Вдосконалення прогнозу малоамплітудних дизюнктивних та плікативних порушень при проведенні пластових гірничих виробок

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ ГІРНИЧИХ ПРОЦЕСІВ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ВДОСКОНАЛЕННЯ ПРОГНОЗУ МАЛОАМПЛІТУДНИХ ДИЗ'ЮНКТИВНИХ ТА ПЛІКАТИВНИХ ПОРУШЕНЬ ПРИ ПРОВЕДЕННІ ПЛАСТОВИХ ГІРНИЧИХ ВИРОБОК

Виконав:

Кольчик Іван Євгенович

Донецьк - 2006

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Інтенсивний видобуток вугілля в Донбасі в останні десятиріччя призвів до необхідності відробки запасів на глибинах, більших за 1000 м. Однак, із зростанням глибини ведення гірничих робіт з'являється ціла низка факторів, що збільшують вартість проведення виробок, та знижують безпеку праці шахтарів. До них, в першу чергу, необхідно віднести зростання гірського тиску, зростання газоносності пластів, а також збільшення кількості шахтопластів, що схильні до газодинамічних явищ. Особливо ускладнюють ведення гірничих робіт на глибоких горизонтах геологічні порушення, оскільки вони не тільки сприяють виникненню додаткової концентрації напружень при наближенні до них гірничої виробки та являються осередками накопичення метану, а також тому, що, найчастіше, саме до них приурочені газодинамічні явища на викидонебезпечних пластах.

Для підвищення безпеки ведення гірничих робіт необхідною умовою є своєчасне виявлення геологічних порушень, що зустрічаються гірничими виробками при їх проведенні. Великі геологічні порушення, зазвичай, прогнозуються, а малоамплітудні диз'юнктивні порушення (МДП) та плікативні порушення виявити до початку ведення гірничих робіт досить складно. Методи прогнозу диз'юнктивних та плікативних, що супроводжуються потовщенням пласта, порушень та амплітуди їх зміщення чи величини потовщення при проведенні пластових підготовчих виробок не демонструють високої точності при амплітудах зміщення пласта менших за 1,0 м, та, зазвичай, не виявляють його потовщення. Тому розробка методу прогнозу, що дозволяє виявляти МДП та плікативні порушення, що супроводжуються потовщенням пласта, при проведенні пластових підготовчих виробок є важливою та актуальною науково-технічною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Прогноз малоамплітудних порушень при проведенні пластових гірничих виробок являє собою один з наукових напрямків Інституту фізики гірничих процесів НАН України. Дисертаційна робота є однією з частин досліджень, що виконані за тематикою інституту: тема № ДР0102U003845 - „Вид напруженого стану вугілля та фазовий стан метану в ньому при руйнуванні”; тема № ДР0197U008905 - „Граничний стан вугілля та фазовий стан метану в ньому при нерівнокомпонентному стисканні”; тема № 310201040 „Розробити і впровадити спосіб прогнозу місця розташування зародків викидів вугілля і газу при проведенні пластових підготовчих виробок на особливо викидонебезпечних пластах Донбасу”.

Мета роботи - вдосконалення прогнозу МДП та плікативних порушень, що супроводжуються потовщенням пласта, при проведенні пластових гірничих виробок, що дозволить збільшити безпеку прохідницьких робіт, знизити собівартість проведення 1 п.м виробки та збільшити темпи спорудження гірничих виробок.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані наступні задачі:

- дослідити вплив МДП та плікативних порушень, що супроводжуються потовщенням пласта, на характер змінювання напружено-деформованого стану в порушеннях при наближенні до них вибою виробки;

- встановити закономірності впливу відстані до геологічних порушень та їх параметрів на величину видавлювання пласта у виробку;

- встановити закономірності впливу відстані до геологічних порушень, а також амплітуди зміщення (величини потовщення) пласта в порушенні на динаміку газовиділення;

- розробити рекомендації до прогнозування МДП та потовщень пласта з урахуванням встановлених закономірностей;

- виконати експериментальну перевірку розроблених технологічних рішень і визначити їхню економічну ефективність.

Ідея роботи полягає у використанні схильності вугільного пласта до збільшення об'єму при розвантаженні і руйнуванні та особливостей змінювання початкової швидкості газовиділення в шпур для прогнозу малоамплітудних диз'юнктивних та плікативних порушень.

Об'єктом досліджень є пластові підготовчі виробки вугільних шахт.

Предметом досліджень є напружено-деформований стан привибійної частини вугільного пласта.

Методи досліджень. Для досягнення поставленої в роботі мети послідовно використані:

- аналіз та узагальнення літературних джерел та досвіду ведення прохідницьких робіт в зонах геологічної порушеності пластів;

- аналітичні дослідження перерозподілу напружень та деформацій привибійної частини вугільного пласта;

- математичне моделювання та моделювання на моделях з еквівалентних та фотопружних матеріалів перерозподілу напружень та деформацій у привибійній частині пласта;

- натурні спостереження за формуванням розвантаженої зони та динамікою газовиділення у привибійній частині вугільного пласта при проведенні виробок в зонах геологічної порушеності.

Наукові положення, що захищаються в дисертації:

1. Зі зменшенням відстані від вибою виробки до потовщення чи малоамплітудного диз'юнктивного порушення вугільного пласта з 4,5 до 0,5 м, в зоні порушення відбувається збільшення напружень, а розмір розвантаженої зони при змінюванні кута падіння зміщувача від 15⁰ до 60⁰, зменшується в 1,08 - 2,5 рази, що обумовлено затисканням пласта в порушенні;

2. Зі змінюванням відношення амплітуди зміщення (величини потовщення) пласта до його товщини від 0,05 до 0,76, відбувається прямопропорційне збільшення приросту максимальних значень початкової швидкості газовиділення в шпур від 0 до 1,6 л/хвил.;

3. Величина приросту максимальних значень початкової швидкості газовиділення в шпур прямопропорційно збільшується, а величина видавлювання пласта у виробку прямопропорційно зменшується при наближенні вибою виробки до геологічного порушення, починаючи з відстані, яка дорівнює протяжності розвантаженої зони на непорушеній дільниці пласта.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Встановлені закономірності впливу на протяжність розвантаженої зони та на концентрацію напружень у порушенні амплітуди зміщення пласта, величини потовщення пласта в порушенні, кута падіння зміщувача та відстані від вибою виробки до порушення;

2. Встановлені закономірності змінювання приросту максимальних значень початкової швидкості газовиділення від відстані до порушення та амплітуди зміщення (величини потовщення) пласта;

3. Вперше обґрунтована можливість використання в якості критерію для прогнозу малоамплітудних диз'юнктивних та плікативних, що супроводжуються збільшенням товщини пласта, порушень змінювання величини приросту максимальних значень початкової швидкості газовиділення;

4. Вперше обґрунтовано можливість використання в якості критерію при прогнозуванні амплітуди зміщення пласта відношення розрахункової відстані до порушення до довжини шпура, в якому визначається початкова швидкість газовиділення.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій доведена:

- достатньою кількістю експериментальних досліджень з визначення параметрів розвантаженої зони у привибійній частині гірничого масиву та параметрів геологічних порушень;

- використанням основних положень гірничої геомеханіки;

- лабораторними та аналітичними дослідженнями перерозподілу напружень та формування розвантаженої зони;

- збіжністю результатів розрахунків з даними лабораторних та шахтних досліджень. При цьому, коефіцієнт кореляції для встановлених залежностей знаходиться в межах 0,76 - 0,82, що свідчить про тісний зв'язок між факторами, що досліджувались. Відхилення розрахованих значень амплітуди зміщення пласта та відстані до порушення від фактичних не перевищує 17 %.

Наукове значення роботи полягає у встановленні закономірностей змінювання напружено-деформованого стану у привибійній частині гірничого масиву при наявності малоамплітудних диз'юнктивних та плікативних, що супроводжуються потовщенням пласта, порушень.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що виходячи з встановлених закономірностей розроблено метод прогнозу амплітуди зміщення та відстані до МДП та потовщень пласта, що зустрічаються на шляху проведення підготовчої виробки.

Впровадження результатів роботи. Розроблені автором рекомендації з визначення параметрів порушення та відстані до потовщень і малоамплітудних диз'юнктивних порушень пласта, прийняті до впровадження на шахтах ОП „Красноармійськвугілля” та впроваджені на ВАТ ”Вугільна компанія” шахта „Красноармійська - Західна № 1”. Розрахунковий економічний ефект від впровадження складає 15 - 30 тис. грн./рік по одній виробці, що проводиться в умовах шахти „Красноармійська - Західна № 1”.

Особистий внесок здобувача полягає у визначенні мети та ідеї роботи, визначенні задач та методів досліджень, складанні наукових положень та новизни роботи, проведенні та обробці результатів лабораторних, аналітичних та шахтних досліджень. Здобувач приймав участь у складанні рекомендацій з визначення параметрів порушення та відстані до нього. Зміст дисертації автор виклав самостійно.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи в цілому та окремі її частини обговорювались на науково-технічних конференціях: „Наука-жизнь-производство 2001” (Красноармійськ, 2001), „Горная геология, геомеханика и маркшейдерия” (Донецьк, 2004), Науково-практична конференція „Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли” (Макіївка, 2004), ХІУ Міжнародна наукова школа імені академіка С.А. Христиановича „Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках” (Сімферополь - Алушта, 2004) та на наукових семінарах Інституту фізики гірничих процесів НАН України у 2003 - 2005 рр.

Публікації. Основні наукові та практичні результати опубліковані в 9 роботах, з яких 5 у фахових виданнях та 4 у матеріалах науково-технічних конференцій.

Обсяг та структура роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків та додатків. Вона містить 39 рисунків, 16 таблиць, список використаних літературних джерел з 122 найменувань та 5 додатків. Робота викладена на 165 сторінках машинописного тексту.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Ефективність роботи вугільних підприємств суттєво залежить від своєчасної підготовки виїмкових полів. На швидкість проведення виробок, а також на вартість їх спорудження значний вплив мають гірничо-геологічні умови залягання вугільних пластів. Серед них особливе місце займає наявність геологічних порушень. В зонах впливу порушення не тільки збільшуються витрати на проведення та підтримання виробок, але й значно знижується безпека ведення робіт, тому, що на викидонебезпечних пластах, саме до цих зон, переважно, приурочені газодинамічні явища.

Досвіт проведення підготовчих виробок в Донбасі, а також низка досліджень, що виконані вченими ВНДМІ, Донецького національного технічного університету, ДонФТІ НАН України, ІГС ім. О.О.Скочинського, ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України, ІФГП НАН України, Криворізького технічного університету, МакНДІ, Московського державного гірничого університету, Національного гірничого університету, Санкт-Петербурзького державного гірничого інституту (технічного університету), Східного науково-дослідного інституту, УкрНДМІ НАН України та ін. свідчить, що на напружений стан привибійної частини гірничого масиву чинить вплив не тільки наявність гірничих виробок, але й інші горно-геологічні фактори, зокрема, геологічні порушення.

Перший розділ роботи присвячений аналізу досліджень напружено-деформованого стану привибійної частини вугільного пласта. Відомо, що у привибійній частині пласта після виїмки заходки з часом формується та розвивається розвантажена зона. Напруження в розвантаженій зоні не перевищують геостатичних. Протяжність розвантаженої зони достатньо точно характеризує величина видавлювання вугільного пласта у виробку. Крім цього, протяжність розвантаженої зони можливо визначити шляхом вимірювання початкової швидкості газовиділення в шпур та величини виходу штибу при його бурінні.

Висвітлено, що наявність у привибійній частині пласта геологічних порушень призводить до аномального перерозподілу напружень, що утворює небезпеку неконтрольованого руйнування вугілля під дією гірничого тиску. Особливо небезпечними в цьому відношенні є диз'юнктивні порушення, а також плікативні, що пов'язані з різким збільшенням товщини пласта.

Здійснено кількісний аналіз газодинамічних явищ, що виникли у пластових підготовчих гірничих виробках на пологих та похилих пластах Донбасу, з якого видно, що в цих виробках трапляється від 59 до 80 % викидів вугілля та газу від загальної їх кількості. Відзначається зональність розподілення газодинамічних явищ, їх приуроченість до геологічних порушень. Так, за даними МакНДІ більш ніж 50 % раптових викидів вугілля та газу трапляється в зонах впливу геологічних порушень.

Виконано аналіз існуючих методів прогнозу геологічних порушень, розглянуто їх достоїнства та недоліки. Встановлено, що не дивлячись на значний накопичений досвід, методу прогнозу геологічних порушень, який би забезпечував повну надійність їх виявлення, на наш час не існує. Окрім цього, більшість методів вельми трудомісткі та потребують великих витрат на їх виконання. Ґрунтуючись на виконаному аналізі, зроблено висновок про необхідність вдосконалення прогнозу геологічних порушень з метою підвищення безпеки ведення гірничих робіт.

Виходячи з викладеного, сформульована мета роботи та визначені задачі досліджень.

В другому розділі наведені результати досліджень перерозподілу напружень та деформацій у привибійній частині пласта на моделях з еквівалентних та фотопружних матеріалів, а також аналітичні дослідження змінювання протяжності розвантаженої зони поблизу геологічних порушень. Встановлено, що МДП та потовщення пласта спричиняють суттєвий вплив на формування напружено-деформованого стану у привибійній частині вугільного пласта. В області геологічного порушення виникає зона з підвищеною концентрацією напружень. Встановлено, що зі збільшенням кута, під яким відбувається потовщення чи зміщення пласта, вертикальні деформації пласта в зоні порушення зростають, а горизонтальні - зменшуються.

Ґрунтуючись на аналітичних дослідженнях, встановлено, що на формування розвантаженої зони суттєвий вплив спричиняє витриманість потужності пласта. Так, при витриманій потужності, та при зменшенні потужності пласта від вибою виробки, додаткових перешкод деформаціям пружного відновлення не буде. В разі наближення виробки до дільниці пласта зі збільшеною товщиною можливе виникнення ситуації, коли розвиток розвантаженої зони зупиниться, тому що відбуватиметься затискання зростаючого в об'ємі пласта при його руйнуванні та зміщенні в напрямку виробки.

Максимальна протяжність розвантаженої зони при наближенні виробки до МДП або потовщення пласта визначається за формулою

малоамплітудний диз'юнктивний плікативний порушення виробка

С_н = С(1 - 0,005 в Дm), (1)

де С_н - максимальна величина протяжності розвантаженої зони біля МДП або потовщення пласта,м;

С - протяжність розвантаженої зони при проведенні виробки непорушеним пластом, м;

в - кут падіння зміщувача, град;

Дm - величина потовщення (амплітуда зміщення) пласта (Дm = A), м.

Встановлено, що з наближенням вибою виробки до порушення з амплітудою зміщення (величиною потовщення) пласта А = 0,5 - 2 м та кутом зміщення 15 - 60⁰ протяжність розвантаженої зони зменшується у 1,08 - 2,5 рази.

Відомо, що при виникненні розвантаженої зони відбувається видавлювання пласта у виробку. Величина видавлювання переважно залежить від протяжності розвантаженої зони. Поява потовщення чи МДП на шляху проведення виробки призводить до зменшення величини видавлювання пласта. Величина видавлювання пласта у виробку в зоні впливу порушення визначається за формулою

?С_кр. = (1,02 - 0,32 ?m) ?С, (2)

де ?С_кр - величина видавлювання пласта у виробку в зоні впливу потовщення чи МДП пласта, см;

?С - величина видавлювання пласта при відсутності порушення, см.

Ґрунтуючись на виконаних дослідженнях побудована номограма, за допомогою якої по відомій величині видавлювання пласта у виробку (?С_кр.) визначається відстань до геологічного порушення та амплітуда зміщення (величина потовщення) пласта (рис. 1).

В третьому розділі наведені результати математичного моделювання впливу геологічних порушень на перерозподіл напружень у привибійній частині гірничого масиву.

Моделювання виконувалося методами кінцевих та дискретних елементів. Геологічні порушення, що моделювались, були представлені МДП та потовщенням. При цьому амплітуда зміщення та величина потовщення були прийняті 0,5 м. Розрахунки виконувались для випадків, коли вибій виробки знаходився на відстані 4,5; 3,0; 1,5; 0,5 м від геологічного порушення.

Виконані методом кінцевих елементів розрахунки свідчать про те, що наявність МДП та потовщення пласта поблизу вибою виробки чинить вплив на формування зон з підвищеною концентрацією напружень. Причому в області порушення при двобічному потовщенні пласта величина напружень в 1,3 - 1,5 рази більша, ніж при наближенні виробки до МДП. Зі зменшенням відстані від вибою виробки до геологічного порушення з 4,5 до 0,5 м, в області останнього, відзначається зростання максимальних значень вертикальних напружень у 1,8 рази, а горизонтальних - в 1,7 рази.

При дослідженні перерозподілу напружень у привибійній частині гірничого масиву методом дискретних елементів встановлено, що при наближені виробки до порушення на відстань 0,5 м та глибині робіт 1000 м спостерігається викид дискретних елементів з привибійної частини пласта. Це свідчить про те, що в натурних умовах така ситуація може призвести до розв'язання газодинамічного явища. Після викиду дискретних елементів максимальні навантаження в порушенні все ж залишаються більшими в 1,1 рази, ніж при відстані від вибою виробки до порушення 4,5 м, а відносно максимальних значень напружень - більшими в 1,15; 1,2 та 1,36 рази, відповідно, для горизонтальних, вертикальних та дотичних напружень.

В четвертому розділі наведені результати шахтних спостережень за змінюванням напруженого стану в привибійній частині гірничого масиву. Встановлено, що при наявності у привибійній частині гірничого масиву МДП та потовщень пласта в порушеннях виникає зона з підвищеною концентрацією напружень. В цій зоні відбувається стискання пласта та закриття шпарин, що знижує фільтраційну газопроникність вугільного пласта. В зв'язку з цим, в області геологічних порушень при наближенні до них виробки міститься більше вільного газу, ніж у непорушеному пласті. В умовах пласта d₄ шахти „Красноармійська - Західна № 1” встановлено, що при наближенні виробки до порушення відбувається збільшення максимальних значень початкової швидкості газовиділення в шпур. Відстань до порушення, що знаходиться в межах розвантаженої зони, визначається за формулою

l_н= 4,8 - 2,2 ?І,(3)

де l_н - відстань до порушення, м;

?І - приріст максимальних значень початкової швидкості газовиділення, л/хвил. (визначається як різниця між максимальним значенням початкової швидкості газовиділення в області порушення та максимальним значенням початкової швидкості газовиділення в області, де порушення відсутнє).

Коефіцієнт кореляції при цьому дорівнює r = 0,76, що свідчить про тісний зв'язок між досліджуваними факторами. Необхідна кількість спостережень при похибці П = 10 % та імовірності Р = 0,95 становить N = 26 при фактичній кількості N_ф = 39.

Підтверджено, що з наближенням до порушення зменшується протяжність розвантаженої зони та величина видавлювання пласта у виробку. Відстань до порушення в межах розмірів розвантаженої зони (С) залежить від фактичного видавлювання пласта у виробку та визначається за формулою

l_н = 334966Н^-1,8?С_кр.,(4)

де Н - глибина розміщення виробки, м;

?С_кр.- величина видавлювання пласта у виробку біля порушення,см.

Амплітуда зміщення (величина потовщення) пласта визначається за формулою

А = 0,435 m (0,11 + ?I),(5)

де m - товщина пласта до зони геологічного порушення, м.

Коефіцієнт кореляції при цьому дорівнює r = 0,82, що свідчить про тісний зв'язок між досліджуваними факторами. Необхідна кількість спостережень при похибці П = 10 % та імовірності Р = 0,95 складає N=27 при фактичному N_ф = 61.

Використання наведених залежностей дозволяє прогнозувати відстань до МДП та плікативних порушень, що супроводжуються потовщенням пласта, а також амплітуду зміщення (величину потовщення) пласта, що дає змогу своєчасно запобігти неконтрольованому розкриттю таких порушень гірничими виробками.

В п'ятому розділі наведені результати промислової перевірки та впровадження рекомендацій з визначення відстані від вибою виробки до МДП та потовщень пласта, а також амплітуди зміщення (величини потовщення) пласта.

При наявності у привибійній частині гірничого масиву МДП, початкова швидкість газовиділення на дільниці від вибою до порушення зростає. В геологічному порушенні спостерігається зниження величини початкової швидкості газовиділення, що свідчить про утворення в порушенні зони з підвищеною концентрацією напружень. За порушенням відбувається зростання величини початкової швидкості газовиділення.

Наявність в МДП зони з підвищеною концентрацією напружень підтверджується й вимірами величини виходу штибу при бурінні шпурів. В цій зоні величина виходу штибу максимальна. За геологічним порушенням відбувається її зменшення.

Встановлено, що область використання формули (3) при визначенні відстані до порушення знаходиться в межах

ДІ_кр.min?ДІ?ДІ_{кр max},(6)

де ДІ_кр.min - мінімальне критичне значення приросту газовиділення, л/хвил. Визначається за формулою

ДІ_кр.min = 0,12 (І - 0,0096)^-1;(7)

І - максимальне значення початкової швидкості газовиділення до порушення, л/хвил.;

ДІ_{кр max} - максимальне критичне значення приросту величини початкової швидкості газовиділення, л/хвил. (визначається за формулою)

ДІ_{кр max} = 4 - І.(8)

Встановлено, що область використання формули (5) визначається з відношення розрахункової відстані до порушення до глибини шпура (l_шп.). Це відношення не повинно перевищувати .

Підтверджено, що в області МДП, а також потовщень пласта, при наближенні до них вибою виробки, виникає зона концентрації напружень. При цьому у випадку виїмки заходки в області, де величина напружень перевищує критичне значення, що дорівнює у_кр=0,6 гН, виникають газодинамічні явища (де г - об'ємна щільність порід).

Встановлено, що у випадку розташування МДП на відстані від вибою виробки, що не перевищує протяжність розвантаженої зони, при глибині заходки, що становить r ? 0,2 l_н, газодинамічні явища не виникають. Причому, цей факт спостерігається як при виїмці заходки глибиною r = 1,5 м, так і при глибині заходки r= 0,5 м.

За результатами роботи розроблено рекомендації з прогнозу параметрів геологічних порушень, що прийняті до впровадження на ВАТ „Вугільна компанія” шахта „Красноармійська - Західна № 1” та в ОП „Красноармійськвугілля”. Розрахунковий економічний ефект від впровадження становить 15 - 30 тис. грн./рік по одній виробці, що проводиться в умовах шахти „Красноармійська - Західна № 1”.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідницькою роботою, в якій отримано нове рішення актуальної наукової задачі з вдосконалення прогнозу малоамплітудних диз'юнктивних та плікативних, що супроводжуються потовщенням пласта, порушень при проведенні пластових підготовчих виробок шляхом встановлення закономірностей змінювання приросту максимальних значень початкової швидкості газовиділення в шпур від відстані до порушення та амплітуди зміщення (величини потовщення) пласта, що дає змогу підвищити безпеку робіт, скоротити простої підготовчих вибоїв та знизити собівартість проведення 1 п.м виробки.

Основні наукові результати і висновки, які одержані при виконанні роботи, полягають в наступному:

1. Абсолютно надійного та простого у виконанні методу прогнозу малоамплітудних диз'юнктивних та плікативних порушень при проведенні гірничих виробок на цей час не існує;

2. Наявність потовщень та малоамплітудних диз'юнктивних порушень у привибійній частині пласта призводить до утворення в області порушення зони з підвищеною концентрацією напружень, що обумовлено затисканням пласта;

3. Зі зменшенням відстані від вибою виробки до порушення в зоні концентрації напружень максимальні вертикальні та горизонтальні напруження зростають в 1,8 та 1,7 рази, відповідно. При цьому збільшується протяжність зони опорного тиску у 4 рази та зменшується протяжність розвантаженої зони у 2 рази. При наближенні виробки до малоамплітудного диз'юнктивного порушення величина напружень в порушенні у 1,3 - 1,5 разів менша, ніж при наближенні до двобічного потовщення пласта;

4. Зі зменшенням відстані від вибою виробки до потовщення чи малоамплітудного диз'юнктивного порушення пласта з 5,2 до 0,5 м, прямопропорційно зростає приріст максимальних значень початкової швидкості газовиділення в шпур з 0,05 до 1,9 л/хвил.;

5. Встановлено, що із змінюванням величини відношення амплітуди зміщення пласта до його потужності з 0,05 до 0,76, відбувається прямопропорційне зростання приросту максимальних значень початкової швидкості газовиділення в шпур з 0 до 1,6 л/хвил.;

6. Вперше встановлено, що можливе прогнозування відстані до потовщення чи малоамплітудного диз'юнктивного порушення пласта за приростом максимальних значень початкової швидкості газовиділення в шпур (ДІ) при виконанні умови ДІ_кр.min ? ДІ ? ДІ_{кр max};

7. Вперше встановлено, що можливе прогнозування величини потовщення чи амплітуди зміщення пласта за приростом максимальних значень початкової швидкості газовиділення в шпур при величині відношення розрахункової відстані до порушення до довжини шпура, що не перевищує

;

8. При наближенні виробки до малоамплітудного диз'юнктивного порушення чи потовщення пласта глибина заходки не повинна перевищувати 20 % від відстані до порушення. Якщо глибина заходки перевищує 20 % від відстані до порушення, то перед її виїмкою необхідно виконання противикидних заходів.

9. Базуючись на отриманих результатах розроблено рекомендації з визначення параметрів порушення та відстані до потовщень та малоамплітудних диз'юнктивних порушень пласта, які прийняті до впровадження на шахтах ОП „Красноармійськвугілля” та впроваджені на ВАТ „Вугільна компанія” шахта „Красноармійська - Західна № 1”.

10. Розрахунковий економічний ефект від впровадження рекомендацій складає 15 - 30 тис. грн./рік по одній виробці, що проводиться в умовах шахти „Красноармійська - Західна № 1”.

ЛІТЕРАТУРА

1. Кольчик И.Е. Безопасное ведение горных работ на выбросоопасных пластах вблизи геологических нарушений. - Физико-технические проблемы горного производства. - Донецк: Апекс. - № 8. - 2005. - С. 171 - 178.

2. Кольчик Е.И., Кольчик И.Е. Формирование разгруженной зоны у забоя пластовой подготовительной выработки. - Физико-технические проблемы горного производства. - Донецк: Апекс. - № 6. - 2003. - С. 167 - 172.

3. Кольчик И.Е. К вопросу о причинах возникновения газодинамических явлений. - Физико-технические проблемы горного производства. - Донецк: Апекс. - 2004. - вып. 7. - С. 141 - 146.

4. Кольчик И.Е. Влияние нарушенности угольных пластов на динамику газовыделения // Геотехнічна механіка: Між. Від. зб. наук. Праць / Ін-т геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України. - Дніпропетровськ, 2005. - Вип.. 56. - С. 97 - 100.

5. Кольчик Е.И., Кольчик И.Е. Исследование влияния геологических нарушений на устойчивость выработок // Физико-технические проблемы горного производства - Донецк: Апекс. - 2002. - № 5. - С. 61 - 64.

6. Кольчик И.Е. Формирование разгруженной зоны в призабойной части пласта // Материалы научно-практической конференции “Наука-жизнь-производство 2001”. - Красноармейск: 2001. - С. 15 - 17.

7. Кольчик И.Е., Болбат В.А. Формирование выбросоопасных зон вблизи пликативных и малоамплитудных дизъюнктивных нарушений // Научно-практическая конференция “Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли”. - Макеевка: МакНИИ. - 2004. - С. 164 - 166.

8. Кольчик И.Е. К вопросу о формировании выбросоопасных зон у забоя подготовительной выработки // Горная геология, геомеханика и маркшейдерия. Сборник научных докладов. - Донецк: УкрНИМИ НАНУ. - 2004. - Часть 2. - С. 456 - 458.

9. Кольчик И.Е. Влияние пликативной нарушенности на перераспределение напряжений в призабойной части пласта // Деформирование и разрушение материалов с дефектами, и динамические явления в горных породах и выработках. - Матер. ХІУ Межвед. науч. школы. - Симферополь: Таврич. Нац. Ун-т. - 2004. - С.63 - 65.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві: [2] аналітичні рішення з формування розвантаженої зони біля вибою пластової підготовчої виробки; [5] аналіз та обробка статистичних даних з дослідження впливу геологічних порушень на стійкість гірничих виробок; [7] аналітичні рішення з формування зони безпечної виїмки вугілля.

АНОТАЦІЯ

Кольчик І.Є. Вдосконалення прогнозу малоамплітудних диз'юнктивних та плікативних порушень при проведенні пластових гірничих виробок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.11 - Фізичні процеси гірничого виробництва. - Інститут фізики гірничих процесів НАН України, Донецьк, 2005.

Дисертація присвячена питанням прогнозу малоамплітудних диз'юнктивних та плікативних, що супроводжуються потовщенням пласта, порушень при проведенні пластових підготовчих виробок.

Доведено, що зі зменшенням відстані від вибою виробки до порушення, зменшується протяжність розвантаженої зони, а також зростають напруження в порушенні, що обумовлено затисканням вугільного пласта в зоні з різким збільшенням його товщини.

Встановлено, що за величиною видавлювання пласта у виробку, а також за змінюванням величини приросту максимальних значень початкової швидкості газовиділення в шпур можливо визначити відстань до порушення, а також амплітуду зміщення (величину потовщення) пласта в цьому порушенні при наближенні до нього вибою виробки на відстань, що не перевищує протяжності розвантаженої зони на непорушеній дільниці пласта.

Ключові слова: шахта, потовщення пласта, малоамплітудне диз'юнктивне порушення, розвантажена зона, затискання пласта, підготовча виробка, видавлювання пласта, початкова швидкість газовиділення.

Кольчик И.Е. Совершенствование прогноза мелкоамплитудных дизъюнктивных и пликативных нарушений при проведении пластовых горных выработок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.11 - Физические процессы горного производства. - Институт физики горных процессов НАН Украины, Донецк, 2005.

Диссертация посвящена вопросам прогноза мелкоамплитудных дизъюнктивных и пликативных, сопровождающихся утолщением пласта, нарушений при проведении пластовых подготовительных выработок. В работе установлены новые закономерности влияния утолщений пласта и мелкоамплитудных дизъюнктивных нарушений на напряженное состояние призабойной части горного массива пластовых подготовительных выработок. Доказано, что с уменьшением расстояния от забоя выработки до нарушения происходит уменьшение протяженности разгруженной зоны, а также увеличение напряжений в зоне их максимальной концентрации, обусловленное зажатием угольного пласта в зоне с резко увеличивающейся мощностью, из-за упругого восстановления, разрушения и смещения угля в направлении выработки. Протяженность величины разгруженной зоны достаточно точно характеризует величина выдавливания угольного пласта в выработку. Установлены закономерности изменения величины выдавливания пласта в выработку при ее приближении к геологическому нарушению с расстояния, которое не превышает величины разгруженной зоны от амплитуды смещения (величины утолщения) пласта и глубины заложения горной выработки.

Величина утолщения пласта или амплитуда его смещения оказывает существенное влияние на увеличение максимальных значений начальной скорости газовыделения. Результаты проведенных натурных наблюдений свидетельствуют, что при приближении забоя выработки к геологическому нарушению стабильно отмечается рост максимальных значений начальной скорости газовыделения в шпур. Установлено, что в качестве критерия для прогноза геологических нарушений, которые сопровождаются резким изменением мощности пласта, возможно, использовать изменение величины прироста максимальных значений начальной скорости газовыделения, а в качестве критерия прогноза амплитуды смещения (величины утолщения) пласта - отношение расчетного расстояния до нарушения к длине шпура, в котором определяется начальная скорость газовыделения.

Доказано, что при выемке заходки (в случае подхода забоя выработки к геологическому нарушению) глубиной, не превышающей 20 % от расстояния до нарушения, газодинамические явления не происходят.

Использование установленных закономерностей на шахтах позволит своевременно прогнозировать появление геологических нарушений по трассе проводимой выработки и предупреждать их неконтролируемое вскрытие, что значительно повысит безопасность ведения проходческих работ. На базе выполненных исследований разработаны рекомендации по определению параметров нарушения до утолщений и мелкоамплитудных дизъюнктивных нарушений, которые внедрены на ОАО “Угольная компания” шахта “Красноармейская - Западная № 1”. По результатам внедрения установлена высокая надежность разработанных рекомендаций и получена хорошая сходимость прогнозных и фактических данных. Расчетный экономический эффект от внедрения рекомендаций составляет

15-30тыс.грн/год по одной проводимой выработке в условиях шахты “Красноармейская - Западная № 1”.

Ключевые слова: шахта, утолщение пласта, мелкоамплитудное дизъюнктивное нарушение, разгруженная зона, зажатие пласта, подготовительная выработка, выдавливание пласта, начальная скорость газовыделения.

Kolchik I.E. Forecast improvement of small-amplitude disjunctive and plicative distruction while seam working out. - Manuscript.

Master's thesis on speciality 05.15.11 - physical processes of coal mining. - Institute of coal mining physics of National Academy of Science of Ukraine, Donetsk, 2005.

The master's thesis deals with forecast of small-amplitude disjunctive and plicative distructions, which are accompanied with seam thickening while carrying out developing working.

It is proved that the less is the distance from a coal face to distruction, the less is the length of a discharged zone. At the same time the distruction tension increases, which can be explained by the pressing of the coal seam in the zone with dramatic increase of its thickness.

It is stated that it is possible to define the distance to the distruction and also the seam shift amplitude of this distruction according to magnitude of seam pressing out into the working as well as the change of the magnitude of maximum value of initial gasemission into blasthole speed growth. This can be made under the conditions of the approach of a mine working to it on the distance which is not longer than the length of the discharged zone at the undistructed section of the seam.

Key words: coal mine, seam thickening small-amplitude disjunctive distruction, discharged zone, seam pressing out, initial speed of gas emission.

Размещено на Allbest.ru

...