Обґрунтування параметрів гідродинамічного способу запобігання газодинамічним явищам при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОТЕХНІЧНОЇ МЕХАНІКИ ІМ. М.С. ПОЛЯКОВА

Спеціальність

05.15.02 - «Підземна розробка родовищ корисних копалин»

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Обґрунтування параметрів гідродинамічного способу запобігання газодинамічним явищам при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм

Золотін Віталій Григорович

Дніпропетровськ - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України (м. Дніпропетровськ).

Науковий керівник

доктор технічних наук, професор

Софійський Костянтин Костянтинович,

Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова

НАН України, завідувач відділом проблем технологій

підземної розробки вугільних родовищ (м. Дніпропетровськ).

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Кузьменко Олександр Михайлович,

ДНВЗ «Національний гірничий університет»

Міністерства освіти і науки, молоді і спорту України, професор кафедри підземної розробки родовищ (м. Дніпропетровськ).

кандидат технічних наук,

Канін Володимир Олексійович

завідувач відділом захисних пластів і управління станом гірничого масиву Українського державного науково-дослідного і проектно-конструкторського інституту

гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України (м. Донецьк

Захист дисертації відбудеться «07» липня 2011 р. о 1330 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.188.01 при Інституті геотехнічної механіки ім. М.С.Полякова НАН України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2а, факс(0562) 46-24-26.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геотехнічної механіки ім. Н.С.Полякова НАН України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2а.

Автореферат розісланий «07» червня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук В. Г. Шевченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розвиток гірничих робіт на шахтах України пов'язаний зі збільшенням глибини розробки вугільних пластів, що супроводжується підвищенням гірського тиску, газоносності, частоти і інтенсивності газодинамічних явищ (ГДЯ). За останні 26 років сталося більше 2200 викидів вугілля і газу. Тому проблема запобігання ГДЯ продовжує залишатися дуже актуальною.

Застосування існуючих заходів по боротьбі з ГДЯ призвело до значного збільшення витрат часу на виконання, зниження продуктивності праці і підвищення собівартості вугілля, а критерії надійності і ефективності не дозволяють застосувати їх в усіх підготовчих виробках. Крім того, погіршення гірничо-геологічних умов і відсутність безпечної і високопродуктивної технології проведення виробок по пологим пластам, які схильні до ГДЯ, стали причинами зниження темпів проходки. Найбільш ефективним способом запобігання ГДЯ є гідродинамічний, при застосуванні якого упродовж останніх 26 років ГДЯ були відсутні. Проте застосування гідродинамічної дії (ГДД) через свердловини довжиною 50-100 м для запобігання ГДЯ при проведенні пластових підготовчих виробок комбайном з раніше встановленими параметрами процесу не представляється можливим.

Тому обґрунтування параметрів гідродинамічного способу запобігання ГДЯ на підставі закономірностей поетапного руйнування вугілля, з урахуванням кавітації, для підвищення швидкості проведення підготовчих виробок змішаним вибоєм по пологоспадних викидонебезпечних пластах шляхом зміни напружено-деформованого стану масиву, його дегазації і утворення структури, яка має високу енергію зв'язку і перешкоджає фільтрації газу з масиву є актуальною науковою задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконувалася відповідно до Постанови Кабінету міністрів України від 18 лютого 2004 р. №186 «Про внесення змін до програми підвищення безпеки праці», а також у рамках програми Мінвуглепрому України «Розробити системи контролю, способи і технології управління станом гранично-напружених і викидонебезпечних гірничих порід і вугілля» (№ ДР UA 01015901Р).

Матеріали дисертації пов'язані з планами науково-дослідних робіт ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України: «Створити науково-технічні основи інтенсифікації дегазації вуглепородного масиву із застосуванням гідродинамічної дії через свердловини» (№ ДР 0103U001627), «Механіка гірських порід, техніка та технологія безпечного видобування вугілля високонавантаженими лавами» (№ ДР 0102U006162), «Механіка газонасиченого масиву гірських порід, прогресивні техніка та технології підземного видобутку вугілля» (№ДР 0107U002004), у яких автор був виконавцем.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є обґрунтування параметрів гідродинамічного способу запобігання ГДЯ при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм по пологоспадних пластах для підвищення безпеки ведення гірничих робіт і темпів проведення виробок.

Для досягнення поставленої мети було сформульовано та вирішено наступні завдання:

- встановити закономірність руйнування вугілля при ГДД з урахуванням кавітації, яка сприяє утворенню непроникного для газу шару диспергованого вугілля;

- провести лабораторні дослідження зміни структури вугільного масиву при ГДД, що дозволить встановити величини енергії зв'язку вологи з диспергованим вугіллям; газодинамічний виробка змішаний

- провести експериментальні дослідження в промислових умовах способу запобігання ГДЯ при проведенні підготовчих виробок із застосуванням ГДД та обґрунтувати параметри способу;

- розробити технологічну схему способу проведення підготовчих виробок змішаним вибоєм по пологоспадним пластам, які схильні до ГДЯ, із застосуванням ГДД.

Ідея роботи полягає в урахуванні процесів кавітації при ГДД на напружені газонасичені середовища для забезпечення необхідного співвідношення тривалості пошарового руйнування вугільного пласта для дегазації та розвантаження масиву з подальшим блокуванням метану, що залишився усередині масиву.

Об'єктом дослідження є процес зміни структури вугільного пласта при гідродинамічній дії.

Предметом дослідження є параметри процесу ГДД при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм по пологоспадним пластам, які схильні до ГДЯ.

Методи досліджень. Для вирішення сформульованих завдань використовувалися: теоретичні дослідження процесу скидання тиску у свердловині при ГДД на вугільний пласт, що базуються на фундаментальних законах механіки та гідравліки; лабораторні дослідження величин енергії зв'язку води з поверхнею диспергованного вугілля і визначення кількості поверхневої і об'ємно-пов'язаної води в диспергованному вугіллі із застосуванням термографічного методу аналізу форм зв'язку вологи з матеріалами. Апробація результатів роботи в умовах діючої шахти здійснювалася з використанням поточного прогнозу викидонебезпечності по методу сейсмоакустичного контролю при бурінні свердловин і акустичної активності пласта в процесі ГДД та при проведенні підготовчих виробок, а також візуальних спостережень.

Наукові положення, які захищаються в дисертації.

1. Подрібнення вугілля внаслідок процесів кавітації в робочому просторі свердловини досягає максимуму під час скидання тиску зі швидкістю не менше 40 МПа/с при тиску нагнітання 2-7 МПа та пластовому тиску газу 2-4 МПа в технологічних свердловинах довжиною до 100 м з кутами нахилу до 30є.

2. Максимально можлива швидкість проведення підготовчої виробки із застосуванням гідродинамічної дії обернено пропорційна кількості метану, що виділяється у виробку, та експоненційно залежить від площі поверхні диспергованного вугілля, яка характеризується вмістом, рівним 20-30 %, частинок крупністю менше 0,04 мм у витягнутому зі свердловини вугіллі.

3. Зниження коефіцієнта викидонебезпеки вугільного пласта не менше чим в 1,5-2 рази забезпечується при співвідношенні тривалості пошарового руйнування вугілля та часу блокування метану рівному 0,67 і знаходиться в лінійній залежності від кількості циклів гідродинамічної дії.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше встановлено поетапний механізм руйнування вугілля і його подрібнення з урахуванням ефекту кавітації, а також фізична суть гідродинамічної обробки викидонебезпечного вугільного масиву для ефективного і безпечного проведення підготовчих виробок змішаним вибоєм;

- вперше визначено умови утворення кольматаційного шару у вугільному пласті при появі у робочій рідині 20-30 % часток зруйнованого вугілля крупністю менше 0,04 мм;

- вперше встановлено залежність коефіцієнту викидонебезпеки і швидкості проведення виробки від параметрів ГДД, що дозволяє поєднувати дегазацію вугільного масиву з подальшим блокуванням метану в масиві.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджуються коректністю постановки і рішення завдань, застосуванням апробованих методів досліджень, достатнім об'ємом експериментів, які проведено з використанням атестованих приладів, відповідністю результатів теоретичних і експериментальних досліджень, задовільною величиною похибки експериментальних даних, яка не перевищує 10 %, і ефективним промисловим застосуванням.

Наукове значення роботи полягає у встановленні закономірності руйнування вугілля з урахуванням ефекту кавітації при ГДД на вугільний пласт, що призводить до утворення структури, яка має високу енергію зв'язку і перешкоджає фільтрації води і газу з масиву.

Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:

- обґрунтовано і апробовано в промислових умовах параметри ГДД, на підставі яких розроблено спосіб запобігання ГДЯ при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм по пологоспадних пластах потужністю до 3,5 м;

- розроблена технологічна схема способу запобігання ГДЯ гідродинамічною дією при проведенні підготовчих виробок змішаним забоєм по пологоспадних пластах потужністю до 3,5 м;

- розроблено методики виконання гірничо-експериментальних робіт і промислових (приймальних) випробувань способу зниження газодинамічної активності вугільних пластів шляхом гідродинамічної дії на гірський масив через свердловини при проведенні підготовчих виробок.

Реалізація результатів роботи. Розроблено технічне завдання і перша редакція СОУ «Правила ведення гідродинамічної дії для зниження газодинамічної активності вугільних пластів при проведенні підготовчих виробок». Розроблено технологічну схему гідродинамічного способу запобігання ГДЯ, яка включена в паспорти проведення виробок змішаним вибоєм на ОП «Шахта ім. О.Ф. Засядька». Методики і рекомендації передані в МакНДІ і ОП «Шахта ім. О.Ф. Засядька» для складання доповнень до проектів на проведення підготовчих виробок по пластам, схильним до ГДЯ.

ГДД використано на пластах, небезпечних по газу, пилу, суфлярним виділенням метану, ГДЯ, схильних до самозаймання в поєднаних зонах впливу геологічних порушень і підвищеного гірського тиску II категорії в забоях підготовчих виробок вентиляційного ходка 14 лав пласта l1, 2 західного конвеєрного штреку пласта l4, 3 західного конвеєрного штреку пласта l4, 4 західного конвеєрного штреку пласта l4, на горизонтах 802 м і 940 м, що дозволило провести 269 м підготовчих виробок по викидонебезпечних зонах без ознак ГДЯ (акт від 07.06.06 р). Очікуваний річний економічний ефект від впровадження результатів дисертації складає 1216 тис. грн. в рік на одну підготовчу виробку (розрахунок економічного ефекту від 23.12.10 р).

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно сформульовані ідея роботи, мета і завдання досліджень, проведені теоретичні і лабораторні дослідження, що дозволило уточнити механізм руйнування та встановити умови блокування метану, узагальнено результати гірничо-експериментальних робіт, сформульовано наукові положення і висновки. Автор брав особисту участь в організації і проведенні експериментальних досліджень на ОП «Шахта ім. О.Ф. Засядька», в розробці технічного завдання і першої редакції СОУ. Текст дисертації викладено автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і окремі результати роботи докладалися і та були схвалені на V і VI міжнародних школах-семінарах «Імпульсні процеси в механіці суцільних середовищ» (м. Миколаїв - 2003, 2005 р.р.), на XIV і ХХ міжнародних наукових школах ім. академіка С.А. Христіановича «Деформація і руйнування матеріалів з дефектами і динамічні явища в гірничих породах і виробках» (м. Алушта - 2004, 2010 р.р.), на VIII конференції молодих вчених ІГТМ ім. М С. Полякова НАН України (м. Дніпропетровськ - 2010 р.), на науково-технічних радах відділу газодинамічних явищ МакНДІ (м. Макіївка - 2009, 2010 р.р.), на засіданнях Центральної комісії з питань вентиляції, дегазації і боротьби з газодинамічними явищами в шахтах вугільної промисловості України (м. Макіївка - 2003, 2009,2010 р.р).

Публікації. Основні результати дисертації висвітлені в 17 друкованих роботах, в тому числі: 11 статей у фахових виданнях (без співавторів - 3), 1 патент, і 5 доповідей на конференціях, в т.ч. 4 міжнародних.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, переліку умовних позначень, символів, одиниць, скорочень і термінів,п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел, 20 додатків. Робота містить 154 сторінки основного тексту, 46 малюнків, 26 таблиць, список використаних джерел на 12 сторінках з 103 найменувань, 50 сторінок додатків, загальний об'єм 228 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі встановлено актуальність проблем, що стоять перед вугільною промисловістю і впливають на видобуток вугілля, найбільш гострим серед яких залишається прискорення проведення підготовчих виробок. Аналіз опублікованих робіт показав, що питання, пов'язані з дією на вугільні пласти через свердловини, що забезпечують запобігання ГДЯ і збільшення темпів проведення підготовчих виробок, а також з безпекою праці гірників, є пріоритетними для українських і зарубіжних учених. Велике значення в розвитку гірничої науки в області запобігання ГДЯ, у тому числі при проведенні підготовчих виробок по вугільних пластах, схильних до ГДЯ, належить Ф.О. Абрамову, А.Т. Айруні, В.Ж. Аренсу, А.Д. Алексєєву, А.В. Агафонову, А.С. Бурчакову, М.І. Большинському, А.Ф. Булату, В.А. Баранову, В.О. Бобіну, О.В. Докукіну, Д.М. Житльонку, А.М. Зоріну, В.Є. Забігайло, М.О Ильяшову, М.Ф. Кусову, Ф.С. Клебанову, О.В. Колоколову, С.В. Кузнєцову, В.Г. Колєснікову, О.А. Колесову, О.П. Калфакчіяну, О.М. Кузьменко, В.О. Каніну, В.В. Лукінову, А.М. Лінькову, Б.І. Медведєву, В.І. Мурашову, В.С. Маєвському, С.П. Мінєєву, Я.Е. Некрасовському, Н.В. Ножкіну, В.І. Ніколіну, О.Є. Ольховиченко, А.Е. Петросяну, І.М. Пєтухову, В.Н. Пузирьову, В.В. Ржевському, В.В. Ріпці, О.О. Скочинському, Р.Л. Салганіку, І.В. Сергєєву, К.К. Софійському, Г.П. Старікову, С.О. Христіановичу, О.І. Чернову, Є.І. Шемякіну, Г.А. Шевельову, В.Н. Щелкачеву, С.О. Яруніну та ін.

Огляд існуючих заходів по запобіганню ГДЯ при проведенні підготовчих виробок показує, що їх використання призводить до зниження продуктивності праці і підвищення собівартості вугілля, а обмежена сфера застосування і не завжди досягнута ефективність не дозволяють їх застосовувати в усіх підготовчих виробках.

Найбільш перспективним з точки зору ефективності і економічності є гідродинамічний спосіб. Процеси, які відбуваються у вугільному масиві при ГДД, приводять до розвантаження вугільного пласта і блокування метану на відстані більше 4 м за проектний переріз виробки, дозволяють забезпечити запобігання ГДЯ та підвищити темпи проведення підготовчих виробок. Але застосування ГДД з раніше встановленими параметрами обмежувалось лише крутоспадними пластами.

У другому розділі роботи викладено результати теоретичних досліджень руху рідини у свердловині при скиданні тиску під час ГДД. Рішення спільної системи рівнянь дозволило встановити види потоку. Розрахунки швидкості руху суміші по свердловині при скиданні виконано для свердловин, що повстають і падають, при наступних початкових параметрах: діаметр свердловини d - 100 мм; в'язкість суміші µ - 0,93 Па·с; щільність робочої рідини с -1000 кг/м3. Довжина свердловини lсв приймалася рівною: 25 м, 50 м, 75 м, 100 м. Для встановлення впливу гідростатичного тиску кут нахилу свердловини б брався рівним: 2°56ґ, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°. Тиск нагнітання Рнагн приймався рівним: 2 МПа, 3 МПа, 4 МПа, 5 МПа, 6 МПа, 7 МПа. Пластовий тиск газу Рпл: 2 МПа, 3 МПа, 4 МПа.

Розрахувавши значення швидкості, визначено вид потоку, що характеризується числом кавітації Х у момент скидання тиску на вибої свердловини :

,(1)

де Р - гідростатичний тиск потоку, Па; РS - тиск насичених парів рідини при певній температурі довкілля, Па; с - щільність середовища, кг/м3; V - швидкість потоку, м/с.

Для встановлення впливу зміни температури робочої рідини на параметри дії тиск насиченої пари рідини РS приймався рівним 2340 Па (при t = 20°С) і 7375 Па (при t = 40°С).

На підставі виконаних теоретичних досліджень встановлено, що подрібнення вугілля внаслідок процесів кавітації в робочому просторі свердловини, досягає максимуму під час скидання тиску зі швидкістю не менше 40 МПа/с при тиску нагнітання 2-7 МПа та пластовому тиску газу 2-4 МПа в технологічних свердловинах довжиною до 100 м з кутами нахилу до 30є.

Також розкрито ступінчастий механізм руйнування вугілля і уточнено фізичну суть процесу ГДД, що полягає в тому, що при гідродинамічній дії на газонасичені вугільні пласти створюється сукупність взаємозв'язаних процесів, що послідовно відбуваються в масиві, які включають: пошарове руйнування вугільного пласта навколо свердловини, циклічну динамічну пригрузку вугільного пласта, його спонтанне руйнування і додаткове подрібнення вугілля у свердловині внаслідок виникнення ефекту кавітації у момент скидання тиску.

Достовірність отриманих результатів забезпечується застосуванням фундаментальних законів механіки, а також загальновідомих рівнянь постійності витрати рідини, нерозривності потоку і рівняння Бернуллі.

У третьому розділі дисертації викладено результати лабораторних досліджень зміни структури вугільного масиву при ГДД. Визначення енергії зв'язку води з поверхнею дисперсних вугільних часток дозволило встановити енергетичний рівень системи «вода-вугілля» залежно від фракційного складу твердої фази в робочій рідині, що фільтрується.

За допомогою термографічного методу аналізу зміни маси, температури і енергії зв'язку вологи з вугіллям в процесі його сушки визначено види вологи, пов'язаної з поверхнею дисперсних вугільних часток.

Термографічний метод аналізу форм зв'язку вологи з пористим матеріалом дозволяє по сингулярних точках на термограмах ізотермічної сушки характеризувати кінетику послідовного видалення вологи різних видів, а також характеризувати енергетичну сторону процесу випару вологи за допомогою енергограм сушки.

Визначення і розрахунок енергії зв'язку вологи з вугіллям здійснено за експериментальними даними сушки шляхом зовнішнього обігріву малого зразка вугілля. Співвідношення мас висушуваного зразка і теплоносія підібрано так, щоб тепло- і масообмін відбувалися при постійному тепловому потоці.

Це досягнено при сушці зразка масою 500 мг на чашці торсіонних ваг в сушильній камері об'ємом 27 л. Температура повітря впродовж експерименту підтримувалась постійною і дорівнювала 368єК, що забезпечило режим сушки, при якому коефіцієнти тепло- і массопередачи однакові в обох періодах сушки.

Під час досліду, що тривав 25-30 хв., фіксувалися щохвилини спади ваги по циферблату торсіонних ваг і температура в зразку, що визначалася паралельно за допомогою термистерного давача. У кожен елементарний відрізок часу визначалися вологовміст вугілля і енергія зв'язку вологи з диспергованим вугіллям. Розрахунок енергії зв'язку здійснено таким чином.

Диференціальне тепло , що підводиться до обводненого зразка в процесі ізотермічної сушки за час витрачається на нагрівання, випар води і розрив зв'язку вологи з матеріалом. В період постійної швидкості сушки, коли з вугілля випаровується вільна волога, складова на розрив зв'язку вологи з матеріалом відсутня. Оскільки умови досліду припускають рівність теплових потоків в кожен диференціальний відрізок часу упродовж усієї сушки, то на підставі рівняння теплового балансу можна записати:

,(2)

де - витрата тепла в період постійної швидкості сушки; - те ж в період швидкості сушки, що спадає.

Виходячи зі значень складових витрат тепла, отримаємо енергію зв'язку вологи з вугіллям:

, (3)

де с - питома теплоємність, Дж/кг·град; m - маса зразка, кг; - приріст температури зразка за час , град; h - питома теплота випару вільної води при температурі досліду, Дж/кг; - маса випаруваної води за час , кг; q - енергія зв'язку води з вугіллям, Дж/кг.

Розраховані за експериментальними даними величини енергії зв'язку води з вугіллям нанесено на графік (рис. 1) по осі ординат, а вологовміст зразка по осі абсцис. Оскільки величини енергії зв'язку змінюються у великому діапазоні, графіки побудовано в напівлогарифмічних координатах. На рис. 1 представлена енергограма сушки вугільного зразка класу 0,5-0 мм, що має характерні ділянки. Як видно, по мірі видалення вологи з макрокапілярів (спочатку з великих, потім з дрібніших) енергія зв'язку швидко зростає (ділянка АБ

Рис. 1. Залежність енергії зв'язку води з вугіллям від вологовмісту.	).

Горизонтальна ділянка БВ відповідає видаленню однорідною за характером взаємодії стикової вологи на одному енергетичному рівні. Далі слідує видалення адгезійної вологи (ВГ), яка більш міцно пов'язана із зовнішньою поверхнею вугілля, підйом енергограми по мірі потоншення адгезійної плівки і, відповідно, підвищення енергії взаємодії. Оскільки вугілля є мікропористим тілом, то видалення вологи з мікропор відбувається при підвищених енергіях, що відповідають капілярній форми зв'язку при діаметрі капіляра менше 10-7 м (ділянка кривої ГД). Найбільшу енергію зв'язку має адсорбційна волога, що має дві енергетичні ділянки - полімолекулярної (ДЕ) адсорбції і мономолекулярної (ЕО). Таким чином, енергограма дозволяє встановити величину енергії зв'язку для різних видів вологи. Криві енергії зв'язку, побудовані залежно від вологовмісту зразків, дозволили визначити величину енергії, необхідну для видалення води, без побудови кривих сушки і термограм і виявити закономірності видалення вологи з матеріалів різної крупності (рис. 2).

Рис. 2. Енергограми вугілля і породи різних класів крупності :

1 - вугілля крупністю 0,25-0,16 мм;

2 - вугілля крупністю 0,16-0,08 мм;

3 - вугілля крупністю 0,08-0,04 мм;

4 - вугілля крупністю <0,04 мм;

5 - вугілля крупністю <0,01 мм;

6 - порода крупністю <0,04 мм.

На основі досліджень величин енергії зв'язку різних видів вологи з поверхнею пористих тіл встановлено залежність цього показника для об'ємно-пов'язаної вологи від середньої крупності часток дисперсних середовищ (рис. 3), яка має експоненційний характер і описується рівнянням y=81,53·e-0,03x при достовірності апроксимації R2=0,986. Встановлено, що зменшення середньої крупності часток, а, отже, і пор,

Рис. 3. Залежність величини енергії зв'язку води з поверхнею диспергованного вугілля від його крупності.	призводить до підвищення енергії зв'язку на порядок і складає від 4,2·104 до 4,2·105 Дж. Роботу по переміщенню 1 кг води в пористому тілі під дією різниці тисків розраховано таким чином. Сила, діюча на воду в шарі, дорівнює: F=S·m,(4) де - градієнт тиску, МПа; S - поверхня прикладення сили, м2; m - пористість. Товщина шару, заповненого водою: (5) де V - об'єм води, що заповнює шар, м3.

Робота А сили F на ділянці l дорівнює:

A=F·l=V, Дж.(6)

Робота по переміщенню 1 кг води, що заповнює об'єм 10-3 м3 при =4 МПа, складає 4·103 Дж. Очевидно, що ця робота мінімум на порядок нижче енергії зв'язку об'ємно-пов'язаної води в шарі вугіллля і не може здолати його опору. Результати дослідження властивостей і залежностей поверхнево- і об'ємно-пов'язаної вологи, а також енергії її зв'язку з поверхнею вугілля покладено в основу нової послідовності проведення гідродинамічної обробки масиву, що наведено нижче. При тисках нагнітання до 2-3 МПа в процесі ГДД, внаслідок тиску газу в масиві, а також різниці тисків, утвореної по обидві сторони шару при скиданні тиску, відбувається відрив і руйнування шару вугілля. При багатократному повторенні циклів підйому і скидання тиску в пласті утворюється зона диспергованного вугілля і система фільтраційних каналів, які при припиненні дії сприяють інтенсифікації дегазації. При підвищенні тиску нагнітання до 7 МПа, заздалегідь зруйнована частина пласта швидко заповнюється водою (радіус зони ГДД складає більше 10 м). В результаті багатократної прямої і зворотної фільтрації водо-вугільної суспензії, що містить велику кількість тонких вугільних і порідних часток (більше 20-30 % часток класу < 0,04 мм), відбувається кольматація фільтруючого об'єму, пониження проникності масиву, нарощування кількості об'ємно-пов'язаної вологи, внаслідок чого оброблений масив втрачає газопроникність. Енергія зв'язку об'ємно-пов'язаної води настільки велика (до 4,2·10 Дж/кг), що її шар не може виштовхнути внутрішньопластовий тиск газу, тим більше в умовах значної товщини останнього. Ці умови сприяють безпечному проведенню підготовчих виробок по вугільних пластах, оскільки не виникає загрози перевищення гранично допустимої концентрації метану у виробці.

На підставі розробленої послідовності дії встановлено, що максимально можлива швидкість проведення підготовчої виробки із застосуванням ГДД обернено пропорційна кількості метану, що виділяється у виробку, та експоненційно залежить від площі поверхні диспергованного вугілля, яка характеризується вмістом, рівним 20-30 %, частинок крупністю менше 0,04 мм у витягнутому зі свердловини вугіллі.

Відмінність ГДД через довгі свердловини (близько 100 м) полягає в неможливості скидання усього об'єму води, що заповнює свердловину. Наслідком цього є неможливість випуску всього десорбованого газу зі свердловини, а, отже, значного зниження тиску газу в присвердловинній зоні в момент його скидання. В цих умовах виключено розвиток ГДЯ, тому що процес пошарового відриву стає менш інтенсивним, а подрібнення вугілля відбувається, в основному, за рахунок сил гірського тиску, додаткових привантажень, що виникають в результаті ГДД на межі вугільного пласта і порід, що вміщують, і ефекту кавітації при скиданні тиску у свердловині.

Достовірність отриманих результатів обґрунтовується коректним використанням непрямого методу визначення енергій зв'язку різних видів вологи.

У четвертому розділі дисертації викладено результати експериментальних досліджень в промислових умовах параметрів гідродинамічного способу запобігання ГДЯ при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм.

Основними завданнями гірничо-експериментальних робіт є: відпрацювання параметрів ГДД для запобігання ГДЯ при проведенні підготовчих виробок; відпрацювання технології оперативного управління процесом ГДД на гірничий масив за параметрами акустичного сигналу; відпрацювання технології проведення підготовчих виробок із застосуванням ГДД.

За узгодженням з Теруправлінням Держнаглядохоронпраці України експериментальні роботи виконувалися на ОП «Шахта ім. О.Ф. Засядька» у вибоях чотирьох підготовчих виробок пластів l4 і l1, небезпечних по ГДЯ, в поєднаних зонах впливу геологічних порушень і підвищеного гірського тиску II категорії, що є особливо викидонебезпечними. Параметри процесу гідродинамічної дії: тиск нагнітання - до 7 МПа; тиск скидання - 2-5 МПа; час скидання - 0,1-1,0 с. Експериментальні роботи було виконано в об'ємах, які дозволили оцінити ефективність пропонованого способу. Для цього проводилося ГДД через технологічні свердловини завдовжки

37-65 м а потім - проведення виробок по обробленим зонам з оцінкою напружено-деформованого стану масиву і ефективності ГДД за параметрами акустичного сигналу. Роботи велися в наступній послідовності. Встановлювався сейсмоприймач в породах покрівлі на відстані 1-2 м від вибою (рис. 4) і наносилися серії ударів в лівому і правом кутках, а також в середині вибою. Імпульсні сигнали записувалися і оброблювалися за допомогою програми «Буріння довгих свердловин» комплексу «Прогноз 4.0». Потім приступали до буріння технологічної свердловини для ГДД.

Технологічна свердловина бурилася на вугільний пласт через породи покрівлі або ґрунту пласта. Місце закладання свердловини визначалося з можливості установки бурового верстата із заданим розворотом бурової каретки. Гирло свердловини розташовувалося на відстані не менше 0,5 м по нормалі від вугільного пласта. Свердловину бурили так, щоб вона увійшла до вугільного пласта на відстані не менше 10 м від забою виробки. Буріння технологічної свердловини здійснювалося поетапно: спочатку - буріння свердловини діаметром 76 мм; потім - розбурювання порідної частини свердловини до діаметру 150 мм. Контроль над процесом буріння технологічних свердловин здійснювався за параметрами акустичного сигналу, що виникає при дії бурової коронки на вибій свердловини. Основу контролю складає нормативний спосіб визначення величини зони розвантаження привибійної частини гірничого масиву відповідно до СОУ 10.1.0074088.011-2005 «Правила ведення гірничих робіт на пластах, схильних до газодинамічних явищ». Реєстрація акустичного сигналу здійснювалася сейсмоприймачем (у складі підземного блоку апаратури АПСС-1), встановленому в шпурі глибиною 1 м на відстані 1-2 м від забою. Через пульт управління блок підключався до лінії зв'язку, по якому сигнал поступав в приймальне обладнання апаратури АПСС-1, де він демодулювався, посилювався і передавався в комп'ютер для обробки. При бурінні свердловини діаметром 76 мм через кожен метр гірничий майстер повідомляв операторові довжину свердловини. Обробка акустичного сигналу виконувалася поінтервально. Після розбурювання свердловини до діаметру 150 мм повторювали процедуру імпульсного збудження і запису акустичних сигналів через сейсмоприймач, встановлений в породах покрівлі на відстані

1-2 м від вибою. Обробка акустичних сигналів дозволила оцінити зміну зони привантаження і коефіцієнту викидонебезпеки вугільного пласта по довжині свердловини.

Далі робилося обсадження порідної частини технологічної свердловини шляхом послідовного з'єднання труб діаметром 102-114 мм. Останнім до обсадних труб

Рис. 4. Схема розташування обладнання для ГДД:

1 - вугільна частина технологічної свердловини;

2 - породна частина технологічної свердловини;

3 - обсадна труба;

4 - пристрій гідродинамічної дії (ПДГ);

5 - манометри;

6 - високонапірний рукав подання робочої рідини;

7 - насоси;

8 - пульт дистанційного керування;

9 - високонапірний рукав управління ПГД;

10 - рукав насоса;

11 - протипожежний трубопровід;

12 - давач апаратури газового контролю;

13 - сейсмоприймач;

14 - підземний блок апаратури АПСС-1.

під'єднувався колектор з фланцем, який додатково закріплювався за допомогою анкерів. Відстань від фланця до забою виробки складала не менше 0,5 м. Тампонаж затрубного простору у свердловині здійснювався цементно-піщаним розчином за допомогою стислого повітря. Після твердіння тампонажного розчину проводився монтаж устаткування для ГДД. На фланець колектора встановлювався пристрій гідродинамічної дії (ПДГ), який через пульт дистанційного керування з'єднувався з насосними установками. Пульт дистанційного керування встановлювався на відстані не менше 30 м від вибою виробки.

У свердловину подавали робочу рідину. При досягненні у свердловині робочого тиску 2-3 МПа здійснювалося різке скидання рідини із свердловини. Після закінчення скидання свердловина закривалася. Таким чином, здійснювався один цикл дії. Далі цикли повторювалися до виходу зі свердловини розрахункової кількості вугілля (до 2 % від маси вугілля, що залягає в зоні розвантаження, яка утворюється після ГДД) і початку появи в робочій рідині помітної кількості тонких фракцій. Після чого тиск нагнітання підвищували до 7 МПа, і дія здійснювалася до початку освітлення робочої рідини, що виходить зі свердловини. Це супроводжувалось припиненням газовиділення зі свердловини, що свідчило про утворення в масиві газонепроникного шару. Потім ГДД припинялася. Спостереження за концентрацією метану в атмосфері виробки проводилося за допомогою апаратури АГК.

Далі починалися роботи по проведенню підготовчої виробки. Проведення виробки по обробленій зоні здійснювалося із застосуванням контролю викидонебезпеки за параметрами акустичного сигналу. Акустичним зондуванням масиву, як в процесі ГДД, так і в процесі проведення виробки по обробленій ділянці вугільного пласта, встановлено зниження газодинамічної активності, яка обумовлена активізацією міжшарових деформацій до 50-60 м від вугільного пласта по розрізу порід покрівлі та по простяганню порід і, як наслідок, зниженням коефіцієнта викидонебезпеки не менше, чим в 1,5-2 рази. Таким чином доведено ефективність гідродинамічного способу запобігання ГДЯ при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм.

За результатами експериментальних робіт встановлено, що зниження коефіцієнта викидонебезпеки вугільного пласта не менше чим в 1,5-2 рази забезпечується при співвідношенні тривалості пошарового руйнування вугілля та часу блокування метану рівному 0,67 і знаходиться в лінійній залежності від кількості циклів ГДД.

Сумарна довжина проведення підготовчих виробок по оброблених зонах склала 269 м (за «Методикою проведення гірничо-експериментальних робіт» необхідний об'єм - 250 м) без ознак ГДЯ. Достовірність результатів досліджень підтверджується статистично достатнім об'ємом експериментальних робіт і отриманням позитивних результатів, що підтверджують встановлені параметри ГДД.

У п'ятому розділі дисертації викладено умови застосування, параметри і критерії ефективності способу запобігання ГДЯ гідродинамічною дією, що дозволило розробити технологічну схему, техніко-економічні показники способу запобігання ГДЯ гідродинамічною дією при проведенні підготовчих виробок, а також запропоновано перспективний спосіб ведення гірничих робіт на пластах, схильних до ГДЯ.

Умови застосування ГДД по запобіганню ГДЯ: Межа міцності вугілля на відрив - не більше 0,5 МПа; коефіцієнт проникності вугілля - не менше 10-14 м2; стійкість порід, що вміщують - немає обмежень; газоносність вугілля - не менше

10 м3/т с.б.м.; глибина розробки - немає обмежень; кут падіння пласта - немає обмежень; потужність пласта - не менше 0,2 м.

Основні параметри гідродинамічного способу запобігання ГДЯ: діаметр технологічної свердловини - не менше 76 мм; діаметр свердловини для її герметизації - не менше 150 мм; довжина технологічної свердловини по вугіллю - не менше 20 м; глибина герметизації технологічної свердловини - не менше 10 м; тиск подання робочої рідини -2-7МПа; тиск у свердловині після скидання -0-1,0 МПа; разовий об'єм скидання води - 0,1-0,5 м3. Критерії ефективності: коефіцієнт витягнутого вугілля - не менше 0,02; зниження коефіцієнта викидонебезпечності - у 1,5-2 рази.

Швидкість проведення підготовчої виробки при застосуванні локальних способів запобігання ГДЯ складає не більше 100 метрів в місяць. При підготовці виїмкових стовпів для високонавантажених лав із застосуванням ГДД темпи проведення складають не менше 180 метрів в місяць, що дозволяє провести своєчасну підготовку фронту очисних робіт. Розроблена технологічна схема запобігання ГДЯ із застосуванням ГДД при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм дозволяє досягти наступних техніко-економічних показників: добова швидкість - 10 м/доб.; місячна швидкість - 195 м/міс.; склад добової бригади - 21 люд.; продуктивність праці - 0,31 м/доб. люд. Очікуваний річний економічний ефект при застосуванні ГДД складає 1 млн. 216 тис. грн. в рік на одну підготовчу виробку.

За результатами проведених експериментальних робіт з метою подальшого розвитку робіт по впровадженню цього способу отримано патент на спосіб ведення гірничих робіт на пластах, схильних до ГДЯ, розроблені і затверджені в установленому порядку: технічне завдання на розробку СОУ, перша редакція СОУ, методика проведення промислових (приймальних) випробувань способу.

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішено актуальну наукову задачу, яка полягає у встановлені закономірностей поетапного руйнування вугілля, з урахуванням кавітації, і утворення структури, що має високу енергію зв'язку і перешкоджає фільтрації газу з масиву, на підставі чого обґрунтовано параметри (тиск нагнітання, швидкість скидання тиску, довжина свердловини та кут її нахилу) і розроблено гідродинамічний спосіб запобігання ГДЯ при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм по пологоспадних пластах, виражений у вигляді технологічної схеми, що дозволило підвищити швидкість проведення та отримати для однієї підготовчої виробки очікуваний економічний ефект у розмірі 1 млн. 216 тис. грн. на рік.

Основні наукові та практичні результати дисертаційної роботи полягають в наступному:

1. Аналіз існуючих способів запобігання ГДЯ при проведенні підготовчих виробок комбайнами засвідчив неможливість застосування ГДД на пологоспадних пластах з раніше встановленими параметрами, необхідність зниження часу на проведення заходів по запобіганням ГДЯ і обґрунтування нових параметрів гідродинамічного способу запобігання ГДЯ при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм.

2. На підставі теоретичних досліджень, уточнена фізична суть процесу гідродинамічної дії з урахуванням того, що подрібнення вугілля в результаті процесів кавітації в робочому просторі свердловини досягає максимуму під час скидання тиску зі швидкістю не менше 40 МПа/с при тиску нагнітання 2-7 МПа і пластового тиску газу 2-4 МПа в технологічних свердловинах довжиною до 100 м з кутами нахилу до 30є, що дозволило встановити параметри процесу дії і технологічні параметри.

3. Вперше встановлено, що ГДД на вугільні пласти супроводжується наростанням вмісту вугільних і порідних часток, що призводить до утворення водо- і газонепроникних дисперсних систем, при цьому максимально можлива швидкість проведення підготовчої виробки обернено пропорційна до кількості метану, який виділяється у виробку, і експоненційно залежить від площі поверхні диспергованного вугілля, яка характеризується вмістом, рівним 20-30 %, часток крупністю менше 0,04 мм у витягнутому зі свердловини вугіллі, що дозволило визначити умови утворення кольматаційного шару.

4. Вперше на підставі лабораторних досліджень величин енергії зв'язку різних видів вологи з поверхнею пористих тіл встановлена експоненціальна залежність цього показника для об'ємно-пов'язаної вологи від середньої великості часток дисперсних середовищ - зменшення середньої великості часток від 0,2 мм до 0,04 мм призводить до підвищення енергії зв'язку на порядок і складає від 4,2·104 до 4,2·105 Дж.

5. Вперше встановлено, що при підвищенні тиску нагнітання води в пласт до 7 МПа, відбувається кольматація об'єму, що фільтрує, пониження проникності масиву, збільшення кількості об'ємно-пов'язаної вологи, внаслідок чого проникність обробленого масиву знижується і метан, який залишився в пласті, блокується, що дозволяє створити умови для безпечного проведення підготовчої виробки зі швидкістю 10 м/добу.

6. На підставі експериментальних робіт в промислових умовах вперше встановлено, що в результаті гідродинамічної дії відбувається розвиток міжшарових деформацій, який охоплює значну площу, її крайні точки знаходяться від свердловини на відстані не менше 50 м (для шару порід потужністю 16 м).

7. Вперше встановлено, що зниження коефіцієнта викидонебезпеки вугільного пласта не менше ніж в 1,5-2 рази забезпечується при співвідношенні тривалості пошарового руйнування вугілля і часі блокування метану, рівному 0,67 і знаходиться в лінійній залежності від кількості циклів гідродинамічної дії.

8. Із застосуванням ГДД в якості способу запобігання ГДЯ на АП «Шахта імені О.Ф. Засядька» пройдено 269 м підготовчих виробок по двох викидонебезпечних пластах що дозволило прискорити темпи до 180 м/мес і понизити витрати на проведення підготовчих виробок по викидонебезпечних зонах. При цьому ознаки ГДЯ були відсутні, а концентрація метану знаходилася в межах 0,18-0,35 %.

9. Розроблено технологію проведення підготовчих виробок по викидонебезпечних пластах із застосуванням ГДД, що включає технологічну схему, яка забезпечує підвищення темпів проведення підготовчих виробок до 180 м/міс.

10. В результаті застосування ГДД для запобігання ГДЯ при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм комбайновим способом продуктивність праці підвищується на 93 %. Очікуваний річний економічний ефект для однієї підготовчої виробки при застосуванні ГДД складає 1 млн. 216 тис. грн. на рік.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ НАУКОВИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Методика выполнения горно-экспериментальных работ по разработке способа дегазации и снижения газодинамической активности угольных пластов путем гидродинамического воздействия на горный массив через скважины при проведении подготовительных выработок / Е.Л. Звягильский, И.А. Ефремов, И.И. Пожитько, В.Г. Ильюшенко, В.В. Шевченко, С.А. Кулясов, Б.В. Бокий, С.В. Макаренко, Д.П. Гуня, В.В. Апрельский, К.К. Софийский, Э.И. Мучник, Е.Г. Барадулин, Д.П. Силин, В.А. Нечитайло, Ю.А. Герасименко, В.Г. Золотин, А.А. Рубинский, Г.И. Колчин, Б.М. Деглин / Сб.научн.тр. ИГТМ НАНУ: «Геотехническая механика». - Днепропетровск: «Полиграфист», 2002. - Вып. 30. - С. 206-226.

2. Эффективность применения гидродинамического воздействия при проведении горных работ в сложных горно-геологических условиях / К.К. Софийский, Д.П. Силин, В.Г. Золотин, Э.И. Мучник, В.А. Нечитайло / Сб.научн.тр. ИГТМ НАНУ: «Геотехническая механика». - Днепропетровск, 2004. - Вып.48. - С.163 - 171.

3. Закономерности процесса газовыделения из угольных пластов при гидродинамическом воздействии / К.К. Софийский, Е.Г. Барадулин, В.Г. Золотин, Э.И. Мучник, Д.М. Житленок, А.В. Аксенов, В.Н. Жмыхов / Сб.научн.тр. ИГТМ НАНУ: «Геотехническая механика». - Днепропетровск, 2004. - Вып.49. - С.41 - 49.

4. Сейсмоакустический контроль процесса гидродинамического воздействия при проведении подготовительных выработок / Г.И. Колчин, Б.В. Бокий, А.В. Никифоров, К.К. Софийский, Д.П. Силин, В.А. Нечитайло, В.Г. Золотин / Сб.научн.тр. ИГТМ НАНУ: «Геотехническая механика». - Днепропетровск, 2004. - Вып.49. - С.49 - 55.

5. Образование зоны диспергированного угля в процессе гидродинамического воздействия / К.К. Софийский, Д.П. Силин, В.Г. Золотин, Э.И. Мучник / Сб.научн.тр. ИГТМ НАНУ: «Геотехническая механика». - Днепропетровск, 2004. - Вып.50.- - С.277 - 282.

6. Золотин В.Г. Определение энергетического уровня связи воды с диспергированным углем / В.Г. Золотин. - Сб.научн.тр. ИГТМ НАНУ: «Геотехническая механика». - Днепропетровск, 2004. - Вып.51. - С.265 - 274.

7. Золотин В.Г. Влияние гидродинамического воздействия на почву и кровлю угольного пласта / В.Г. Золотин. - Вісті Донецького гірничого інституту: Всеукраїнський науково-технічний журнал гірничого профілю. - Донецьк: ДонНТУ - 2005. С.152 - 158.

8. Золотин В.Г. Анализ эффективности применяемых способов борьбы с внезапными выбросами угля и газа / В.Г. Золотин. - Сб.научн.тр. ИГТМ НАНУ: «Геотехническая механика». - Днепропетровск, 2005. - Вып.55. - С.142 - 151.

9. Условия использования гидродинамического воздействия для предотвращения внезапных выбросов угля и газа / В.Г. Золотин, Е.Г. Барадулин, Б.В. Бокий, В.В. Чередников // Сб.научн.тр. ИГТМ НАНУ: «Геотехническая механика». - Днепропетровск,2005. - Вып.57. - С.104 - 113.

10. Золотин В.Г. Экспериментальные исследования в промышленных условиях параметров способа проведения подготовительных выработок смешанным забоем по пологим угольным пластам с применением гидродинамического воздействия / В.Г. Золотин, Д.П. Силин, П.Е. Филимонов, Г.И. Колчин // Сб.научн.тр. ИГТМ НАНУ: «Геотехническая механика». - Днепропетровск, 2010. - Вып.89. - С.41 - 51.

11. Золотин В.Г. Теоретические исследования процесса сброса давления при гидродинамическом воздействии / В.Г. Золотин, Е.Г. Барадулин, К.К. Софийский // Сб.научн.тр. ИГТМ НАНУ: «Геотехническая механика». - Днепропетровск,2010. - Вып.90. - С.56 - 66.

12. Пат. №445753 Україна, МПК (2009) Е 21 F 5/00 Спосіб ведення гірничих робіт на пластах, схильних до газодинамічних явищ/ К.К.Софійський, Д.М. Житльонок, В.Г. Золотін, Є.Г. Барадулін, О.А. Ангеловський / Україна / u 200905728; заявл. 04.06.2009; опубл. 25.11.2009; Бюл. № 22.

13. Исследование процессов дезинтеграции угля при гидродинамическом воздействии на газонасыщенные пласты / К.К Софийский, Д.П. Силин, В.Г. Золотин, Э.И. Мучник, В.Г. Ильюшенко / материалы V Международной научной школы-семинара «Импульсные процессы в механике сплошных сред». - Николаев: Атолл, 2003. - С. 124 - 127.

14. Разрушение и дегазация угольного массива при гидродинамическом воздействии / К.К. Софийский, Д.П. Силин, Д.М. Житленок, В.Г. Золотин, А.В. Аксенов, В.Н. Жмыхов // Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в гонных породах и выработках: материалы XIV Международной научной школы им. Ак. С.А. Христиановича. - Симферополь, 2004. - С.136 - 138.

15. Результаты работ по дегазации и снижению выбросоопасности угольного пласта гидродинамическим воздействием в нижней части молотковой лавы / А.В. Аксенов, В.Н. Жмыхов, В.Г. Золотин, А.П. Петух // Импульсные процессы в механике сплошных сред: материалы VI Международной научной школы-семинара. - Николаев, 2005. - С.67 - 69.

16. Золотин В.Г. Дегазация и разупрочнение песчаника l1sl2' гидродинамическим воздействием через скважины. / Б.В. Бокий, И.А. Ефремов, К.К. Софийский, Е.Г. Барадулин, В.Г. Золотин // Международный междисциплинарный симпозиум «Синергетика и механика горных пород» - Алушта, 2007 - С.24 - 26.

17. Золотин В.Г. Повышение безопасности горных работ при проведении подготовительных выработок / Б.В. Бокий, Г.И. Колчин, К.К. Софийский, В.Г. Золотин // Физика импульсных разрядов в конденсированных средах: Международная научная школа - семинар. - Коблево, Николаевская обл., 21-25 августа 2007.- Николаев, 2007.- С.175-176.

Внесок автора в роботи, які були опубліковані в співавторстві: [1] - розробка алгоритму проведення ГДД, [2] - обґрунтування критеріїв ефективності, [3] - виконання розрахунку радіуса зони дезінтегрованого вугілля, [4] визначення шару об'ємно пов'язаної вологи, [5] - встановлення залежності об'єму дезінтегрованого вугілля в процесі ГДД від тривалості дії, [9] встановлення умов застосування способу, [10] узагальнення результатів експериментальних робіт, [11] - розрахунок швидкості руху робочої рідини в технологічній свердловині при ГДД, [12] - розробка параметрів ГДД при веденні гірничих робіт на пластах, схильних до ГДЯ, [13] - встановлена величина поверхні оголення дезінтегрованого вугілля, [14] - лабораторні дослідження по визначенню поверхні часток, що утворюються внаслідок руйнування вугілля, [15] - обробка результатів першого етапу експериментальних робіт, [16,17] - аналіз результатів експериментальних робіт.

АНОТАЦІЯ

Золотін В.Г. «Обґрунтування параметрів гідродинамічного способу запобігання газодинамічним явищам при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм». - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.02 - «Підземна розробка родовищ корисних копалин». Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України, Дніпропетровськ, 2011.

Дисертація присвячена обґрунтуванню параметрів гідродинамічного способу запобігання газодинамічним явищам при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм по пологих пластах.

Встановлена фізична суть і механізм руйнування вугілля при ГДД на газонасичений вугільний масив, встановлені умови виникнення кавітації на забої свердловини у момент скидання тиску, встановлені основні закономірності утворення кольматаційного шару при застосуванні ГДД для блокування виходу метану в підготовчу виробку, а також встановлена експоненційна залежність зміни енергії зв'язку води із зруйнованим вугіллям від його крупності.

Розроблений спосіб запобігання газодинамічним явищам ГДД при проведенні підготовчих виробок змішаним вибоєм, виражений у вигляді технологічної схеми, графіку організації робіт, а так само його техніко-економічні показники.

Ключові слова: гідродинамічна дія, газодинамічне явище, параметри газодинамічної дії, кавітація, диспергування вугілля, енергія зв'язку, кольматація, дисперсна система, блокування газу.

АННОТАЦИЯ

Золотин В.Г. «Обоснование параметров гидродинамического способа предотвращения газодинамических явлений при проведении подготовительных выработок смешанным забоем».- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.02. - «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых». Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины, Днепропетровск, 2011.

Диссертация посвящена обоснованию параметров гидродинамического способа предотвращения газодинамических явлений при проведении подготовительных выработок смешанным забоем по пологим пластам.

В результате выполнения теоретических, лабораторных и экспериментальных исследований установлена физическая сущность и поэтапный механизм разрушения угля при ГДВ на газонасыщенный угольный массив, установлены условия возникновения кавитации на забое скважины в момент сброса давления, установлены основные закономерности образования кольматационного слоя, обладающего высокой энергией связи и непроницаемого для воды и газа с поверхностью диспергированного угля, при применении гидродинамического воздействия для блокирования выхода метана в подготовительную выработку, а также установлена экспоненциальная зависимость изменения энергии связи воды с разрушенным углем от его крупности.

Приведены результаты экспериментально-промышленных исследований гидродинамического воздействия в 4 подготовительных выработках(2 западный конвейерный штрек пласта l4, 3 западный конвейерный штрек пласта l4, 4 западный конвейерный штрек пласта l4, вентиляционный ходок 14-х лав пласта l1 шахты им. А.Ф. Засядько). Гидродинамическое воздействие проводилось в зонах ПГД II категории, которые с наложением зон влияния геологических нарушений (Семеновского надвига и перегиба у Ветковской флексуры) являются особовыбросоопасными. В результате проведенного ГДВ пройдено 269 м («Методикой проведения горно-экспериментальных работ…» предусмотрен объем - 250 м) по выбросоопасным зонам без признаков газодинамических явлений.

Определены основные параметры способа гидродинамического воздействия, а именно: условия применения, параметры процесса, технологические параметры и критерии эффективности.

...