Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2015, № 10 (спецвып.38)

ПОВЫШЕНИЕ
БЕЗОПАСНОСТИ
ВЕДЕНИЯ
ГОРНЫХ РАБОТ
НА УГОЛЬНЫХ
ШАХТАХ

ГОРНЫЙ
ИНФОРМАЦИОННОАНАЛИТИЧЕСКИЙ
БЮЛЛЕТЕНЬ № 1

38

0
СПЕЦИАЛЬНЫЙ
ВЫПУСК

УДК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
К 60 

622.411.3; 622.831; 622.272.6 
К 60 
 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 
29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной 
службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.14 
 
 
 
Коликов К.С., Королева В.Н., Егорова Е.А., Маневич А.И., 
Хуснутдинов Р.Б., Стефлюк Ю.Ю., Каракай Д.А. 
Повышение безопасности ведения горных работ на угольных
шахтах: Отдельные статьи: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 10
(специальный выпуск 38). — 20 с. — М.: Издательство «Горная 
книга» 
ISSN 0236-1493 

Опасные газодинамические явления создают угрозу безопасности труда, 
наносят материальный и социальный ущербы, отрицательно воздействуют на окружающую среду. Предложенные подходы к разработке и применению способов и средств прогноза газодинамических явлений и защитных мероприятий по предотвращению их проявления в угольных 
шахтах позволят в значительной мере повысить безопасность ведения 
горных работ на шахтах, разрабатывающих опасные по газодинамическим явлениям угольные пласты. В связи с этим актуальным остается как
развитие методов прогноза выбросоопасности, так и защитных мероприятий, адекватных конкретным горно-геологическим условиям залегания угольных пластов, их напряженно-деформированному состоянию и 
условиям ведения горных работ. 

Ключевые слова: газодинамические явления, выбросоопасность, 

угольные пласты, безопасность горных работ. 

 

УДК 622.411.3; 622.831; 622.272.6

©  Коллектив авторов, 2015 
©  Издательство «Горная книга», 2015 
ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство  
«Горная книга», 2015 

 
 

УДК 622.411.3; 622.831; 622.272.6 
© К.С. Коликов, В.Н. Королева,  

Е.А. Егорова, А.И. Маневич, 2015 
 

ОЦЕНКА ВЫБРОСООПАСНОСТИ  
ВЫЕМОЧНОГО УЧАСТКА В ЗОНЕ  
ГЕОЛОГИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ  
С УЧЕТОМ АНОМАЛЬНЫХ ЗОН* 
 

Рассмотрены основные методы прогноза газообильности в угольном пласте в зонах аномальных геологических структур на основе физического моделирования напряженно-деформированного состояния углепородного массива. Приведена и обоснована методика оценки выбросоопасного участка 
для обеспечения безопасности горных работ. 
Ключевые слова: шахтный метан, метанообильность, прогноз метанообильности, охрана труда, горное давление, модель 
 
Одной из основных опасностей при разработке угольных месторождений являются геодинамические явления. 
Опасность таких явлений возрастает с углублением горных 
работ и интенсификацией технологических процессов добычи. 
Это связано как с ухудшением горно-геологических условий с 
глубиной, так и с возрастанием темпов ведения горных работ за 
счет использования высокотехнологичного оборудования. В связи с этим, проблема обеспечения безопасности ведения горных 
работ является актуальной и должна рассматриваться как необходимое условие для эффективной отработки запасов. 
Одной из составляющих проблемы безопасного ведения горных работ является использование методов прогноза для предотвращения чрезвычайных ситуаций на шахтах на стадиях предварительной подготовки. 
Заблаговременное изучение геологического строения пластов и условий их залегания позволяет выявлять аномальные зоны, характеризующиеся наличием напряженных и ослабленных 
трещиноватых пород, к которым, как правило, приурочены наиболее опасные участки. Учитывая геомеханические особенности 
                                                
* Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания НИТУ «МИСиС»  по соглашению № 14.575.21 0025. 
Уникальный идентификатор проекта RFMEFI57514X0025. 

разрушения газонасыщенного угля можно оценить развитие ситуации при подходе подготовительного или очистного забоя к таким аномальным участкам и предложить комплекс защитных мер 
до начала ведения очистных работ. 
Как известно абсолютное большинство (90—95%) внезапных выбросов и горных ударов, происходящих в забоях горных 
выработок, привязано к местам мелкоамплитудных пликативных и дизъюнктивных тектонических нарушений [1]. Техногенный очаг выбросоопасности формируется впереди забоя, изменение горно-геологических условий определяющих концентрацию напряжений приводит к возрастанию опасности геодинамических явлений, характеризуемого соотношением главных 
напряжений. 
Образование очагов выбросоопасности и приуроченность 
выбросоопасных зон в угольном пласте к геологическим нарушениям объясняется тем, что в условиях мелкоамплитудных геологических нарушений, где затруднено деформирование призабойной части массива в сторону забоя, происходит возрастание боковых напряжений, действующих со стороны забоя, что влечет за 
собой создание условий для еще более сильного возрастания 
нормальных к угольному пласту напряжений вблизи обнажения 
пласта забоем. Одновременно с процессом роста концентрации 
напряжений происходит увеличение упругой энергии сжатия угля и энергии угольного метана [2]. 
В связи с этим необходимо учитывать распределение напряжений в зонах нарушений и других аномальных горно-геологических условиях. 
Кроме того, в условиях высоких объемных напряжений и 
частичного разрушения угля в зоне концентрации напряжений 
происходят механохимические процессы генерирования дополнительного количества метана из вещества угля, причем уровень 
напряжений оказывает существенное влияние на механохимические процессы, протекающие в угле. 
Также следует учитывать возможное наличие «газовых коллекторов» в зонах геологических нарушений, а также участков 
пониженной проницаемости. Углеводороды в таких зонах находятся в породах с пониженными фильтрационными характеристиками. 

Как известно основными факторами, определяющими развитие выбросоопасной ситуации, являются: 

• горное давление, точнее аномалии напряженно-деформированного состояния угольного массива; 

• газовый фактор, включающий как энергию газа в поровом 
объеме, так и энергию десорбирующегося газа; 

• свойства и нарушенность угольного пласта. 
Оценка этих составляющих для начального давления газа 4,0 
МПа, коэффициента диффузии 10–10 м2/с из угольных частиц 
диаметром 1 мм при относительном объеме газа, занимающем 
поровое пространство (пористость) 0,05 м3/м3 показала, что потенциал энергии десорбированного газа составляет 0,48 МДж/м3, 
потенциал горного давления 0,18 МДж/м3, а потенциал газа в поровом пространстве 0,36 МДж/м3 [3]. 
Следует отметить, что геологические аномалии приводят к 
изменению НДС, так наличие в породах кровли линз прочных пород приводит к концентрации напряжений (рис. 1, 2), дизъюнктивные нарушения также изменяют напряженное состояние угольного 
пласта (рис. 3, 4). При этом изменение НДС зависит не только от 
взаимного расположения выработок и геологических аномалий, но 
и физико-механических характеристик горных пород. 
 

 
Рис. 1. Расчетная модель для оценки концентрации напряжений в угольном 
пласте при наличии линз в кровле пласта 

Рис. 2. Распределение нормальных (вертикальных) напряжений по линии 
простирания пласта 

 
Рис. 3. Расчетная модель для оценки концентрации напряжений в зоне 
дизъюнктивных нарушений угольного пласта 
 
Для обеспечения безопасности работ в зонах, опасных по газодинамическим явлениям в качестве противовыбросовых мероприятий осуществляют дегазацию пласта или его разгрузку от горного 
давления. Последнее направление наиболее эффективно, однако 
возможно только в определенных горно-геологических условиях. 

Рис. 4. Распределение нормальных (вертикальных) напряжений по линии 
простирания пласта 
 
Для обоснованного выбора направления необходима оценка 
выбросопасности участка, которая может проводиться по следующей схеме: 
1. составление геопространственной модели шахтного поля 
или его участка на основе картографических данных, данных по 
геологоразведочным скважинам, данных по наземной геофизике, 
данных по шахтной геофизике, плана горных работ и данных по 
горным выработкам и выработанному пространству; 
2. анализ систем трещин и разломов, установленных по геолого-геофизическим данным и выявление зон геологических нарушений; 
3. геофизические исследования физико-механических свойств 
угольных пластов и вмещающих пород; 
4. математическое моделирование напряженно-деформированного состояния массива горных пород и оценка главных компонент тензора напряжений; 
5. качественная оценка изменения относительной проницаемости пласта и выявление зон повышенной и пониженной 
проницаемости; 

6. математическое моделирование продвижения забоя при 
подходе и пре переходе аномальных зон; 
7. интерпретация результатов прогноза и составление рекомендаций для оптимизации параметров процесса предварительной дегазации. 
Таким образом, выбросоопасность участка в зоне геологических нарушений может быть оценена на основании изменения 
НДС массива в аномальной зоне и по характеру изменения относительной проницаемости пласта, учитывая геомеханические 
особенности разрушения углей. 
 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Малинникова О.Н. Условия формирования и методология прогнозирования газодинамических явлений при техногенном воздействии на угольные 
пласты // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. 
2011. Москва 
2. Фейт Г.Н., Малинникова О.Н., Зыков В.С., Рудаков В.А. Прогноз опасности внезапных выбросов и горных ударов по энергии массива // Физикотехнические проблемы разработки полезных ископаемых. 2002.№ 1.С.67-70. 
3. Сластунов С.В., Коликов К.С., Стефлюк Ю.М., Полчин А.И. Снижение 
выбросоопасности угольных пластов на основе заблаговременной дегазационной подготовки // Горный информационно-аналитический бюллетень, Труды 
научного симпозиума Неделя Горняка – 2012, отдельный выпуск № 1. 2012. 
с.119-126. 
 

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ 

Коликов Константин Сергеевич – доктор технических наук, профессор, 
и.о. заведующего кафедрой, kolikovks@mail.ru, 
Королева Валентина Николаевна – доктор технических наук, профессор, зам. директора информационно-маркетингового центра, 
Егорова Елена Александровна – ведущий инженер, 
Маневич АлександрИльич – студент, alm-94@yandex.ru, 
Горный институт НИТУ МИСиС. 

UDC 622.411.3; 622.831; 622.272.6 
 
EVALUATE THE BURSTING LIABILITY AN EXCAVATION SITE IN THE 
AREA GEOLOGICAL FAULTS TAKING INTO ACCOUNT ANOMALOUS 
ZONES 

Kolikov K.S., Department of Mining safety and ecology NUST MISIS MMI, head of 
department, professor, doctor of engineering sciences, Russia, 
Koroleva V.N., Deputy director of information and marketing center of the NUST 
MISIS MMI, professor, doctor of engineering sciences, Russia, 
Egorova E.A., Department of Mining safety and ecology NUST MISIS MMI, lead 
engineer, Russia, 
Manevich A.I., Department of Mining safety and ecology NUST MISIS MMI, student, Russia. 
 
 

This article describes the basic methods of prediction methane emission in coal seams in 
areas of anomalous geological structures based on physical modeling of the stress-strain state of 
the coal rock mass. Is shown and substantiated method of estimating the methane emission area 
to ensure the safety of mining works. 
Key words: mine methane, methane emission, prediction methane emission, safety, mine 
pressure, model. 

REFERENCES 
1. Malinnikova O.N. Usloviya formirovaniya i metodologiya prognozirovaniya gazodinamicheskikh yavleniy pri tekhnogennom vozdeystvii na ugol'nyye plasty (Conditions of formation and methodology of forecasting gas-dynamic phenomena in the anthropogenic impact on the 
coal seams )// Thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences. 2011. Moscow 
2. Faith G.N., Malinnikova O.N., Zykov V.S., Rudakov V.A., Prognoz opasnosti 
vnezapnykh vybrosov i gornykh udarov po energii massiva (Forecast danger of sudden outbursts 
and rock bursts in energy array) // Fiziko-tekhnicheskiye problemy razrabotki poleznykh 
iskopayemykh = Physical and technical problems of mining. 2002. No 1. pp.67-70. 
3. Slastunov S.V., Kolikov K.S., Steflyuk Y.M., Polchin A.I. Snizheniye vybrosoopasnosti ugol'nykh plastov na osnove zablagovremennoy degazatsionnoy podgotovki (Reduced outburst coal seams based on advance preparation degassing) // Gornyy informatsionnoanaliticheskiy byullyuten = Mining information-analytical bulletin, Proceedings of the scientific 
symposium week Miner–2012, separate edition No 1. 2012. 

УДК 622.411.3; 622.831; 622.272.6 
© Р.Б. Хуснутдинов, Ю.Ю. Стефлюк,  

Д.А. Каракай, 2015 
 

УПРАВЛЕНИЕ МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЕМ  
ПРИ ОТРАБОТКЕ ВЫСОКОГАЗОНОСНЫХ 
УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ 
ГАЗОДРЕНАЖНЫХ ВЫРАБОТОК  
НА ШАХТАХ УГОЛЬНОГО ДЕПАРТАМЕНТА  
АО «АРСЕЛОРМИТАЛЛ ТЕМИРТАУ»* 
 

Основными факторами, определяющими эффективность дегазации с использованием газодренажных выработок, являются геомеханические процессы, 
которые происходят в подрабатываемой толще горных пород при отработке угольного пласта. Высота заложения газодренажной выработки над разрабатываемым пластом, ее положение в горизонтальной плоскости внутри 
контура выемки должны определяться, исходя из степени нарушенности 
пород и ее изменчивости в подрабатываемом массиве в процессе отработки 
выемочного столба. Для одиночной лавы эти параметры будут отличаться 
от случая, когда лава имеет на фланге отработанные площади. Следовательно, чтобы получить рациональные параметры заложения газодренажных выработок, необходимо знать нарушенность пород и их изменение в зависимости от условий отработки. Изложены основные факторы определяющие эффективность дегазации с использованием газодренажных выработок, так же приведена и обоснована методика дегазации участка для 
обеспечения безопасности ведения горных работ. 
Ключевые слова: шахтный метан, метанообильность, прогноз метанообильности, дегазация, газодренажная выработка, охрана труда, горное 
давление. 
 
С углублением горных работ увеличивается активность газодинамических явлений. Наиболее эффективным методом борьбы 
с газодинамическими явлениями является опережающая отработка защитных пластов. В связи с этим на шахтах угольного департамента применяется восходящий способ отработки угольных 
пластов. Одной из основных целей подработки угольных пластов 

                                                
* Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания НИТУ «МИСиС»  по соглашению № 14.575.21 0025. 
Уникальный идентификатор проекта RFMEFI57514X0025.