Рис. 1. Области применения горных пород в строительстве
Обыкновенное; 2. Суфлярное; 3. Внезапное выделение с выбросом угля, а иногда и породы.
Виды выделений метана в горные выработки
Происхождение и виды связи метана с горными породами.
Процессы образования метана протекали одновременно с формированием пластов угля и метаморфизмом первичного органического вещества. Существенная роль при этом принадлежала процессам брожения вызываемым деятельностью бактерий.
В породах и в угле метан находится в виде свободного и сорбированного газа. На современных глубинах работ основное количество метана (около 85%) находится в сорбированном состоянии. Различают три формы связи (сорбции) метана твердым веществом:
Адсорбция - связывание молекул газа на поверхности твердого вещества под действием сил молекулярного притяжения;
Абсорбция - проникновение молекул газа в твердое вещество без химического взаимодействия;
Хемосорбция - химическое соединение молекул газа и твердого вещества.
|
|
Основное количество сорбированного породами газа (80-85 %) находится в адсорбированном состоянии. При разрушении угольного пласта этот газ переходит в свободное состояние и выделяется в горные выработки в течении одного двух часов. Абсорбированный метан выделяется из угля длительное время, а хемосорбированный остается в угле длительное время (десятки лет).
Различают три вида выделений метана в горные выработки:
Обыкновенное выделение метана происходит из мелких пор и трещин по всей поверхности пласта, из отбитого угля и боковых пород. Выделение происходит медленно, но непрерывно, оно сопровождается шорохом, легким потрескиванием и шипением.
Однако, динамика выделения метана из отбитого угля и обнаженной поверхности пласта различны. Дегазация отбитого угля практически заканчивается через 2-3 часа после отбойки, а обнаженной поверхности пласта через 2-3 месяца после обнажения.
Обыкновенное метановыделение неравномерно во времени и зависит от многих факторов: работы выемочных механизмов, ведения взрывных работ, посадки пород кровли, ведения работ по дегазации, режима проветривания участков и т. д.
Исследованиями МакНИИ доказано, что метановыделение в исходящей струе очистного забоя и выемочного участка является случайной во времени величиной.
Суфлярные выделения метана - это выделение метана в больших количествах с характерным шумом из видимых на глаз трещин и пустот в боковых породах и угольных пластах. Действие суфляров может быть кратковременным, но обычно длительно, даже до нескольких лет. Различают суфляры первого и второго рода. К суфлярам первого рода относятся суфляры геологического происхождения, которые, как правило, приурочены к зонам тектонических нарушений.
|
|
К суфлярам второго рода относят суфляры горно-производственного характера. Эти суфляры происходят в результате частичной разгрузки пластов и пропластков угля, залегающих в почве и кровле рабочих пластов в зоне влияния горных работ.
Опасность суфляров заключается в том, что они проявляются внезапно, при этом в короткий промежуток времени, возможно, образование взрывоопасных концентраций метано - воздушной смеси в большом объеме. Для борьбы с суфлярами осуществляется предварительная дегазация массива путем применения передового бурения, опережающей отработки защитных пластов, соответствующего способа управления кровлей, увеличивается количество воздуха, подаваемое в опасные по суфлярам выработки, производится каптирование газа. При каптировании газа у устья суфляра сооружается герметичный киоск (из кирпича или шлакоблока), из которого газ по трубопроводу отводится либо в общую исходящую струю крыла, шахты или на поверхность.
Внезапные выделения метана происходят при различных газодинамических явлениях, к которым относят:
Внезапные выбросы угля и газа;
Внезапные высыпания, переходящие во внезапные выбросы на крутых пластах;
Внезапные прорывы газа с небольшим количеством угольной мелочи;
Горные удары с отжимом угля и попутным газовыделением;
Высыпание и обрушение угля с попутным газоваделением;
Обрушение основной кровли с интенсивным выделением газа в выработанном пространстве;
Возникающие при сотрясательном взрывании на крутых пластах высыпания угля, переходящие во внезапные выбросы угля и газа;
Возникающие при взрывании горного массива выбросы породы с попутным газовыделением.
Из перечисленных выше газодинамических явлений наиболее опасным является внезапные выбросы угля и газа. При внезапном выбросе из угольного пласта в выработку за короткий промежуток времени (несколько секунд) выделяется большое количество газа и выбрасывается значительное количество угольной, а иногда и породной мелочи. В 1973 году на шахте им Гагарина в г. Горловке при выбросе выделилось до 180 тыс. м3 метана и было вынесено в выработку до 14 тыс. тонн угля.
Природа и механизм внезапных выбросов до настоящего времени досконально не изучены. В настоящее время наиболее признанной является гипотеза, согласно которой внезапный выброс происходит под комплексным действием горного давления напряженного состояния угольного массива и давления газа.
Рост численности населения планеты требует увеличения масштабов строительства. Это обусловило необходимость изыскания наиболее экономически выгодных строительных материалов. В строительной индустрии стали успешно применяться отходы промышленности (шлаки черной и цветной металлургии; шлаки химической промышленности; золы и шлаки ГРЭС, ТЭС и др.).
Шлаки отходов черной металлургии используются для изготовления дорожного щебня, легкого заполнителя для бетонов, тепло- и звукоизоляционных материалов, они служат хорошими компонентами при производстве стеновых панелей и блоков, вяжущих материалов, керамических изделий. Из отходов химической промышленности в строительстве используют шлаки, фосфогипс, образующиеся при обработке фосфатных руд. Фосфогипс заменяет натуральный гипс в строительной промышленности и применяется при производстве блоков, панелей, перегородок, а также цемента. Из отходов ТЭС наибольшее применение получили золы и шлаки для производства керамических изделий, цемента, бетона.
Удельная активность ЕРН в отходах промышленного производства (табл.2) определяется активностью ЕРН в исходном материале и их зольностью.