К методам прогноза выбросоопасности угольных пластов относятся: прогноз перед вскрытием; определение критической глубины, на которой возможно появление внезапных выбросов (локальный прогноз); выделение опасных и неопасных зон на пластах, склонных к внезапным выбросам угля и газа (текущий прогноз).

Ниже критической глубины, установленной локальным прогнозом, на невыбросоопасных шахтопластах должен так же, как на угрожаемых и опасных пластах, применяться текущий прогноз.

Прогноз выбросоопасности перед вскрытием пластов и при ведении очистных и подготовительных работ осуществляется со следующих      глубин, м:

Предельная глубина, с которой необходим прогноз выбросоопасности пластов для условий Донбасса, приведена в табл. 2.1.

Таблица 2.1 - Показатели, учитываемые при прогнозе выбросоопасности пластов

Если угольные пласты характеризуются выходом летучих веществ более 35 % или логарифмом удельного электросопротивления антрацитов менее 3,3, прогноз выбросоопасности на любых глубинах не осуществляется и пласты разрабатываются как невыбросоопасные.

Показатели прогноза выбросоопасности пластов в месте вскрытия в различных бассейнах приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Показатели прогноза выбросоопасности в месте вскрытия

где W — величина естественной влажности пачки угля, по которой определяется показатель ∆Р.

Текущий прогноз выбросоопасности осуществляется следующими методами:

в Донецком бассейне — сейсмоакустическим методом или на основании измерений начальной скорости газовыделения из шпуров, а также путем сочетания обоих методов;

на шахтах восточных и северных районов — для подготовительных выработок на основании замеров начальной скорости газовыделения из шпуров и выхода бурового штыба по длине контрольных шпуров; для очистных выработок — по результатам прогноза в прилегающих к ним подготовительных выработках.

Регистрацию и замеры сейсмоакустической активности пласта осуществляют с помощью комплекта звукоулавливающей аппаратуры (ЗУА). Геофон устанавливается так, чтобы обеспечивался максимальный радиус его действия. За сейсмоакустическую активность (шумность) принимается количество естественных сейсмоакустических импульсов, регистрируемых ЗУА в единицу времени.

Для прогноза опасных зон при очистных работах находят значения часовой и среднечасовой шумности. Характерным признаком входа очистного забоя в опасную зону считается устойчивый рост среднего значения часовой шумности , вычисленного за интервал усреднения, равный 30 ч. Признаком устойчивого изменения  является повышение (или понижение) не менее 2 раз подряд последовательных значений средней шумности на 5—10 % по сравнению с предыдущими значениями («критерий двух точек»). Кроме устойчивого повышения среднего уровня шумности, признаком опасности является внезапное возрастание часовой шумности в 4 раза и более по сравнению со средним уровнем шумности («критерий критического превышения»).

При прогнозе опасных зон в подготовительных выработках заключение «опасно» дается в случаях, когда

где  — средний уровень сейсмоакустической активности по шумности на цикл, импульс/цикл; — критическое значение шумности, импульс/цикл.

Шпуры для замера скорости газовыделения бурят по наиболее тектонически нарушенной пачке, мощностью не менее 0,2 м.

Текущий прогноз выбросоопасности по начальной скорости газовыделения из шпуров (в Донбассе) включает в себя три стадии: разведочные наблюдения, прогноз выбросоопасности в опасной зоне, контрольные наблюдения при выходе из опасной зоны. На стадии разведочных наблюдений определяется начальная скорость газовыделения g_н из шпура l = 3,5 м, крепость угля f в шпуре l = 2м и общая мощность пласта m в крайних точках подготовительной выработки в пяти циклах проходки (через 2 м). В очистных выработках эти измерения проводят в пяти пунктах, расположенных равномерно по длине лавы. Исходные данные для текущего прогноза: g_н.max, f_ср, изменчивость крепости угля V_f и мощности пласта V_m. Если , , , а  менее величин, указанных в табл. 2.3, то разведочные наблюдения проводились в неопасной зоне. Противовыбросные мероприятия отменяются, в зоне вводится текущий прогноз. Разведочные наблюдения повторяются через каждые 250—300 м подвигания забоя выработки.

Величина выхода летучих веществ определяется как среднее арифметическое значение по 10 пробам угля, отобранным в первом цикле разведочных наблюдений в подготовительных выработках или в 5 пунктах по длине лавы. Зона считается опасной при установлении хотя бы в одном из интервалов измерения начальной скорости газовыделения в зависимости от удельного выхода летучих, согласно табл. 2.3.

При текущем прогнозе опасных зон на выбросоопасных пластах и неопасных пластах, разрабатываемых с прогнозом, в подготовительных и очистных выработках измерения g_н  должны производиться в интервалах 1,5; 2,5 и 3,5 м по длине шпура; величина измерительной камеры должна составлять 0,5 м. Шпуры необходимо бурить через 2 м подвигания подготовительных забоев и 3,2 м — очистных забоев. Измерения начальной скорости газовыделения производятся не позднее 2 мин после окончания бурения шпура.

Таблица 2.3 – Значения начальной скорости газовыделения в опасных зонах

Размеры опасной зоны в лавах ограничиваются соседними шпурами, в которых измерена начальная скорость газовыделения менее указанных величин.

В опасной зоне работы по выемке угля и проведению выработок разрешаются только с применением способов предотвращения выбросов и обеспечении безопасности работающих.

Контрольные наблюдения проводятся для установления выхода из опасной зоны по методике разведочных наблюдений в двух циклах подвигания забоя.

Если будет установлено, что в обоих циклах проходки (выемки) показатели изменения мощности  и крепости угля , а менее допустимых величин, указанных в табл. 2.3, то делается заключение, что забой выработки вышел из опасной зоны.

     ,

где - средние значения крепости угля соответственно на участках разведочных (в неопасной зоне) и контрольных наблюдений; - то же, для мощности пласта.

Текущий прогноз выбросоопасности по скорости газовыделения g_н и выходу бурового штыба S из шпуров (для северных и восточных районов) основан на поинтервальном (через 1 м) замере этих величин при бурении шпуров, длиной 5,5—6,5 м через каждые 4—5 м подвигания забоя подготовительной выработки.

Показатель опасности зоны вычисляют по формуле

При зона считается опасной, при - неопасной. Учитывают полученный при бурении двух контрольных шпуров, пробуренных из одного положения забоя выработки.

При появлении признаков, указывающих на выход забоя из опасной зоны, для обоснования отмены специальных противовыбросных мероприятий возобновляют замеры R₁ на участке протяженностью 20 м через 4—5 м подвигания.

В опасных зонах должны применяться специальные способы предотвращения горных ударов и внезапных выбросов угля и газа. Классификация мер безопасного ведения работ на удароопасных пластах представлена на рис. 2.3, на выбросоопасных — на рис. 2.4.

Во всех случаях применения способов предотвращения выбросов угля и газа и горных ударов должен осуществляться контроль за эффективностью применения этих способов. На удароопасных пластах в качестве методов контроля эффективности способов предотвращения горных ударов применяются те же методы, что и для прогноза степени удароопасности отдельных участков пласта. На выбросоопасных пластах шахт северных и восточных районов России эффективность противовыбросных мероприятий оценивается по показателю текущего прогноза R₁.

В Донецком бассейне контроль за эффективностью применения способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа устанавливают по динамике газовыделения (в подготовительных и очистных выработках) или сейсмоакустическим методом (в очистных выработках).

Рисунок 2.4 - Классификация мер безопасного ведения горных работ на выбросоопасных пластах

Под динамикой газовыделения понимается изменение начальной скорости газовыделения g_н из шпуров, измеряемой через каждые 0,5 м при оставлении газовой камеры, длиной 0,2 м. Глубина шпуров не регламентируется, бурение прекращается в интервале, где зафиксировано снижение скорости газовыделения не менее чем на 15 % (при g_н 1 л/мин). Способ предотвращения выбросов считается эффективным, если после его применения величина зоны разгрузки (до падения g_н) превышает ширину вынимаемой полосы угля за цикл не менее чем на 1 м. Если установлено, что выполненный способ неэффективен, дальнейшее ведение работ в забое возможно после повторного выполнения способов предотвращения выбросов, изменения их параметров, пересмотра способов и т. п.

Параметры текущего прогноза

Для получения исходных данных для текущего прогноза проводят разведочные наблюдения. В очистных выработках эти наблюдения включают измерения начальной скорости газовыделения из шпуров (q_n) глубиной 1,5; 2,5; 3,5м, коэффициента крепости угля (f) и общей мощности пласта (m) не менее чем в пяти пунктах, расположенных равномерно по всей длине лавы, в двух циклах подвигания забоя.

На основании обработки результатов разведочных наблюдений будут получены исходные данные для текущего прогноза: максимальная величина начальной скорости газовыделения q_n (max), среднеарифметическое значение крепости угля f_ср, изменчивость крепости угля U^◦_f, изменчивость мощности пласта U_m. Если вычисленные значения q_n (max), U_f, U_m, f_ср соответствуют стандартным невыбросоопасным значениям, т.е. q_n (max) ≤ 5 л/мин; U_f ≤ 20%; U_m ≤ 10%;          f_ср ≥ 0,8 усл.ед., то очистной забой на участке разведочных наблюдений подвигается вне опасной зоны. В данном случае в забое вводится текущий прогноз.

В соответствии с пунктом 6.3.1. на стр.26 СОУ 10.1.00174088.011.2005 «Правил ведения горных работ на пластах склонных к газодинамическим явлениям» установлены следующие параметры определения текущим прогнозом опасных зон:

- длина шпура для определения начальной скорости газовыделения 3,5м;

- диаметр шпура 42мм;

- длина измерительной камеры 0,5м.

Измерение начальной скорости газовыделения производится по мере бурения шпура на интервалах 1,5; 2,5 и 3,5м.

Для ведения текущего прогноза выбросоопасности по очистному забою лавы шпуры бурят через каждые 10м.

Выемка угля в верхней и нижней нишах осуществляется отбойными молотками с ведением текущего прогноза выбросоопасности пласта по начальной скорости газовыделения из шпуров. Бурение шпуров в нишах производится через 2,0м подвигания забоя. В опасных зонах, установленных прогнозом, проведение соответствующей ниши осуществлять после выполнения гидрорыхления пласта с контролем его эффективности, либо (при невозможности применения гидрорыхления или его неэффективности) проведение ниши осуществлять буровзрывным способом в режиме СВ.

4 северная лава пл.h₁₀^в отрабатывается в выбросоопасной зоне. Шпуры для ведения текущего прогноза бурятся на расстоянии 0,5м от обоих кутков верхней и нижней ниши.

Бурение шпуров осуществляется ручным электросверлом СЭР-19 с набором штанг. Измерение начальной скорости газовыделения производится прибором ПГ-2МА, герметизация скважины перед производством замеров выполняется газозатвором ЗГ-1. Крепость угля измеряется крепостемером ПК-1 в шпурах глубиной 2,0м. Бурение шпуров производится в направлении от конвейерного к вентиляционному ходку, начиная с кутка нижней ниши. Производство замеров начальной скорости газовыделения производится не позднее, чем через 2 минуты после остановки электросверла.

Зону относят к опасной, если хотя бы в одном из интервалов шпура измеренная начальная скорость газовыделения q_н в литрах за минуту равна или больше критической q_н^к, которая в зависимости от выхода летучих веществ (V^daf=10,5%), в условиях отработки 4 северной лавы пл.  принимается равной 5,0 л/мин.

Если на угрожаемом или опасном по внезапным выбросам угля и газа пласте прогнозом установлена опасная зона, с участием МакНИИ производится её экспертная оценка.

При выявлении текущим прогнозом опасной по ГДЯ зоны горный мастер службы прогноза запрещает ведение работ по выемке угля в забое выработки с записью в наряд-путевку горного мастера участка и сообщает об этом диспетчеру шахты и руководителю службы прогноза. Главный инженер отдает письменное распоряжение об остановке забоя выработки и возобновлении работ после применения способа предотвращения ГДЯ с контролем его эффективности и выполнения мероприятий по обеспечению безопасности работающих.  

Размер опасной зоны в лаве ограничен по простиранию соседними шпурами, в которых измеренная скорость газовыделения менее q_н.

При переходе опасной зоны для предотвращения ГДЯ применяется нагнетание воды в пласт в режиме гидрорыхления с контролем эффективности. В случае невозможности выполнения нагнетания воды в пласт производятся взрывные работы в режиме сотрясательного взрывания (в соотв.ЕПБ).

Внезапному выбросу угля и газа в лаве могут предшествовать предупредительные признаки: выдавливание, высыпание угля из забоя, отскакивание от забоя кусочков угля, резкое увеличение газовыделения, шелушение забоя, уменьшение крепости угля, зажатие бурового инструмента, выброс штыба при бурении.

Инструменты и приборы для производства текущего прогноза должны находиться в исправном состоянии. Госповерка приборов должна выполняться не реже 1 раза в 6 месяцев, ПК-1 – 1 раз в год.

Отстающие забои конвейерного и вентиляционного ходков проводить отбойными молотками или буровзрывным способом в режиме, установленном для сверхкатегорийных по газу шахт, вслед за лавой (подрывка пород) с отставанием от очистного забоя на величину не более 8,0м;