Введение к работе
Актуальность работы. С увеличением глубины разработки угольных месторождений закономерно возрастает природная газоносность угольных пластов, повышается напряженное состояние уг-левмешающего массива, увеличивается выбросоопасность и газодинамическая активность угольных пластов. Опасность и проявление газодинамической активности угольных пластов в призабойной зоне горных выработок в виде внезапных выбросов угля и газа или других газодинамических явлений отрицательно сказываются на технико-экономических показателях работы шахты, приводят к повышению уровня производственного травматизма в его наиболее тяжелых формах, а часто к катастрофическим последствиям для горных выработок и околостволовых наземных сооружений.
Для инженерного решения проблемы внезапных выбросов угля и газа существенное значение имеют разработка метода регионального прогноза выбросоопасности угольных пластов и научно обоснованное определение критической по внезапным выбросам глубины ведения горных работ. Зависимость глубины появления внезапных выбросов от геологичесюгх условий формирования самостоятельных структурно-тектонических элементов шахтного поля или месторождения указывает на актуальность исследований по дифференциации критической выбросоопасной глубины разработки угольных пластов по геологоразведочным данным. Результаты таких исследований позволят на стадии проектирования новых шахт и горизонтов предусмотреть необходимый комплекс противовыбросных мероприятий по безопасной и эффективной отработке угольных пластов ниже критической выбросоопасной глубины и своевременно начать его применение.
Диссертация отражает результаты исследований, выполненных автором в период 1985-1997 гг. в Государственном Восточном научно-исследовательском институте по безопасности работ в горной промышленности в соответствии с планами НИР института по научно-технической программе 0.05.05 "Создать и внедрить методы н средства прогноза, предотвращения внезапных выбросов угля, поро-
ды и газа, горных ударов, взрывов газа и пыли в угольных шахтах", предусмотренной постановлением ГКНТ СССР № 555 от 30.10.85.
Цель диссертационной работы - разработка метода регионального прогноза выбросоопасности самостоятельных структурно-тектонических элементов угольных пластов Кузбасса по материалам геологоразведочных работ.
Идея работы состоит в комплексном использовании установленных закономерностей распределения выбросоопасных зон в пределах шахтопластов и региональных информативных геологических показ'ателей для прогноза критической глубины появления внезапных выбросов угля и газа при разработке угольных пластов.
Задачи исследований:
-
Изучить закономерность распределения газодинамических зон по площади угольных пластов и оценить вероятности их подсече-ния существующей сетью геологоразведочных скважин.
-
Выявить информативные показатели выбросоопасности угольных пластов и установить их влияние на выбросоопасность.
-
Установить взаимосвязь информативных региональных показа гелей выбросоопасности с верхней границей появления внезапных выбросов угля и газа.
-
Разработать и внедрить метод оценки потенциальной выбросоопасности угольных пластов Кузбасса, при этом для шахт с недостаточной сетью газового опробования выявить глубину залегания поверхности метановой зоны (ПМЗ) косвенным методом.
Методы и объекты исследований. При выполнении работы ис-нолькшаны теоретический и эмпирический методы исследований, включающие анализ и научное обобщение опыта решения проблемы инешпных выбросе угля п газа, интерпретацию результатов прогноза выбросоопасности из горных выработок и статистическую обработку результатов геологоразведочных работ.
Обьектами исследований служили выбросоонасные учасіки уюльных пластов, выявленные текущим прогнозом при проведении пилююнигельных выработок и прогнозом выбросоопасности в месте вскрыши пласта, а также газодинамические явления, зарегистрированные и юрных выработках шахт Кузбасса.
Новые научные положения, защищаемые в диссертации и разработанные лично соискателем:
-
Внезапные выбросы угля и газа распределены зонально, вы-бросоопасные зоны угольных пластов имеют линейно-вытянутые формы различных размеров, и зоны единичных выбросов не подсекаются существующей сетью геологоразведочных скважин.
-
Выбросоопасность угольных пластов Кузбасса определяется региональными геологическими показателями, характеризующими изменчивость природной газоносности угольных пластов и напряженное состояние массива горных пород.
-
Глубина, на которой формируются выбросоопасные условия, определяется степенью метаморфизма угля, мощностью зоны газового выветривания, градиентом метаноносности и скоростью современных движений земной поверхности. Л
-
Региональный метод прогноза выбросоопасности угольных пластов из-за низкой вероятности подсечения выбросоопасных зон существующей сетью геологоразведочных скважин предполагает оценку только критической по внезапным выбросам глубины.
Научная новизна работы:
установлено, что размеры выбросоопасных зон определяются региональными геологическими показателями и имеют линейно-вытянутые, близкие к эллипсу, формы с размерами малой оси от 75 до 250 м и большой оси от 250 до 1250 м;
выявлены региональные показатели выбросоопасности, из которых наиболее информативными являются выход летучих веществ, мощность зоны газового выветривания, градиент метаноносности и скорость современных вертикальных движений земной коры;
установлены уравнения взаимосвязи верхней границы проявления внезапных выбросов с информативными показателями выбросоопасности угольных пластов;
разработан метод оценки потенциальной выбросоопасности угольных пластов, позволяющий определить критическую выбросо-опасную глубину разработки самостоятельного, структурно-тектонического участка угольного пласта.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, базируется на статистической оораСхпк
большого числа геологоразведочных данных, характеризующих вы-бросоопасные и неопасные; зоны, и подтверждается соответствием прогнозных оценок критических глубин появления внезапных выбросов угля и газа фактической газодинамической активности угольных пластов.
Научное значение работы состоит в установлении закономерности распределения внезапных выбросов по площади и глубине залегания угольных пластов в зависимости от совокупности геологических показателей, позволяющей разработать метод регионального прогноза глубины залегания потенциально выбросоопасных зон в каждом месторождении.
Практическая ценность работы заключается в разработке метода оценки потенциальной выбросоопасности угольных пластов с глубиной по геологоразведочным данным, позволяющего на этапах проектирования и ведения горных работ предусмотреть необходимый комплекс противовыбросных мероприятий по созданию условий безопасной и эффективной отработки угольных пластов.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные положения диссертационной работы включены в «Методику оценки выбросоопасности угольных пластов с глубиной на разведуемых участках но геологоразведочным данным» (г. Кемерово, 1989 г.), в "Инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по инезапным выбросам угля, породы и газа", утвержденную Минуг-лепромом СССР и Госгортехнадзором СССР 18.04.89. и используются с 1990 года в совместных ежегодных приказах Управления Кузнецкого округа Госгортехнадзора РФ и производственных объединений Кузбасса «Об утверждении перечня и по порядка отработки выбросоопасных и угрожаегчх пластов».
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на VI Всесоюзном совещании "Управление вентиляцией и газодинамическими явлениями в шахтах" (г. Новосибирск, 1984 г.), на научно-практической конференции "Беюпасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах" (г. Кемерово, 1994 г.), на Российской іш'нюй конференции, посвященной 50-летию Томской области и 90-.ІСТИІО экономического оириювашм в Томском политехническом унинерешете (г. Томск, 1994 г.), на Международном симпозиуме по
горным ударам и внезапным выбросам в шахтах (г. Санкт-Петербург, 1994 г.), на Международном симпозиуме-семинаре по управлению и контролю за высоким газовыделением и внезапными выбросами угля и газа на угольных шахтах (г. Воллонгонг, Австралия, 1995 г.), на Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды» (г. Томск, 1995 г.), на III Между-, народной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (г. Кемерово, 1997 г.), на научном семинаре «Проблемы освоения Ерунаковского геолого-экономического района Кузбасса» (г. Кемерово, 1997 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, в том числе одна монография.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, содержит 144 страниц машинописного текста, 27 рисунков, 25 таблиц, список использованной литературы из 97 наименований и 3 приложения.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность за неизменную творческую поддержку В.Н. Пузыреву, В.И. Мурашеву и О.И. Чернову.