отсутствие в непосредственной кровле и почве на контактах с пластом слабых пластических слоев пород;
тектоника месторождения и характер нарушенности угольных пластов.
В результате предварительной разведки месторождения (шахтного поля), выполняемой геологоразведочными организациями, дается начальный прогноз об удароопасности пластов.
На начальной стадии пласт считается склонным к горным ударам, если:
выход керна составляет 85 - 100%;
уголь крепкий (коэффициент крепости fi >= 1), представленный более чем на 80% матовыми и полуматовыми петрографическими разностями. Пласты, склонные к горным ударам, отличаются однородностью, монолитностью и, как правило, не содержат слабых пачек.
Влияние основных геологических факторов на удароопасность каменноугольных и антрацитовых пластов оценивают по комплексному критерию:
где P1 , Р2 , Р3 - баллы, определяемые по табл. 1.1.
Таблица 1.1
Глубина залегания пласта, м | Балл Р1 | Прочность пород кровли мощностью 10 м, МПа | Балл Р2 | Мощность основной кровли, м | Балл Р3 |
150 | 1,0 | 80-100 | 1,0 | 10 | 1,0 |
200 | 2,5 | 150 | 1,5 | 15 | 1,5 |
250 | 3,0 | 200 | 2,0 | 20 | 2,0 |
300 | 3,5 | 250 | 2,5 | 25 | 2,5 |
350 | 4,0 | 300 | 3,0 | 30 | 3,0 |
400 | 4,5 | 35 | 3,5 | ||
450 | 5,0 | 40 | 4,0 | ||
500 | 5,5 | 45 | 4,5 | ||
≥550 | 6,0 | 50 | 5,0 | ||
55 | 5,5 | ||||
60 | 6,0 |
Каменноугольные и антрацитовые пласты относятся к угрожаемым по горным ударам при Р >= 3.
При Р = 3 минимальная глубина залегания пласта составляет 150 м, прочность пород основной кровли на одноосное сжатие 80 МПа, мощность монолитного слоя основной кровли 10 м.
В процессе ведения горных работ проявлениями удароопасности пластов являются толчки, стреляния и микроудары в очистных и подготовительных забоях при работе выемочных машин, отбойных молотков, бурении и взрывании шпуров.
3. Определение склонности угольных пластов к горным ударам
На стадии геологоразведочных и проектных работ, выполняемых до детальной геологической разведки шахтного поля или его отдельного участка, применяется оценка потенциальной удароопасности пласта по коэффициенту удароопасности К.
Коэффициент удароопасности находят из соотношения:
 | |
| 273 × 46 пикс. Открыть в новом окне | |
где:
эпсилону - упругая относительная деформация краевой части пласта угля при искусственно создаваемой с помощью давильной установки нагрузке, составляющей 75 - 80% от разрушающей;
эпсилонп - полная относительная деформация.
Для условий Кузбасса значение коэффициента К определяют по графику в зависимости от прочности угля (рис. 1.1).
При К >= 70% угольный пласт считают потенциально удароопасным. В этом случае при составлении проектной и рабочей документации, а также при ведении работ на этом пласте необходимо предусматривать меры, требуемые настоящей Инструкцией в отношении пластов, опасных по горным ударам. Степень удароопасности угольного пласта в дальнейшем должна уточняться в соответствии с требованиями п. 1.5 Инструкции.
Угольные пласты, состоящие из нескольких слоев разного петрографического типа, условно представляют в виде двух пачек: слабой и крепкой. В слабую пачку включают слои, прочность которых меньше или равна 0,6 по шкале проф. Протодьяконова, а в крепкую - с прочностью более 0,6.
Прочность угля каждой пачки определяют как средневзвешенную по мощности слоев. Прочность угольного пласта в целом f рассчитывают по формуле:
 | |
| 282 × 86 пикс. Открыть в новом окне | |
где:
fкр и fсл - прочность пачек соответственно крепкого и слабого угля;
m - мощность пласта;
mсл - мощность пачки со слабым углем.
При определении коэффициента удароопасности прочность угля рассчитывают по формуле: сигма = 100 х f.
Коэффициент удароопасности пласта, сложенного разнопрочными пачками угля, может быть определен непосредственно по формуле:
 | |
| 297 × 95 пикс. Открыть в новом окне | |
где Ккр и Ксл - коэффициенты удароопасности соответственно крепкой и слабой пачек пласта.
Для определения склонности угольных пластов к горным ударам может быть использован показатель интенсивности разрушения Ки в виде отношения запредельной работы упругой деформации к допредельной. Такое определение производится ВНИМИ или другой организацией, имеющей соответствующую лицензию Госгортехнадзора России и необходимое оборудование. Для этой цели в шахтных условиях на крупногабаритных образцах размером не менее 40 x 40 x 80 см с помощью гидродомкратов получают полные диаграммы прочности угольного массива (рис. 1.2). Из точки перегиба А на диаграмме проводят прямую AD, параллельную участку упругого деформирования ОЕ, и опускают перпендикуляр АС.
Из точки С проводят прямую СВ, параллельную ОЕ, до пересечения с кривой диаграммы в точке В. Отношение площадей А2 : А1 = Ки является показателем склонности пласта к горным ударам. Если Ки = 1, то угольный пласт склонен к пластическому деформированию, при Ки = 0 происходит идеально хрупкое разрушение. Пласт является склонным к горным ударам при Ки < 0,9.
На пластах сложного строения, представленных разнопрочными угольными пачками или разделенными прочными породными прослоями, прогноз удароопасности отдельных участков следует проводить по наиболее прочным угольным пачкам. При разнице в прочности слоев угля и пород в четыре раза и суммарной мощности породных прослоев, составляющей 40% от общей мощности пласта, такой участок не является удароопасным.
4. Выявление пластов, склонных к горным ударам, одновременно склонных к горным ударам и внезапным выбросам угля и газа на основе информации о фазово-физических свойствах угля
4.1. Определение склонности пластов к горным ударам и выбросам на основе информации о фазово-физических свойствах угля.
4.2. Определение склонности пластов к горным ударам и выбросам на основе информации о фазово-физических свойствах угля проводится на стадии разведки месторождения, строительства и эксплуатации шахт с использованием четырех показателей:
структурный показатель (Gмг), отражающий долевое участие сорбционного порового объема угля в общей пористости; максимальная гигроскопическая влагоемкость (Wмг), равная максимальному количеству физически связанной влаги, которую может вмещать и удерживать сорбционный объем порового пространства угля; соответствует полному водонасыщению сорбционного объема порового пространства;
полная влагоемкость (Wмг), равная максимальному количеству влаги, которую уголь может вмещать и удерживать в полном (сорбционном и фильтрационном) объеме порового пространства; естественная влажность угля (Wе), равная фактическому количеству влаги, содержащемуся в угле на участке опробования.
4.3. Каменноугольные и антрацитовые пласты являются склонными к горным ударам при Gмг > 0,5, склонными к внезапным выбросам угля и газа при Gмг < 0,5.
4.4. Каменноугольные и антрацитовые пласты являются неопасными по горным ударам и выбросам при Wе > Wмг, при обратном соотношении возможна динамическая опасность при наличии других факторов, определяющих ее возникновение.
4.5. Буроугольные пласты склонны к горным ударам при Wе < 0,85 х Wп.
4.6. Определение фазово-физических свойств угля производится посредством отбора бороздовых проб с обнажения пласта или проб угля из шпуров и скважин. Методика апробирования и лабораторных анализов изложена в Методических указаниях по прогнозированию динамических явлений на угольных пластах по их фазово-физическим свойствам (Л.: Изд. ВНИМИ, 1981).
4.7. На пластах сложного строения для определения их склонности к горным ударам пробы отбирают из крепких пачек угля, склонности к выбросам - из слабых перемятых пачек.
Если пласт на 70% и более по мощности представлен пачками угля, отвечающими условиям удароопасности, то его относят к угрожаемому по горным ударам (п. 2 Приложения 1).
Наличие в таком пласте хотя бы одной пачки мощностью более 0,1 м, отвечающей условию выбросоопасности, дает основание относить его к пластам, одновременно склонным к горным ударам и внезапным выбросам угля и газа.