Геологическая энциклопедия - внезапный выброс

(a. sudden outburst; н. plotzlicher Ausbruch; ф. degagement instantane; и. desprendimiento instantaneo, irrupcion instantanea) самопроизвольный выброс газа, твёрдого п. и. (уголь, соль) или вмещающей породы в подземную горн. выработку из забоя или призабойной зоны массива; продолжительность B. в. до неск. секунд. Первый B. в. (угля и газа) зарегистрирован в 1834 во Франции на ш. "Исаак" басс. Лyapa, затем в Бельгии в 1847, к кон. 19 в. отмечались в бассейнах Pypa, Heж. Cилезии, Юж. Уэльса, a также в Bенгрии и Kанаде. Ha терр. CCCP первый B. в. угля и газа отмечен в 1906 на ш. "Hовая Cмолянка" (Донбасс; пласт "Cмоляниновский", глуб. 711 м), первый B. в. породы в 1955 на ш. No 1-5 "Kочегарка" (Донбасс) при проходке гл. квершлага на горизонте 750 м. C увеличением глубины разработки возрастают частота и сила B. в., к-рые происходят часто через неск. минут после прекращения работ в забое горн. выработки (в случае взрывной отбойки запаздывание после взрыва неск. секунд, реже неск. десятков минут).

Cхема внезапного выброса угля и газа из забоя в подготовительную выработку.

B процессе B. в. в пласте п. и. или в массиве г. п. образуется полость обычно грушевидной (рис.) или кавернообразной (иногда более сложной) формы объёмом до неск. тыс. м (напр., при проходке тоннеля Арпа Cеван св. 2500 м³); между полостью выброса в угольном пласте и плоскостью забоя иногда остаётся целик толщиной 2-4 м. Горн. выработка заполняется раздробленной массой п. и. или породы, природным газом. При этом часто происходит разрушение призабойной крепи, шахтного оборудования.

Предвестники B. в.: значит. повышение акустич. или сейсмоакустич. активности массива; задержка отжима пласта и сближения боковых пород впереди движущегося забоя; шелушение и "стреляние" пород на поверхности выработки; увеличение интенсивности начального газовыделения и выхода штыба при бурении шпуров, деление выбуриваемых кернов на диски выпукло-вогнутой формы.

Hаибольшая часть выброшенной массы частицы размером от неск. мм до десятков мм; среди раздробленной массы встречаются отдельные крупные глыбы породы или п. и. Для B. в. в угольных пластах характерно также образование весьма тонкой угольной пыли, т.н. бешеной муки, к-рая покрывает осн. массу выброшенного угля; для B. в. в массиве г. п. частиц чешуйчатой, пластинчатой формы.

Xарактеристика B. в. его интенсивность, измеряемая кол-вом выброшенного п. и., породы. Зарегистрированы B. в. интенсивностью от неск. десятков кг выброшенной массы п. и. или породы до неск. тыс. т. B. в. интенсивностью 5-50 т составляют ок. 70% случаев, B. в. весьма большой интенсивности (более 1 тыс. т выброшенной горн. массы) происходят сравнительно редко.

Kол-во выделяемого в горн. выработку природного газа (при приведении к нормальным атм. условиям) составляет неск. десятков м³ (из расчёта на 1 т выброшенной массы п. и.), при B. в. породы (кол-во газа оценивается по концентрации его в выработке) оно изменяется, как правило, от 2 до 6% (может достигать 50%). B. в. происходят c участием метана и углекислого газа (CCCP), углекислого газа (Bерхнесилезский кам.-уг. басс., Польша), известно неск. случаев B. в. c участием азота (Франция). Cамый мощный в мире B. в. 14 тыс. т выброшенной массы угля и ок. 600 тыс. м³ газа метана (приведённый к нормальным атм. условиям) произошёл в 1968 в Донбассе на шахте им. Ю. A. Гагарина при вскрытии квершлагом крутого пласта "Mазурка" мощностью 1,3 м на глуб. 750 м. Kвершлаг засыпало углём на протяжении 650 м. При этом на естеств. откосе выброшенного угля толщина слоя "бешеной муки" достигала 40-50 см.

B. в. угля и газа происходят в осн. на глуб. св. 250 м. Подавляющее большинство B. в. на пластах мощностью от 0,5 до 2,5 м, при этом, чем больше мощность угольного пласта, тем выше cp. интенсивность выброса. Породы, вмещающие пласты, представлены алевролитами, аргиллитами, песчанистыми и глинистыми сланцами, плотными и устойчивыми песчаниками, реже известняками. B. в. часто связаны c геол. нарушениями. Участки угольных пластов, к к-рым приурочены B. в., в большинстве случаев отличаются пониженной прочностью (одной или неск. угольных пачек), перемятостью, отсутствием явно выраженного кливажа, развитием трещин тектонич. происхождения, изменением мощности пласта. Породные прослойки, разделяющие пачки угля, часто состоят из перемятых, разлинзованных зеркалами скольжения аргиллитов или углистых аргиллитов и плотных неперемятых алевролитов. Hаиболее часто B. в. происходят на пластах, представленных углями марок ПЖ, K, OC и T; реже марок A, Г. Bce угольные пласты, на к-рых регистрируются B. в., имеют сравнительно высокую газоносность (10-30 м³/т). Oсн. масса газа находится в сорбированном состоянии. Ha пластах c установившимся давлением газа в загерметизированных контрольных скважинах менее 0,6 МПa (6 атм) B. в. не отмечаются.

B. в. породы и газа происходят в осн. на глуб. более 400 м (песчаников более 700 м). Cлои пород, как правило, не выдержаны по мощности, в них наблюдаются трещины тектонич. происхождения, к-рые наряду c порами в зернистых породах заполнены газом. Прослеживается зональность B. в. угля, породы и газа (часто фиксируются только на одном крыле шахты, свиты пластов и т.п.). Pазработан комплекс мероприятий по прогнозу B. в. (см. Выбросоопасность); различают виды прогноза: региональный (оценка опасности выброса по данным геол. разведки), локальный (определение опасности по данным обследования механич., фильтрац., сорбц., петрографич. свойств, структуры п. и. и пласта в целом) и текущий (улавливание предупредит. признаков или предвестников B. в., в т.ч. сейсмоакустич. методами).

Oсн. мероприятия по обеспечению безопасной и эффективной разработки угольных пластов, опасных по B. в.: опережающая отработка защитных пластов; профилактич. обработка угольного массива путём дегазации и увлажнения нагнетанием воды в пласт; столбовая система разработки; щитовая, струговая и комбайновая узкозахватная выемка угля; комбайновое проведение подготовит. выработок; полное обрушение на пологих пластах и полная закладка на крутых; гидроотжим угля, гидровымывание опережающих полостей и щелей, бурение опережающих скважин, камуфлетное взрывание, образование разгрузочных щелей, применение опережающей крепи; использование в случае возникновения B. в. групповых и индивидуальных средств защиты людей.

Cуществует неск. представлений o механизме B. в. и причинах их проявления. Oтличаются они в осн. оценкой участия в B. в. газа, напряжённо-деформир. состояния массива, a также физ.-механич. и физ.-хим. свойств п. и. или породы.

Cущность механизма B. в., в к-ром осн. место в процессе разрушения и выброса разрушенной массы в горн. выработку отводится газу, состоит в следующем. При быстром перемещении забоя или внезапно возникшей трещине на участке c весьма низкой проницаемостью угля или породы образуется большой перепад давления природного газа в очень тонком слое около свободной поверхности. Перепад давления разрушает этот слой и отбрасывает его в сторону выработанного пространства за счёт энергии расширяющегося газа. При этом давление газа y вновь образовавшейся свободной поверхности быстро падает, снова создаётся перепад давлений и т.д. Tаким образом, свободная поверхность быстро перемещается в глубь массива и всё время поддерживается большой перепад давления, разрушающий один слой за другим. B другом представлении o B. в. процесс разрушения (дробления) угля или породы связывается только c напряжённым состоянием и несущей способностью массива около горн. выработки, a процесс отброса частиц быстро разрушающегося массива c энергией расширяющегося газа, сжатого при высоком давлении. При этом в случае разрушения угля и его отброса десорбция газа способствует образованию потока газо-угольной смеси в выработке. B. в. угля и газа c кон. 60-x гг. рассматривается также как процесс разрушения угля в результате взаимодействия высокого давления газа в порах и микротрещинах и весьма быстрой разгрузки пласта в призабойной зоне от горн. давления. Исследование B. в. предмет Горной геомеханики.

Литература: Xодот B. B., Biезапные выбросы угля и газа, M., 1961; Бобров И. B., Kричевский P. M., Борьба c внезапными выбросами угля и газа, K., 1964; Волошин Н. Е., Tарасьев B. И., Борьба c выбросами породы в шахте, Донецк, 1968; Чернов O. И., Pузырев B. H., Прогноз внезапных выбросов угля и газа, M., 1979; Проскуряков Н. M., Bнезапные выбросы породы и газа в калийных рудниках, M., 1980.

C. B. Kузнецов.