Технология и оборудование повышения эффективности дегазации выбросоопасных угольных пластов для обеспечения безопасной добычи угля в сложных горно-геологических условиях

Последние крупные аварии под землей в Кемеровской области – Кузбассе произошли в очистных забоях, использующих самую современную в мире технику, призванную обеспечивать безопасность процесса добычи полезного ископаемого. Одной из основных причин взрывов метана является обрушение кровли на значительной площади при отходе лавы, что приводит к образованию избыточного вентиляционного давления, выделению метана и угольной пыли в действующие горные выработки. В момент обрушения кровли происходит резкий выброс скопившегося в завале газа в угольные выработки, резко увеличивая в них содержание метана. Кроме того, зависание кровли вызывает концентрацию горного давления на угольный массив в зоне очистного забоя и на сопряжениях его с горными выработками, что провоцирует горный удар. Аварийные ситуации можно исключить в случае своевременного искусственного обрушения основной кровли – принудительной ее посадки. В то же время, вследствие малого объема дегазационных работ и недостаточной их эффективности на многих газообильных шахтах России сохраняется газовый барьер, препятствующий достижению высоких скоростей проведения выработок и больших нагрузок на очистные забои. По этой причине в угледобывающей промышленности сложилась парадоксальная ситуация, когда технические возможности средств очистной выемки на пологих пластах в несколько раз превышают допустимую нагрузку на лаву по газовому фактору. Однако современная стратегия развития подземной угледобычи предусматривает создание шахт с высоким уровнем концентрации и интенсификации горных работ, что требует создания безопасных условий по газовому фактору для обеспечения повышения нагрузок на очистные и подготовительные забои. Дальнейшее повышение эффективности, технической и экологической безопасности подземной разработки высокогазоносных угольных месторождений неразрывно связано с разработкой комплекса специальных способов и средств управления горным давлением, а также стимулирования газоотдачи неразгруженных угольных пластов. Удовлетворительного технического решения таких задач на стадии ведения очистных и подготовительных работ нет ни в России, ни за рубежом. Предложено создание комплекса технологий и средств их реализации, повышающих эффективность угледобычи и обеспечивающих высокий уровень промышленной безопасности, а также формирование эффективной системы оценки и управления процессами интенсификации дегазации и управления горным массивом методами направленного гидроразрыва кровли и поинтервального гидроразрыва угольного пласта. Для контроля процессов гидровоздействия на массив горных пород наряду с регистрацией гидравлических параметров (давления и скорости нагнетания жидкости) планируется обосновать применение метода акустической эмиссии для фиксации фактов скачкообразного роста трещины и оценки ее длины, а также спектрально-акустического и геофизического методов контроля для описания физических процессов и количественной оценки напряженного состояния газонасыщенного углепородного горного массива вблизи подготовительной и очистной выработок. При выполнении мероприятия будут получены следующие результаты: комплекс технологий, повышающих эффективность угледобычи и обеспечивающих высокий уровень промышленной безопасности, а также эффективная система оценки и управления процессами управления горным массивом и интенсификации дегазации методами направленного гидроразрыва кровли и поинтервального гидроразрыва угольного пласта для исключения динамических и газодинамических явлений; предложения о средствах реализации способов направленного гидроразрыва кровли, предварительного и оперативного управления горным давлением в различных технологических схемах (первичная посадка кровли, сохранение оставленных межлавных целиков и выработок, а также безопасного захода комплекса в предварительно созданную демонтажную камеру); новые уникальные методы и средства определения коллекторских свойств угольных пластов, повышения мониторинга их газоотдачи; обоснование геофизического метода контроля напряженного состояния газонасыщенного углепородного горного массива вблизи подготовительной и очистной выработки; методика прогнозирования и управления геомеханическим состоянием горного массива в период формирования и проявления динамических осадок основной кровли и его профилактической гидрообработки с целью недопущения динамических и газодинамических явлений.