Меры предотвращения и технология мониторинга динамических нагрузок в угольной шахте Таншань после аварии с выбросом угля

Почему подземные толчки важны для нас

Глубоко под землёй шахтёры работают в выработках, пройденных через уголь и породу, которые сжимаются огромными природными силами. Иногда это давление высвобождается внезапно, выбрасывая уголь и породу в шахту — событие, называемое выбросом угля. Эти удары могут обрушить выработки и мгновенно унести жизни рабочих. В этом исследовании рассматривается, как одна китайская угольная шахта восстановилась после смертельного выброса, последовательно снижая напряжение в породе и внимательно наблюдая за движениями кровли, что даёт уроки для более безопасного производства энергии во всём мире.

Шахта с непростой историей

Угольная шахта Таншань расположена глубоко под геологически сложной зоной, где слои породы сложены и рассечены многочисленными разломами. В августе 2019 года там произошёл крупный выброс угля, в результате которого погибли семь шахтёров. Расследование показало, что катастрофа возникла из совокупности факторов: сильных напряжений, накопленных в земной коре; угля и породы, способных накапливать и внезапно высвобождать упругую энергию; сосредоточенных нагрузок вокруг оставшихся столбов угля; и сотрясений от работы горного оборудования. Прежде чем открыть ключевую производственную зону, известную как очистной забой 0250, инженерам нужно было доказать, что эти опасные условия можно взять под контроль.

Дать углю расслабиться

Первым шагом было уменьшение накопленной энергии внутри самого пласта угля. Команда использовала два основных приёма. Они подрывали выбранные участки угля, целенаправленно растрескивая и ослабляя зоны с наибольшими напряжениями. Затем бурили крупно диаметральные скважины вдоль стен выработки, создавая зоны, где уголь мог разрушаться и деформироваться контролируемо. Эти отверстия для «снятия давления» поощряют постепенное разрушение породы, позволяя энергии выйти постепенно, а не накапливаться до взрывного выброса. После кампании подрывных работ и бурения оставшийся риск сильного выброса на забое 0250 был признан низким — но при условии, что кровля шахты останется стабильной по мере возобновления выемки.

Слушая, как движется кровля шахты

Следующая задача заключалась в том, чтобы в реальном времени отслеживать, как порода над выработкой реагирует по мере продвижения горного оборудования. Существующие методы в основном измеряли косвенные признаки — изменение нагрузки на крепь или напряжение в скважинах — которые могут смешивать медленные фоновыe силы и внезапные толчки. В этом исследовании авторы привлекли вибрационный прибор, обычно используемый в отрасли для контроля машин и оползней. Они прикрепили вибрационные датчики к канатам, заанкерённым в основной породе кровли, и сочетали их с многоточечными измерителями перемещений, проложенными через буровые скважины длиной 10 метров. Такая схема позволила регистрировать и скорость движения кровли при кратковременных сотрясениях, и медленное проседание за дни.

Что говорят цифры о безопасности

В течение нескольких дней выемки забой продвигался всего на несколько метров, но приборы зафиксировали более тысячи записей вибраций. После фильтрации шума команда сосредоточилась на вертикальном движении кровли. Типичные скорости вибрации колебались от нескольких до примерно 15 сантиметров в секунду, при этом каждое возбуждение длилось лишь одну‑две секунды — что соответствует обычным горным работам, таким как вырезка угля и перемещение крепи. Наибольшие быстрые вертикальные смещения, около 35 сантиметров, произошли за несколько метров впереди активной зоны вырезки — участке, который обычно не ассоциируют с выбросами угля и который, вероятно, связан с рутинной работой машин. Более важно то, что в зоне высокого давления за 7–16 метров перед забоем — где наиболее опасны выбросы — вертикальные перемещения кровли оставались в пределах примерно 10 сантиметров. Долговременные измерения просадки от датчиков перемещений показали лишь небольшие, постепенные смещения, что указывает на то, что слоистая кровля осталась целой и хорошо поддерживаемой.

Взгляд в будущее под землёй

В совокупности результаты свидетельствуют о том, что сочетание мероприятий по снятию давления до выемки и непрерывного прямого мониторинга движений кровли удерживало динамические нагрузки на очистном забое 0250 в безопасных пределах. Уголь уже освободился от значительной части накопленной энергии, а оставшиеся вибрации напоминали скорее ровное дыхание действующей шахты, чем резкий вздох катастрофы. Авторы отмечают, что применённым вибрационным приборам всё ещё требуются более длительные записи и более интеллектуальная обработка данных для повседневного использования в шахте. Тем не менее подход — целенаправленное ослабление рискованных зон угля и тщательное отслеживание реальных движений породы — указывает на более прозрачный и измеримый путь принятия решений о том, когда можно безопасно вести глубокую разработку, не подвергая шахту риску повторного смертельного толчка.

Цитирование: Ma, S., Su, Y., Jia, D. et al. Prevention measures and monitoring technology of dynamic load in Tangshan coal mine after coal bump disaster. Sci Rep 16, 14593 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45527-9

Ключевые слова: выброс угля, предотвращение горного взрыва, мониторинг кровли шахты, измерение вибраций, безопасность при глубоких угольных разработках