Проявление масштабного эффекта 2 страница

С физической точки зрения все динамические проявления представляют собой лавинообразные процессы хрупкого разруше­ния (трещинообразования) пород в том или ином объеме массива.

Как правило, динамическим проявлениям предшествует усиле­ние давления на крепь и целики, а после их реализации увеличива­ется напряженность массива пород на смежных участках.

Изучение причин, условий и механизма динамических проявле­ний горного давления и разработка эффективных способов их про­гнозирования, мер предупреждения и локализации является важ­нейшей задачей геомеханики, актуальность которой постоянно по­вышается в связи с ростом глубины разработки полезных ископае­мых и повышением степени напряженности массивов пород, в ко­торых производятся горные работы.

5.2.1 Горные удары и сопутствующие им явления

Динамические проявления горного давления могут приобретать разнообразные формы на разных стадиях развития горных работ в зависимости от конкретных условий.

Обычно горным ударам подвержены участки массивов, сложен­ных прочными упругими породами. Однако известны случаи гор­ных ударов и в слабых обводненных породах.

Известны случаи горных ударов не только в подземных выра­ботках, но и в бортах карьеров, и притом на небольших глубинах при достаточно прочных породах.

В табл. 17.1 приведены характеристики наиболее сильных тех­ногенных землетрясений, произошедших на рудниках России за 20 лет.

Современный отечественный и зарубежный опыт показывает, что интенсивная разработка крупных месторождений полезных ис­копаемых при достижении определенного критического объема приводит к резкой активизации процессов в недрах, которые не только усложняют эксплуатацию месторождений, но и вызывают различные негативные, порой катастрофические последствия. По-видимому, Верхнекамский регион, Хибинские и Ловозерские ме­сторождения вошли в эту фазу.

5.2.1.1 Классификация горных ударов

Предложено несколько классификаций динамических проявле­ний горного давления, основанных на различных признаках. Здесь приводится одна из этих классификаций.

Эта классификация предусматривает подразделение динамических проявлений горного давления по механизму и мас­штабу на два класса — горные удары локального происхождения и горные удары регионального происхождения.

Горные удары локального происхождения разделяются на микро­удары и горные удары, им предшествуют стреляние, динамическое заколообразование и шелушение на контуре выработок и в целиках.

Эти горные удары представляют собой процесс хрупкого разру­шения (трещинообразования) в локальной области приконтурного массива пород или в целике.

Причинами их являются высокая концентрация напряжений вследствие действия естественных напряжений в массиве пород, влияния геологических неоднородностей, очистных пространств или сближенных горных выработок, а также динамических напря­жений от сейсмической волны взрывов или горно-тектонических ударов и техногенных землетрясений.

Микроудар — мгновенное хрупкое разрушение целика или части массива горных пород с выбросом породы в горные выработки без нарушения технологического процесса. Сопровождается звуком и сотрясением массива с образованием пыли.

Горный удар — мгновенное хрупкое разрушение целика или приконтурной части выработки, проявляющееся в виде выброса руды (породы) в подземные выработки с нарушением крепи, сме­щением машин, механизмов, оборудования и вызывающее наруше­ние технологического процесса. Горный удар сопровождается рез­ким звуком, сотрясением массива, образованием пыли и воздуш­ной волной.

Сопутствующие признаки удароопасности:

а) стреляние пород — отскакивание с поверхности обнажения массива пластин пород различных размеров со звуком, напоми­нающим выстрел;

б) динамическое заколообразование — явление, аналогичное стрелянию пород, но с постепенным прорастанием трещин. Обра­зование и отделение заколов происходит в течение длительного времени после отпала и вслед за оборкой сопровождается треском и звуками, напоминающими выстрел. Это явление чаще всего про­исходит по ненарушенному массиву и не связано напрямую с тре-щиноватостью и слоистостью, образующиеся пластины повторяют по форме контур выработки;

в) шелушение — постепенное разрушение и разделение пород на отдельные пластинки на поверхности обнажения, из-за отслое­ния пластинок места шелушения всегда выглядят «свежими» (не запыленными).

Горные удары регионального происхождения.

Причинами этих явлений являются перераспределение напря­жений на больших площадях вследствие выемки и перемещения больших масс горных пород и других длительных техногенных воз­действий.

Горным ударам этого типа предшествует рост сейсмичности массива горных пород (форшоки), а также наблюдается длительное сохранение повышенной сейсмичности района после основного события (афтершоковые серии сейсмических событий). Иницииро­вание может происходить под воздействием массовых взрывов. С физической точки зрения — это либо срыв зацепления по границе блоков и резкая подвижка тектонических блоков друг относитель­но друга, либо лавинообразное прорастание новой трещины внутри этих блоков.

По вызванным ими разрушениям пород горные удары регионального происхождения подразделяются на толчки, горно-тектониче­ские удары и техногенные землетрясения.

Толчок — мгновенное разрушение пород в глубине массива в виде прорастания трещин без выброса пород в горную выработку. При толчке возникает звук и сотрясение массива пород. Возможно образование трещин в бетонной крепи и обрушение заколов на ло­кальном участке контура выработки. Если толчок происходит в процессе действия рабочего органа горной машины, например вру­бовой машины или бурового станка, то он ощущается именно как толчок на инструмент.

Горно-тектонический удар — мгновенная подвижка пород по тектоническому нарушению или прорастание крупной трещины в массиве, в том числе с образованием систем оперяющих трещин, сейсмическое воздействие от которых вызывает хрупкое разруше­ние пород на контуре горных выработок в виде горных ударов, вы­валов пород, падения заколов, разрушения целиков и крепи на большой площади или на отдельных удаленных друг от друга участ­ках выработок. Горно-тектонический удар может сопровождаться сильным сотрясением массива, резким звуком, а иногда образова­нием пыли и воздушной волны в горных выработках.

Техногенное землетрясение — мгновенная подвижка пород по тектоническому нарушению или прорастание крупной трещины в массиве, в том числе с образованием систем оперяющих трещин. Само явление или его сейсмическое воздействие вызывает хрупкое разрушение пород на контуре горных выработок в виде горных уда­ров, вывалов пород, падения заколов, разрушения целиков и кре­пи, вспучивания почвы на значительных площадях в подземных горных выработках, а также повреждения и разрушения на земной поверхности. Техногенное землетрясение сопровождается сильным сотрясением массива и поверхности, резким звуком или гулом.

5.2.1.2 Условия возникновения динамических проявлений

горного давления

Динамические проявления горного давления происходят при определенных сочетаниях естественных геологических и горно-тех­нических условий. Эти сочетания крайне разнообразны и связаны с влиянием многих факторов, которыми определяется не только само возникновение этих явлений, но также их сила и характер проявления.

К наиболее существенным геологическим факторам, обуслов­ливающим возможность динамических проявлений горного давле­ния, относятся:

• достаточно прочное и упругое полезное ископаемое;

• залегание в кровле и почве полезного ископаемого мощных прочных слоев пород;

• достаточно большая относительная глубина горных работ (при этом критическая глубина неодинакова для полезного иско­паемого и окружающих пород разной прочности, что следует из приведенных выше примеров);

• сильная тектоническая нарушенность месторождения или участка и ведение горных работ вблизи дизъюнктивных нарушений и замков складок.

Среди горно-технических факторов, подготавливающих дина­мические проявления горного давления, т. е. создающих условия для их возникновения, наиболее существенны:

• ведение горных работ с оставлением целиков полезного иско­паемого;

• изрезанность отрабатываемого участка большим числом под­готовительных и нарезных выработок;

• ведение работ под целиками, оставленными на смежных пла­стах или жилах;

• применение камерно-столбовых систем разработки;

• ведение горных работ догоняющими и встречными забоями;

• выемка сильно напряженных целиков;

• дополнительные импульсные нагрузки на участки массива при ведении добычных и взрывных работ.

Очагами динамических проявлений горного давления являются участки повышенной концентрации потенциальной энергии упру­гого сжатия массива горных пород, находя­щиеся в условиях предельного напряженного состояния.

Именно предельное напряженное состояние, создающееся в от­дельных участках массива и обусловленное действием гравитаци­онных и тектонических сил, а в некоторых случаях и дополнитель­ным влиянием давления напорных вод, является основной причи­ной динамических явлений.

Существенную роль в развязывании процесса разрушения по­род играют импульсные нагрузки, которые могут возникать в пре­дельно напряженном участке массива вследствие разнообразных причин — упругой волны при взрывах, внедрения в полезное иско­паемое рабочего органа добычной машины, крупного мгновенного разлома в слое зависшей кровли, мгновенного усиления неравно­мерности напряженного состояния призабойной части массива при приближении забоя к разрывному нарушению или к замку складки и т. д. Возникающие импульсные нагрузки приводят к цепной реакции мгновенного хрупкого разрушения участка масси­ва, находившегося в предельном напряженном состоянии, и к пе­реходу накопленной потенциальной энергии в работу разрушения, дробления, смещения части массива.

Ввиду большой сложности и разнообразия условий динамиче­ских проявлений горного давления всесторонне разработанная тео­рия этих процессов пока отсутствует.

Существуют две точки зрения на причины разрушения пород при динамических проявлениях.

Одна из них сводится к тому, что динамические проявления, в частности горный удар, происходят в результате спонтанного раз­вития деформаций пород с разрывом сплошности в направлении, нормальном к направлению приложения нагрузок.

Вторая состоит в том, что разрушение при горном ударе про­исходит под действием касательных напряжений, обусловливае­мых неравномерностью напряженного состояния в краевых час­тях массива.

Проф. И.М. Петухов сформулировал следующие два принципи­альных положения относительно механизма горных ударов:

а) горный удар является следствием нарушения равновесия всей системы «блок породы — полезное ископаемое»;

б) горный удар возможен в том случае, если скорость деформации,
обусловленная нарастанием удельного давления, превысит максималь­
но возможную скорость пластического деформирования для данной
части массива, находящейся в предельно напряженном состоянии.

Последнее положение является наиболее существенным, основ­ным условием возникновения горного удара. На его основе стано­вятся ясны причины приводившихся выше примеров горных уда­ров в массивах, сложенных слабыми и весьма обводненными гор­ными породами.

5.2.2 Газодинамические проявления горного давления

в массивах пород.

Как и горные удары, внезапные выбросы пород и газа также яв­ляются динамическими проявлениями горного давления, которые могут быть классифицированы как газодинамические явления.

5.2.2.1 Сущность и общая характеристика газодинамических проявлений

Сущность их состоит во внезапном отделении от забоя пород и их дроблении при одновременном выделении значительного коли­чества газа. Потоком газа, выделяемого при выбросе, порода или полезное ископаемое отбрасывается от забоя, а в массиве впереди забоя возникает полость, заполненная большей частью раздроблен­ным материалом. Продолжительность процесса внезапного выбро­са составляет обычно от долей до нескольких секунд; в отдельных случаях может достигать нескольких минут.

Таким образом, внезапный выброс можно определить как явле­ние быстрого разрушения некоторого призабойного участка масси­ва, сопровождающегося интенсивным дроблением и измельчением разрушаемой породы и отбрасыванием ее в выработку с одновре­менным выделением значительного количества газа.

Общими характеристиками и признаками внезапных выбросов являются:

• образование мелкодробленой породы, выбрасываемой на большие расстояния от забоя;

• образование языкообразной полости, заполненной дробленой породой;

• выделение большого количества газа;

• относительно небольшое, по сравнению с горными ударами, повреждение крепи и пород вне пределов полости выброса.

Внезапные выбросы происходят при ведении горных работ в угольных пластах, каменных, калийных и магниевых солях, а также при проведении выработок во вмещающих породах каменноуголь­ных месторождений, в большинстве случаев, в крепких песчаниках.

Основными газами, выделяемыми при внезапных выбросах, яв­ляются метан, углекислый газ и азот. В одних случаях выделяется преимущественно какой-либо один из этих газов, в других — их смесь. Форма полостей – разнообразная, чаще всего удлиненная груше- или кармановидная, но иногда близкая к сферической, разветвленная, сложной и неправильной конфигурации. Как пра­вило, горловина полости бывает значительно более узкой, чем по­перечный размер ее центральной части.

Силу или масштаб внезапного выброса оценивают по 1) попереч­ным размерам и объему образуемых полостей, 2) количеству выбро­шенной породы в тоннах и 3) количеству выделенного газа в кубиче­ских метрах. Кроме того, часто устанавливают коэффициент газовы­деления п, представляющий собой отношение количества газа N в кубических метрах, выделившегося при выбросе, к количеству раз­дробленного и выброшенного породного материала Q в тоннах:

п = N/Q. (18.1)

С ростом масштаба выброса коэффициент газовыделения воз­растает.

Представляет интерес также интенсивность внезапного выброса по породе /_п или по газу /_г, т. е. отношение количества выброшен­ного материала Q или выделившегося газа N к длительности / про­цесса выброса:

/_п = Q/t; (18.2)

/_г = N/t. (18.3)

По характеру проявления различают концентрированные и рас­сеянные внезапные выбросы.

Концентрированные выбросы проявляются в пределах шахтного поля или разрабатываемого пласта в той или иной степени систематично, на более или менее постоянных расстояниях друг от друга по мере прове­дения выработок. Эти расстояния называют шагом выбросов.

Рассеянные выбросы проявляются неравномерно по площади шахтного поля или по простиранию пласта.

Число выбросов на данной шахте или руднике либо в течение года, либо приходящееся на 1 млн. т добытого полезного ископае­мого, либо на 100 тыс. м³ отработанной площади называют часто­той внезапных выбросов.

Проявляются внезапные выбросы в разнообразных условиях и формах.

В качестве основных разновидностей этих газодинамических явлений можно выделить:

• собственно внезапные выбросы полезного ископаемого (угля, соли) и газа или вмещающих горных пород и газа при проведении выработок по полезному ископаемому или по породе либо при ве­дении очистных работ;

• внезапные выбросы при вскрытии угольных пластов, соляных залежей или выбросоопасных породных слоев;

• выбросы полезного ископаемого или породы и газа при взрывной отбойке;

• внезапные высыпания с повышенным газовыделением;

• внезапные отжимы, сопровождающиеся газовыделением;

• прорыв газа в горные выработки (обычно из подошвы выра­ботки, пройденной по полезному ископаемому).

Характерные особенности этих явлений показаны на конкрет­ных примерах (рис. 18.1).

На рис 18.1, а представлен пример выброса, который произошел в забое от­каточного штрека по крутопадающему пласту «Куцый» на шахте № 8 в Донбассе.

В результате выброса в массиве пород образовалась грушевидная по­лость. Полости подобных конфигураций, направленные чаще всего вверх по пласту, характерны для внезапных выбросов угля и газа при крутом па­дении пластов. В ряде случаев вслед за первым выбросом происходят один или несколько последующих, иногда из ранее образованной полости. На том же пласте «Куцый» на шахте № 8 через 14 сут. после первого выброса из образовавшейся полости произошел второй внезапный выброс.

По мере увеличения глубины горных работ учащаются проявле­ния внезапных выбросов вмещающих пород (песчаников).

Обычно выбросоопасной является не вся толща песчаника, а ее отдельные слои. Выброшенная порода представляет собой в основ­ной массе мелкие пластины размером 3—5 см и толщиной до 3 мм либо гранулированные частицы породы и песок вперемешку с та­кими пластинами.

Во многих случаях внезапные выбросы происходят после дина­мического воздействия, осуществляемого при взрывных работах, однако замечено, что сила выброса непосредственно не связана с массой заряда взрывчатого вещества.

Характерным примером крупного выброса при вскрытии пласта, вы­званного взрывной отбойкой, может служить выброс в забое квершлага, пересекавшего слой огнеупорной глины, на угольной шахте «Пиаст» (Польша). Опережающим бурением из забоя на расстоянии 1,7 м вскрыли кровлю угольного пласта, в котором измерениями было установлено нали­чие избыточного давления Д/? = 0,2 МПа. В целях устранения потенциаль­ной опасности, связанной с избыточным давлением, было решено возбу­дить выброс. С этой целью было пробурено 12 шпуров и взорвано в них 11,6 кг взрывчатого вещества. Однако этот взрыв вызвал развитие крупно­го выброса. В квершлаг было выброшено 5000 т угля и породы. Объем уг­лекислого газа, выделившегося при выбросе, составил около 750 тыс. м. В результате выброса были полностью засыпаны горные выработки на участ­ке протяженностью 700 м. Выброшенная масса заполнила также на высоту 6 м от подошвы ствол слепой шахты, расположенной вблизи места выбро­са. Около 40 т раздробленной массы было при этом заброшено по стволу на вышележащий горизонт, находящийся выше горизонта выброса на 150 м. Выброс привел к длительному простою и большим работам по расчист­ке выработок и выгрузке выброшенных масс угля и породы.

Весьма мощные выбросы характерны для соляных шахт.

На рис. 18.1, в показана схема участка штрека, где произошли внезап­ные выбросы соли и газа (шахта «Хатторф», Германия).

Работы по проходке штрека здесь вели с применением скважин диаметром 280 мм, осуществляя дистанционное управление буровой машиной. При буре­нии периодически происходили небольшие выбросы газа и соли, в результате которых из буримых скважин на несколько метров выталкивало буровые штанги. На одном из участков после взрывания призматического скважинного вруба произошел внезапный выброс силой 300 т, а после взрывания основного комплекта забойных шпуров последовал второй выброс силой 1000 т. Позднее на том же участке при очередном взрывании забоя произошел выброс актив­ной по газу соли силой 2000 т. Использование в рассматриваемых условиях бу­ровых машин с дистанционным управлением позволяло без особых трудностей проходить выработки на выбросоопасных участках.

На шахте «Менценграбен» в калийном бассейне Верра (ГДР) в 1953 г. произошел наиболее сильный из известных выбросов газа и соли: было выброшено 100 тыс. т. Всего же в этом бассейне за 70 лет, с 1895 по 1965 г., произошло более 10 000 выбросов, из них 10 силой более 1000 т.

Рис. 18.1. Основные разновидности внезапных выбросов:

а — внезапный выброс угля и газа в забое откаточного штрека с образованием грушевидной по­лости (Донбасс, шахта № 8, пласт «Куцый»); б— внезапный выброс песчаника при проходке квершлага (Донбасс, шахта «Щегловка-Глубокая»); в—внезапные выбросы калийной соли и газа при проходке штрека (Германия, шахта «Хатторф»); г — внезапный выброс угля и газа в очистном забое с образованием шелевидной полости (Донбасс, шахта № 17-17 бис, пласт «Смо-ляниновский»); д — последовательные выбросы угля и газа в очистном забое (Донбасс, шахта № 8, пласт «Мазурка»); в — внезапное высыпание с повышенным газовыделением в откаточном штреке (Донбасс, шахта № 8, пласт «Куцый»); ж — внезапный отжим угля в забое разрезной печи (Донбасс, шахта № 17-17 бис, пласт «Смоляниновский»); / — полости, образовавшиеся в массиве в результате внезапных выбросов породы или полезного ископаемого; 2 — раздавлен­ный уголь или порода; 3— выброшенный уголь или порода; 4 — трещины в кровле; 5 —буро­вая машина с дистанционным управлением; 6— положение забоя до выброса.

Внезапные выбросы часто происходят и в очистных забоях угольных шахт. При этом выброс может захватывать пласт как на всю его мощность, так и лишь отдельные пачки угля. Полости вы­бросов могут иметь как грушевидную, так и щелевидную форму.

На рис 18.1, г в качестве примера показана щелевидная полость, обра­зовавшаяся при внезапном выбросе угля и газа в очистном забое по пласту «Смоляниновский» шахты № 17-17 бис в Донбассе. В рассматриваемом случае была выброшена небольшая часть угля, основная же масса была раздавлена и осталась в полости выброса.

В ряде случаев вслед за первым выбросом происходят один или не­сколько последующих, иногда из ранее образованной полости.

На шахте «Рошбель» в каменноугольном бассейне Гар (Франция) на уча­стке штрека протяженностью 17 м произошло последовательно один за другим восемь внезапных выбросов угля силой от 100 до 500 кН при каждом из них.

На рис 18.1, д показаны полости, образовавшиеся при двух выбросах в очистном потолкоуступном забое по пласту «Мазурка» (шахта № 8, Дон­басс), последовавших один за другим с интервалом 3 сут.

Для пластов крутого падения весьма характерны явления вне­запного высыпания раздробленного угля, сопровождающиеся значи­тельным газовыделением, но проходящие более спокойно, без ди­намизма, который свойствен внезапным выбросам. При этом вне­запным высыпаниям свойственна кармановидная форма полостей.

В качестве примера на рис 18.1, е показана кармановидная полость высыпания в откаточном штреке по пласту «Куцый» на шахте № 8 в Дон­бассе.

Известны случаи перехода внезапных высыпаний во внезапные выбросы газа и угля. Процесс этого перехода при разработке кру­тых газоносных пластов описывается следующим образом.

В случае высыпания угля в подготовительную выработку над ней, между образовавшейся насыпью угля и нависающей частью пласта, может возникнуть герметичная полость или зона разрых­ленного угля, отличающаяся от нетронутого угольного массива значительно большей пустотностью. Полость будет заполняться де-сорбирующимся из окружающего массива метаном до тех пор, пока давление газа в ней и окружающей среде не уравновесится, при этом количество газа в полости будет во столько раз больше, чем в нетронутом массиве, во сколько пустотность полости больше пустотности массива. В тех случаях, когда энергии газа достаточно, чтобы отбросить насыпь угля по выработке на некоторое расстоя­ние, может произойти новое высыпание угля и образование еще большей герметичной полости с еще большим содержанием газа, что вызовет более значительный отброс угля. Многократное повто­рение этого процесса ведет к образованию больших плоскостей об­нажения и резкой посадке основной кровли, сопровождающейся мощным газовоздушным ударом, разрушением выработки и интен­сивным выделением газа. Именно такой характер носил внезапный выброс на шахте им. Ю.А. Гагарина в Донбассе, при котором было выброшено более 14 000 т угля.

Относительно спокойно и при меньшей степени дробления по­лезного ископаемого или пород протекают внезапные отжимы. Для подобных явлений характерно внезапное перемещение сплошной массы угля на 2—3 м от забоя при незначительном измельчении и небольшом газовыделении. На рис. 18.1, ж показан пример вне­запного отжима по пласту «Смоляниновский» на шахте № 17-17 бис в Донбассе.

5.2.2.2 Условия возникновения внезапных выбросов и представления об их механизме

Условия возникновения внезапных выбросов крайне многооб­разны. В качестве общих тенденций можно отметить, что опасность проявления внезапных выбросов, их частота и сила возрастают с увеличением глубины горных работ и давления газа, угла падения пород и мощности разрабатываемых пластов и залежей, а также при приближении горных работ к тектоническим нарушениям.

Сила внезапных выбросов в очистных выработках обычно бы­вает большей, чем в подготовительных. Но наибольшую силу име­ют выбросы, происходящие при вскрытии выбросоопасных пла­стов или залежей шахтными стволами и квершлагами.

Отмечено, что внезапные выбросы с участием углекислого газа, как правило, превосходят по силе выбросы с участием метана. В то же время между давлением газа в пласте или слое породы и его опасностью по внезапным выбросам нет непосредственной связи. Так, угольные пласты с давлением газа 2,5—3 МПа не давали внезап­ных выбросов, тогда как на пластах с давлением газа 0,2—0,3 МПа выбросы происходили.

В подавляющем большинстве случаев развитие внезапных вы­бросов связано с непосредственным механическим воздействием на полезное ископаемое или породу: производством взрывных ра­бот, воздействием на забой добычного механизма или инструмента. При этом с увеличением степени воздействия опасность выброса возрастает. Обычно выбросы происходят через несколько секунд после динамического воздействия на забой. Однако случаются и «запоздалые» выбросы, происходящие через более длительные про­межутки времени после динамического воздействия — от несколь­ких минут до нескольких часов. В отдельных случаях выбросы про­исходят и при отсутствии работ в забое или даже при длительной его остановке.

Относительно причин и вероятного механизма внезапных вы­бросов высказывались различные точки зрения. Крайние из них состоят в том, что одни исследователи приписывают главенствую­щую роль газовому фактору (давлению газов, заключенных в порах выбросоопасных пород), другие — напряженному состоянию.

В результате обобщения обширных наблюдений за внезапными выбросами в различных горно-геологических условиях, а также про­ведения экспериментальных и теоретических исследований В.В. Ходот выдвинул, обосновал и развил энергетическую теорию внезап­ных выбросов, получившую широкое признание специалистов.

Согласно этой теории внезапный выброс является следствием скачкообразного изменения напряженного состояния участка массива полезного ископаемого или вмещающей горной породы. Такое изме­нение может произойти в результате действия различных факторов:

• взрывной отбойки;

• сотрясательного взрывания;

• механического внедрения в массив рабочего органа;

• подхода выработки к тектоническому нарушению;

• вскрытия забоем выработки пласта или слоя, резко отличного по своим деформационным и прочностным характеристикам;

• динамической нагрузки в призабойной части массива в связи с обрушением зависших горных пород и пр.

Выброс начинается с частичного разрушения и растрескивания участка массива. Поскольку полезное ископаемое или порода насыще­ны газом, находящимся под давлением, из трещин, развивающихся при частичном разрушении, происходит быстрое выделение газа. Уст­ремляясь в сторону пониженного давления и расширяясь, газ увеличи­вает разрушение участка массива и развитие трещин. В свою очередь этот процесс способствует десорбции газа из макро- и микропор.

По В.В. Ходоту, в процессе внезапного выброса угля (пород) и газа может быть выделено три фазы развития:

а) начальное разрушение угля в призабойной зоне при внедре­нии горной выработки в неоднородный по прочностным свойствампласт, при внезапном вскрытии пласта или при входе в зону геологического нарушения.

Это начальное разрушение является следствием внезапного уве­личения градиента напряжений;

б) увеличение площади приложения давления газа на разрушающийся уголь (выход газа из микропор в трещины и пустоты расслоения) и начальный отброс угля;

в) усиление десорбции газа в процессе дробления угля, расши­рение газа и вынос измельченного угля в выработку в потоке газа.

Процесс внезапного выброса связан как с изменением напря­женно-деформированного состояния, т. е. с переходом потен­циальной упругой энергии сжатия горных пород, находящихся в условиях предельного напряженного состояния, в кинетическую энергию хрупкого разрушения, так и с дробящим и метательным действием расширяющихся газов, насыщавших под давлением раз­рушаемый участок массива.

Вместе с тем, как показал А.Э. Петросян, на выбросоопасность влияет не только давление газа, но и количество свободного газа, находящегося под этим давлением.

В процессе выброса давление расширяющегося газа резко воз­растает и отбрасывает разрушенную и измельченную массу породы (угля, соли и пр.) в выработку. В наклонных выработках отброс разрушенной массы усиливается благодаря дополнительному дей­ствию ее собственного веса.

Дата добавления: 2014-12-07