Хуанган Н., Исабек Т.К., Демин В.Ф.

Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті, Қазақстан

Ходжаев Р.Р.

ЖШС «ГеоМарк» ғылыми зерттеу орталығы, Қазақстан

Қарағанды көмір бассейніндегі кенеттен болған көмір мен газдың кенеттен лақтырыстары

Қарағанды көмір бассейні өзінің қалыптасу шарттары бойынша 3 негізгі көмірлі аймаққа бөлінген – Қарағанды (Өндірістік және Саран учаскелері), Шерубай-Нұра, Тентек, олар әр түрлі деңгейдегі тектоникалық бұзылыспен, тақталар мен жеке бумалар құрылысының құрылымымен ерекшеленеді. Бұл ахуал кенеттен лақтырыстың әр алуан деңгейінің болуына, кенеттен лақтырыстардың тереңдігі мен байқалу нысанына себепші болады.

Тентек шақтысы аймағындағы лақтырыстың орташа күші Шерубай-Нұра аймағына қарағанда 3 есе үлкен және Қарағанды аймағына қарағанда 8 есе үлкен болып табылады.

Саран аймағындағы аса бұзылған тақталардағы көмір және газдың кенеттен лақтырысының байқалу тереңдігі жер бетінен 200 м шамасын құрайды, көмір тақталарының тынық жатуымен сипатталатын Өндірістік учаскеде лақтырыстың минималды тереңдігі жер бетінен 35 м шамасын құрайды.

Лақтырыстар тек қана даярлау қазбаларда ғана және тақталарды ашу кезінде ғана байқалады. Тазалау кенжарларындағы лақтырыстардың болмауы қуатты және орташа қуатты кенжаралық бөлігінде жүктен босатудың үлкен аймағының болуымен және ережеге сәйкес, көмір сілемін алдын ала дегазациясынан кейін лаваларда тазалау жұмыстарын жүргізумен қамтамасыз етіледі.

Қарағанды бассейніндегі көмір және газ бойынша кенеттен лақтырысы байқалуының негізгі ерекшелігінің бірі, лақтырыс кезінде қосымша бөлінген метан көлемі 660 м³ шамасынан 1300 мың м³ шамасына дейін ауытқиды және бір лақтырыс кезінде орташа есеппен 57,2 мың м³ шамасын құрайды. Бір тонна лақтырылған көмірдің көлемдік газбөлінуі жиі жағдайдайларда 30 м³/т шамасынан 250 м³/т шамасына дейін ауытқиды, бірақ жеке жағдайларда 650 м³/т (№53 лақтырыс) шамасын және тіпті, яғни 30-35 есе табиғи газды қабаттан асатын 860 м³/т (№52 лақтырыс) шамасын құрайды.

350 т көмір лақтырылған және қосымша түрде 26 мың м³ метан бөлінген лақтырыстар, таза ауа желдеткіші ағынының лақтырып тастауымен және тау-кен қазбаларының газданылуымен қоса жүреді.

Болған лақтырыстардың мөлшеріне қарай аса қауіпті k₁₂ Жоғарғы Марианна (23 лақтырыстар), d₆ «Кассинский» (11 лақтырыстар) және k₁₀ Феликс (9 лақтырыстар) қуатты тақталары болып табылады. Лақтырыстың күштілігіне қарай d₆ тақтасы бассейндегі лақтырысқа ең қауіпті болып есептеледі. Бұл тақтада ең үлкен лақтырыс (№53) байқалған, тау-кен массасының лақтырылған мөлшері бойынша 3250 т шамасын құрайды және газдың бөлінуі бойынша 1,3 млн. м³ көрсеткіш шамасына тең болған. Бұл тақтаның аса үлкен лақтырысқа қауіптілігі бассейн үшін тік оқпанмен тақтаны ашқан кездегі көмір және газдың теңдессіз лақтырысы куәландырады.

Зерттеулер бассейндегі кенеттен лақтырыстар геологиялық бұзылысы бар аймақтарда болғанын бекітеді: 24 лақтырыстар жарылу бұзылыстарының негізгі «лақтырып салу» түріне орайластырған, 19 лақтырыстар – ұсақ тектоникалық бұзылыстар аймағында, ал 11 – тақта қуатының өзгерісі аймағында және аса жапырылған көмір бумасының қарқынды болуына байланысты ұштастырылған.

Бір жағынан көмір тақтасындағы газ қысымы және екінші жағынан көмір және газ лақтырыстарының қауіптілігі арасында ешқандай тікелей байланыс байқалмайды. Лақтырыстар газ қысымы аз шамалы ғана көрсеткіште болуы мүмкін немесе көмірде газды қабатының аса үлкен емес шамада және олардың үлкен көрсеткіштерде лақтырыстың байқалмауы мүмкін және сонымен қатар көмірдің үлкен беріктігі және газбергіш жылдамдығының бастапқы жылдамдығының кішкене көрсеткіштері кезінде лақтырыстар байқалмауы ықтимал.

Кенеттен лақтырыс аймағындағы көмір бұл аймақтарда 12 - 26 ш.б. шамасында өзгеретін бастапқы газбергіш жылдамдығына ие болып табылады. Көмірдің бастапқы газбергіш жылдамдығы жеке лақтырысқа қауіпті бумалар үшін 30 ш.б. шамасына дейін жетеді.

Көмір және газдың кенеттен лақтырысының сипатты ерекшелігі, көрші тақталарда қалдырылған көмір кентіректердің әсеріне себепші болған, жоғары кернеу (тау-кен қысымының аса жоғары мәні) аймағына ұштастырылғаны болып табылады. Демек, көмір кентіректерінің әсер ету аймағында 26 (48,2%) лақтырыстар болған, жұмыс істелмеген сілемде 25 (46,3%) лақтырыстар және тек 3 лақтырыстар (5,5%) жоғарыда жатқан тақтада қалыптасқан кеңістігінде, тақта арасы 60 м жоғары шамада байқалған.

33 лақтырыс (62%) көмір және газдың кенеттен лақтырысқа қарсы шаралардың болмауынан, оның ішінде 18 лақтырыс ерте кезде қауіпті емес болып саналған тақталар, және 15 лақтырыс көмір және газ лақтырысымен күрес шаралары қолданбаған, 1966 ж. дейін болған лақтырысқа қауіпті тақталарда байқалған. Лақтырыспен күрес әдістерінің, лақтырыс қауіптілігін болжау және қазбаны өті технологиясының шамашарттарын бұзу себебінен көмір және газдың 15 лақтырысы (28,3%) байқалған. Нормативтік құжаттар талаптарына сәйкес шаралардың толық орындалуы кезінде көмір және газдың кенеттен лақтырысы байқалмаған болып есептеледі.

Әдебиет көздері сараптамасы көрсеткендей, көмір және газдың кенеттен лақтырысының заманауи көзқарасының қорытындысы нәтижесінде кенжар алдындағы қазбаны жылжыған кезде әр түрлі көлемдегі жарықшақтар жүйесі дамиды. Ол кенжар жанындағы сілемде жиналған қор, тақта мен ығыстырылушы жыныстарды қосқандағы, серпімді деформациядағы потенциалды энергияның босатылуына әкеп соқтырады. Бөлінетін энергияға өз кезегінде созылатын газ да үлесін қосады. Бөлінген энергия өз кезегінде бұзылу жұмысына және бұзылған материал қозғалысының кинетикалық энергияға ауысуының шығындалуына жұмсалады.

Газды сипаттамаларын, көмірдің кернеулік жағдайы мен физика-механикалық қасиеттерін кешенді түрде ескеретін гипотезалар кенеттен лақтырыстың ортақ теориясының құрылуының негізі болып табылады. Газдинамикалық құбылыстардың түйінін шешуі мен дамуы туралы ортақ дұрыс көзқарасы, кенеттен лақтырысты болжаудың және оның алдын алу әдістерінің шынайы және нәтижелі түрде теориялық негіздің әзірлемесі болуы тиіс.

Бұзылған құрылымды көмір кенеттен лақтырысқа тау-кен жыныстарының қысымы әсерінен жеңіл бұзылғандықтан ғана қауіпті емес, сонымен қатар ол үлкен дәрежеде ұсақталады және үлкен жылдамдықта газ жібергендіктен қауіпті болып саналады.

Шақтыдағы бақылаулармен бекітілгендей, көмір мен газ лақтырысына бейім тақта учаскелері және қауіпті емес учаскелер теспелер мен ұңғымаларды бұрғылауға әрқалай әсер етеді. Бірінші жағдайда бұрғылау ұңғымаға екпінді түрде газбөлінуімен қатар жүреді, содан соң ол лезде түседі. Қауіпті емес аймақтарда тақтаның газдинамикалық реакциясы әлдеқайда басқаша болып келеді. Бұл жағдай ұңғымаға газдың бөлінуін мүмкіндігін лақтырысқа қауіптілігі себебі ретінде болжауға мүмкіндік туғызады.

Лақтырысқа қауіптілікті болжаудың барлық дерлік сейсмикалық әдістердің кемшілігі ретінде сілемнің кенжараралық бөліктің кернеу-деформациялық жағдайыакцент ығысуының өзгеріс белгілеуіне дейін оның шектелгендігін атауға болады. Сейсмоакустикалық болжау әдістерінің жақтастары аппаратураның жоғары мәнді қабілеттілігінің сілемдегі тектоникалық бұзылыстарды болжауға жүгінеді. Дегенмен, тәжірибе көрсеткендей, лақтырысқа қауіпті көзқарасы тұрғысынан геологиялық бұзылыстардың тек 10% белсенді болып табылады.

Қарағанды бассейніндегі шақтыларда қолданылатын лақтырыс қауіптілігін болжау әдістері мен кенеттен лақтырыстармен күрес шараларын нәтижелілігін бақылаудың жоғары сенімділігіне қарамастан, бақылау теспелері бұрғылауға негізделген бірқатар кемшіліктерге ие, барлық теспелік әдістерге тән, яғни сілемнің кенжараралық бөлігінің жағдайын төмен технологиялылық пен субъективизм бағалау болып табылады.

Соңғы көмір мен газдың кенттен лақтырыстары және жүргізілген теориялық зерттеулер көрсеткендей, газдинамиканың байқалу нысандары мен кенеттен лақтырыстардың шамшарттары айтарлықтай өзгерді. Қауіпті аймақтарды болжаудың талаптарын өзгерту мүмкіндігі туды. Белгіленген объективті факторлар АКМ аппаратурасын қолдана отырғандағы, лақтырыс қауіптілігін автоматтандырылған болжау әдістерін айтарлықтау жетілдіру қажеттілігіне әкелді.

Ходот В.В. энергетикалық теориясына сәйкес, көмір тақтасының кенжараралық бөлігінің лақтырыс қауіптілігінің деңгейін бағалауда, кенеттен лақтырыстардың түйінін шешу үшін бұл теорияның барлық үш теориясын да қолдануды ескеру тиіс. Дегенмен, өндіріс мақсаттары үшін бұл жағдай қиын қолданысқа ие болып табылады, себебі энергетикалық баланс зертханалық жағдайлардағы күрделі аналитикалық байланыстардың бірқатар көрсеткіштерімен анықталады. Едәуір мақсатты және тәжірибелік қолданысқа ие жолдарының бірі – бұл жағдайларды қалыптастыратын және көмір тақтасына шарттар мен қасиетін анықтайтын барлық факторларды ескеру отыру болып табылады.

Ходот В.В. энергетикалық теориясынындағы кенеттен лақтырыстың бірінші шартына сүйенсек, лақтырысты болжау үшін сол аймақтағы кернеулердің таралу сипатын болжауды, шекті жағдай аймағының ұзындығын, көтеру қабілеттілігін айқындайтын, көмір тақтасының мықтылық қасиеттерін білу тиіс.

Екінші және үшінші шарттарды орындау кенжараралық аймақтағы газ қысымының, газды қабатының және газөткізбеушілігінің таралу сипатымен, анықталады.

Белгіленген шарттардың кешенді есепке алуы көмір тақталарының лақтырысқа қауіптілігінің деңгейін анықтау жолымен, көмір және газдың кенеттен лақтырысын даму мен қоздыру мүмкіндігін болжауға және болжаудың нәтижесіне негізделе отырып, газдинамикалық құбылыстардың алдын алуға мүмкіндік береді.

Қолданылған әдебиет

1 Волошин Н. Е. Внезапные выбросы и способы борьбы с ними в угольных шахтах. – Киев: Техника, 1985. – 127 б.

2 Чернов О.И., Пузырев В.Н. Прогноз внезапных выбросов угля и газа. М., Недра, 1979. – 296 б.

3 Липаев Ю.А. О применении метода гидравлических аналогий к решению задач фильтрации газа в угольном пласте / Проблемы рудничной аэрологии. – М.: Недра, 1995. – 287 б.