Прогноз горных ударов по месту и времени их проявления

21.05.2018
В прогнозе горных ударов по месту и времени необходимо различать два типа ударов: удары, непосредственной причиной которых является ведение горных работ но выемке угля, и удары, возникающие вдали от горных работ, вызываемые перераспределением нагрузок в больших районах шахтного поля или исчерпанием несущей способности одного или нескольких целиков.

Управление производственными процессами


Удары первого типа, которые можно назвать вызываемыми горными ударами, происходят в месте ведения горных работ и в подавляющем большинстве случаев (около 90%) связаны с вполне определенными производственными процессами. Они без большого труда поддаются прогнозу по месту и времени, особенно в тех условиях, когда отдельные элементы процесса выемки угля (ширина захвата, скорость внедрения и др.) устанавливаются с учетом облегчения указанного прогноза. Таким образом, этот вид прогноза основан на активном вмешательстве в процесс нагружения и разрушения угольного пласта, приводящем к возникновению горных ударов.

Большой опыт ведения горных работ с применением дистанционного управления добычными машинами, при отработке угля буро-взрывным способам, накопленный за последние 10—15 лет шахтами Кизеловского бассейна, подтверждает объективность и надежность рассматриваемого метода прогноза горных ударов по месту и времени.

Установление признаков, предшествующих горным ударам


Горные удары второго типа можно назвать региональными горными ударами. Хотя объекты этих ударов также легко могут быть установлены, однако определить, который из объектов является в настоящее время наиболее опасным и близким к разрушению, часто затруднительно. Связано это с тем, что удары второго типа вызываются перераспределением нагрузок в большом районе шахтного поля, и, следовательно, для осуществления прогноза этих горных ударов необходимо знать характер и направление перераспределения нагрузок на оставленных целиках-опорах и в краевых частях массива угля на данный момент. Горный удар может произойти только тогда, когда напряженно-деформированная система «боковые породы — уголь» оказывается в состоянии, близком к предельному. Потеря равновесия в этом случае может быть вызвана действием ряда факторов. Чтобы получить возможность прогнозирования времени проявления горного удара, нужно установить контроль за изменением этих факторов.

Прогноз может быть осуществлен только путем постановки инструментальных исследований, которые позволяют следить за процессом «переливания» потенциальной энергии, запасенной массивом горных пород и угля, в пределах всего шахтного поля, или, по крайней мере, больших его участков. Прогноз в данном случае должен основываться на оценке изменения напряженного состояния целиков угля и массива горных пород, на улавливании подвижек, деформаций и мелких разрушений в массиве угля и пород с течением времени, т. е. на регистрации признаков, предшествующих горным ударам. Таким образом, прогноз крупных горных ударов по времени их проявления является наиболее трудным. Его осуществление требует постановки комплексных научных исследований.

На наличие признаков, предшествующих горным ударам, указывает ряд ранее проведенных наблюдений. Одним из таких признаков является, например, эффект «задержки» деформаций угля и пород перед горным ударом, о чем говорилось ранее.

Наблюдения, проведенные в 1952—1953 гг. на шахтах Кизеловского бассейна, показали, что перед горным ударом на расстоянии до 200—300 м от места его проявления отмечаются признаки возрастания горного давления. С этим же обстоятельством, по-видимому, связано и возрастание сейсмической активности в районе, окружающем место будущего удара.

При этом, как показывают детальные сейсмоакустические наблюдения, проведенные в 1953—1954 гг. на шахтах Кизеловского бассейна Институтом физики Земли Академии наук России совместно с ВНИМИ, перед ударами происходит резкое возрастание акустической шумности. Вместе с тем непосредственно перед моментом удара наблюдается пауза в 30—40 мин полного отсутствия шумности. Аналогичные результаты были получены по наблюдениям, проведенным Институтом физики Земли Академии наук России в содружестве с Институтом горного дела Академии наук Чехии на руднике «Анна». Было также отмечено, что перед ударом происходит изменение частотного спектра импульсов.

Наблюдения с помощью шахтной магнетронной наклонномерной установки, проведенные ВНИМИ и кафедрой физики земной коры Ленинградского университета, показали, что перед горными ударами небольшой силы (микрсударами) наблюдаются некоторые особенности в характере деформаций боковых пород, проявляющиеся в виде аномальных изменений наклонов (рис. 46). Об аномальных изменениях наклонов боковых пород, происходящих за несколько часов перед некоторыми горными ударами, свидетельствуют также наклономерные наблюдения, осуществленные Геофизическим институтом Академии наук Чехии на руднике «Анна» под руководством доктора Пиха.

Все эти факты показывают, что метод прогноза региональных горных ударов по времени может быть разработан только на основе комплексных наблюдений, осуществляемых с привлечением целого ряда геофизических, тензометрических и других методов изучения проявлений горного давления.

Такой широкий комплекс наблюдений проводится на шахте им. Урицкого в Кизеловском бассейне. Для этих целей привлечены сейсмоакустический, наклономерный (осуществляемый с помощью высокочувствительных фотоэлектрических наклономеров), микросейсмический и ряд других методов.

Среди возможных методов прогноза горных ударов по времени их проявления заслуживает внимания метод относительной оценки изменения напряженного состояния с помощью контроля за изменением электрического сопротивления массива горных пород и угля в районах, которые особенно опасны по горным ударам. Этот метод позволит проводить контрольные измерения в большом массиве пород без непосредственного проникновения выработками или скважинами в пласт угля, т. е. без нарушения установившегося в массиве напряженного состояния.

В заключение следует сказать, что, хотя работы по созданию метода прогноза горных ударов по времени их проявления находятся еще в стадии развития, уже установлены некоторые перспективы их успешного продолжения. Необходимость проведения таких работ вызывается не только потребностью в разработке метода прогноза горных ударов регионального типа по времени — они имеют самостоятельное, наиболее важное значение, так как помогают уточнить природу и механизм горных ударов. Последнее обстоятельство заставляет научных работников и горняков-производственников всемерно развивать начатые в этой области исследования и эксперименты.