Прогноз та керування газовиділенням із вироблених просторів відпрацьованих лав у вугільних шахтах

- напрям витоків повітря із вироблених просторів в одну з дільничних виробок експлуатованої дільниці практично виключають можливість безпечного відпрацювання газоносних вугільних пластів;

- необхідний ефект прямоточних схем провітрювання може бути досягнутим тільки за наявності можливості керування витоками повітря у вироблених просторах і забезпечення необхідного рівня ефективності дегазації діючих і відпрацьованих і виїмкових дільниць;

- флангове розташування виробок з висхідним вентиляційним струменем повітря шахти (крила, блоку, панелі) створює рівні умови щодо забезпечення безпечності в межах експлуатованих виїмкових дільниць при односторонньому розвитку гірничих робіт;

- вибір схем провітрювання виїмкових дільниць повинен проводитися з урахуванням програм розвитку гірничих робіт і взаємного ув'язування розташування дільничних і загально-шахтних виробок відносно до вироблених просторів лав, що експлуатуються або відпрацьовані.

В шостому розділі наведені результати дослідження залежності ефективності дегазації при зміненні гірничотехнічних умов та параметрів експлуатації окремих елементів дегазаційної системи.

Тривалі спостереження за газовиділеннями в свердловини і досвід експлуатації схем дегазації дали можливість виявити головні фактори і їх вплив на ефективність роботи дегазаційних свердловин [6, 8-10, 16, 20, 22, 32, 34]:

- ступінь розвитку очисних робіт;

- черговість утворення й розташування характерних зон газовиділення;

- порядок відпрацювання лав;

- час, що минув з моменту відпрацювання суміжної лави;

- параметри зрушування порід над виробленими просторами відпрацьованих і експлуатованих лав;

- кількість лав, одночасно експлуатованих у пласті;

- розташування (прилягання) виробки, з якої бурять свердловини до вироблених просторів лав, що експлуатуються або відпрацьовані;

- напрямок витоків повітря через вироблений простір діючих і відпрацьованих лав;

- вид вентиляційного струменя повітря, що проходить виробкою із якої бурять свердловини (свіжий чи висхідний);

- розташування дегазаційних свердловин відносно вибоїв зупинених і діючих лав;

- спосіб охорони виробок, з яких пробурені свердловини;

- умови підтримання (погашення) виробок.

В наш час нормативними документами враховується лише чотири фактори - умови підтримання (погашення) виробки, спосіб її охорони, вид вентиляційного струменя повітря (свіжий чи висхідний) і розташування виробки відносно масиву вугілля і виробленого простору. Кількісна оцінка впливу на ефективність дегазації цих факторів в одних гірничо-геологічних умовах не проводилась.

Буріння свердловин назустріч очисному вибою в зону первинних зрушувань і підтримання підготовчої виробки на всій її довжині з висхідним вентиляційним струменем повітря забезпечувало ефективність дегазації не менше 70% [16, 18]. Погашення виробки позаду очисного вибою, за інших рівних умов, призвело до зниження ефективності дегазації до 38,2%.

В умовах безціликової виїмки вугільних пластів і стовпових систем розробки складно підтримувати дільничні виробки, оточені з двох сторін виробленим простором після проходу очисного вибою. В цих випадках, як правило, застосовують схеми дегазації з бурінням свердловин назустріч очисному вибою і відключенням їх позаду лави. При приляганні виробки до вироблених просторів відпрацьованих лав і напрямку витоків повітря від виробок указаними схемами досягалась ефективність 5,0ч5,1%. При напрямку витоків до виробки ефективність дегазації свердловин підвищувалась до 9,0ч12,4%. В першому і в другому випадках вирішальну роль у забезпеченні безпечних умов відігравали не ефективність дегазаційних свердловин даної групи, а напрями витоків повітря через вироблені простори відпрацьованих лав. При напрямку витоків повітря до виробки весь газ, що надходить у вироблені простори відпрацьованих лав при активізації зрушування порід виділявся в діючу дільничну виробку. З цієї причини ефективність свердловин (9,0ч12,4%) не відігравала практичної ролі в забезпеченні безпечних умов у висхідному вентиляційному струмені повітря виїмкової дільниці.

При напрямку витоків повітря від виробки, ними за межі діючої виїмкової дільниці виносився весь газ, що виділявся при активізації зрушування порід. Зниження ефективності дегазації свердловин при такому напрямку витоків повітря до 5,0ч5,1% також не грало практичної ролі в забезпеченні безпечних умов у дільничних виробках. З цієї причини застосування схем буріння дегазаційних свердловин назустріч очисному вибою із виробок, що прилягають до вироблених просторів відпрацьованих лав, не має рації при будь-яких схемах провітрювання і напрямків витоків повітря.

Це свідчить, що ефективність дегазації свердловинами визначається в більшій мірі не напрямком вентиляційних струменів, а розташуванням дільничних виробок відносно зон первинних і вторинних зрушувань порід.

Середня ефективність дегазаційних свердловин, пробурених в зону первинних зрушувань порід із виробок із свіжими вентиляційними струменями повітря складала 29,1ч31,4%. При аналогічному розташуванні свердловин у виробці з висхідним струменем повітря було забезпечено середню ефективність дегазації 38,2%. В цих умовах вплив розташування вентиляційних струменів на ефективність дегазації оцінюється в 6,8ч9,1%, а розташування свердловин відносно зон первинних і вторинних зрушувань - у 24,0ч26,4%.

Основним критерієм вибору схем дегазації є розташування свердловин в зонах техногенної тріщинності, що знаходяться над границею масиву вугілля або ціликів і виробленого простору. Ця вимога є основною при виборі місця розташування свердловин, що пробурюються із денної поверхні. Вона може забезпечити видобуток і використання газу в необхідних об'ємах протягом кількох десятків років на ділянках полів вже закритих шахт із використанням ефекту зрушування порід при відпрацюванні пластів сусідніми шахтами. В кожному конкретному випадку газовиділення, викликані активізацією зрушування порід, вимагають індивідуального підходу до розв'язання питань ефективної дегазації містких гірничих порід і зближених пластів [8-10, 28, 29, 32, 34]. Досягнення необхідної ефективності неможливе без проведення спеціальних заходів, спрямованих на покращення експлуатаційних характеристик дегазаційних систем з урахуванням обставин, що склалися у конкретних гірничо-геологічних і гірничотехнічних умовах [1]. З цієї причини поряд із вибором схем дегазації розглянуто питання, пов'язані з оцінкою відповідності дегазаційних систем чи окремих їх елементів умовам відпрацювання газоносних вугільних пластів.

Збільшення навантаження видобутку вугілля із очисних вибоїв супроводжується зростанням кількості газу, що викликає необхідність підвищення ефективності дегазації. Однак багато дослідників відзначають, що із збільшенням швидкості посування вибоїв, вона, як правило, падає. Як однією з причин зниження ефективності називається зміщення зони максимального газовиділення із відпрацьованих пластів в сторону виробленого простору. При цьому робиться висновок, що за умов стовпових систем відпрацювання, коли свердловини пробурюють попереду очисного вибою, не може бути досягнутим високий ефект дегазації, так як свердловини не зв'язані із зоною максимального виділення метану. Враховуючи можливість такої ситуації, виконано експериментальну перевірку залежності зони максимального газовиділення із відпрацьованих пластів від швидкості посування очисного вибою [23].

Про зміни величини газовиділення і його розподіл вздовж вентиляційної виробки судили із змін витрат метану в дегазаційних свердловинах лав з різною швидкістю посування, що відпрацьовували пласт в однакових умовах. Свердловини пробурювали з однаковими параметрами назустріч очисним вибоям і після проходу лав під їх устями залишали підключеними до дегазаційних газопроводів, прокладеним у виробках, що підтримували позаду очисних вибоїв.

Одержані результати показали , що із збільшенням швидкості посування витрати метану у свердловинах зросли, але положення зони максимального газовиділення не змінилось. Це підтверджує положення про синхронне переміщення півмульди зрушування земної поверхні з рухомим очисним вибоєм.

Спостерігалось деколи зниження ефективності, що пояснюється недостатньою продуктивністю дегазаційних систем. Причини низької ефективності можуть бути визначені за параметрами, що характеризують режими роботи вакуум-насосів і дегазаційних свердловин (витрати метаноповітряної суміші, вміст у ній метану, розрідження у свердловинах і в всмоктуючому патрубку вакуум-насосів). По відношенню величин цих параметрів, використовуючи схему [1, 15, 21] можна судити про “вузькі” місця дегазаційної системи і намічати заходи щодо їх усунення.

Апробація запропонованої методики визначення “вузьких” місць дегазаційної системи і вибору заходів щодо підвищення ефективності дегазації проведена при експлуатації 2-ї західної лави шахти ім. газети “Известия”. Реалізація рекомендованих заходів дала можливість підвищити ефективність дегазації відпрацьованих зближених пластів і порід з 40 до 80ч90% і ізольовано відводити більше 60 м³/хв. газової суміші з високим вмістом метану.

Проведені дослідження показали, що для забезпечення безпечних умов виїмки газоносних вугільних пластів необхідно:

- враховувати синхронне переміщення зони максимальних газовиділень за очисним вибоєм незалежно від швидкості його просування;

- проводити прогноз газовиділення з кожної характерної зони впливу очисних виробок при розвитку гірничих робіт в двох взаємно перпендикулярних напрямках;

- вибір схем дегазації виїмкових дільниць пов'язувати зі схемами провітрювання з урахуванням не тільки максимальної ефективності дегазації, але й можливості забезпечення безпечних умов в гірничих виробках за рахунок керування витоками повітря через вироблені простори;

- ефективність схем дегазації оцінювати, як мінімум, з урахуванням дванадцяти факторів, а не чотирьох.

В додатках наведено матеріали про умови проведення шахтних спостережень, одержані експериментальні дані, і документи, що підтверджують впровадження результатів дисертації.

Висновки

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми забезпечення безпечного відпрацювання газоносних вугільних пластів, що полягає у обліку процесів активізації зрушування порід. Її розв'язання базуються на запропонованій моделі залежності процесу газовиділення від вторинних зрушувань порід, порушенні природного рівноважного стану системи газ-вугілля зближених пластів, обґрунтуванні зв'язку об'ємів газовиділення з параметрами мульд зрушування.

Основні наукові і практичні результати, висновки і рекомендації роботи полягають в наступному:

1. Виконаний аналіз сучасних уявлень про процеси утворення газу у вугільних родовищах і формах знаходження газу у вугіллі і породах. Виявлені умови і причини, що викликають газовиділення із вироблених просторів лав, відпрацьованих при активізації зрушування порід. Розроблене дерево укрупнених проблем. Обґрунтовані і покладені в основу концепції залежності газовиділення в зонах впливу очисних виробок від ступеня відпрацювання порід і їх напруженого стану. Запропонований метод, що дозволяє розраховувати параметри мульд зрушування земної поверхні над виробленими просторами експлуатованих і відпрацьованих лав. Встановлена необхідність прогнозу газовиділення у вугільних шахтах з урахуванням активізації зрушування порід, що вимагає перегляду класифікації видів виділення метану і удосконалення схем провітрювання і дегазації виїмкових дільниць.

2. Встановлено, що до останнього часу не враховано при прогнозі метановиділення особливості зрушування порід, що впливають на процес метановиділення із відпрацьованих пластів:

- порушення природної рівноваги систем газ-вугілля зближених пластів відбувається у всій відпрацьованій товщині при розмірі очисної виробки понад 0,1...0,3 глибини ведення робіт, що підтверджується утворенням мульд зрушування на земній поверхні;

- під впливом рухомого очисного вибою породи покрівлі зазнають у часі послідовно різних видів механічного впливу (стискання, розтягнення, розвантажування від гірського тиску, його відновлення і т.п.);

- кожній стадії розвитку гірничих робіт відповідають певні розміри зон впливу у вміщуючих породах і кількість вугілля зближених пластів, що потрапляють в ці зони. Можливість виділення газу із цих зон залежить від мережі горизонтальних і вертикальних тріщин, що взаємно пересікаються. Поява тріщин визначається механічними властивостями порід і ступенем впливу очисної виїмки на їх наступний стан;

- дискретне збільшення розмірів виробленого простору на довжину лави, що відпрацьовується, призводить до однакового виду впливу очисної виробки на породи, що раніше знаходилися в різних напружених станах;

- умови виділення газу із зон порушеного природного стану містких порід і зближених пластів визначаються ступенем розвитку гірничих робіт в двох взаємно перпендикулярних напрямках, відповідно в сторону посування очисного вибою і послідовним (чи іншим) відпрацюванням лав у шахтному полі.

3. Розроблена модель, що якісно пов'язує газовиділення в гірничі виробки і дегазаційні свердловини із зон з різним напруженим станом порід при розвитку очисних робіт в двох взаємно перпендикулярних напрямках, що дало можливість узагальнити процеси всього циклу порушення природного стану відпрацьованих пластів і порід і відновлення їх початкового стану (повного чи часткового) і розвиває наукові основи для розв'язання завдання безпечного відпрацювання газоносних вугільних пластів. Такими завданнями є прогноз газовиділення із вироблених просторів експлуатованих і відпрацьованих лав, вибір раціональних схем провітрювання і дегазації виїмкових дільниць, керування витоками повітря через вироблені простори.

4. Досліджено формування складових газового балансу і зон повторних зрушувань (активізацій) і встановлено, що при повному відпрацюванні порід (утворенні плоского дна мульди зрушування) метановиділення відбувається тільки із зон активізації зрушування порід над виробленим простором суміжної лави, при неповному відпрацюванні газ виділяється із зон над усім контуром границь вироблених просторів. Таке розташування зон надходження метану в гірничі виробки вимагає вдосконалення вибору і класифікації схем провітрювання і дегазації.

5. Розроблені й випробувані схеми дегазації зближених пластів в умовах активізації зрушування порід. В поєднанні з провітрюванням вони забезпечують безпечні умови в гірничих виробках і дають можливість проводити попередню дегазацію в зонах впливу вугільних ціликів, залишених на зближених пластах.

6. Запропоновано при виборі схем дегазації керуватися впливом дванадцяти факторів замість чотирьох. Експериментально визначена кількісна оцінка впливу цих факторів.

7. Встановлена прямо пропорційна залежність між кількістю газу, що виділився із вироблених просторів відпрацьованих лав і об'ємами мульд зрушування земної поверхні, викликаних відпрацюванням чергової виїмкової дільниці. Вона дає можливість для прогнозу газовиділень використати достовірні дані про розміри очисних виробок і параметри мульд зрушування земної поверхні.

8. Виявлені відмітні особливості газовиділення при активізації зрушування порід і визначені умови їх виникнення, які дозволяють класифікувати його як окремий (особливий) вид метановиділення у вугільних шахтах.

9. Експериментально доведено, що із збільшенням швидкості посування очисного вибою положення зони максимальних газовиділень в відпрацьованих породах не переміщується в сторону виробленого простору, а має постійне положення відносно очисного вибою. Це дозволяє обґрунтовано проектувати і забезпечувати на практиці високу ефективність дегазації вказаних джерел метановиділення.

10. Розроблена методика визначення “вузьких” місць дегазаційних систем і вибору рекомендованих заходів щодо підвищення ефективності дегазації джерел метановиділення. Апробація методики в шахтних умовах дала можливість ізольовано відводити 80ч90% газу, що виділився із відпрацьованих пластів і порід.

11. Проведені теоретичні і експериментальні дослідження дають методологічну основу для розв'язання важливих проблем гірничого виробництва:

- прогноз метановиділення в гірничі виробки і дегазаційні свердловини;

- прогноз газовиділення на денну поверхню;

- розрахунок можливого видобутку свердловинами “додаткового” газу, який не виділяється в гірничі виробки;

- вибір схем провітрювання і дегазації з урахуванням зрушування і ущільнення порід.

Апробація результатів у виробничих умовах підтвердила правильність і ефективність запропонованих наукових положень. Вони реалізовані при розробці нормативних документів, рекомендацій, технічних рішень і способів, які підвищують безпеку відпрацювання газоносних вугільних пластів.

Повнота дисертації відображена в таких публікаціях

1. Дегазация при тушении пожаров в угольных шахтах / Романчук А.Л., Алейникова Г.М., Привалов Н.И., Скляров Л.А., Антощенко Н.И., Касимов О.И. - К.: Технiка, 1987.- 119 с.

2. Антощенко Н.И., Сятковский С.Л. Зависимость свойств углей и их элементного состава от степени метаморфизма // Уголь Украины.-2001. -№2-3, с.46-48.

3. Антощенко Н.И., Сятковский С.Л. Промышленная классификация углей и безопасная отработка газоносных пластов // Уголь Украины.-2003.-№4, с.14-17.

4. Антощенко Н.И., Томалак Н.В., Сятковский С.Л. Влияние температуры на степень метаморфизма ископаемых углей // Уголь Украины.-2002. -№7, с.36-38.

5. Касимов О.И., Антощенко Н.И., Мирумян Г.М., Спектор Г.В. О расчете параметров дегазационных скважин при столбовых системах // Уголь Украины.- 1982.- № 5.- C. 35-36.

6. Антощенко Н.И., Павлив М.В. Об эффективности дегазационных скважин при первичных посадках кровли // Уголь Украины.- 1987.- № 2.- C. 40-41.

7. Антощенко Н.И., Сятковский С.Л. О механизме газовыделений в угольных шахтах // Уголь Украины.- 2001.- № 11-12.- С. 51-53.

8. Антощенко Н.И., Павлив М.В. Дегазация выемочных участков при активизации сдвижения подработанных пород // Уголь Украины.- 1986.- №7.- C. 37-38.

9. Антощенко Н.И. Экспериментальная оценка газовыделений при активизации сдвижения пород // Уголь Украины.- 2003.- № 2, С. 38-39.

10. Драбик А.С., Антощенко Н.И., Инюшин Б.А. Опыт дегазации отработанного выемочного участка // Уголь Украины.- 1984.- № 2.- C. 29-30.

11. Антощенко Н.И. О классификации видов выделения метана в угольных шахтах // Уголь Украины.- 2002.- № 2-3.- С. 54-56.

12. Антощенко Н.И. Особенности формирования зон влияния очистных выработок // Уголь Украины.- 2004.- № 1.- С. 12-15.

13. Антощенко Н.И., Павлив М.В. О газопроявлениях при отработке смежных лав // Уголь.- 1987.- № 8.- C. 24-25.

14. Антощенко Н.И., Павлив М.В. Влияние целиков угля на газовыделения при отработке сближенных пластов // Уголь.- 1988.- № 3.- C. 14-17.

15. Касимов О.И., Антощенко Н.И. Расчет параметров дегазации подработанных пластов и пород // Уголь.- 1982.- C. 57-58.

16. Драбик А.С., Касимов О.И., Антощенко Н.И. Опыт эффективной дегазации выемочного участка // Уголь.- 1982.- № 8.- С. 45-47.

17. Драбик А.С., Антощенко Н.И. О прогнозе газовыделения из сближенных пластов // Безопасность труда в промышленности.- 1986.- № 2.- C. 49-50.

18. Драбик А.С., Антощенко Н.И. Газопроявления при посадках кровли // Безопасность труда в промышленности.- 1986.- № 3.- C. 7-9.

19. Антощенко Н.И., Павлив М.В. Прохождение выработкой полости с газом // Безопасность труда в промышленности.- 1988.- № 9.- C. 18-20.

20. Антощенко Н.И. Управление газовыделением на выемочных участках // Безопасность труда в промышленности.- 1985.- №5, С. 28-29.

21. Лапко В.В., Федяев О.И., Касимов О.И., Антощенко Н.И. Оптимальное управление процессом дегазации скважинами подработанных угольных пластов // Известия вузов. Горный журнал.- 1982.- № 7.- С. 115-119.

22. Антощенко Н.И. Выбор схем проветривания газообильных выемочных участков при активизации сдвижения пород в угольных шахтах // Сборник научных трудов НГУ № 18.- Днепропетровск: РИК НГУ, 2003.- С. 152-157.

23. Касимов О.И., Антощенко Н.И. Влияние скорости подвигания очистных забоев на эффективность дегазации подработанных пластов // МакНИИ, сб. научных трудов. Способы безопасного ведения взрывных работ и борьба с выбросами в угольных шахтах.- Макеевка-Донбасс, 1983.- C. 58-65.

24. Давиденко В.А., Антощенко Н.И., Сятковский С.Л. Об изменении элементного состава и свойств углей в процессе их метаморфизма // Сб. научных трудов ДГМИ, №12.- Алчевск, 2001, с.4-16.

25. Антощенко Н.И. О методике прогноза газообильности горных выработок угольных шахт // Сб. научных трудов ДГМИ, № 16.- Алчевск, 2002.- С. 43-53.

26. Антощенко Н.И., Беглов Р.З. Упрощенная схема формирования мульд активизации сдвижения пород для прогноза газовыделений // Сб. Научных трудов.- Алчевск: ДГМИ, вып.15, 2002.- С. 100-109.

27. Антощенко Н.И. О механизме газопроявлений в угольных шахтах при развитии горных работ // Сб. научных трудов.- Алчевск: ДГМИ, вып.13, 2001.- С. 54-67.

28. Антощенко Н.И. Влияние размеров выработанного пространства и порядка отработки лав на уровень газовыделений в горные выработки // Сб. научных трудов.- Алчевск: ДГМИ, вып. 14, 2001.- С. 127-132.

29. Давиденко В.А., Антощенко Н.И., Сятковский С.Л. Влияние добычи угля на газовыделения при отработке пластов спаренными лавами // Сб. научных трудов ДГМИ, № 11.- Алчевск, 2000.- С. 20-27.

30. Антощенко Н.И. Модель, качественно увязывающая процессы сдвижения пород и газовыделения в угольных шахтах // Сборник научных трудов ДГМИ. Выпуск № 17.- Алчевск.- 2003.- С. 172-183.

31. Применение дегазации для снижения метановыделений в горные выработки шахты им. газеты “Известия”. // Брижанев А.М., Галазов Р.А., Ващаев В.И., Паюсова Л.Ф., Антощенко Н.И. // ЦНИЭИ Уголь. Отечественный опыт. Добыча и переработка угля. Выпуск 10.- М., 1984.- С. 1-4.

32. Способ дегазации подработанного горного массива в период активизации его сдвижения. / А.С. Драбик, Н.И. Антощенко, О.И. Касимов и др. Авторское свидетельство СССР № 1262059 от 8.06.1986 г.

33. Способ дегазации полостей, пересекаемых подготовительными выработками / А.С. Драбик, Н.И. Антощенко, О.И. Касимов. Авторское свидетельство СССР № 1446340 от 22.08.1988 г.

34. Способ дегазации выработанного пространства при столбовой системе разработки / О.И. Касимов, Н.И. Антощенко, Б.А. Инюшин. Авторское свидетельство СССР № 1046543 от 8.09.1983 г.

35. Давиденко В.А., Антощенко Н.И. Прогноз газовыделения и формирование зон влияния очистных выработок // Материалы VII Международных научных чтений Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности.- Санкт-Петербург, МАНЭБ, 2003.- С. 137-139.

36. Антощенко Н.И. Экспериментальное определение газовыделений при активизации сдвижения пород // Материалы международной конференции “Безопасность жизнедеятельности на пороге XXI века” (Алушта, сентябрь, 1999 года). - Алчевск: МАНЭБ, ДГМИ.- 1999.- C.170-187.

37. Антощенко Н.И. Обеспечение безопасных условий отработки газоносных угольных пластов при активизации сдвижения вмещающих пород // Международный экологический симпозиум “Перспективные информационные технологии и проблемы управления рисками на пороге нового тысячелетия” в рамках научных чтений “Белые ночи - 2000”. Материалы докладов. 2 т.- издательство МАНЭБ, Санкт - Петербург, 2000.- C. 168-170.

38. Антощенко Н.И. Экспериментальное определение газовыделений за пределами выемочных участков при отработке сближенных угольных пластов и активизации сдвижения пород // Материалы международной конференции “Экология и безопасность жизнедеятельности - 2000” (Феодосия, сентябрь 2000 года). - Алчевск: ВО МАНЭБ, ДГМИ.- C. 145-152.

39. Антощенко Н.И., Беглов Р.З. О теоретических основах прогноза газовыделений из выработанных пространств отработанных лав // Материалы международной конференции “Экология и безопасность жизнедеятельности - 2002”.- Алчевск, ДГМИ, 2002, С. 123-133.

40. Антощенко Н.И. О выборе схем проветривания при активизации сдвижения пород // Материалы научных чтений “Стратегия выхода из глобального экологического кризиса”. Санкт-Петербург, изд-во МАНЭБ, 2001, С. 171-172.

41. Антощенко Н.И. О выборе схем проветривания газообильных выемочных участков угольных шахт при активизации сдвижения пород // Материалы международной конференции “Экология и безопасность жизнедеятельности - 2001“ (Межгорье, Закарпатье, 20-26 августа 2001 г.).- Восточно-Украинское отделение МАНЭБ, ДГМИ, Алчевск, 2001.- С. 68-75.

Анотація

Антощенко М.І. Прогноз та керування газовиділенням із вироблених просторів відпрацьованих лав у вугільних шахтах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.26.01 - “Охорона праці” - Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2004.

Дисертація присвячена розкриттю особливостей газовиділення із вироблених просторів відпрацьованих лав і розв'язанню проблеми забезпечення безпечного відпрацювання газоносних вугільних пластів під час активізації зрушування порід.

Виконано аналіз сучасних уявлень про процеси утворення газу у вугільних родовищах і формах знаходження метану у вугіллі і породах. Встановлено умови й причини, що спричиняють газовиділення із вироблених просторів відпрацьованих лав під час активізації зрушування порід. Обґрунтовано й покладено в основу концепції залежність газовиділення в зонах впливу очисних виробок від ступеня відпрацьованості порід та їх напруженого стану.

Розроблено модель, що якісно пов'язує газовиділення в гірничих виробках і дегазаційних свердловинах із зон з різним напруженим станом порід під час розвитку очисних робіт в двох взаємно перпендикулярних напрямках.

Виявлено умови утворення й розташування зон метановиділення відносно очисного вибою, що рухається і залишеному.

Встановлено прямо пропорційну залежність між кількістю газу, що виділився із вироблених просторів відпрацьованих лав і об'ємами мульд зрушування земної поверхні, спричинених відпрацюванням чергової виїмкової дільниці.

Розроблено схеми провітрювання і дегазації виїмкових дільниць під час активізації зрушування порід. Випробування й апробація розроблених схем і методів в шахтних умовах підтвердили правильність ї ефективність запропонованих рішень.

Ключові слова: газовиділення, вироблений простір, відпрацьовані лави, зрушування порід, активізація, мульди зрушування, прогноз газовиділення, провітрювання, дегазація, безпека.

Аннотация

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.26.01 - “Охрана труда”. - Национальный горный университет, Днепропетровск, 2004.

Диссертация посвящена раскрытию особенностей газовыделения из выработанных пространств отработанных лав и решению проблемы обеспечения безопасной отработки газоносных угольных пластов при активизации сдвижения пород.

Выполнен анализ современных представлений о процессах образования газа в угольных месторождениях и формах нахождения метана в угле и породах. Установлены условия и причины, вызывающие газовыделение из выработанных пространств отработанных лав при активизации сдвижения пород. Разработано дерево укрупненных проблем. Обоснована и положена в основу концепции зависимость газовыделения в зонах влияния очистных выработок от степени проработанности пород и их напряженного состояния. Предложены аналитические зависимости, позволяющие рассчитывать параметры мульд сдвижения земной поверхности над выработанными пространствами эксплуатируемых и отработанных лав. Доказана необходимость прогноза уровня газовыделения из каждой характерной зоны активизации сдвижения пород.

Раскрыт механизм газовыделения из подработанных пластов, учитывающий нарушение природного равновесного состояния системы газ-уголь от разрабатываемого пласта до земной поверхности при последовательном переходе вмещающих пород из одного состояния в другое над движущимся очистным забоем или дискретном увеличении выработанного пространства на длину эксплуатируемой лавы.

Разработана модель, качественно увязывающая газовыделение в горные выработки и дегазационные скважины из зон с разным напряженным состоянием пород при развитии очистных работ в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, что позволило обобщить процессы всего цикла нарушения природного состояния подработанных пластов и пород и восстановления их исходного состояния (полного или частичного), и предложить научные основы для решения задач безопасной отработки газоносных угольных пластов. К таким задачам относятся прогноз газовыделения из выработанных пространств эксплуатируемых и отработанных лав, выбор рациональных схем проветривания и дегазации выемочных участков, управление утечками воздуха через выработанные пространства.

Выявлены условия образования и расположение зон метановыделения по отношению к движущемуся и остановленному очистным забоям. Экспериментально доказано, что с увеличением скорости подвигания очистного забоя зона максимального газовыделения в подработанных породах позади эксплуатируемой лавы не перемещается в сторону выработанного пространства, а имеет постоянное положение по отношению к забою.

Установлена прямо пропорциональная зависимость между количеством газа, выделившимся из выработанных пространств отработанных лав и объемами мульд сдвижения земной поверхности, вызванных отработкой очередного выемочного участка. Она позволила использовать для прогноза газовыделения достоверные данные о размерах очистных выработок и параметры мульд сдвижения земной поверхности.

Определены условия возникновения и отличительные особенности газовыделения при активизации сдвижения пород, которые дают возможность классифицировать его как отдельный (особый) вид метановыделения в угольных шахтах.

Предложена методологическая основа для решения задач прогноза метановыделения в горные выработки, дегазационные скважины и на дневную поверхность, добычи скважинами “дополнительного” газа, который не выделяется в горные выработки, выбора схем проветривания и дегазации с учетом сдвижения и уплотнения пород.

Разработаны схемы проветривания и дегазации выемочных участков при активизации сдвижения пород. Предложен метод выявления и устранения причин низкой эффективности дегазационных систем.

Испытания и апробация разработанных схем и методов в шахтных условиях подтвердили правильность и эффективность предложенных решений. Они реализованы в нормативных документах.

Ключевые слова: газовыделение, выработанное пространство, отработанные лавы, сдвижение пород, активизация, мульды сдвижения, прогноз газовыделения, схемы, проветривание, дегазация, безопасность.

Abstract

N.I. Antoshchenko. The Forecast and Gas Emission Management Process from Worked out Areas of Faces Exhausted in Coal Mines. - Manuscript.

Thesis for a Doctor's degree of Technical Sciences in the field of Labour Protection (05.26.01). - National Mining University, Dnipropetrovsk, 2004.

The thesis concerns the problems of peculiarities of gas emission from worked out areas of faces exhausted. Another task is to solve the problem of gas bearing coal stratum safe working out when rock displacement takes place.

There was carried out the analysis of modern points of view as for gas formation processes in coal deposits, and forms of methane appearance both in coal and rocks. There were determined conditions and reasons of gas emission from worked out areas of faces exhausted when rock displacement takes place.

Model that perfectly combines gas emission into headings and degassing holes from the areas with different intensive rock conditions when mining is performed in two mutually perpendicular directions was developed.

There was determined direct proportional dependence between gas emitted from worked out areas of faces exhausted and volumes of surface displacement basins as a result of one more mining district working out.

There were found out conditions of gas emission appearance and peculiarities under rock displacement to classify it as a separate (specific) type of methane emission in coal mines.

The methods of stoping airing and degassing under the conditions of rock displacement have been progressed.

Method testing in mines has confirmed the efficiency of the work.

Key words: gas emission, worked out area, exhausted faces, rock displacement, activation, displacement basins, gas emission forecast, technique, airing, degassing, safety.

Размещено на Allbest.ru