Механизм формирования удароопасной ситуации и способы предотвращения удароопасности при отработке мощных и средней мощности угольных пластов

РЕДАКЦИОННЫЙ 

СОВЕТ 

Председатель 

Л.А. ПУЧКОВ 

Зw.t. председателя 

л.х гитис 

Члены редсовета 

АЛ. ДМИТРИЕВ 

Б.А. КАРТОЗИЯ 

А.В. КОРЧАК 

МВ. КУРЛЕНЯ 

ВН. ОПАРИН 

В.И. ОСИПОВ 

В.Л. ПЕТРОВ 

АД РУБАН 

э.м соколов 

К.Н ТРУБЕЦКОЙ 

В.А. ЧАНТУРИЯ 

президент МТТУ, 

чл.-корр. РАН 

директор 

Издательства МГГУ 

академик РАЕН 

академик PAEll 

академик МАН ВШ 

академик РАН 

чл.-корр. РАН. 

дире1·:тор ИГД СО 

РАН 

академик РАН 

академик МАН ВШ 

чл. -корр. РАН, 

зам. директора 
ИПКОНРАН 

академик МАН BIIJ 

академик РАН 

академик РАН 

Н.Н. Красюк 

С.С. Золотых 

Ю.М. Максименко 

С.С. Решетов 

МЕХАНИЗМ 

ФОРМИРОВАНИЯ 

У 
ДАРООПАСНОЙ 

СИТУАЦИИ И СПОСОБЫ 

ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ 

У 
ДАРООПАСНОСТИ 

ПРИ ОТРАБОТКЕ МОЩНЫХ 
И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ 

УГОЛЬНЬ~Х ПЛАСТОВ 

2-е издание, стереотипное 

Допущено Учебно-методически.м объединением 

вузов Российской Федерации по образованию 

в области горного дела в качестве учебного пособия 

для студентов вузов, обучающихся по направлению 

подготовки диплаwированных специалистов 

((Горное дело)) по специа1ьности 

"Подземная разработка лtесторождений 

na7e.JIIЬIX ископае.wых )) 

Горвое 
---образование----------~ 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО 

ГОСУдАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТ 
А 

ИЗДАТЕЛЬСТВО ((ГОРНАЯ КНИГА)) 

2010 

УДК 622.83 1.023(075.8) 

ББК 33.14 

к 78 

Книга соответствует ttГигиеническим требованиям к изданиям книжным дл.н взрослwr>1 СанПиЯ 1.2.1253-03. утвер.жденным Главным государственным санитарным врачом России 30 .марта 2003 г. (ОСТ 29. 12494). Санитарно-эпидемиологическое за/(1/ючение Федеральной службы по 

надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека 
М 
77.99.60.953ДО/4367.12.09 

Экспертиза проведена Учебно-.методическим объединением высших учебных заведений РФ по образованию в области горного дела 

Ре ц е нз е н ты: 
• кафедра ((Подземнu разработка месторожлений полезных ископаемых» 

Южно-Россиl!ского государственного технического университета 
• д-р техн. наук, проф. В.П. Мазикин (Институт угля и углехимии СО РАН) 

Красюк Н.Н., Золотых С.С., Максименко Ю.М., Решетов С.С. 

К 78 
Механизм формирования удароопасной ситуации и способы 

предотвращения у дароопасности при отработке мощных и средней 

мощности угольНЬJх пластов: Учебное пособие для вузов. 2-е 

изд., стер. М.: Издательство Московского государственного 

горного университета, издательство ((Горная книга)), 2010. 97 

с.: ил. 

ISBN 978-5-7418-0661-6 
ISBN 978-5-98672-226-9 

Приведсны материалы по теоретическому и эксnериментальному обоснованию механизма формирования удараопасной СIП)'ацин nри nодземной 

разработке угольных месторожлениl!. Дан анализ опыта предО"Пiращения удараоnасности углеnородного массива nри отработке мощных и средней мощности угольных rшастов. Определена область примененю1 мероnрияmй в различных горно-геологических условиях. 

Для студентов, обучающихся по направлению подготовки днrшомированных сnециалистов ((Горное дело)) по сnеuиальностн ((Подземная разработка 

месторождений nолезных ископаемыХ)). 

ISBN 978-5-7418-0661-6 
ISBN 978-5-98672-226-9 

1 
616 

у 
дк 622.83 1.023(075.8) 

ББК 33.14 

© Н.Н. Красюк, С.С. Золотых, Ю.М. Макси
менко, С.С. Решетов, 2005,2010 

©Издательство МГГУ, 2005,2010 

©Издательство ((Горная книга>>, 2010 
© Дизайн книги. Издательство 

МГГУ, 2005, 2010 

Глава 1 

МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ 

И СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ 

ГОРНЫХ УДАРОВ 

Динамическим явлением в угольной шахте называется внезапное, происходящее с большой скорос1ъю движение уrля, пород, 

газов или жидкостей вблизи горных выработок, сопровождающееся 

значительным силовым эффектом. 

Динамическис явления в зависимости от вызывающих их причин разделяются на три категории по результатам: 
• 
проявлений горного давления горные удары, внезапные 

высыпания и обрушения, раздавливанис уrля; 
• 
возбуждения давлением газов, жидкостей или плывучих 

пород - прорывы газов, суфляры, прорывы воды, плывунов, 

заиловочной массы; 
• 
совместного действия rорных пород и заключенного в них 

газа - внезапные выбросы породы и газа. 

Наиболее серьезные последствия вызывают внезаrrnые выбросы и горные удары. 

Горный удар быстропротекающее разрушение хрупких горных пород в виде взрыва, вызванное мгновенным превращением 

потенциальной энергии сжатых горных пород в кинетическую, 

проявляющееся в виде выброса ушя и пород в выработки, резкого 

звука, появления пьmи, сотрясения горных пород, воздушной волны. Длительность горного удара 0,01-3 с. 

Горным ударам подвержены уrли всех стадий метаморфизма 

(от бурых до антрацитов), соли, железные, медные, никелевые и 

полиметаллические руды, гранит, мрамор. 

Первые сведения о горных ударах относятся к 1783 г. (оловянные рудники Англии), а систематическое их изучение началось с 80-х годов XIX в. В России первый горный удар зафиксирован в 1944 г. в Кизеловском угольном бассейне. Затем в разных 

формах горные у дары происходили на различных угольных месторождениях и в бассейнах бывшего СССР (Кузбасс, Донбасс, 

Шурабское, Сулюктинское, Кызьm-Кийское, Партизанское, Вор
5 

кутинское, Ткибульское). l'орные удары отмечены также и на ряде рудников Горной Шорни, Северного Урала, Норильска, Кривого Рога. 

Наибольшее количество горных ударов зарегистрировано на 

горных предприятиях Франции, Англии, Германии, США, Польши. 

По силе горные удары различны- от нескольких тонн и незначительных повреждений крепи выработок до десJПКов тонн и полного 

разрушения выработок. У 
дары происходят на участках от нескольких 

метров до сотен метров как в очистных, так и в подготовительных 

выработках. При некоторых горных ударах на соляных шахтах разрушениям подВергалась площадь до 3 млн м
2
• В 1918-1924 rг. на руднике «Витватерсранд» (ЮАР) произошло 256 сильных горных ударов, погибло 193 и травмировано 498 человек. 

В 1940 г. на шахте «Крюrерехаль>> (Германия) горный удар привел к разрушениям на площади 0,6 млн м
2
, в завале осталось 42 человека, в 1942 г. на шахте «Фритц Хейнрих» (Германия) погибло 
45 человек. Известны случаи, когда сейсмические проявления горных ударов наблюдались на расстоянии 30-40 км от очага горного 

удара, а сейсмостанции фиксировали их на удалении до 300 км. 

Изучение горных ударов в отечественной науке и решение 

практических вопросов связано с именами акад. С.Г. Авершина и 

проф. И.М. Петухова, длительное время возглавлявшими работы 

по проблеме горных ударов. Головной организацией по проблеме 

горных ударов в настоящее время является ВНИМИ (г. СанктПетербург). 

Анализ условий возникновения горных ударов показал, что 

важнейшими их причинами являются: 

• 
наличие мощных и крепких слоев пород, залегающих в 

почве и кровле полезного ископаемого; 
• 
достаточно прочный уголь (либо руда, соль) с высокими 

упругими свойствами; 
• 
большая глубина горных работ, не одинаковая для различной прочности полезного ископаемого и окружающих горных пород (от 180 до 400 м). 

Кроме того, при прочих равных условиях проявление горных 

ударов связано с увеличением мощности разрабатываемых пластов. 

Перечисленные геологические условия предпосьmки горных 

ударов, для преврашения которых в действительность необходимо 

6 

определенное сочетание горно-технических факторов: ведения горных работ с оставлением целиков угля (руды); ведения работ под 

целиками, оставленными на соседних пластах (жилах); способа 

управления кровлей; системы разработки; скорости подвигания 

забоев и т. д. 

Однако влияние того или иного фактора на формирование и 

проявление горных ударов может быть определяющим для одного 

района и малозначащим для другого. Так, глубина горных работвесьма существенный фактор, но иногда горные удары происходят 

на весьма небольшой глубине и даже почти на земной поверхности 

(мраморные карьеры штата Bepм01rr, США). Или, например, другой определяющий фактор прочность боковых пород. Известны 

случаи, когда удары возникали на пластах, имеющих слабые породы или даже в условиях плывунов. В почве мощного буроугольного пласта на Шурабеком месторождении залегает слой глины. 

Здесь проявление горных ударов обусловлено малой прочностью и 

высокой упругостью угольного пласта, для разрушения которого не 

требуется значительных опорных нагрузок, а достаточно веса пород до земной поверхности (глубина около 200 м). 

Многообразие условий, в которых проявляются удары, а также 

многообразие форм разрушения горных пород при ударах не позволяют в настоящее время разработать полную классификацmо 

этих явлений. В бывшем СССР и за рубежом в разное время бьшо 

предложено несколько классификаций горных ударов. Каждая из 

них строится по одному из следующих признаков: место проявления; удаленность очага удара от обнажения; величина сейсмической активности; .механические свойства горных пород. 

На данном уровне знаний о природе и механизме горных ударов, а также о мерах безопасного ведения работ на пластах, подверженных ударам, наиболее совершенны два вида классификацни, 

основанные на распределении горных ударов: 
• 
по интенсивности проявления и вызываемого ими разрушения пласта угля или пород, крепи, механизмов и т.д.; 
• 
по месту проявления, характеризующему условия нагружения пласта угля или пород опорным давлением. 

Классификация ударов по месту проявления позволяет разрабатывать меры борьбы с ударами. 

7 

В зависимости от интенсивности проявления выделяют: 
• 
стреляния; 
• 
толчки; 
• 
микроудары; 

• 
собственно горные удары. 

Стреляние отскакивание от напряженного массива угольного 

rmacтa (пород) отдельных кусков, сопровождающееся резким звуком. 

Толчок (горный удар внутреннего действия, глубинный)- разрушение IUiacтa угля или породы в глубине массива без выбросов в 

горную выработку. Внешне толчок сопровождается звуком, сотрясением массива, появлением пыли, осыпанием угля (породы) с боков выработки. 

Микроудар незначителъное разрушение и выброс угля в горную выработку без повреждения крепи, машин, механизмов. Сопровождается резким звуком, выделением пыли и сотрясением 

массива, на газоносных пластах- усилением газовыделения. 

Собственно горный удар внезапное быстропротекающее разрушение целика или части массива угля (пород), проявляющееся в 

виде выброса значительного количества угля (породы) в подземные 

выработки с нарушением крепи, смещением (возможно, разрушением) механизмов, оборудования и т.д. Сопровождается резким 

звуком, образованием большого количества пыли, воздушной волной и сотрясением массива горных пород. Сотрясение обычно 

ощущается на земной поверхности в радиусе 5-1 О км, фиксируется 

сейсмографами на расстоянии десятков метров и даже сотен километров от места удара. 

На практике регистрируются обычно удары последней, четвертой группы. Случаи же стреляния, толчков и микроударов не 

могут регистрироваться повсеместно, так как исключительно многочисленны и не представляют непосредственной опасности для 

работающих, сохранности горных выработок, машин и обору 
дования. 

Классификация по месту проивления предусматривает семь 

групп собственно горных ударов: 
1- в CIUIOШHЬIX целиках (рис. 1.1, а); 

П в целиках, прорезаннъiХ выработками (рис. 1.1, б); 

в 

= 

:: 

~~- =-L :::?== 
-- ----
Рис. 1.1. Классификации горных у~аров по месту проявлении на основе схем 

нагруженин участков угольного маета 

111в целиках, отделенных от массива выработками (рис. 

1.1, в); 
IV в краевой части угольного пласта (рис. 1.1, г); 

V -в выработке, проведеююй в угольном массиве (рис. 1.1, д); 
VI в выработках с разрушением почвы или кровли пласта 

(рис. 1 .1, е); 
vn - в выработках, проведеиных по породе. 

Горные удары в сплошных целиках отмечались на угольных 

шахтах Кизеловскоrо бассейна и других месторождений в условиях, когда отрабатывались целики небольтих размеров, ограниченные с двух-четырех сторон выработанным пространством. 

Оrличительные особенности ударов рассматриваемой группы: 
• 
большая разрушительная сила, которая вызывает дробление 

угля с образованием больших масс тончайшей пыли, находящейся у контактов с боковыми породами; 
• 
значительное сближение (иногда десятки сантиметров) боковых пород в момент удара; 

9 

• 
образование щели над частью или надо всем целиком, подвергшимся горному удару; 
• 
сотрясение массива горных пород как землетрясение сЮiой 
3-5 баллов на расстоянии 5-10 км от места удара. 

Большая сила проявления этих ударов обусловлена, во-первых, 

тем, что целики, будучи обжатыми и защемленными породами 

кровли и почвы, имеют повышенную сопротивляемость горному 

давлению и вследствие этого повышенный запас потенциальной 

энергии в ядре и прилегающем к нему массиве горных пород и, вовторых, тем, что к началу разрушения или в процессе его целик 

обычно полностью переходит в предельно-напряженное состояние. 

Наиболее сЮiьные у дары этой группы при прочих равных условиях 

возникают в целиках, полностью окруженных выработанным пространством. 

Горные удары в целиках, прорезанных выработками, весьма 

многочисленны. Основное разрушение целиков при таких ударах 

происходит в сторону охраняемых ими горных выработок почти 

при полном отсуrствии выброса угля в сторону выработанного 

пространства. В данном случае разрушение краевой части пласта, 

начавшись у бока горной выработки, распространяется в глубь целика до тех пор, пока выработка не будет на все (или почти на все) 

сечение заполнена разрушенным и выброшенным углем. Дальнейшее развитие удара локализуется. Сближение боковых пород невелика и обычно не превышает несколько сантиметров. 

У 
дары рассматриваемой группы сопровождаются сильным 

пылеобразованием и сотрясением горных пород, особенно при 

крупных горных ударах, распространяющихся на 150-235 м вдоль 

выработки, а таюке образованием щели в глубь массива около 

кровли пласта. Существенного нарушения боковых пород, как правило, не происходит. 

Горные удары в целиках, отделенных от массива угля горными 

выработками, характеризуются их локальностью в пределах целика, т.е. нераспространением разрушения пласта в массив угля. Разрушение и выброс угля при этом с наибольшей силой происходят в 

направлении от выработаmюго пространства и сопровождаются, как 

правило, полным завалом выработки, отделяющей целик от массива 

угля. Наиболее часты удары в целиках угля при подходе очистных 

работ к передовым выработкам, что представляет главную опасность 

10