Введение к работе
Проблема борьбы с внезапными выбросами угля и газа в угольных шахтах является одной из наиболее актуальных в горном деле. Число шахт, опасных по внезапным выбросам, постоянно растет. Начиная с 507х годов, их число в странах СНГ возросло в 3,5 раза, а к концу текущего столетия специалисты прогнозируют их рост еще на 30 %. Не менее актуальна эта проблема для Российской Федерации, где из 250 шахт 38 разрабатывают выбросоопасные пласты. Ожидается, что в будущем число выбросоопасных пластов достигнет 85 % от общего числа разрабатываемых пластов.
Решение проблемы борьбы с внезапными выбросами угля и газа существенно зависит от повышения надежности прогноза выбросоо-пасности угольных пластов. В настоящее время накоплен большой научный опыт изучения природы и механизма внезапных выбросов, разработаны методы прогноза. В то же время применяемые методы прогноза выбросоопасности не в полной мере отражают роль структурного фактора в проявлении внезапного выброса, в силу чего оказываются недостаточно эффективными. Особенно отмечается их низкая эффективность для пластов антрацитов.
Проведенные в последние годы исследования особенностей молекулярной структуры углей в зонах внезапных выбросов свидетельствуют о перспективности перехода на молекулярный уровень познания природы и механизма внезапных выбросов. Однако в большинстве подобных исследований изучается только органическая часть углей, не учитывается Са иногда и игнорируется) то, что угли представляют собой природный органоминеральный композит, свойства которого зависят как от качественного состава, так и от условий его формирования.
В связи с изложенным разработка новых критериев выбросоопасности, учитывающих особенности микроструктуры антрацитов и характер их генезиса, является актуальной научно-технической задачей, решение которой позволит повысить надежность прогноза и безопасность горных работ в угольных шахтах.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР по проблеме 03.04 " Охрана и рациональное использование земных недр" (комплексная научно-техническая программа Минвуза РСФСР "Человек и окружающая среда") по госбюджетной тематике кафедры "ПА и БВД" (NX гос. регистрации 01870053318, 01910038654),
а также no хоздоговорным исследованиям по проблеме 0.05.05 "Создать и внедрить методы и средства прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа, горных ударов, взрывов газа и пыли в угольных шахтах"(№ гос. регистрации 0187003644?, 01840044815, 01827024084).
Целью работы являлось установление новых и уточнение существующих закономерностей влияния микроструктуры антрацитов на их выбросоопасность для повышения достоверности прогнозных оценок выбросоопасности участков антрацитовых пластов на стадии геологоразведочных работ.
Идея работы заключается в том, что повышение достоверности прогноза выбросоопасности антрацитовых пластов достигается за счет учета особенностей условий формирования на торфяной стадии и различия микроструктуры антрацитов, опасных и не опасных по внезапным выбросам угля и газа.
Методы исследования. Анализ и обобщение данных научно-технической литературы; вещественно-петрографические методы (элементный, технический и петрографический анализы); структурные исследования методами рентгеноструктурного анализа в области малых, средних и больших углов, электронного парамагнитного резонанса; методы математической статистики (элементарные статистические выводы, корреляционный, регрессионный и дискрими-нантный анализы).
Основные научные положения работы заключаются в следующем:
' выбросоопасность антрацитов зависит от гидрохимических условий их формирования на торфяной стадии, характеризующихся комплексом показателей минерального и микрокомпонентного состава:
минеральное вещество является существенным структуроформи-рующим компонентом угольного композита на различных уровнях его структурной организации:
различия в сравнительных моделях микроструктуры невыбросоо-пасных и выбросоопасных антрацитов связаны с плотностью упаковки структурных элементов органического вещества (углеродный слой, пакет слоев), их взаимной ориентацией, а также степенью дисперсности минеральных примесей и неоднородностью микрокомпонентного состава:
повышение достоверности прогноза выбросоопасности антрацитовых пластов на стадии геологоразведочных работ обеспечивается
разработкой новых комплексных критериев, учитывающих характер генезиса и структурную организацию антрацитов.
Научная новизна положений:
выявлена зависимость выбросоопасности антрацитов от геохимических показателей водной среды в седиментогенезе и диагенезе:
установлены закономерные связи между содержанием минеральных примесей, их дисперсностью и структурными, фильтрационными (диффузионными) характеристиками антрацитов:
выявлены комплексные критерии выбросоопасности высокогазоносных антрацитовых пластов, несуїцие генетическую и структурную информацию, что обеспечивает повышение достоверности прогнозных оценок.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом экспериментальных исследования: применением современных методов физической химии, физики, математической физики, математической статистики: удовлетворительной сходимостью результатов прогноза с фактической выбросоопаснос-тью антрацитовых пластов С90 /О.
Практическое значение работы.
Теоретически и экспериментально обоснованы направления поиска информативных параметров микроструктуры антрацитов с целью совершенствования метода прогноза выбросоопасности антрацитовых пластов. Выявлены структурные особенности антрацитов пластов, опасных и не опасных по внезапным выбросам. Предложен-ны рекомендации по прогнозированию выбросоопасности антрацитовых пластов на стадии геологоразведочных работ.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Методические рекомендации по прогнозу выбросоопасности антрацитов внедрены в Донецкой геолого-разведочной экспедиции ПО "Укруглегеология" и использованы при оценке выбросоопасности антрацитовых пластов на стадии доразведки полей шахт "Фащевская", им. Косиора, "Комсомолец Донбасса", "Ко-миссаровская", "Тернопольская".
Апробация работы. Диссертация и отдельные ее разделы докладывались на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава НГТУ (г.Новочеркасск, 1991, 1992, 1994, 1995 г.г.), на республиканской конференции молодых ученых "Проблемы совершенствования безопасности горных ра-
4 бот на угольных шахтах" (г.Донецк, 1991 г.), на школе-семинаре "Совершенствование научных исследований по охране труда в учебных заведениях" (г.Москва, 1990 г.), на международном симпозиуме по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства (г.Санкт-Петербург, 1993 г.), на межведомственном семинаре С г. Ростов-на-Дону, 1993 г.), на Мэждународной научной конференции по проблеме "Комплексное изучение и эксплуатация месторождений полезных ископаемых" (г.Новочеркасск, 1994 г.), на Всероссийской научно-методической конференции по безопасности жизнедеятельности человека (г.Новочеркасск, 1994 г.), на зональной научной конференции "Проблемы геологии, оценки и прогноза полезных ископаемых Юга России" (г.Новочеркасск, 1995 г.), на научном семинаре кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды ТулГТУ (г.Тула, 1995 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 9 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и содержит 231 страницу машинописного текста, 34 рисунка, 26 таблиц, список литературы из 181 наименования и приложение.