Фізико-технічні основи управління газовиділенням на виймальних ділянках високопродуктивних вугільних шахт

Запропоновані нові підходи до керування метановиділенням на виймальних ділянках викликали необхідність у реорганізації системи отримання на шахтах, обробки на ПЕОМ та використання розрахункових результатів для вдосконалення системи видалення з шахти та використання техногенного метану. У нинішній час цими питаннями займаються дільниці вентиляції та техніки безпеки і профілактичних робіт з техніки безпеки шахт, однак збільшення обсягів робіт, пов'язаних з використанням нових прогресивних схем провітрювання та дегазації виймальних ділянок, а також використання техногенного метану утруднює роботу цих підрозділів. Тому запропоновано нове рішення задачі: створити на великих гірничих підприємствах новий допоміжний підрозділ - дільницю дегазації, на яку покласти функції організації комплексної дегазації шахти. В рамках рішення цієї задачі у дисертаційній роботі запропоновано технічні завдання та першу редакцію цих документів.

ВИСНОВКИ

Комплекс наукових досліджень, який проведено у процесі виконання дисертаційної роботи, дозволив зробити ряд підсумкових наукових висновків і практичних рекомендацій, спрямованих на вирішення важливої народногосподарської проблеми забезпечення газової безпеки при відпрацюванні високонавантажених виймальних ділянок глибоких шахт.

Найбільш важливі наукові і практичні результати, висновки і рекомендації роботи полягають у наступному:

1. Аеродинамічний зв'язок між виробленими просторами (залежно від розподілу депресії) служить додатковим джерелом метановиділення або відтоку метану у виробки з витікаючими струменями, що знижує ефективність дегазації. Зони максимальної газової проникності створюються позаду діючої лави періодично з просторовим кроком 50-200 м в залежності від швидкості посування очисного вибою, а величина проникності в межах цих зон у 2-3 рази більше, ніж проникність обвалених порід

2. Проведене імітаційне моделювання процесу фільтрації газу навколо очисного вибою шляхом сумісного рішення геомеханічної та сполученої з нею газодинамічної задачі, яке відрізняється урахуванням швидкості посування лави, тривалості процесу фільтрації, початкового стану системи та анізотропії властивостей гірських порід.

3. Встановлено, що при безціликовому відпрацюванні пологих вугільних пластів від 5 до 25% метану перетікає з зони активних зрушень, яка формується позаду діючої лави у суміжний, раніш вироблений, простір та збільшує у ньому об'єм метану. Помітна кількість метану, який перетікає у суміжний вироблений простір, зареєстрована на відстані від границі з виробленим простором діючої лави більш ніж 150 м, та падає зі збільшенням цієї відстані згідно експоненціально - ступінної функції, показник якої характеризує фільтраційні властивості порід, що відокремлюють вироблений простір від джерел надходження метану.

4. Встановлено, що частка газу, який перетік у раніше вироблений простір, повертається назад у вентиляційний штрек діючої лави, яка примикає, причому величина цієї частки у діапазоні швидкостей посування очисного вибою 50-100 м/міс. змінюється у межах 40-70 % і залежить від напряму депресії вентиляційного потоку.

Виявлено, що чим більше швидкість посування лави, тим більша кількість метану перетікає у суміжний вироблений простір і тим більша частка метану, який перетікає, повертається у діючу лаву. Така закономірність пояснюється збільшенням градієнтів тиску метану із збільшенням швидкості посування очисного вибою. Проте, зростання величини перетікання метану та частки його повернення має затухаючий характер, що пояснюється стабілізацією параметрів області активних зрушень при високих швидкостях посування лав (більш ніж 100 м/міс) та прагненням до руйнування товщі порід, яка підроблюється, до мінімуму.

Вказані закономірності дають наукове обґрунтування експериментально встановленого факту збільшення газовості уособлених лав у порівнянні з тими, які примикають до раніш виробленого простору і свідчать про високу поглинальну здатність раніше виробленого простору. Встановлені закономірності дозволяють також підвищити ефективність дегазації за рахунок вдосконалення її схеми та буріння дегазаційних свердловин у раніш вироблений суміжний простір для каптажу метану, який перетік.

5. Вперше у вітчизняній практиці доведена можливість використання каптажної виробки, проведеної по виробленому простору раніш відпрацьованої суміжної лави, як парний газовий штрек, яка забезпечує постійний газовий режим провітрювання виймальної ділянки, не дозволяючи перетоку та поверненню газу по вентиляційній виробці, чим ліквідує приріст газовиділення у вентиляційну виробку з виробленого простору, що дозволило вирішити наступні задачі:

- розділити у просторі та часі процеси видобутку вугілля та метану;

- у широких межах керувати повітро- та газорозподілом з метою досягнення високого навантаження на очисний вибій за газовим фактором;

- використати раціональні, за газовим фактором, схеми провітрювання у процесі відпрацювання виймального стовбура;

- змінювати топологію вентиляційної мережі для переходу ділянки на комбіновану схему провітрювання. Зокрема, перехід на комбіновану схему провітрювання супроводжується тимчасовим збільшенням швидкості руху. Останнє активізує процес фільтрації та приплив газу з підробленого вуглепородного масиву, що, в свою чергу, знижує ефективність роботи дегазаційних свердловин та підвищує продуктивність газовідсмоктування метану;

- знизити аеродинамічний опір вентиляційної мережі виймальної ділянки за рахунок відводу вихідного струменя водночас у двох напрямках - "на масив" та "на вироблений простір" при комбінованій схемі провітрювання;

- проводити додатково каптаж метану засобами дегазації (свердловини, газовідсмоктування) з метою його подальшої утилізації.

6. Вперше розроблено схеми та параметри дегазаційних технологій, при яких ефективність дегазаційних свердловин більш встановлених для цих умов діючих нормативних значень у 1,5 - 1,9 рази. Підроблення дегазаційних свердловин очисним вибоєм підвищує ефективність дегазації на 17-28 %, в залежності від міцності покрівлі.

7. Встановлено, що рух очисного вибою супроводжується збільшенням притоку метану у свердловини, пробурені йому назустріч, на відстані 40…60 м і у свердловини над штреком на відстані 20…30 м., а дебіт метану у свердловинах за очисним вибоєм коливається відносно середнього значення з інтервалом між граничними значеннями положення очисного вибою 15…20 м.

8. Основні результати, які отримані внаслідок досліджень, проведених у дисертаційній роботі, увійшли складовою частиною до державного нормативного акту про охорону праці „Схеми та способи керування газовиділенням на виїмкових дільницях вугільних шахт”, погодженого з Міністерством вугільної промисловості України і затвердженого та введеного у дію наказом Держпромгірнагляду № 108 від 30.06.2006 р. на доповнення до „Керівництва з проектування вентиляції вугільних шахт”. Цей документ доповнює розділ 6 „Керівництва...” у галузі розрахунку кількості повітря для очисних виробок та виїмкових дільниць.

9. Доведено, що кінетика десорбції, як правило, не підкоряється експоненціальній залежності. Встановлені закономірності кінетики десорбції газу пробами вугілля, відібраними під час буріння свердловин та шпурів, аналогічні закономірностям кінетики газовиділення після гідророзпушування.

10. Вперше теоретично встановлено та підтверджено експериментально, що для підвищення точності десорбометричних показників необхідно враховувати час відбору проби; запропонована методика такого врахування, яка відрізняється від відомих тим, що співвідношення між швидкістю десорбції та газоносністю вугілля, яке використовується для перерахунку швидкості десорбції у значення десорбометричної газоносності вугілля, визначається по двох параметрах, які характеризують кінетику десорбції газу.

11. Розроблена і перевірена у шахтних умовах схема комплексної дегазації, яка включає дегазацію гірського масиву, що підробляється, свердловинами, пробуреними з вентиляційної виробки (поточна дегазація), свердловинами, пробуреними з виробок, що примикають до вентиляційного штреку, у тому числі з додаткового штреку газового горизонту, і витяг метану з виробленого простору діючої лави газовідсмоктуючою системою, що складається з труб великого діаметру і вакуум-насосів ВВН-2-150.

Доведено, що застосування розробленої схеми комплексної дегазації дозволяє дегазувати зони високої тріщинуватості порід покрівлі, що супроводжують геологічні структури, порушення і представлені пісковиками, до початку роботи лави, свердловинами, пробуреними назустріч очисному вибою з виробок, що примикають до видобувної ділянки, забезпечує ефективність дегазації видобувної ділянки більш, ніж на 80 % і дозволяє добувати більш 3000 т/добу вугілля при відносній метановості на ділянці до 100 м3/хвил.

12. Запропоновано нові способи дегазації вуглепородного масиву (патенти України №№ 53259А, 53258А, 78822), контролю стану привибійної частини масиву (патент № 10492), визначення зон скупчення метану на відпрацьованих ділянках шахт. (патент № 74502), визначення зон скупчення метану на невідпрацьованих ділянках шахт та ділянках розвідки (патент № 74503), дегазації виробленого простору (патент № 12595), дегазації та видобутку метану з пластів-супутників, газоносних порід і виробленого простору (патент № 11708), вимірювання витрати нестаціонарного потоку рідкого або газового середовища (патент № 15275), випереджаючої дегазації порід покрівлі високонавантажених лав. (патент № 75821).

13. Випробування нової технології керування газовиділенням на виймальних ділянках шахт ім. О.Ф. Засядька, “Красноармійська-Західна” та “Краснолиманська” показало ефективність запропонованих рішень. Економічна ефективність її впровадження складає від 1,2 до 2,5 млн. грн. на рік.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ВІДОБРАЖЕНІ У ТАКИХ НАУКОВИХ ПРАЦЯХ:

1. Звягильский Е.Л., Булат А.Ф., Ефремов И.А., Бокий Б. В., Бунько Т.В., Кокоулин И.Е. Проветривание и газовый режим шахты им. А.Ф. Засядько: состояние и пути совершенствования.- Донецк-Днепропетровск, 2003.- 175 с.

2. Булат А.Ф., Звягильский Е.Л., Бокий Б.В., Радченко В.В., Ященко И.А., Ефремов И.А., Торопчин О.С., Бунько Т.В., Красник В.Г., Кокоулин И.Е. Совершенствование вентиляции и дегазации угольных шахт.- Днепропетровск, 2005. - 214 с.

3. Звягильский Е.Л., Бокий Б.В., Назимко В.В. Исследование процесса перераспределения метану вокруг движущегося очистного забоя. - Донецк, 2005. - 193 с.

4. Бокий Б.В., Ирисов С.Г. Некоторые результаты исследования газоносности призабойной зоны выбросоопасных угольных пластов в условиях “шахты им. А.Ф. Засядько” // Известия Донецкого горного института. Донецк, 2001.- №1. -С. 91-92.

5. Бокий Б.В. Оценка эффективности схем проветривания добычных участков шахты им. А.Ф. Засядько. //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2001. -№. 27. - С. 64-68.

6.Бокий Б.В., Левин А.М. и др. Опыт отработки выбросоопасного пласта на большой глубине. // Глюкауф, 2001. - №9 -С. 489-494.

7. Грязнов В.С., Бокий Б.В., Ирисов С.Г. Опыт дегазации добычных участков пласта m3 в поле шахты имени А.Ф. Засядько // Известия Донецкого горного института, 2002.- №1. -С. 63 - 66.

8. Звягильский Е.Л., Бокий Б.В., Ирисов С.Г. Исследование газовыделения в выработки, проведенные вприсечку к выработанному пространству. // Известия Донецкого горного института, 2002. - №2. -С. 37 - 42.

9. Бокий Б.В., Ирисов С.Г. Совершенствование десорбометрического способа оценки газоносности призабойной зоны угольных пластов. // Известия Донецкого горного института, 2002. - №3. -С. 27 - 29.

10. Бокий Б. В., Лебедев В. И., Кравченко М. В. О путях снижения содержания метана и температуры рудничного воздуха при разработке глубоких горизонтов // Уголь Украины, 2002. - №5. -С. 49-50.

11. Бокий Б. В. Десорбометрия для прогнозирования выбросоопасности угольных забоев // Уголь Украины, 2002. - №9. -С. 34-36.

12. Касимов О.И., Бокий Б.В. Эффективность направленных дегазационных скважин большого диаметра //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2002. -№. 32. - С. 161-166.

13. Бокий Б.В., Боровский А.В., Бунько Т.В., Кокоулин И.Е. Аэрогазодинамика длинной тупиковой выработки в период подготовки и дегазации выемочного столба //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2002. -№. 33 - С. 114-120.

14. Шевченко В.В., Бокий Б.В., Назимко В.В. Особенности фильтрации метану в окрестности очистного забоя, примыкающего к ранее выработанному пространству. //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2002 -№. 35 - С. 128-135.

15. Бокий Б.В. Выбор оптимального способа десорбометрии для оценки газоносности и выбросоопасности призабойной зоны угольного пласта. //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2002. -№. 36. - С. 64-68.

16. Бокий Б. В., Ирисов С.Г., Поляков И.В. Влияние параметров и способов дегазации на газообильность выработок. // Уголь Украины, 2003. -№ 9. -С. 48-50.

17. Касимов О.И., Бокий Б.В. Извлекаемые запасы метану в подрабатываемом углеродном массиве и эффективность их извлечения. //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2003 -№. 41. - С. 3-11.

18. Бокий Б.В., Касимов О.И. Проектирование и эффективное применение дегазации выработанных пространств. //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2003. -№. 42 -С. 9 -18.

19. Боровский А.В., Бокий Б.В., Бунько Т.В., Кокоулин И.Е., Безкровный Н.В. Исследование аэрогазодинамических процессов с целью управления воздухораспределением в пределах добычного участка и совершенствования процесса утилизации шахтного метану. //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2003, -№. 47. - С. 3 -13.

20. Бокий Б.В., Касимов О.И. Метановыделение в действующие лавы из смежных выработанных пространств. //Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. Сборник научных трудов. - Макеевка-Донбасс, 2003. -С. 43-53.

21. Булат А.Ф., Звягильский Е.Л., Лукинов В.В., Клец А.П., Ефремов И.А., Бокий Б.В., Гуня Д.П., Фичев В.В., Иванов В.П., Тихонов А.А., Чередников В.В. Экспериментальная оценка газопроницаемости подработанного углепородного массива// Наука и образование. Сборник научных трудов НГУ.- Днепропетровск, 2004.- Том 3.- № 19.- С. 123-128.

22. Бокий Б.В., Ирисов С.Г. Некоторые результаты десорбометрического тестирования угольных пластов в условиях шахты им. А.Ф. Засядько // Вісті Донецького гірничного інституту - Донецьк, 2004. - №1 -С. 49-55

23.Звягильский Е.Л., Бокий Б.В., Касимов О.И., Назимко Е.В., Журба В.В. Моделирование процесса фильтрации метана в окрестности очистных выработок при бесцеликовой отработке запасов. // Проблеми гірського тиску. Збірник наукових праць №11. - Донецьк, 2004. -С. 128 - 155.

24. Бокий Б. В., Ирисов В.Г. О некоторых особенностях процесса дегазации призабойной зоны выбросоопасных пластов. // Физико-технические проблемы горного производства. - 2004. - №7. -С. 173-180.

25. Бокий Б. В, Белый В.А., Касимов О.И., Управление газовыделением в высокопроизводительных лавах. // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. Сборник научных трудов. Часть 1 - Макеевка-Донбасс, 2004. -С. 16-27.

26. Бокий Б.В. Перспектива извлечения шахтного метану из техногенных скоплений // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах.- Макеевка, 2004. -С. 69-82.

27. Монтиков А.В., Господариков А.П., Бокий Б.В. Совершенствование технологических схем выемочных участков при разработке высокогазоносных угольных пластов на больших глубинах. // Записки горного института. - Санкт-Петербург, 2004. - №156. -С. 133-135.

28. Бокий Б. В., Касимов О.И. Перспектива извлечения метану из техногенных скоплений.// Уголь Украины, 2005. - №5. -С. 17-21.

29. Бокий Б. В., Ирисов С.Г., Ставицкий П.Г. О целеобразности применения изолированного газоотвода // Физико-технические проблемы горного производства. -2005. - №8. -С. 138-148.

30. Бокий Б.В., Белоус А.В., Полищук С.А. Повышение надежности вакуум-насосов в шахтных дегазационных системах. // Уголь Украины, 2005. - №10. -С. 33-34.

31. Бокий Б.В. Результаты моделирования перераспределения давления метану в окрестности движущегося очистного забоя.(часть I) // Проблеми гірського тиску. Збірник наукових праць №13. Донецьк, 2005. -С. 26 - 67.

32. Новиков Л.А., Бунько Т.В., Кокоулин И.Е., Бокий Б. В. Повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт. //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2005 -№ 51. -С. 120 -126.

33. Ефремов, И.А., Бокий Б. В., Лукинов В.В., Касимов О.И Эффективность комплексной дегазации лавы при высокой нагрузке на очистной забой. //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2005 -№. 53 -С. 64-68.

34. Бокий Б. В., Гуня Д.П., Клец А.П., Тихонов А.А. Опережающая дегазация пород кровли высоконагруженных лав. //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2005 -№. 53. -С. 64-68.

35. Баранов В.А., Ефремов И.А., Бокий Б. В., Гуня Д.П. Формирование техногенных коллекторов метана на примере шахты им. А.Ф. Засядько . //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2005 -№. 53. -С. 143-148.

36. Бокий Б.В. Извлечение и использование шахтного метана. //Уголь Украины, 2006. - №5. С. 3-7.

37. Звягільський Ю.Л., Бокій Б.В., Касімов О.І., Карнаух М.В., Лебєдєв А.И., Кравченко М.В., Булат А.Ф., Лукінов В.В., Єфремов І.А. Схеми та способи керування газовиділенням на виїмкових дільницях вугільних шахт.// Державний нормативний акт про охорону праці: Київ, 2006. - 79 с.

38. Булат А.Ф., Курносов С.А., Слащев И.Н., Ефремов И.А., Бокий Б.В. Экспериментально-аналитический метод прогноза направлений и интенсивности газовых потоков. //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2006 -№. 55. -С. 10-21.

39. Лукинов В.В., Бокий Б.В., Гуня Д.П., Клец А.П. Экспериментальные исследования предварительной дегазации пород кровли на шахте им. А.Ф. Засядько //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2005 -№. 55. -С. 11-16.

40. Белый В.А., Бокий Б.В., Боровский А.В. Оценка эффективности управления воздухораспределением и газовыделением на выемочных участках (по пласту l1 ) шахты им. А.Ф. Засядько //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2005 -№. 56. С. 9-15.

41. Бокий Б.В. Особенности распределения газовыделения вдоль вентиляционного штрека. //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2006 -№. 57. -С. 14 -22.

42. Бокий Б.В. Совершенствование десорбометрии как способа быстрого определения газоносности призабойной зоны угольных пластов. //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2006 -№. 67. -С. 42-54.

43. Лукинов В.В., Клец А.П., Ефремов И.А., Бокий Б.В. Элементы технологии способа опережающей дегазации пород кровли высоконагруженных лав. //Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2006 -№. 67. -С. 67-73.

44. Булат А.Ф., Звягільський Ю.Л., Лукінов В.В., Ілюшенко В.Г., Колесніков В.Г., Виноградов В.В., Гуменюк О.М., Кияшко Ю.І., Бокій Б.В., Камишан В.В., Касимов О.І. Спосіб дегазації вуглепородного масиву.// Деклараційний патент на винахід 53259А. ІГТМ НАНУ. 16.04.2002. Опубл. 15.01.2003, Бюл. № 1.

45. Булат А.Ф., Звягільський Ю.Л., Лукінов В.В., Бокій Б.В., Сапєгін В.М., Возіянов В.С., Ковбасенко В.Б., Курносов А.Т., Курносов С.А., Касимов О.І. Деклараційний патент на корисну модель. Спосіб контролю стану привибійної частини масиву. № 10492, Е21F5/00 15.11.2005. Бюл.№ 11.

46. Булат А.Ф., Звягільський Ю.Л., Лукінов В.В., Баранов В.А., Єфремов І.О., Бокій Б.В., Гуня Д.П.. Патент на винахід. Спосіб визначення зон скупчення метану на відпрацьованих ділянках шахт. № 74502, G01V9/00,Е21F7/00 15.12.2005. Бюл. № 12.

47. Булат А.Ф., Звягільський Ю.Л., Лукінов В.В., Баранов В.А., Єфремов І.О., Бокій Б.В., Гуня Д.П., Підтуркин Д.Г. Патент на винахід. Спосіб визначення зон скупчення метану на невідпрацьованих ділянках шахт та ділянках розвідки. № 74503, G01V9/00,Е21F5/00 15.12.2005. Бюл. № 12.

48. Звягільський Ю.Л., Бокій Б.В., Сергєєв С.П., Касимов О.І., Назимко В.В. Деклараційний патент на корисну модель. Спосіб дегазації виробленого простору 12595, МПК(2006), Е21F 7/00, B01D 53/14. Бюл. № 2, 15.02.2006.

49. Булат А.Ф., Звягільський Ю.Л., Лукінов В.В., Бокій Б.В., Сапєгін В.М., Возіянов В.С., Ковбасенко В.Б., Курносов А.Т., Курносов С.А., Касимов О.І. Деклараційний патент на корисну модель. Спосіб дегазації та видобутку метану з пластів-спутників, газоносних порід і виробленого простору . 11708, МПК(2006), E21F 7/00 C21N 1/18 C12R 1/865 (2006/01) C12N 1/34 . Бюл. № 1, 16.01.2006.

50. Бокій Б.В., Деглін Б.М., Єфремов І.О., Мелконян А.А.. Деклараційний патент на корисну модель. Спосіб вимірювання витрати нестаціонарного потоку рідкого або газового середовища. 15275, МПК(2006), G01F 1/68 G01P 5/10 . Бюл. № 6, 15.06.2006.

51. Булат А.Ф., Звягільський Ю.Л., Єфремов І.О., Лукінов В.В., Бокій Б.В., Касимов О.І., Клец А.П. Патент на винахід. Спосіб випереджаючої дегазації порід покрівлі високонавантажених лав. 75821, МПК(2006), E21F 7/00. Бюл. № 5, 15.05.2006.

52. Булат А.Ф., Звягільський Ю.Л., Єфремов І.О., Лукінов В.В., Шевченко В.В., Бокій Б.В., Клець А.П. Патент на винахід. Спосіб комплексної дегазації порід покрівлі високонавантажених лав, суміжних з відпрацьованими ділянками. 78822, МПК (2007), Е 2177/00. Бюл. № 5, 25.04.2007.

53. Звягильский Е. Л., Ефремов И.А., Бокий Б. В., Касимов О.И., Логвиненко В.И. Извлечение и использование метану на шахте им. Засядько // Международная конференция "Энергоэффективность крупного промышленного региона". Сборник научных трудов.7-9 июня: Донецк, 2004. - №12. -С. 104-108.

54. Бокий Б. В, Ефремов И.А., Назимко В.В., Софийский К.К. Характер нестационарного процесса при гидродинамическом воздействии на газонасыщенный пласт. // Проблемы угольного метана. Научный симпозиум. - Семинар №5. - Москва, 2004 -С. 18-20.

55. Бокій Б.В., Назимко В.В. Моделювання фільтрації метану навколо очисного вибою, що рухається. //Форум гірників - 2005. Том 1 (А-Г). - Днепропетровск, 2005. -С. 96-110.

56. Бокий Б.В. Анализ процесса разрушения массива горных пород вокруг границы смежных выработанных пространств. // Проблеми гірського тиску. Збірник наукових праць №14 - 2006. -С. 26 - 46.

57. Бокий Б.В. Трехмерное перераспределение давления метану в окрестности двигающегося очистного забоя. // XV научная школа - Алушта, 2005 -С. 17-26.

58. Звягильский Е.Л., Булат А.Ф., Ефремов И.А., Ильюшенко В.Г., Бокий Б.В., Бунько Т.В., Кокоулин И.Е. Оценка влияния динамики производственного процесса угольной шахты на состояние окружающей среды.// Науково-практичний консультативний семінар „Оцінка впливу на навколишнє середовище (ОВНС) об'єктів проектованої діяльності”.- Київ, 2003 - С. 22-24.

59. Лукинов В.В., Клец А.П., Бокий Б.В. Предварительная дегазація пород кровли на шахте им. А.Ф. Засядько// Сб. тезисов докладов научно-практической конференции „Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли”.- Макеевка, МакНИИ, 2004.- С. 20-23.

60. Бокий Б.В. Научные основы извлечения метану при работе высокона-груженных лав.// Форум гірників 2006. Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках. Материалы XVI Международной научной школы им. акад. С.А. Христиановича. Крым, Алушта, 2006. -С. 28-30.

Особистий внесок здобувача у роботи, опубліковані у співавторстві: [1-3] - огляд, імітаційне моделювання газодинамічних процесів, постановка задач та аналіз результатів експериментів; [4,6,10,12,14] - постановка задач, проведення натурних експериментів, аналіз результатів, розробка пропозицій щодо впровадження методів комплексної дегазації; [9,22,24] - постановка задачі та розробка методу вдосконалення існуючого способу десорбометрії; [7,16,18] - розробка методів та методик оцінки впливу параметрів та способів дегазації на газовість виробок; [23,55] - пропозиції щодо вивчення фільтрації метану біля діючих очисних виробок; [8,13,20,21,38,50,54] - розробка методів та способів (у патентах) дослідження газовиділення та аерогазодинаміки довгих тупикових виробок; [17,19,28,29,35,44,45,53] - обґрунтування прогресивних методів та способів (у патентах) вилучення метану; [25,30,32-34, 37,39,43,48,51,52,58,59] - розробка методів та способів (у патентах) керування газорозподілом; [27,40] - розробка методів вдосконалення технологічних схем виймальних ділянок.

АНОТАЦІЯ

Бокій Б.В. Фізико-технічні основи управління газовиділенням на виймальних ділянках високопродуктивних вугільних шахт.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.02 „ Підземна розробка родовищ корисних копалин„- Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, Дніпропетровськ, 2007.

Дисертація присвячена вирішенню важливої наукової проблеми, що полягає у керуванні газовиділенням з товщі порід, що оточують очисний вибій, який примикає до раніше виробленого простору і швидко рухається, на основі встановлених закономірностей газодинамічної взаємодії раніше виробленого простору та зони активних зрушень навколо очисного вибою.

Обґрунтована комп'ютерна модель для дослідження нестаціонарного процесу фільтрації метану навколо очисного вибою, який швидко рухається і примикає до раніше виробленого простору. Модель побудована шляхом сполучення геомеханічної задачі, яка моделює зрушення масиву та дає змогу відслідкувати перерозподіл проникності товщі, та фільтраційної, що моделює перерозподіл тиску метану з урахуванням тривалості процесу фільтрації, руху очисного вибою, анізотропії проникності гірських порід.

За допомогою моделі встановлено закономірності перетікання частини газу із зони активних зрушень у раніше вироблений простір, який має високу поглинальну ємність.

Параметри перерозподілу газу навколо діючої лави перевірені та уточнені за допомогою шахтних інструментальних спостережень.

Досліджено динаміку схем провітрювання виймальних ділянок, пов'язаних з використанням нового технологічного процесу дегазації - організації каптажної виробки, проведеної по раніше виробленому простору.

Ключові слова: газовиділення, очисний вибій, що рухається, моделі фільтрації, схеми дегазації.

АННОТАЦИЯ

Бокий Б.В. Физико-технические основы управления газовыделением на выемочных участках высокопродуктивных угольных шахт. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.15.02 “Подземная разработка месторождений полезных ископаемых”. - Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины, Днепропетровск, 2007.

Диссертация посвящена решению важной научной проблемы, заключающейся в управлении газовыделением из массива горных пород, который окружает быстро подвигающийся и примыкающий к ранее выработанному пространству очистной забой, на основе установленных закономерностей газодинамического взаимодействия ранее отработанного пространства и зоны активных сдвижений действующей лавы.

Обоснована компьютерная модель для исследования нестационарного процесса фильтрации метана вокруг высоконагруженного очистного забоя, который примыкает к ранее выработанному пространству. Модель построена из двух сопряженных задач: геомеханической, имитирующей процесс сдвижения и разрушения массива и изменение его проницаемости при разгрузке и уплотнении, и фильтрационной, которая использована для исследования процесса фильтрации газа с учетом времени, скорости подвигания лавы и анизотропии проницаемости массива горных пород.

Шахтные инструментальные наблюдения подтвердили результаты моделирования и уточнили параметры перетоков газа. Установлено явление перетекания 5-25% газа из зоны активных сдвижений действующей лавы в ранее выработанное пространство и частичного возврата газа (40 - 70 % перетекшего) в вентиляционный горизонт действующей лавы. Процент перетока и возвращения газа возрастает по логарифмической зависимости от скорости движения лавы.

При отработке угольного пласта интенсивность метановыделения подработанного углепородного массива определяется законом Вейбула, что объясняет причину частичного временного повышения газового давления в выработанном пространстве превышением интенсивности диффузии газа над фильтрацией.

На основании установленных закономерностей усовершенствованы способы дегазации выемочных участков. Обоснованы новые схемы расположения дегазационных скважин и разработаны новые технологические схемы дегазации. Испытан в промышленном масштабе новый принцип дегазации - каптаж метана посредством выработки, проведенной по выработанному пространству ранее отработанного очистного забоя с разделением во времени и пространстве процессов выемки угля и извлечения метана.

Основные практические результаты диссертации вошли в отраслевой нормативный документ и внедрены на шахтах им. А.Ф. Засядько, “Красноармейская-Западная” и “Краснолиманская” при отработке высоконагруженных лав на глубине 800-1200 м. Экономическая эффективность от внедрения новых схем дегазации составила от 1,2 до 2,5 млн. грн. в год.

Ключевые слова: газовыделение, высоконагруженный очистной забой, модели фильтрации, схемы дегазации.

THE SUMMARY

Bokiy B.V. Physical and technical bases of the control of non-stationary processes of methane selection on high-loaded panel on deep mines.-Manuscript.

Thesis for D.Sc. (Tech.) degree by specialty 05.15.11 -- “Physical processes in mining”. -- Institute of geotechnical mechanics named after N.S. Polyakov of NAS of Ukraine. Dnepropetrovsk, 2007.

The dissertation is devoted to the decision of the important scientific problem, namely management of gas emission from rock mass, that surround moving long wall. This adjoins to earlier goaf and quickly goes, on the basis of the established laws gas emissions interactions before the fulfilled open space and a zone of active destructions near moving long wall.

The proved imitating computer model for research of non-stationary process of methane filtration near moving long wall. The model is constructed by way collocated to a geo-mechanical problem which models destruction of a rock mass and agrees to trace distribution permeability of a rock mass, and filtration, that models distribution of methane pressure in view of an initial condition of system, duration of process of a filtration, movement long wall, anisotropies permeability of a rock mass.

With the help of model it is established laws of an overflowing of a part of gas from a zone of active destructions to earlier goaf which has high absorbed capacity.

Parameters of redistribution of gas about a moving long wall are checked up and specified with the help of actual managements in city.

Dynamics of ventilation schemes in a panel connected to use of new technological process of degasification - the organizations road way is investigated. Throw on earlier goaf which has provided a constant safe mode of improvement in a panel.

Control by degasification in a panel that count gas emission before the goaf and a zone of active destructions of a moving long wall are developed. These ways are realized as technological schemes that have come a making part in the normative document.

Key words: gas emission, moving long wall, models of a filtration, the schemes of degasification.

Размещено на Allbest.ru