Современные рабочие гипотезы формирования и проявления выбросоопасности угольных пластов Донбасса
Розглянуті сучасні прогресивні робочі гіпотези про формування і прояв викидонебезпечності вугіллів у ряду їх метаморфізму і з глибиною; наведені результати статистичного аналізу і шахтних експериментальних досліджень, що підтверджують основні положення розроблених гіпотез. Present-day advanced worki...
Saved in:
| Published in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2013
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57211 |
| 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: | Современные рабочие гипотезы формирования и проявления выбросоопасности угольных пластов Донбасса / А.В. Анциферов, В.В. Туманов, А.Г. Радченко, Н.Н. Киселёв, В.Д. Ашихмин, А.А. Радченко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 1. — С. 136-152. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-57211 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Анциферов, А.В. Туманов, В.В. Радченко, А.Г. Киселёв, Н.Н. Ашихмин, В.Д. Радченко, А.А. 2014-03-05T07:04:42Z 2014-03-05T07:04:42Z 2013 Современные рабочие гипотезы формирования и проявления выбросоопасности угольных пластов Донбасса / А.В. Анциферов, В.В. Туманов, А.Г. Радченко, Н.Н. Киселёв, В.Д. Ашихмин, А.А. Радченко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 1. — С. 136-152. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57211 622. 831. 322: 635 Розглянуті сучасні прогресивні робочі гіпотези про формування і прояв викидонебезпечності вугіллів у ряду їх метаморфізму і з глибиною; наведені результати статистичного аналізу і шахтних експериментальних досліджень, що підтверджують основні положення розроблених гіпотез. Present-day advanced working hypotheses on the formation and manifestation of bursting liability of coals for their metamorphism series and with the depth are reviewed; the results from statistical analysis and underground experimental investigations that confirm conceptual issues of the worked out hypotheses are given. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Современные рабочие гипотезы формирования и проявления выбросоопасности угольных пластов Донбасса Advanced Working Hypotheses on the Formation and Manifestation of Bursting Liability of Coal Beds in Donbas Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Современные рабочие гипотезы формирования и проявления выбросоопасности угольных пластов Донбасса |
| spellingShingle |
Современные рабочие гипотезы формирования и проявления выбросоопасности угольных пластов Донбасса Анциферов, А.В. Туманов, В.В. Радченко, А.Г. Киселёв, Н.Н. Ашихмин, В.Д. Радченко, А.А. |
| title_short |
Современные рабочие гипотезы формирования и проявления выбросоопасности угольных пластов Донбасса |
| title_full |
Современные рабочие гипотезы формирования и проявления выбросоопасности угольных пластов Донбасса |
| title_fullStr |
Современные рабочие гипотезы формирования и проявления выбросоопасности угольных пластов Донбасса |
| title_full_unstemmed |
Современные рабочие гипотезы формирования и проявления выбросоопасности угольных пластов Донбасса |
| title_sort |
современные рабочие гипотезы формирования и проявления выбросоопасности угольных пластов донбасса |
| author |
Анциферов, А.В. Туманов, В.В. Радченко, А.Г. Киселёв, Н.Н. Ашихмин, В.Д. Радченко, А.А. |
| author_facet |
Анциферов, А.В. Туманов, В.В. Радченко, А.Г. Киселёв, Н.Н. Ашихмин, В.Д. Радченко, А.А. |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Advanced Working Hypotheses on the Formation and Manifestation of Bursting Liability of Coal Beds in Donbas |
| description |
Розглянуті сучасні прогресивні робочі гіпотези про формування і прояв викидонебезпечності вугіллів у ряду їх метаморфізму і з глибиною; наведені результати статистичного аналізу і шахтних експериментальних досліджень, що підтверджують основні положення розроблених гіпотез.
Present-day advanced working hypotheses on the formation and manifestation of bursting liability of coals for their metamorphism series and with the depth are reviewed; the results from statistical analysis and underground experimental investigations that confirm conceptual issues of the worked out hypotheses are given.
|
| issn |
1996-885X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57211 |
| citation_txt |
Современные рабочие гипотезы формирования и проявления выбросоопасности угольных пластов Донбасса / А.В. Анциферов, В.В. Туманов, А.Г. Радченко, Н.Н. Киселёв, В.Д. Ашихмин, А.А. Радченко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 1. — С. 136-152. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT anciferovav sovremennyerabočiegipotezyformirovaniâiproâvleniâvybrosoopasnostiugolʹnyhplastovdonbassa AT tumanovvv sovremennyerabočiegipotezyformirovaniâiproâvleniâvybrosoopasnostiugolʹnyhplastovdonbassa AT radčenkoag sovremennyerabočiegipotezyformirovaniâiproâvleniâvybrosoopasnostiugolʹnyhplastovdonbassa AT kiselevnn sovremennyerabočiegipotezyformirovaniâiproâvleniâvybrosoopasnostiugolʹnyhplastovdonbassa AT ašihminvd sovremennyerabočiegipotezyformirovaniâiproâvleniâvybrosoopasnostiugolʹnyhplastovdonbassa AT radčenkoaa sovremennyerabočiegipotezyformirovaniâiproâvleniâvybrosoopasnostiugolʹnyhplastovdonbassa AT anciferovav advancedworkinghypothesesontheformationandmanifestationofburstingliabilityofcoalbedsindonbas AT tumanovvv advancedworkinghypothesesontheformationandmanifestationofburstingliabilityofcoalbedsindonbas AT radčenkoag advancedworkinghypothesesontheformationandmanifestationofburstingliabilityofcoalbedsindonbas AT kiselevnn advancedworkinghypothesesontheformationandmanifestationofburstingliabilityofcoalbedsindonbas AT ašihminvd advancedworkinghypothesesontheformationandmanifestationofburstingliabilityofcoalbedsindonbas AT radčenkoaa advancedworkinghypothesesontheformationandmanifestationofburstingliabilityofcoalbedsindonbas |
| first_indexed |
2025-11-27T02:04:44Z |
| last_indexed |
2025-11-27T02:04:44Z |
| _version_ |
1850792685340721152 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
136
УДК 622. 831. 322: 635
СОВРЕМЕННЫЕ РАБОЧИЕ ГИПОТЕЗЫ
ФОРМИРОВАНИЯ И ПРОЯВЛЕНИЯ
ВЫБРОСООПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
ДОНБАССА
Анциферов А. В., Туманов В. В., Радченко А. Г.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
Киселёв Н. Н.
(НТЦ «ОНиС при УкрНИМИ НАНУ», г. Донецк, Украина)
Ашихмин В. Д.
(МакНИИ, г. Макеевка, Украина)
Радченко А. А.
(Донбасская НАСА, г. Макеевка, Украина)
Розглянуті сучасні прогресивні робочі гіпотези про форму-
вання і прояв викидонебезпечності вугіллів у ряду їх метаморфіз-
му і з глибиною; наведені результати статистичного аналізу і
шахтних експериментальних досліджень, що підтверджують
основні положення розроблених гіпотез.
Present-day advanced working hypotheses on the formation and
manifestation of bursting liability of coals for their metamorphism se-
ries and with the depth are reviewed; the results from statistical anal-
ysis and underground experimental investigations that confirm con-
ceptual issues of the worked out hypotheses are given.
Исследования изменения выбросоопасности углей в ряду их
метаморфизма, по площади и с глубиной в условиях Донбасса
представляют значительный научный и практический интерес.
Отработка угольных пластов в Донбассе характеризуется следу-
ющими современными условиями: рост глубины ведения горных
работ, высокая газоносность пластов, тектоническая нарушен-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
137
ность, рост интенсивности выбросов угля и газа. Следует под-
черкнуть, что представления о граничных условиях проявления
выбросов угля и газа на угольных месторождениях СССР за по-
следние 40 лет изменялись по мере накопления статистических
данных о выбросах. Согласно нормативным документам [1, 2]
граничным условием проявления выбросов угля и газа в 1973–
1977 гг. являлось значение весового выхода летучих веществ
равное Vdaf = 35 %. В дальнейшем в 1989-1990 гг. в работах [3, 4]
граничное условие проявления выбросов угля и газа для углей
низкой стадии метаморфизма составило V daf = 39 %. Опыт веде-
ния горных работ в Донбассе за последние 22 года (1991–
2012 гг.) показал, что установленная граница проявления выбро-
сов по комплексному показателю степени метаморфизма углей
М = 27,7 является ошибочной, так как выбросы угля и газа про-
исходят при значениях V daf свыше 39 %. Известные нормативные
способы [5–7] не позволяют для различных горно-геологических
условий непрерывно определять значения минимальной глубины
проявления выбросов Нмин., с которой пласт относят к угрожае-
мым по выбросам угля и газа. В указанных способах [5–7] при
определение значений Нмин. не учитываются абсолютные значе-
ния величин по ряду параметров:
1) крепость угля – f, усл. ед.; 2) йодный показатель степени
нарушенности угля – ∆J, мг/грамм; 3) толщина пластического
слоя – у, мм; 4) природная газоносность пласта – Хпр. м
3/т с.б.м.
Известные способы категоризации угольных пластов [5, 6] до-
пускают ошибки 1-го рода, т.е. когда выбросоопасные пласты от-
носят к неопасным по выбросам угля и газа, что приводит к ава-
риям и травматизму.
В настоящее время ведущей рабочей гипотезой о проявле-
нии выбросов с глубиной является гипотеза [3], согласно которой
при увеличении глубины ведения горных работ вначале следует
рост, далее снижение, а затем последующее прекращение числа
внезапных выбросов. Практика ведения горных работ за послед-
ние двадцать два года показала ошибочность этих взглядов, на
современных глубинах наблюдается высокая газодинамическая
активность пластов в Донецко-Макеевском и Центральном геоло-
го-промышленных районах.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
138
Все эти факты указывают на необходимость изучения физи-
ческой природы изменений, происходящих в ряду метаморфизма
углей, а также по площади и с глубиной. На основании выше ска-
занного, целью настоящей работы является:
– дальнейшее теоретическое обоснование основных поло-
жений рабочих гипотез № 1 и № 2 на основе раскрытия физиче-
ской сущности закономерностей и особенностей изменения
свойств углей в ряду метаморфизма и с глубиной;
– формулировка и уточнение основных положений рабочих
гипотез № 1 и № 2 с учетом надмолекулярной организации углей;
– уточнение граничных условий проявления выбросоопас-
ности по данным статистики выбросов и с учетом надмолекуляр-
ного строения углей;
– проверка основных положений рабочих гипотез № 1 и
№ 2 – (аналитические исследования, статистический анализ,
шахтные экспериментальные исследования).
Энергетическая теория В. В. Ходота о формировании и про-
явлении выбросоопасности угольных пластов в настоящее время
является общепризнанной [7]. В то же самое время следует отме-
тить, что с позиций энергетической теории В. В. Ходота нельзя
объяснить факт повышенной потенциальной выбросоопасности
углей средней стадии метаморфизма. Согласно [7], к основным
факторам, определяющим выбросоопасность пласта, относятся:
а) физико-механические свойства пласта; б) его напряжён-
но-деформированное состояние; в) газодинамическое состояние
пласта. На эти основные факторы оказывают существенное воз-
действие дополнительные влияющие факторы: геологические,
тектонические, геомеханические процессы, технология ведения
горных работ.
Анализ работ В. В. Ходота, Ж. Матерона, А. Е. Ольховичен-
ко и других исследователей позволил разработать рабочую гипо-
тезу № 1 о формирования и проявления выбросоопасности уголь-
ных пластов с учетом степени их неоднородности, степени из-
менчивости основных параметров, характеризующих поведение
пласта [8].Основные положения рабочей гипотезы сводятся к
следующему. На неопасных участках пласта параметры, харак-
теризующие пласт, стабильны, стационарны, имеют низкую из-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
139
менчивость; участок считается однородным, стабильным по
свойствам и состояниям. На участках с повышенной потенциаль-
ной выбросоопасностью параметры изменяются неравномерно,
нестационарно, скачкообразно; участок является неоднородным
по своим свойствам и состояниям. На таком участке энергия в
угольном пласте перераспределяется неравномерно, поведение
всей системы: «вмещающие породы – угольный пласт – газ, со-
держащийся в угле» не стабильно. Вследствие этого, чем выше
степень неоднородности, изменчивости свойств и состояний
угольного пласта и вмещающих пород, тем выше степень его по-
тенциальной выбросоопасности. Таким образом, степень измен-
чивости свойств и состояний угольного пласта и вмещающих по-
род определяет степень потенциальной выбросоопасности пласта.
Для проверки основных положений рабочей гипотезы № 1
нами были выполнены аналитические исследования, обобщение
опыта ведения горных работ, шахтные эксперименты. Аналити-
ческие исследования включали: а) анализ проявления выбросо-
опасности углей в ряду их метаморфизма; б) раскрытие физиче-
ской сущности повышенной потенциальной выбросоопасности
углей средней стадии метаморфизма. Согласно статистической
теории прочности, чем выше коэффициент вариации физико-
механических свойств испытуемого материала, тем меньше ко-
эффициент структурного ослабления, тем ниже прочность дан-
ного материала [9]. Угли средней стадии метаморфизма характе-
ризуются наиболее высокими значениями коэффициентов вариа-
ции по параметрам весовой выход летучих веществ – Vdaf ,% и
толщина пластического слоя – у, мм; отличаются повышенной
потенциальной выбросоопасностью [10]. Данный факт является
убедительным подтверждением основных положений гипотезы
№ 1. Повышенную выбросоопасность углей средней стадии ме-
таморфизма на региональном уровне можно объяснить с позиций
их надмолекулярной организации [11]. По мнению индийского
исследователя Кришнимурти угли средней стадии метаморфизма
являются паракристаллическими, т.е. характеризуются наличием
одновременного сочетания твердой и подвижной составляющих -
фаз. Подвижная фаза в углях способствует росту их вязкости,
снижению пористости, удельного веса, снижению прочности, га-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
140
зопроницаемости, росту дробимости углей. Указанные угли от-
личаются высокой сорбционной набухаемостью, имеют низкие
значения пределов прочности на растяжение и сжатие, понижен-
ные значения модуля статической деформации, энергии актива-
ции диффузии метана из угля [11]. Таким образом, повышенная
степень неоднородности, изменчивости физико-механических и
структурно-химических свойств в углях средней стадии углефи-
кации является следствием надмолекулярной организации уголь-
ного вещества в ряду метаморфизма, эти угли характеризуются
высокой дробимостью и повышенной потенциальной выбросо-
опасностью.
Анализ опыта ведения горных работ за последние 110 лет на
различных угольных месторождениях мира показал, что внезап-
ные выбросы угля и газа происходят в диапазоне Vdaf = 44–
3,5 %. В Украине согласно [5], для углей высокой стадии мета-
морфизма граничным условием проявления выбросоопасности
является условие: lgρ < 3,2. На основании выполненного стати-
стического анализа внезапных выбросов, с учетом особенностей
изменений надмолекулярной организации органической массы
угольного вещества и обеспечения необходимого уровня без-
опасного ведения горных работ нами определены следующие
граничные условия проявления выбросоопасности для углей низ-
кой стадии метаморфизма: V daf ≤ 44, % ; Хпр. ≥ 8,0 м3⁄т.с.б.м.; и у
≥ 6,0 мм.
В работе [9] отмечается, что геологические, тектонические,
геомеханические и технологические факторы способствуют уси-
лению степени изменчивости свойств и состояний угольного пла-
ста. Природная неоднородность выбросоопасного угольного пла-
ста обусловливает высокую изменчивость ряда параметров, ха-
рактеризующих свойства и состояния пласта [12]. Рассмотрим
изменчивость этих параметров на текущем уровне. Шахтные экс-
периментальные исследования проводились в условиях шахты
«Заперевальная–2» ПО «Донецкуголь» на особо выбросоопасном
пласте h 8 «Прасковиевский». В результате выполненных иссле-
дований установлено, что выбросоопасные участки отличаются
более высокими значениями коэффициентов вариации по весо-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
141
вому выходу летучих веществ – V daf, % и содержанию в пробах
угля аналитической влаги – Wa, смотри таблицу 1.
Выбросоопасные участки отличаются от неопасных участ-
ков также более высокими показателями по средним арифмети-
ческим значениям и коэффициентам вариации по параметрам:
начальная скорость газовыделения из шпуров – gнач и содержание
гелия в пробах газа – Не, % – см. [12].
Таблица 1
Изменения V daf и Wa на неопасных и выбросоопасных
участках пласта h8
Анализируемые па-
раметры и их Квар
Неопасные участки,
N = 76
Выбросоопасные
участки, N = 23
V daf, %
Квар, %
11,0
8,0
11,6
9,0
Wa, %
Квар, %
0,7
29,0
1,4
56,0
Далее в условиях ПО « Донецкуголь» и ПО «Октябрьуголь»
были выполнены шахтные исследования скорости десорбции ме-
тана из угольного штыба – Vдес, отобранного на различных инте-
рвалах при бурении шпуров по пласту. Согласно [13], экспериме-
нтально установлено, что выбросоопасные зоны отличаются от
неопасных более высокими средними арифметическими значени-
ями и коэффициентам вариации по параметру – Vдес.
В работе [14] выполнен анализ скоростей сближения боко-
вых пород – Vсбл, мм⁄ч для различных горно-геологических усло-
вий. Согласно [14], в увлажненной зоне скорость сближения бо-
ковых пород составила Vсбл. = 1,71 мм⁄ч, а значение Квар.(Vсбл.)
равнялось 42 %; в зоне без увлажнения скорость сближения бо-
ковых пород составила- Vсбл.=1,35 мм⁄ч, а значение Квар.(Vсбл.) =
71 %, т.е. в неувлажненной зоне наблюдаются задержки в де-
формациях пород кровли и деформации происходят более нерав-
номерно. Следует подчеркнуть, что коэффициенты изменчиво-
сти – Кизм. по сравнению с коэффициентами вариации – Квар. бо-
лее точно характеризуют изменчивость пласта, так как учитыва-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
142
ют геометрическое расположение измеряемых величин в про-
странстве угольного пласта, смотри работы [9–15].
В условиях ш⁄у «Покровское» в блоке № 10 были проведены
исследования по определению существенности влияния Котлин-
ского надвига на глубину залегания угольного пласта d4 – Н, м и
параметр Vdaf, % на участке шириной 200 м, прилегающем к ука-
занному надвигу. Установлено существенное влияние Котлин-
ского надвига на параметры Н, м и Vdaf, %, т.е. вблизи этого
надвига в блоке № 10 наблюдаются значительные колебания по
глубине залегания пласта d4, что количественно выражается ко-
эффициентом изменчивости по глубине – Кизм (Н).
В свою очередь изменение глубины залегания пласта d4
вблизи Котлинского надвига вызывает изменение параметра Vdaf,
что количественно может быть выражено показателем Кизм (Vdaf ).
В результате выполненного корреляционного анализа [16]
установлена прямо пропорциональная зависимость между коэф-
фициентом изменчивости Кизм (Vdaf ) и неравномерностью залега-
ния пласта d4 по глубине – Кизм (Н):
107,0)(148,0)( НКVК измизм
daf . (1)
Следует отметить, что при подходе подготовительных вы-
работок к Котлинскому надвигу наблюдались различные газоди-
намические явления: повышенное газовыделение и водопритоки
с попутным газовыделением, обрушение пород, переросшее во
внезапный выброс угля и газа. В данном случае изменение гео-
метрии горного массива под воздействием надвига привело к из-
менению величин ряда параметров, в том числе параметра Vdaf .
Таким образом, более опасной ситуации соответствуют и более
высокие значения коэффициентов вариации и коэффициентов
изменчивости по ряду параметров: Vdaf, %; Wa, %; gнач; Не, %;
Vдес.; Vсбл., мм и т. д., что является убедительным подтверждени-
ем основных положений рабочей гипотезы № 1.
В настоящее время действующие нормативные способы ве-
дения регионального прогноза выбросоопасности угольных пла-
стов [5, 6] не обеспечивают необходимый уровень безопасного
ведения горных работ. Недостатки способов [5, 6] подробно рас-
смотрены в работе [17]. Выполненные теоретические, аналитиче-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
143
ские и шахтные экспериментальные исследования позволили раз-
работать усовершенствованные способы регионального прогноза
выбросоопасности угольных пластов Донбасса [18, 19]. Повыше-
ние надежности и точности ведения регионального прогноза в
способах [18, 19] достигается путем:
– учета новых граничных условий проявления выбросоопас-
ности угольных пластов– Vdaf ≤ 44 %; Хпр. > 8,0 м3⁄т с.б.м.;
у ≥ 6,0 мм;
– применения более точных уравнений для расчета ком-
плексного показателя степени метаморфизма углей – Ѕм;
– применения более объективных уравнений для расчета
минимальной глубины проявления выбросов – Нмин. с учетом аб-
солютных значений следующих параметров: а) угол падения пла-
стов – α, градус; б) крепость угля – f, усл. ед.; в) йодный показа-
тель степени нарушенности угля – ∆J, мг/грамм; г) толщина пла-
стического слоя – у, мм; д) природная газоносность пласта – Хпр.,
м3/т с.б.м.
Следовательно, разработанная и апробированная рабочая
гипотеза № 1 имеет не только теоретическое, научное, но при-
кладное значение и может успешно применяться в практике ве-
дения горных работ на шахтах Донбасса.
Наряду с надежным определением минимальной глубины
проявления выбросов – Нмин. весьма важный научный и практи-
ческий интерес представляют исследования проявления выбросо-
опасности с глубиной ведения горных работ в условиях Донбас-
са. Существуют различные точки зрения на закономерности из-
менения выбросоопасности с глубиной. Так например, Бы-
ков Л. Н., Яровой И. М., Борисенко А. А. указывают на увеличе-
ние выбросоопасности с глубиной, а Вереда В. С. и Юрчен-
ко Б. А. указывают на уменьшение количества выбросов, начиная
с глубины 750 м. Недвига С. Н. утверждает, что нет оснований
предполагать о снижении выбросоопасности на глубинах 1000–
1200 м. Практика разработки выбросоопасных пластов в Донбас-
се за последние двадцать два года показала, что на пластах, со-
держащих марки углей низкой и средней стадий метаморфизма,
прекращения выбросов угля и газа не произошло и только на от-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
144
дельных шахтах, разрабатывающих угли высокой стадии мета-
морфизма, внезапные выбросы угля и газа прекратились.
Рассмотрим ряд положений работы [3] о прекращении вы-
бросов с глубиной на примере угольного пласта d4, отрабатывае-
мого в блоках № 2, № 6+8 и № 10, в условиях ш⁄у «Покровское».
Мощность пласта колеблется в пределах 0,60–2,5 м, углы падения
составляют α = 2–8 градус. Угли относятся к маркам Ж, К и ОС,
природная газоносность составляет Хпр.= 6–21 м3⁄т с.б.м. Соглас-
но [3], средняя минимальная глубина появления первых выбро-
сов – Нср.мин. определяется по формуле:
dafVН
минср
6,108,322
..
. (2)
Рассчитаем для блоков № 2, № 6+8 и № 10 Нср.мин. по фор-
муле (2), результаты расчетов приведены в таблице 2. Из табли-
цы 2 следует, что средняя глубина ведения горных работ Нраз. в
блоке № 2 составила 590 м, в блоках № 6+8 – Нраз.= 685 м, а в
блоке № 10 Нраз.=790 м (по данным 2008 года), т.е. блок №10 рас-
положен ниже блоков № 2, № 6+8. В тоже самое время в блоке
№ 2 Нср.мин =645 м, а в блоке № 10 Нср.мин=614,3 м, что лишено
физического смысла. В блоке № 10 средняя минимальная глубина
появления первых выбросов – Нср.мин. должна быть по абсолют-
ной величине больше, чем в блоке № 2.
Далее согласно [3], минимальная глубина первых выбросов
в каждой из шести групп метаморфизма – Нмин.гр. определяется по
формуле:
daf
градмин
VН 8,130,27
..
. (3)
Таблица 2
Анализ глубины прекращения выбросов-Нпр.выб.
№
блоков
Vdaf, % Нср.мин, м Нмин.гр, м Нраз., м Нпр.выб, м Нвыб.факт, м
Бл. 2 30,4 645,0 446,5 590 605,5 –
Бл. 6+8 28,4 623,8 418,9 685 570,5
Бл. 6-703 м;
Бл. 8-730 м
Бл. 10 27,5 614,3 406,5 790 554,8 –
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
145
Рассчитаем для блоков № 2, № 6+8 и № 10 Нмин.гр. по форму-
ле (3), результаты расчетов приведены в таблице 2. Из таблицы 2
следует, что в блоке № 2 Нмин.гр.= 446,5 м; а в блоке № 10 Нмин.гр.=
406,5 м, т. е. в блоке № 10 Нмин.гр. меньше, что опять противоре-
чит физическому смыслу залегания пласта d4.
Согласно [3], для углей различной степени метаморфизма
глубина прогнозируемого прекращения внезапных выбросов угля
и газа – Нпр.выб. может быть рассчитана по формуле:
5,17)2,4(
..
dafVН
выбпр
. (4)
Рассчитаем для блоков № 2, № 6+8 и № 10 Нпр.выб. по фор-
муле (4), результаты расчетов приведены в таблице 2. Из табли-
цы 2 следует, что в блоке 2 Нпр.выб.= 605,5 м; а в блоке № 10
Нпр.выб.= 554,8 м.
Таким образом, в блоке № 10 Нпр.выб. оказалась меньше, чем
в блоках № 6+8 № 2, что лишено не только физического, но и
инженерно-логического смысла. Согласно [3], выбросы должны
прекратиться в диапазоне Нпр.выб.= 554,8–605 м, но по пласту d4
они только начались с глубины Нвыб.= 703м в блоке № 6 и с глу-
бины Нвыб.= 730 м – в блоке № 8. И в формуле (4) мы также на-
блюдаем явные противоречия, смотри таблицу 2. Таким образом,
краткий анализ работы [3] показывает, что формулы расчета
Hпр.выб являются ошибочными, так как не соответствуют практике
ведения горных работ на выбросоопасных пластах [20].
В работе [9] показано, что внезапные выбросы, происшед-
шие на глубинах H = 800–1200 м, отличаются более высокими
значениями массы выброшенного угля и объемов выделившегося
газа, при этом глубина полостей также больше по сравнению с
внезапными выбросами, отмеченными на глубинах 400–800 м.
Следует отметить, что с ростом глубины ведения горных работ
наблюдаются следующие тенденции: рост природной газоносно-
сти пластов, рост давления газа, снижение газопроницаемости
угольного и породного массива, рост энергии горного массива за
счет роста энергии газа и роста потенциальной энергии вмещаю-
щих пород.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
146
Обобщение многолетнего опыта ведения горных работ в
сложных горно-геологических условиях [9], изучение основных
фундаментальных положений углехимии по надмолекулярной
организации углей [21], анализ различных рабочих гипотез фор-
мирования и проявления выбросоопасности позволил разработать
новую рабочую гипотезу изменения выбросоопасности с ростом
глубины ведения горных работ [22]. Сущность рабочей гипотезы
№ 2 сводится к следующему. В углях низкой и средней стадий
улефикации с ростом глубины наблюдаются рост метаморфизма
углей и их газоносности. Структурная перестройка органической
массы в указанных углях ведет к появлению новых свойств, та-
ких как пластичность, которая обусловливает: спекаемость, кок-
суемость, высокую дробимость углей и повышенную выбросо-
опасность пластов. С ростом глубины наблюдается рост давления
горных пород, рост газоносности, давления газа, снижается га-
зопроницаемость угольного массива. Следовательно, на глубинах
свыше 800 м для углей средней и низкой стадий метаморфизма
прекращения выбросов ожидать не следует. На глубинах H =
800–1600 м будет сохраняться высокая степень потенциальной
выбросоопасности для углей средней и низкой стадий метамор-
физма.
Рассмотрим ряд внезапных выбросов угля и газа, которые
зафиксированы на различных угольных месторождениях мира на
глубинах свыше 600 м за период 1904 – 1981 гг., см. таблицу № 3.
Из таблицы 3 следует, что на глубинах Н ≥ 600 м происхо-
дят выбросы угля и газа высокой интенсивности, выбросы харак-
теризуются значительными количествами выброшенного угля и
выделившегося газа, в ряде случаев приводят к серьезным авари-
ям и катастрофам.
Так, например, выбросы на шахтах «Аграпп», «Моррисей»,
«Руббенгрубе», «Юбари Шин» сопровождались человеческими
жертвами с числом погибших от 25 до 200 человек. Статистика
приведенных выбросов убедительно доказывает, что на глубинах
свыше 600 м сохраняется высокая степень выбросоопасности на
многих угольных месторождениях, а гипотеза о прекращении вы-
бросов [3] не соответствует действительности.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
147
Таблица № 3
Внезапные выбросы на угольных месторождениях мира
Стра-
на
Бассейн Шахта Год
Глубина
Н, м
К-во
угля,
т
К-во
газа,
тыс. м3
ВНР Печ Коксовая 1957 680 1400 3000
Гер-
мания
Нижняя
Силезия
Руббен-
грубе
1941 750 10000 800
СССР Донбасс
Им. Ю. А.
Гагарина
1969 710 14500 250
ПНР
Нижняя
Силезия
Нова
Руда
1969 800 3500 820
СССР Донбасс
Им.
К. Маркса
1971 750 5000 90
СССР Донбасс Кондратьевка 1973 740 4000 70
СССР Донбасс
Красный
Профинтерн
1973 885 4370 80
СССР Донбасс
им.
Изотова
1981 750 3000 60
Фран-
ция
Севенн Фонтен 1921 600 5600 190
Вели-
ко-
бри-
тания
Ланка-
шир
Корвей
1944
590 2500 70
ВНР Печ Иштван 1960 700 1800 300
ФРГ
Иббенбюр-
рен
Иббен-
бюррен
1975 1350 2500 47
Фран-
ция
Севенн Аграпп 1979 740 500 20
Кана-
да
Британская
Колумбия
Морри-
сей
1904 600 3500 750
Япо-
ния
Хоккайдо
Юбари
Шин
1981 1139 1000 600
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
148
С целью дополнительной проверки основных положений
предложенной гипотезы № 2 нами был выполнен анализ внезап-
ных выбросов угля и газа на пластах пологого падения за период
1946–2006 гг. по пяти свитам. В таблице 4 приведен обобщенный
анализ внезапных выбросов угля и газа по смоляниновской, ка-
менской, алмазной, горловской и зуевской свитам.
Таблица 4
Результаты статистического анализа внезапных выбросов
Глубина,
м
Количество внезапных выбросов по группам метаморфизма
Vdaf>
29,0 %
Vdaf=
29,0÷
25,1 %
Vdaf=
25,0÷
18,1 %
Vdaf=
18,0÷
13,1 %
Vdaf=
13,0÷
9,1 %
Vdaf≤
9,0 %
Всего
Н≤600 м 6 9 127 234 17 205 598
Н>600 м 155 21 45 421 3 9 654
Всего 161 30 172 655 20 214 1252
Из таблицы 4 следует, что максимальное количество выбро-
сов произошло при Vdaf = 13,1÷18,0 % (n = 655), в этой группе на
глубинах свыше 600 м отмечен существенный рост количества
выбросов. Значительное количество выбросов отмечено также
при Vdaf ≤ 9,0 % (n = 214) и при Vdaf > 29,0 % (n = 161). Характер-
ным фактом является следующее: при Vdaf ≤ 9,0 % 205 выбросов
произошло на глубинах Н < 600 м, а при Vdaf > 29,0 % 155 выбро-
сов зафиксировано на глубинах Н > 600 м. Следует особо подче-
ркнуть, что для углей с Vdaf = 18,0÷13,1 % наблюдается сущест-
венный рост числа выбросов с глубиной. Таким образом, на глу-
бинах свыше 600 м для углей низкой и средней стадий метамор-
физма снижения степени выбросоопасности не последует.
ВЫВОДЫ
1. Разработаны новые рабочие гипотезы № 1 и № 2 о фор-
мировании и проявлении выбросоопасности шахтопластов Дон-
басса по площади и с глубиной с учетом степени изменчивости
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
149
свойств и состояний угольных пластов, а также особенностей
надмолекулярной организации углей в ряду их метаморфизма.
2. Выполненные статистические и шахтные экспери-
ментальные исследования доказывают правомерность основных
положений гипотез № 1 и № 2.
3. Предложенные гипотезы № 1 и № 2 имеют не только
научное, но практическое значение, на базе основных положений
этих гипотез разработаны: а) усовершенствованные способы ве-
дения регионального прогноза выбросоопасности угольных пла-
стов; б) надежные горно-геологические прогнозы проявления вы-
бросоопасности для углей разных стадий метаморфизма на глу-
бинах Н = 800–1600 м.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. Не-
дра, М., 1973. –– 511 с.
2. Инструкция по безопасному ведению горных работ на плас-
тах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа. ––
М. : ИГД им. А. А. Скочинского, 1977. –– 160 с.
3. Забигайло В. Е. Влияние катагенеза горных пород и метамор-
физма углей на их выбросоопасность / В. Е. Забигайло,
В. И. Николин –– К. : Наукова думка, 1990. –– 168 с.
4. Инструкция по безопасному ведению горных работ на плас-
тах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. ––
М. : ИГД им. А. А. Скочинского, 1989. –– 192 c.
5. СОУ 10.1.00174088.011-2005. Правила ведення гірничих робіт
на пластах, схильних до газодинамічних явищ. Мінвуглепром
України, Київ, 2005. –– 225 с.
6. СОУ–П 10.1. 00174088.029:2011. Правила віднесення вугіль-
них пластів до категорій викидонебезпеки. –– К. : Міненерго-
вугілля України, 2011. –– 22 с.
7. Ходот В. В. Внезапные выбросы угля, породы и газа. –– М.
Госгортехиздат, 1961. –– 363 с.
8. Радченко А. Г. Повышение надежности ведения текущего
прогноза в зонах геологических нарушений на пологих шах-
топластах Донбасса. // Способы и средства создания безопас-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
150
ных и здоровых условий труда в угольных шахтах. –– Сб. на-
учн. трудов. –– Макеевка-Донбасс, 1993. –– С. 21––27.
9. Минеев С. П. Горные работы в сложных условиях на выбро-
со-опасных угольных пластах : [монография] / С. П. Минеев,
А. А. Рубинский, О. В. Витушко, А. Г. Радченко. –– Донецк :
ООО «Східний видавничий дім», 2010. –– 603 с.
10. Киселев Н. Н. Исследование степени изменчивости свойств
угольных пластов и вмещающих пород / Киселев Н. Н., Рад-
ченко А. Г. Наукові праці УкрНДМІ НАН України. Випуск 6 /
Під заг. ред. А. В. Анциферова. –– Донецьк, УкрНДМІ НАН
України, 2010, С. 266––275.
11. Киселев Н. Н. Роль надмолекулярной структуры углей в фор-
мировании выбросоопасности угольных пластов Донбасса /
Киселев Н. Н., Коптиков В. П., Радченко А. Г., Радченко А. А.
// Наукові праці УкрНДМІ НАН України. Випуск 10 / Під заг.
ред. А. В. Анциферова. –– Донецьк, УкрНДМІ НАН України,
2012, С. 236––249.
12. Николин В. В., Гурин Н. И., Радченко А. Г. Природная неод-
нородность метаноносных угольных пластов как фактор,
определяющий разработку и надежность критериев выбросо-
опасности // Рекомендации по повышению надежности оцен-
ки выбросоопасности призабойной части угольного пласта. ––
Макеевка-Донбасс, МакНИИ. –– 1993. –– С. 3––18.
13. Агафонов А. В., Радченко А. Г., Евдокимова В. П. Сравните-
льная оценка степени выбросоопасности различных участков
на пологих шахтопластах. // Способы и средства создания бе-
зопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. ––
Сб. научн. трудов. –– Макеевка-Донбасс, 1995. –– С. 63––70.
14. Агафонов А. В., Радченко А. Г., Евдокимова В. П. Исследова-
ния скорости сближения боковых пород на различных участ-
ках пологих угольных пластов. // Способы и средства созда-
ния безопасных и здоровых условий труда в угольных шах-
тах. –– Сб. науч. трудов. –– Макеевка-Донбасс, –– 1996. ––
С. 15––20.
15. Агафонов А. В., Радченко А. Г., Бабенко И. В. Обоснование
методологии исследования изменчивости свойств и состоя-
ний пологих нарушенных шахтопластов. // Способы и средст-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
151
ва создания безопасных и здоровых условий труда в угольных
шахтах. –– Сб. науч. трудов. –– Макеевка-Донбасс, –– 1996.
–– С. 250––256.
16. Киселев Н. Н., Радченко А. Г., Никифоров А. В., Радчен-
ко А. А. Анализ влияния Котлинского надвига на выход лету-
чих веществ по пласту d4 ш/у «Покровское» // Наукові праці
УкрНДМІ НАН України. Випуск 8 / Під заг. ред. А. В. Анци-
ферова. –– Донецьк, УкрНДМІ НАН України, 2011, С. 108––
113.
17. Киселев Н. Н. Прогрессивные способы регионального прог-
ноза выбросоопасности угольных пластов / Киселев Н. Н.,
Радченко А. Г., Рубинский А. А., Радченко А. А. // Наукові
праці УкрНДМІ НАН України. Випуск 11 / Під заг. ред.
А. В. Анциферова. –– Донецьк, УкрНДМІ НАН України,
2012, C. 176––186.
18. Патент на корисну модель № 68676 Спосіб визначення кате-
горії викидонебезпечності вугільних пластів низької і серед-
ньої стадії метаморфізму вугілля. Номер заявки: U 2011
09993, МПК (2012.01), Е 21 F 5/00. Канін В. О., Кисе-
льов М. М., Радченко О. Г., Радченко О. О., Жолоб Н. В. Дата
публікації: 10.04.2012, Бюл. № 7.
19. Патент на корисну модель № 75981 Спосіб визначення кате-
горії викидонебезпечності вугільних пластів. Номер заявки:
20. U 2012 04854, МПК (2012.01),Е 21F 5 ⁄ 00. Канін В. О., Кисе-
льов М. М., Коптiков В. П., Радченко О. Г., Радченко О. О.,
Дата публікації: 25.12.2012, Бюл. № 24.
21. Рубинский А. А., Радченко А. Г., Богоудинов Р. М. Бон-
даренко А. Д. О выбросоопасности пласта d4 в условиях шах-
ты «Красноармейская-Западная № 1» // Науковi працi Доне-
цького нацiонального технiчного унiверситету. Серия:
«Гiрничо-геологiчна». Випуск 8 (136). / Редкол.: Башков С. О.
(голова) та iншi –– Донецьк, ДонНТУ, 2008. –– С. 179––183.
22. Надмолекулярная организация, структура и свойства угля /
Саранчук В. И., Айруни А. Т., Ковалев К. Е.; отв. ред. Сапу-
нов В. А. ; АН УССР. Ин-т физ.-орган. химии и углехимии. ––
Киев : Наук. думка, 1988. –– 192 с.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
152
23. Анциферов А. В. Анализ рабочих гипотез формирования и
проявления выбросоопасности углей на глубинах 800–1600 м
/ Анциферов А. В., Киселев Н. Н., Коптиков В. П., Радчен-
ко А. Г., Радченко А. А. // Наукові праці УкрНДМІ НАН
України. Випуск 10 / Під заг. ред. А. В. Анциферова. ––
Донецьк, УкрНДМІ НАН України, 2012, С. 236––249.
|