Tąpania

Spis treści:

Tąpania 1

I. Tąpania - wprowadzenie. 1

II. Przyczyny powstawania. 1

III. Stopnie zagrożenia pokładów tąpaniami 2

IV. Sposoby zapobiegania tąpaniom. 3

V. Wyrzuty gazów i skał - pojęcia podstawowe 3

VI. Prognozowanie i zapobieganie wyrzutom gazów i skał 4

1. Prognozowanie wyrzutów gazów i skał. 4

2. Metody zapobiegania wyrzutom 4

VII. Pytania kontrolne: 5

VIII. Bibliografia: 5

1. Tąpania - wprowadzenie.

Tąpaniami nazywamy zjawiska, podczas których następuje gwałtowne zniszczenie struktury skał otaczających wyrobisko na skutek przekroczenia ich wytrzymałości. Objawiają się dynamicznym przemieszczaniem gruzu skalnego do wyrobiska, któremu towarzyszy huk z podmuchem powietrza i wstrząs.

Tąpania są sygnalizowane wyciskaniem spągu, łamaniem obudowy, trzaskami węgla oraz szmerami w górotworze.

W zależności od miejsca wystąpienia tąpnięcia mogą być spągowe, pokładowe i stropowe.

2. Przyczyny powstawania.

Aby nastąpiło tąpnięcie są potrzebne dwa czynniki: duże ciśnienie górotworu oraz skały muszą posiadać skłonność do tąpań.

Skłonnością skał do tąpań nazywa się ich zdolność do akumulowania dużej ilości energii sprężystej i nagłego jej wyzwalania w chwili przekroczenia granicy wytrzymałości skał. Np. łupek ilasty oraz odmiana petrograficzna węgla zwana fuzytem, mogą być przy dużym ciśnieniu rozgniecione w sposób spokojny bez objawów towarzyszących tąpaniom. Duryt natomiast, będący twardą odmianą węgla, oraz piaskowiec przy zgniataniu pękają w sposób gwałtowny, właściwy tąpnięciu.

Występowanie tąpań związane jest z pewnymi warunkami naturalnymi złoża, jak również warunkami górniczymi, wytworzonymi przez eksploatację.

Do warunków naturalnych mających wpływ na występowanie tąpań zalicza się:

— głębokość zalegania złoża,

— dużą skłonność niektórych pokładów do tąpań,

— obecność mocnych warstw w stropie pokładu a także w jego spągu,

— zaburzenia tektoniczne w budowie złoża np. niecki, nasunięcia, uskoki, zmiany upadu i inne).

Do najważniejszych warunków górniczych powodujących tąpania należą:

1. Koncentracja naprężeń, która może występować:

— w pozostawionych resztkach eksploatowanego pokładu tąpiącego,

— w partiach pokładu tąpiącego, leżących pod lub nad po zostawionymi resztkami w sąsiednich pokładach,

— pod lub nad krawędziami eksploatacji,

— przy nadmiernym zgęszczeniu frontów eksploatacji,

— przy równoczesnym prowadzeniu eksploatacji w kilku pokładach, w partiach leżących nad sobą, zwłaszcza w przypadku różnych kierunków eksploatacji.

2. Osłabienie calizny węglowej na skutek:

— nadmiernego rozcięcia złoża chodnikami,

— nadmiernie rozwiniętego frontu eksploatacji,

— zbyt intensywnego postępu eksploatacji,

— prowadzenia wyrobisk w poprzek uławicenia,

— niewłaściwego zawału stropu lub źle wykonanej podsadzki.

W Górnośląskim Zagłębiu Węglowym tąpania występują głównie w pokładach grupy siodłowej i rudzkiej, które zalegają na większych głębokościach, a węgiel w nich odznacza się stosunkowo dużą wytrzymałością. W stropie i spągu tych pokładów występują przeważnie warstwy mocnych piaskowców.

3. Stopnie zagrożenia pokładów tąpaniami

Literatura górnicza podaje różną klasyfikację stopni zagrożenia tąpaniami. W celu podania obowiązującej definicji najlepiej jest posłużyć aktualną z Dziennika Ustaw (Dz. U. Nr 94, poz. 841 rozdział 2 z dnia 1 lipca 2002 ze zmianami z Dz. U. z dnia 24 października 2003r.) gdzie czytamy:

Rozdział 2

Zagrożenie tąpaniami

§ 5. 1.      Ustala się trzy stopnie zagrożenia tąpaniami w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny.

2.  Do pierwszego stopnia zagrożenia tąpaniami zalicza się pokłady lub ich części zalegające w górotworze skłonnym do tąpań, w których:

1)  dokonano odprężenia:

a)  przez wybranie pokładu odprężającego z zawałem stropu w odległości nie większej niż 50 m pod pokładem odprężanym lub 20 m nad tym pokładem,

b) przez wybranie pokładu odprężającego z podsadzką hydrauliczną w odległości nie większej niż 30 m pod pokładem odprężanym lub 15 m nad tym pokładem,

c) w przypadku grubego pokładu - przez czyste wybranie warstwy tego pokładu,

d) nie zachowując parametrów określonych w lit. a)-c), ale wyniki badań i opinia rzeczoznawcy uzasadniają takie zaliczenie w związku z występującymi warunkami geologiczno-górniczymi oraz własnościami geomechanicznymi pokładu i skał otaczających

- a po odprężeniu tąpnięcia nie występują,

2)  nie dokonano odprężenia, ale wyniki badań i opinia rzeczoznawcy uzasadniają takie zaliczenie w związku z występującymi warunkami geologiczno-górniczymi oraz własnościami geomechanicznymi pokładu i skał otaczających.

3. Skuteczność odprężenia, o którym mowa w ust. 2 pkt 1 lit. a)-c), powinna być potwierdzana badaniami geofizycznymi lub metodami analitycznymi, z częstotliwością określoną przez kierownika ruchu zakładu górniczego na podstawie opinii kopalnianego zespołu do spraw tąpań.

4. Do drugiego stopnia zagrożenia tąpaniami zalicza się pokłady lub ich części zalegające w górotworze skłonnym do tąpań, w których nie dokonano odprężenia przez wybranie pokładu sąsiedniego, ale wyniki badań i opinia rzeczoznawcy uzasadniają takie zaliczenie w związku z występującymi warunkami geologiczno-górniczymi oraz własnościami geomechanicznymi pokładu i skał otaczających.

5. Do trzeciego stopnia zagrożenia tąpaniami zalicza się pokłady lub ich części zalegające w górotworze skłonnym do tąpań, w których nie dokonano odprężenia przez wybranie pokładu sąsiedniego lub wystąpiło tąpnięcie, pomimo dokonanego wcześniej odprężenia.

4. Sposoby zapobiegania tąpaniom.

Tąpaniom można zapobiegać przez wyłączenie czynników warunkujących ich powstanie. Zasadniczym środkiem walki z tąpaniami jest obniżenie ciśnienia eksploatacyjnego. Można to w uzyskać poprzez właściwą eksploatację poszczególnych pokładów, a mianowicie:

— unikanie pozostawiania niewybranych resztek,

— prowadzenie eksploatacji w kierunku od starych zrobów ku caliźnie, a nie odwrotnie,

— stosowanie systemu eksploatacji o prostej wyrównanej linii frontu, z pozostawieniem chodników w podsadzce,

— odprężenie pokładu tąpiącego przez wcześniejsze wybranie pokładu nietąpiącego, zalegającego w niewielkiej odległości powyżej lub poniżej pokładu chronionego. Rolę pokładu może spełniać w pokładzie grubym warstwa równoległa do uławicenia, wybrana pod stropem lub przy spągu.

— przy równoczesnej eksploatacji kilku pokładów, położenie ich frontów wybierania powinno być tak usytuowane, aby nie zachodziła możliwość wzajemnego szkodliwego oddziaływania ich na siebie.

5. Wyrzuty gazów i skał - pojęcia podstawowe

Zjawisko wyrzutu gazów i skał polega na dynamiczne przemieszczenie rozkruszonych skał lub węgla z calizny do wyrobisk przez energię gazów wydzielonych z górotworu.

Następstwami tego zjawiska mogą być:

• efekty akustyczne,

• podmuch powietrza,

• uszkodzenie obudowy i urządzeń,

• powstanie kawerny powyrzutowej,

• powstanie wybuchowego nagromadzenia metanu lub atmosfery niezdatnej do oddychania,

• oderwanie kawałków węgla lub innej skały od calizny i na odrzucaniu ich do wyrobiska.

Nagły wypływ gazów polega na intensywnym wydzielanie się gazów z górotworu w krótkim okresie czasu.

Gazem biorącym udział w wyrzutach w kopalniach węgla jest głównie CH₄ lub CO_2. Główną przyczyną wyrzutów jest zdolność do akumulowania w złożu dużych ilości gazów. W polskim górnictwie węglowym najbardziej wyrzutowym było zagłębie dolnośląskie. W zagłębiu tym od roku 1894 do 1978 zanotowano 1534 wyrzuty, w których zginęło 461 górników. Największy wyrzut miał tam miejsce w KWK „Nowa Ruda” w roku 1958, który spowodował wyrzucenie 5 000 ton węgla i wydzielenie się ok. 750 000 m³ CO₂, a trwał 15 minut. Aktualnie zagrożenie wyrzutami skalnogazowymi występuje w kopalniach Jastrzębskiej Spółki Węglowej. Ostatni wyrzut skał i gazu miał miejsce w lipcu 2002 r. w KWK "Pniówek". O skali zagrożenia świadczyć może m. in. ilość uwolnionego metanu - 55 000 m³.

Stosunek ilości gazu N wydzielonego podczas wyrzutu do całkowitej ilości skały Q wyrzuconej z pokładu nazywa się wskaźnikiem odgazowania n

6. Prognozowanie i zapobieganie wyrzutom gazów i skał

1. Prognozowanie wyrzutów gazów i skał.

Przewidywanie wyrzutów gazów i skał ma duże znaczenie dla bezpieczeństwa pracy. Dokładne określenie wielkości czynników, powodujących powstanie wyrzutu stwarza możliwość sprowokowania go w odpowiednio dobranej chwili, np. w czasie nieobecności załogi pod ziemią.

Zgodnie z obowiązującymi przepisami, stosuje się pomiary wielkości nadciśnienia gazu w otworach badawczych, odwierconych w węglu (caliźnie). Pomiary prowadzi się systematycznie po każdorazowym postępie przodku, posługując się specjalnym przeznaczonym do tego celu aparatem. Przyjmuje się, że wyrzut może nastąpić przy nadciśnieniu większym od 30 KPa (0,3 a) .

W wyniku badań stwierdzono, że na podstawie pomiaru szybkości narastania nadciśnienia gazu można z dość dużą dokładnością przewidzieć zagrożenie powstania wyrzutu w danym przodku.

2. Metody zapobiegania wyrzutom

Zależnie od czynników, które oddziaływają na powstanie wyrzutów, metody zapobiegania im dzieli się na trzy kategorie:

— metody działania zmierzające do zmniejszenia wielkości naprężeń mechanicznych w pokładzie (duże naprężenia powodują szybsze uwolnienie się gazu),

— metody działania zmierzające do zmniejszenia zawartości gazu w pokładzie,

— metody działania uwzględniające równocześnie oba te czynniki.

Odprężenie albo odgazowanie osiąga się przez pewne zabiegi wykonywane poza pokładem bądź w samym pokładzie. Za metodę działania poza pokładem skłonnym do wyrzutów można uważać uprzednią eksploatację pokładu chroniącego, to jest innego wyżej lub niżej zalegającego, dzięki czemu następuje odprężenie pokładu chronionego (tj. zagrożonego wyrzutami).

Skuteczność tego sposobu polega na wzroście odporności pokładu węgla na wyrzuty przez zmniejszenie występujących w nim naprężeń i na stworzeniu warunków dla jego częściowego odgazowania.

Następnym środkiem przeciwdziałania wyrzutom jest odprężenie i odgazowanie pokładu zagrożonego odprężającymi otworami wiertniczymi. Skuteczność działania otworów odprężających zwiększa się przez wypłukiwanie z nich węgla strumieniem wody pod ciśnieniem.

7. Pytania kontrolne:

1. Co to jest zjawisko tąpnięcia?

2. Wymień główne przyczyny tąpań.

3. Podaj, jak dzielą się pokłady ze względu na stopień zagrożenia tąpaniami?

4. Scharakteryzuj sposoby zapobiegania zjawisku tąpań

5. Na czym polega zjawisko wyrzutu gazu i skal?

6. Przedstaw sposoby prognozowania zagrożenia wyrzutami gazów i skał.

7. Wymień metody zapobiegania wyrzutom.

---