Введение к работе
Актуальность работы определяется современным состоянием вопросов регионального прогнозирования газодинамических явлений на угольных шахтах Кузбасса. Наиболее типичные газодинамические явления в горных выработках шахт - это внезапные выбросы угля и газа, внезапные выдавливания угля, внезапные обрушения (высыпания) угля, суфляры, горные удары и внезапные разрушения почвы. Эти явления, как правило, сопровождаются повышенным газовыделением в выработанное пространство, что вызывает различного рода осложнения в ведении горных работ. За последние 10 лет в шахтах Кузбасса произошло более 100 газодинамических явлений, многие из которых вследствие повышенного выделения метана в горные выработки имели катастрофические последствия.
Практика ведения горных работ показала, что все газодинамические явления происходят в определенных зонах и на различной глубине от поверхности, которая изменяется от 140 до 350 м. Однако действующие нормативные документы позволяют оценить только критическую глубину появления горных ударов или внезапных выбросов угля и газа. Опыт применения этих документов указывает на необходимость создания метода регионального прогноза минимальной глубины появления газодинамических івлений по данным геологоразведочных работ. Результаты такого прогноза тозволят на стадии проектирования горных работ, кроме вентиляции, пре-гусмотреть наиболее эффективные региональные способы борьбы с высо-шми газопритоками. Разработка метода прогноза критической глубины проявления газодинамических явлений, сопровождающихся повышешшми шделениями метана в горные выработки, является задачей особенно акту-
алыюй в связи с переходом на экономические методы управления производством, что предусматривает внедрение высокопроизводительной техники добычи угля и повышение безопасности труда шахтеров. Известно, чтс ритмичная и эффективная работа шахт будет зависеть от точности изучения горно-геологических условий разработки пластов, включая достоверность прогноза природной газоносности угольных пластов и газодинамической активности горного массива.
Цель работы. Обоснование и разработка метода регионального прогноза газодинамической активности горного массива, позволяющего повысить эффективность борьбы с опасными газопроявлениями в горных выра ботках угольных шахт.
Основная идея работы заключается в использовании установленноі закономерности распределения опасных газопроявлений в горных выра ботках и геологических показателей газодинамической активности для ре гионалыюго прогноза минимальной глубины залегания источников газової опасности.
Методы исследований. При выполнении работы использованы теоре тический и эмпирический методы исследований.
Теоретический метод включает: научное обобщение и анализ теоре тических исследований по изучению природы и механизма различных та нов газодинамических явлений, выдвижение научной гипотезы формиро вания источников газовой опасности, обоснование возможности исиользо вания результатов геологоразведочных работ для регионального прогноз опасных проявлений.
Эмпирический метод включает: выдвижение статической гипотезь выбор и описание объектов исследований, статистическую обработку гее логоразведочных данных, анализ проявлений газодинамической активне ста угольных пластов.
Задачи исследований:
обосновать гипотезу образования в углевмещающем массиве зон га-юдинамической опасности;
изучить горно-геологические условия разработки угольных пластов и (ыявить региональные информативные показатели зон газодинамической наивности;
установить закономерности разграничения зон повышенной газоди-гамической активности углевмещающего массива;
разработать метод прогноза газодинамической активности углевме-цающего массива и апробировать его на шахтах Ленинского геолого-кономического района.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Тектонические процессы в массиве влияют на условия миграции гетана к поверхности, формируют источники газовой опасности и отражайся на вертикальных движениях земной поверхности.
-
Газодинамические явления, сопровождаемые повышенными газо-роявлениями, отмечаются при внедрении горных выработок в зоны угле-осного массива аномально высокой газонасыщенности.
-
Минимальная глубина проявления газодинамической активности ри разработке угольных пластов в Кузбассе закономерно изменяется от 40 до 350 м и уменьшается при неблагоприятных условиях миграции мета к поверхности.
Научная новизна:
установлено, что тектонические процессы на определенной глубине ормируют зоны аномально высоких тектонических напряжений и газона-лщенности, газовой характеристикой которых являются высокая газо-эсность угольных пластов, мощность зоны газового выветривания и гра-гент нарастания метаноносности;
выявлено, что наиболее существенными региональными характеристиками зон газодинамической активности угольного массива являются мощность зоны газового выветривания, градиент нарастания метаноносно-сти, скорость вертикальных тектонических движений земной поверхности и степень метаморфизма угля;
получена статистическая зависимость минимальной глубины проявления газодинамической активности от выявленных информативных геолого-газовых показателей;
разработан новый метод оценки минимальной глубины появления газодинамической активности, позволяющий без проведения дополнительных исследований произвести региональный прогноз опасных газопроявлений.
Личный вклад автора состоит:
в обосновании гипотезы формирования зон газодинамической опасности угольных пластов на шахтах Кузбасса;
в установлении закономерности распределения метана на разрабатываемых угольных пластах;
в установлении закономерности изменения минимальной критической глубины проявления внезапных газопроявлений и в разработке методики оценки критической глубины опасных газопроявлений;
в изучении геолого-газовых показателей, в установлении критическоі глубины и в разработке рекомендаций по борьбе с опасными газопроявле ниями на шахтах Ленинского района.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов і рекомендаций, сформулированных в диссертации, обосновывается и под тверждается:
применением теоретического и эмпирического методов исследова най, включающих анализ и научное обобщение, обработку геолого
маркшейдерской информации методами математической статистики и распознавания образов;
соответствием прогнозной глубины появления газодинамической активности угольных пластов фактической в условиях шахт Ленинского района.
Научное значимость работы состоит в установлении закономерности распределения опасных газопроявлений, что может быть использовано при обосновании единой тектонофизической природы газодинамических явлений.
Практическая значимость работы заключена в разработке метода регионального прогноза опасных газопроявлений на угольных пластах Кузбасса, который позволяет по результатам геологоразведочных работ оценить критическую глубину проявления газодинамических явлений, что необходимо для планирования мероприятий по созданию условий для эффективной и безопасной разработки газоносных угольных пластов.
Реализация работы. Разработанный в процессе исследований метод регионального прогноза опасных газопроявлений на угольных пластах Кузбасса включен в «Руководство по предупреждению внезапных загази-рованнй выемочных участков при прорывах и экстремальных выделениях метана», которое утверждено Кузнецким управлением Госгортехнадзора России и рекомендовано к внедрению Кузбасской секцией Комиссии по эорьбе с внезапными выбросами угля и газа на угольных шахтах России.
Апробация работы. Основные положения работы, а также ее отдельные результаты докладывались на научном семинаре ВостНИИ «Борьба с газодинамическими явлениями и дегазация угольных пластов» (1999, 2000 т.), на Международной конференции «Проблемы безопасности и совер-ценствования горных работ (Мельниковские чтения)» (Москва- Санкт-Пе-гербург, 1999 г.), на конференции, посвященной 70-летию со дня рождения
Е.А. Бобер (КузГТУ, 1999 г.), на Научно-практической конференции « НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2000» (МГТУ, 2000 г.) и на Межвузовской научно-практической конференции (КузГТУ, 2000 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в монографии, учебном пособии, в пяти научных статьях и в практическом руководстве.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов и заключения, изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 19 рисунков, список использоваїшой литературы из 80 наименований.
