Внезапный выброс угля и газа¶

Внезапный выброс угля и газа — это быстротечное, взрывоподобное разрушение призабойной части угольного пласта с выносом в горную выработку значительного объёма угля (штыба) и газа, преимущественно метана. Явление относится к классу газодинамических явлений и представляет собой одну из наиболее серьёзных угроз при подземной разработке угольных месторождений.

¶Сущность явления

Внезапный выброс происходит практически мгновенно (длительность процесса обычно составляет от нескольких секунд до десятков секунд). В результате из массива в выработку выбрасывается от нескольких тонн до нескольких тысяч тонн угля и от сотен кубометров до сотен тысяч кубометров газа. Механизм явления связывают с сочетанием трёх основных факторов: высокого горного давления, значительного газового давления в порах и трещинах пласта и низкой прочности угля. При вскрытии зоны с критическим напряжённым состоянием происходит лавинообразное разрушение угля, сопровождающееся его дегазацией и выносом обломков газовым потоком.

¶История изучения

Первые достоверные сообщения о внезапных выбросах относятся к XIX веку: в 1834 году выброс произошёл на шахте во французском бассейне Ля-Ком, в 1847 году — в России на шахте в Донецком бассейне. Систематическое изучение явления началось в СССР в 1930–1950-х годах. Значительный вклад в понимание механики выбросов внесли советские учёные С. А. Христианович, В. В. Ходот, И. В. Бобров. В 1953 году в СССР была создана первая служба прогноза и предотвращения внезапных выбросов, а в 1960-х годах разработаны нормативные документы, регламентирующие ведение горных работ в выбросоопасных зонах.

¶Распространённость и условия возникновения

Внезапные выбросы зафиксированы в угольных бассейнах России (Кузбасс, Воркута, Сахалин), Украины (Донбасс), Китая, Польши, Чехии, Австралии, Турции и других стран. Наиболее подвержены выбросам пласты на глубинах свыше 300–400 метров, однако известны случаи выбросов и на меньших глубинах при наличии тектонических нарушений. К выбросоопасным относят пласты с газоносностью более 10–15 м³/т, прочностью угля менее 0,8–1,0 МПа и высокой степенью метаморфизма (антрациты и тощие угли).

¶Прогноз и меры предотвращения

¶Прогноз выбросоопасности

Прогноз подразделяется на региональный (оценка опасности пласта в целом) и локальный (оценка конкретных участков). Локальный прогноз осуществляется по выходу буровой мелочи, скорости бурения, газовыделению из скважин, акустическим и геофизическим методам. На основе прогноза участки пласта относятся к выбросоопасным или неопасным.

¶Защитные мероприятия

Основные меры борьбы с выбросами включают:

• Дегазацию — заблаговременное извлечение метана из пласта через скважины, пробурённые с поверхности или из горных выработок;
• Гидрорыхление — нагнетание воды в пласт под высоким давлением для снижения газоносности и повышения пластичности угля;
• Опережающую отработку защитных пластов — разработку менее опасных пластов для снятия напряжений в вышележащих или нижележащих выбросоопасных пластах;
• Бурение опережающих скважин для дегазации и разгрузки призабойной зоны;
• Взрывное торпедирование — искусственное провоцирование выброса в безопасном режиме.

¶Крупнейшие аварии

Внезапные выбросы нередко сопровождаются взрывами метана и человеческими жертвами. К числу крупнейших относятся авария на шахте «Ульяновская» в Кемеровской области (2007 год, 110 погибших), вызванная внезапным выбросом с последующим взрывом, и серия выбросов на шахтах Китая, где ежегодно фиксируются десятки подобных инцидентов. В России за последние десятилетия количество выбросов значительно снизилось благодаря совершенствованию методов прогноза и профилактики.

¶Значение для промышленности

Внезапные выбросы наряду с горными ударами ограничивают глубину и интенсивность подземной добычи угля. Борьба с ними требует значительных затрат на дегазацию и специальные способы вскрытия пластов. Одновременно извлекаемый при дегазации метан используется как энергоноситель, что частично компенсирует расходы. Изучение механики выбросов имеет значение также для безопасности при разработке калийных и других рудных месторождений, где возможны аналогичные газодинамические явления.