Фракция выброса в горном деле¶
Фракция выброса — это условная гранулометрическая (песчаная) фракция горной породы, выделяемая при анализе массива на подверженность горным ударам. Размер частиц этой фракции составляет 0,5—1,0 мм. Фракция выброса определяется лабораторным просеиванием измельчённой пробы породы и используется как один из ключевых показателей при оценке опасности внезапных выбросов угля и породы на шахтах.
¶Суть понятия
При разрушении горного массива под действием высоких напряжений происходит самопроизвольное дробление породы на частицы разного размера. Чем интенсивнее процесс выбросоопасного разрушения, тем больше доля мелких фракций. Песчаная фракция 0,5—1,0 мм формируется преимущественно при хрупком динамическом разрушении, поэтому её содержание в пробе служит индикативным признаком склонности породы к выбросам.
В России методика определения фракции выброса разработана в Институте геофизики имени А. А. Скочинского и применяется в соответствии с «Инструкцией по предупреждению внезапных выбросов угля, породы и газа» — нормативным документом, регламентирующим работы по оценке и предотвращению выбросов на угольных шахтах.
¶Методика определения
Определение фракции выброса выполняется в следующей последовательности:
- Отбирается проба породы (обычно из бурокрекерных шламов или керна, полученного при бурении разведочных скважин в забое выработки).
- Проба высушивается и измельчается до состояния, при котором частицы разделяются.
- Проводится просеивание через набор стандартных сит.
- Взвешивается остаток на сите с отверстиями 0,5 мм и проход через сито 1,0 мм — именно эта доля составляет фракцию выброса.
- Содержание фракции выражается в процентах от массы пробы.
Показатель сопоставляется с пороговыми значениями, принятыми в отраслевой инструкции. Повышенное содержание песчаной фракции (как правило, свыше 30—40 %, хотя конкретные критерии зависят от условий и уточняются по региону) является одним из оснований для отнесения выработки к выбросоопасной.
¶Роль в оценке выбросоопасности
Фракция выброса не используется изолированно — она входит в комплекс показателей, применяемых для характеристики выбросоопасности пласта. К ним относятся:
- Газопородная эффективность — отношение массы породы к объёму газа, выделившегося при дегазации пробы.
- Газопородный коэффициент — отношение объёма газа к массе породы.
- Показатели дегазации — скорость и интенсивность выделения газа из пробы.
- Коэффициент хрупкости — характеристика склонности породы к динамическому разрушению.
- Плотность породы и её газонасыщенность.
Фракция выброса дополняет эти показатели, позволяя оценить механическую сторону процесса — насколько интенсивно порода дробится при разрушении. Комплексная оценка по нескольким параметрам повышает достоверность прогноза, поскольку любой единичный показатель может давать ложные срабатывания.
¶Применение на практике
Результаты определения фракции выброса используются при:
- Проведении разведочных работ — оценке выбросоопасности пласта перед началом подготовки к выемке.
- Классификации выработок — отнесении горных выработок к выбросоопасным и безвыбросоопасным.
- Выборе способов борьбы с выбросами — определении необходимости проведения предупредительных мероприятий: дегазации, гидроразрыва, обводнения пласта, дренажных бурений.
- Контроле эффективности мероприятий — оценке результатов дегазации и ослабления массива.
В угольных бассейнах России — Кузнецком, Печорском, Донецком, Южно-Якутском — определение фракции выброса является обязательной процедурой при подготовке к ведению горных работ в выбросоопасных условиях.
¶Ограничения метода
Фракция выброса, как и другие лабораторные показатели, имеет ограничения. Лабораторное разрушение пробы не полностью воспроизводит условия массива: реальный выброс сопровождается газодинамическими процессами, протекающими под воздействием газового давления и горного давления, которые в лаборатории воспроизвести невозможно. Поэтому метод применяется только в комплексе с другими показателями и с учётом геологических условий — глубины заложения, тектонической нарушенности, газопородности пласта.
¶Историческая справка
Предпосылкой к введению показателя стали работы советских учёных по изучению природы внезапных выбросов угля и породы, начатые в 1930—1940-е годы на шахтах Донбасса и Кузбасса. Систематизация лабораторных методов оценки выбросоопасности проводилась Институтом геофизики имени А. А. Скочинского, Институтом горного дела и другими научными организациями отрасли. Фракция выброса вошла в отраслевую инструкцию как один из стандартизированных показателей и с тех пор применяется при геологоразведочных и проектных работах на выбросоопасных шахтах.