Горные удары как одна из самых опасных причин аварий на угольных выработках

Процесс, при котором осуществляется хрупкое обрушение напряженной структуры пласта, контактирующего непосредственно с угольной выработкой, называется горным ударом. Он возникает в результате преобразования потенциальной энергии внутри угольного массива (очаг горного удара) в кинетическую. Это сопряжено, как правило, с обильными выбросами угля, руды, соли и других твердых пород, их обрушением, сильными звуковыми колебаниями и образованием ударной волны. При этих процессах происходит динамическое неравномерное перераспределение горного давления, что является прямой угрозой для серьезных аварий. Они могут возникнуть в результате ослабления и разрушения крепи, а также опасного перемещения горного и вспомогательного оборудования. Горная порода, заполняющая горные выработки, влияет на функционирование вентиляционной системы. Она нарушается, в результате чего в пустотах накапливаются опасные горючие газы.

Внешние признаки, предшествующие опасным авариям, проявляются в следующем: выброс твердых пород, формирование воздушной волны и пыли, резкие шумовые колебания, а также повышенное газовое выделение. Горные удары, как правило, происходят на больших территориях и могут иметь необратимые последствия огромной разрушительной силы, в том числе с человеческими жертвами. Они возникают по причине разного горного давления на отдельных участках пласта, особенно в очистных выработках. По краям очистного забоя напряжение становится слабее, ближе к центру оно увеличивается. Именно поэтому возникает некое силовое поле, которое выдавливает горные породы. Горные удары имеет свою классификацию: миниудары, периодические движения (толчки), так называемые стреляния и непосредственно удары.

Миниудары или микроудары, как правило, сопряжены с колебанием горного пласта и формированием пыльного слоя. Ущерб от них практически не ощущается.

Толчок может обладать уже некоторыми разрушительными свойствами. Он сопровождается давлением на пласты, но без их разрушения. При стрелянии начинается процесс разлома пород и отскакивания от основной части отдельных кусков. При этом появляются своеобразные звуковые потрескивания и щелчки.

В зависимости от активности горных ударов горные пласты подразделяются на опасные и угрожаемые. На определенных глубинах угрожаемые массивы переходят в ранг опасных.

Для того, чтобы оценить степень опасности подобных производственных объектов необходимо пробурить пластовый слой и проанализировать количество мелких твердых остатков. Чем больше их количество, тем выше опасность. Существуют определенные нормативы, при которых объекты становятся особенно удароопасными. Также, если при бурении крупные фракции, свыше 2-3 мм, попадаются реже, то вероятность горных ударов на эксплуатируемом участке соответственно увеличивается.

Для того, чтобы деятельность на шахтовых объектах была безопасной с точки зрения возникновения горных ударов, необходимо проведение комплекса предупреждающих мероприятий:

• снижение напряженности угольного пласта посредством отработки горных массивов, менее подверженных к выбросам (опережающая отработка);
• формирования защитных зон посредством уменьшения опасности горных ударов в призабойной части пласта;
• технологическая упорядоченность подготовки и отработки массивов.

При отработке свит пластов изначально осуществляется изъятие наименее опасного защитного угольного слоя. В случае удароопасности всего свита выемка начинается с пласта, который более защищен. Необходимо помнить, что защитный эффект продолжается ограниченное время. Граница этих зон зависит от глубины и объема извлекаемого угольного пласта.

Если опережающая отработка защитных пластов невозможна или не имеет смысла, то формируется защитная зона. Ее площадь коррелируется с объемом извлекаемых пород и составляет приблизительно 2-8 м. Существуют несколько методов создания подобных зон: бурение, нагнетание жидкости и подземные камуфлетные взрывы.

Когда проводятся очистные работы, то процесс бурения осуществляется двумя способами: параллельно забою из подготовительной зоны выработки или непосредственно от самого очистного забоя. В зонах подготовительного забоя, а также на площадях, где проводится капитальная разработка угольного пласта, бурение направлено как по ходу выработки, так и по ее краям. Разгрузочные скважины расположены друг от друга на расстоянии, которое устанавливается в зависимости от следующих показателей: степень опасности горных ударов, размер скважины (диаметр) и производительность угольного пласта (мощность).

Подземные камуфлетные взрывы используют при относительно небольших размерах скважин до 10м. В них не более, чем на 50% закладываются взрывчатые вещества, а оставшуюся емкость добирают забойным материалом. В зависимости от качества заряда, забойного материла и прогнозов удароопасности, варьируется количество скважин и расстояние между ними (от 0,8 м до 1,5м). Жидкость для увлажнения угольных массивов формируется за счет режима фильтрации через пробуренные скважины или непосредственно по пласту. Длина подобных скважин составляет 10-15 м, а объем воды зависит от количества обрабатываемого пласта, но не более 25-30 м на 1 тонну.

При проектировании новых шахт, или модернизации старых, в обязательном порядке необходимо предусмотреть комплекс мероприятий по их безопасной эксплуатации с точки зрения удароопасности. Для этого объекты должны пройти соответствующую экспертизу в порядке, установленным Ростехнадзором РФ. В проекте должен быть выделен специальный раздел, предусматривающий решения технического и организационного характера по предупреждению и ликвидации последствий горных ударов.

В случае возникновения серьезных предпосылок, связанных с повышенной удароопасностью, необходимо в срочном порядке эвакуировать весь персонал выработки, в том числе инженерно-технический и полностью отключить электрическую энергию. Возобновление работ возможно только после устранения всех угроз, выполнении мероприятий по обеспечению промышленной безопасности и письменного приказа, исходящего от высшего руководства шахты.