Виды выделения метана в шахтах

В горных выработках метан выделяется с обнаженных поверхностей угольных пластов, из отбитого угля, выработанного пространства и в небольших количествах с обнаженных поверхностей пород. Различают обыкновенное, суфлярное и внезапное (внезапный выброс) выделения метана с обнаженных поверхностей угля. Обыкновенное выделение метана происходит с обнаженных поверхностей угольного массива через мелкие (невидимые) трещины. Оно тем больше, чем выше газоносность и газопроницаемость угля и газовое давление. В первый период после вскрытия пласта выделение метана происходит весьма интенсивно (5—50 л/мин с 1 м2 обнаженной поверхности пласта). Затем интенсивность выделения метана быстро уменьшается и через 6— 12 мес оно практически прекращается. Выделение метана с обнаженной поверхности пласта зависит также от производственных процессов, изменяющих условия дегазации массива. Например, при отбойке угля и бурении скважин возможно значительное выделение метана вследствие быстрого обнажения почти недегази- рованных участков пласта. Поэтому Правила безопасности требуют, чтобы на участках с абсолютной метанообильностыо 3 м3/мин и более, а также в условиях пластов, опасных по внезапным выбросам и суфлярным выделениям метана (т. е. в условиях, когда обнажение малодегазированных участков пласта может привести к значительному увеличению выделения метана), в очистных выработках у комбайнов и врубовых машин должен осуществляться автоматический контроль содержания метана. При обнаружении у комбайнов, врубовых машин и буровых станков концентрации метана 2 % и более необходимо прекратить работу машин и подачу напряжения на питающий электрический кабель. Возобновление работы машин допускается лишь после снижения концентрации метана до 1 %. Значительно увеличивается выделение метана при отбойке угля взрывным способом вследствие быстрого обнажения и дробления малодегазированиого массива угля. При использовании отбойных молотков заметного повышения выделения метана не наблюдается.     

Суфлярным называется выделение метана из крупных (видимых) трещин и пустот в горном массиве. Дебит их может дости гать десятков тысяч кубометров в сутки, а продолжительность действия — нескольких лет. Они представляют опасность вследствие неожиданности их проявления и являются причиной образования слоевых скоплений в выработках. Суфлярные выделения могут быть природного и эксплуатационного происхождения. Природные суфляры встречаются в зонах геологических нарушений пликативного и дизъюнктивного характера. В зонах пликативных нарушений продолжительность действия суфляров больше, а де-бит меньше, чем в зонах дизъюнктивных нарушений. Они наблюдаются при первом обрушении основной кровли. Для борьбы с суфлярами осуществляется предварительная дегазация массива (путем применения передового бурения, опережающей отработки защитных пластов, соответствующего способа управления кровлей), увеличивается количество воздуха, подаваемое в опасные по суфлярным выделениям выработки, производится каптирование газа. При каптировании газа у устья суфляра сооружается герметичный киоск (из кирпича или бутового камня), из которого газ по трубопроводу отводится или в общую исходящую струю крыла (шахты), или на поверхность. При внезапном выбросе из угольного пласта в выработку за короткий промежуток времени выделяется большое количество газа и выбрасывается значительное количество угольной (иногда и породной) мелочи. В пласте при этом образуются пустоты различной формы (рис. 2.2), а выработка заполняется угольной мелочью и газом на десятки и сотни метров от забоя. Количество метана, выделяющееся при выбросе, может достигать 50 тыс. м3 и более, а количество горной массы— 15 тыс. т. В нашей стране наиболее опасны по внезапным выбросам угольные пласты в Донбассе, где происходит свыше 85 % всех выбросов (в 1973 г. на шахте им. Ю. А. Гагарина при выбросе выделилось до 180 тыс. м3 метана и было вынесено в выработку до 14 тыс. т угля). Примерно такой же объем газа был зафиксирован при внезапном выбросе на шахте «Северная» в Печорском бассейне, а на шахте «Коксовая» в Кузбассе было выброшено свыше 60 тыс. м3 газа. Количество выброшенной породы на шахтах СССР достигает 50 м3 (Воркута). Внезапные выбросы угля и метана наблюдаются на Урале, в Кузнец-ком, Карагандинском и Печорском бассейнах. Внезапные выбросы обычно происходят при вскрытии опасных пластов и пересечении зон геологических на рушений. В самом пласте выбросы угля и газа приурочены чаще к участкам пласта или пачкам угля, имеющим пониженную прочность и слабый контакт с вмещающими породами. Опасность выбросов увеличивается с повышением газоносности пластов, т. е. с увеличением глубины горных работ. Внезапным выбросам обычно предшествуют следующие признаки: удары, толчки, гул в массиве угля, осыпание забоя, отскакивание кусочков угля, выжимание угля, повышение выделения метана. Развитию внезапных выбросов способствуют сотрясения, вызываемые работой ударных инструментов, взрывные работы, появление зон концентрации напряжений (в острых углах и уступах). Внезапные выбросы, как правило, под действием горного давления вызывают разрушения больших участков пласта, прилегающих к плоскостям обнажений При этом происходит быстрое перемещение зоны опорного давления в глубь массива. Участки пласта, ранее находившиеся за пределами зоны опорного давления (и вследствие этого почти недегазированные), разгружаются от давления и разрушаются, в результате чего сорбированный углем газ быстро переходит в свободное состояние и интенсивно выделяется в выработку. При больших значениях газоносности и газового давления освобождающаяся в процессе десорбции энергия газа и потенциальная энергия состояния пласта на рассматриваемом участке могут вызвать дробление угольного массива и вынос в выработку значительного количества угля. При движении угля в направлении действия силы тяжести в верти-кальных пустотах последняя способствует развитию выброса. Таким образом, основными факторами, влияющими на возникновение внезапного выброса, являются горное давление, энергия заключенного в угле газа, физико-механические свойства угольного пласта. Близки к внезапным выбросам по своему характеру газовыделения, связанные с внезапным выдавливанием угля из забоя и с его высыпанием. Однако их интенсивность и опасность во много раз меньше, чем внезапных выбросов. Газовыделение из отбитого угля наблюдается в основном при его отделении от массива и погрузке. Вследствие того, что отбивается, как правило, уже значительно дегазированный уголь, его газоносность небольшая. Это обстоятельство и относительно небольшая крупность кусков угля обусловливают быстрое затухание газовыделения. Газовыделение при транспортировании угля невелико. По истечении 10—12 ч газовыделение из отбитого угля практически прекращается. Остаточная газоносность (некоторое невы- делившееся количество газа) для большинства углей находится в пределах 2—5 м3/т. Однако в условиях сплошной конвейеризации шахт следует ожидать увеличения газовыделения из отбитого угля на свежих струях из-за большого пути транспортирования. Из выработанного пространства метан выделяется в призабойное пространство очистных забоев, вентиляционные штреки лав и в выработки, находящиеся за пределами участков, при их примыкании к выработанному пространству. Основные источники выделения метана в выработанное пространство — соседние угольные пласты (называемые сближенными, или пластами- спутниками), иногда породы кровли, оставляемый в выработанном пространстве уголь, околоштрековые целики. При отработке угольного пласта близзалегающие угольные пласты частично