Professor, Head of Department of
Pressure Dynamics Control in Rock, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National
Academy of Sciences of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, sergmineev@gmail.com.
mailto:sergmineev@gmail.com
mailto:sergmineev@gmail.com
mailto:sergmineev@gmail.com
mailto:sergmineev@gmail.com
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №123
66
Yanzhula Aleksey Sergeevich, Master of Science, Chief Engineer «Colliery Group , «Pokrovskoye»
Krasnoarmeysk, Ukraine, sergmineev@gmail.com.
Kocherga Victor Nikolaevich, Master of Science, Сhief Technologist of Department of Pressure Dy-
namics Control in Rock, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of
Sciences of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, sergmineev@gmail.com.
Prusova Alla Andreevna, Candidat of Technical Sciences (Ph.D.), Senior Researcher of Department of
Pressure Dynamics Control in Rock, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National
Academy of Sciences of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, sergmineev@gmail.com.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Розглянуто основні особливості імпульсних виділень метану в забій виробок
при посадках порід покрівлі в зонах перетину геологічних порушень. Імпульсні метановиді-
лення реалізуються раптово, спонтанно і нерідко призводять до підвищення концентрації ме-
тану до вибухонебезпечного стану. Як правило, при проривах газу з покрівлі метановиділен-
ня може збільшуватися, в 6-35 разів і досягати максимальних (до 77 м
3
/хв) протягом незнач-
ного проміжку часу. Потім відбувається поступове зниження дебіту газу, що виділяється.
Встановлено, що найбільш інтенсивно газ виділяється при обваленнях порід у зоні впливу
плікативних порушень (зазвичай антикліналі, куполи, брахіантікліналі, флексури) з тріщину-
ватих-пористих колекторів. Розглянуто основні приклади імпульсного загазування забою ви-
робок при веденні гірничих робіт.
Ключові слова: виділення метану, геологічне порушення, імпульсний характер.
Abstract. Basic characteristics of the methane impulse emissions into the face of the roadways
were studied at the rock caving in zones with geological faults intersecting are considered. Usually,
the methane impulse emissions occur suddenly, spontaneously and often lead to increased, up to
explosive, methane concentrations. As a rule, methane emission can be increased by 6-35 times in
event of gas breakthrough from the roof, and can reach its maximum (up to 77m
3
/m) within a short
period of time. Then discharge of the escaping gas gradually decreases. It was found that the most
intensive gas emission occurs when rocks fall in area being under the effect of plicated faults (usu-
ally it is anticlines, domes, brachyanticlines, flexures) from fractured-porous manifolds. Key exam-
ples of the face impulse gassing during the mining operations are considered.
Keywords: methane emission, geological fault, impulse character.
Статья поступила в редакцию 07.09.2015.
Рекомендовано к печати д-ром геол.-минерал. наук В.А. Барановым
mailto:sergmineev@gmail.com
Збірник 123 остаточно.pdf
OLE_LINK1
OLE_LINK2
bookmark0
bookmark2
|