Обґрунтування тимчасових параметрів безпечної, захисної надробки викидонебезпечних крутих шарів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Обґрунтування тимчасових параметрів безпечної, захисної надробки викидонебезпечних крутих шарів

Сорокопуд Михайло Прокопович

АНОТАЦIЯ

викидонебезпечність газовиділення гірничий

Сорокопуд М.П. Обґрунтування параметрів години безпечної захисної надбоязкі викидонебезпечних крутих шарів.

Дисертація (рукопис) на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.26.01 Охорона праці, ДонДТУ, Донецьк, 2000.

Містить аналітичні і експериментальні дослідження, котрі дозволили вперше довести, що процес запобігання викидонебезпечності при відробці захисних шарів є тимчасовим. Запропонований та випробуваний комплексний критерій швидкості запобігання викидонебезпечності , котрий трактується як відношення міцності порід міжпластя до години досягнення максимальної швидкості газовиділення та який містить необхідність проведення гірничих робіт після її значного зниження. Рішення схвалене Центральною комісією Мінвуглепрому України по боротьбі з газодинамічними явищами.

Наукову обґрунтованість і практичну вірогідність критерію, тимчасової динаміки газовиділення із захищеного викидонебезпечного шару, що описаний статистичними залежностями і що міститься в пріоритетному “Способі визначення випередження захисної лави”, цілком переконливо довели й обвалення вугілля у двох лавах захищеного шару Куций гор. 975м шахти ім. Гайового, що супроводжувалися сметральным травматизмом.

Використовується в учбовому процесі.

Ключові слова: викидонебезпечність, викид вугілля та газу, захисний куля, фактор години, підробка, надбоязка, потужність міжпластя, випередження.

АННОТАЦИЯ

Сорокопуд М.П. Обоснование временных параметров безопасной защитной надработки выбросоопасных крутых пластов.

Диссертация (рукопись) на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 Охрана труда, ДонГТУ, Донецк, 2001. Содержит аналитические и экспериментальные исследования, впервые доказавшие, что процесс устранения выбросоопасности не является мгновенным, развивается во времени.

Выполнение работы позволило:

- подтвердить, что скорость газовыделения из шпуров (скважин) является характеристикой, измерения которой вполне технологичны и которая достоверно и объективно описывает изменение напряженно-деформированного состояния углепородного массива в динамике, в том числе при под - надработке выбросоопасных пластов защитными;

- уточнить, что абсолютные значения различных показателей, характеризующих газовыделение, не являются надежными, ибо для различных шахтопластов, представленных углями разной степени метаморфизма, разрабатываемыми на разных глубинах, они индивидуальны и изменчивы;

- установить, что экспоненциальный закон изменения проницаемости в зависимости от напряженности обусловливает устранение выбросоопасности после снижения напряженности до единиц МПа, когда проницаемость достигает практически значимых величин. Только возникающие и развивающиеся вслед за упругими деформациями генетического возврата могут со временем обеспечить такой рост проницаемости, который приведет к эффективной дегазации;

- подтвердить, что деформации генетического возврата глинистого сланца приводят к его разуплотнению, что при увеличении частоты колебаний ультразвука с 25 до 150 кГц скорость прохождения практически не изменяется и что глинистый сланец такими аномальными свойствами как известняк, способствующими эффекту экранизации разгрузки и дегазации, не обладает;

- разработан способ оценки эффективности устранения выбросоопасности при под - или надработке до начала ведения горных работ на защищаемых шахтопластах. По заявке на способ получено положительное решение.

Впервые, на основании того, что процесс устранения выбросоопасности является временным, предложен критерий её устранения . Он трактуется как отношение мощности пород междупластья ко времени достижения максимальной скорости газовыделения.

Максимальное газовыделение на защищенном выбросоопасном пласте всегда происходит после перехода защитной лавой створа с измерительными скважинами и зависит от мощности пород междупластья. Предложенный комплексный критерий содержит необходимость ведения горных работ на защищенном пласте, когда газовыделение составит примерно 20% от максимального. На способ реализации этого требования получено положительное решение по заявке на изобретение. Заключается он в такой регламентации времени ведения горных работ на защищенном пласте, которая обеспечивает не только предотвращение выбросов, но и наиболее благоприятные условия по газовому фактору. Способ одобрен Центральной комиссией Минуглепрома Украины по борьбе с газодинамическими явлениями.

Научную обоснованность и практическую достоверность комплексного критерия , временной динамики газовыделения из защищённого выбросоопасного пласта, описанной статистическими зависимостями и содержащейся в приоритетном “Способе определения опережения защитной лавы”, вполне убедительно доказали и обрушения угля в двух лавах защищённого пласта Куцый горизонта 975 м шахты им. Гаевого, сопровождавшиеся смертельным травматизмом.

Результаты работы используются в учебном процессе: при чтении лекций по дисциплине “Проблемы безопасной разработки выбросоопасных пластов”.

Ключевые слова: викидонебезпечність, выброс угля и газа, защитный пласт, фактор времени, подработка, надработка, мощность междупластья, опережение.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

викидонебезпечність газовиділення гірничий

Актуальність роботи. Спосіб запобігання раптових викидів вугілля і газу, заснований на першочерговому відпрацьовуванні захисних шарів, уперше був застосований у Франції в 1905р. Два параметри способу (потужність порід міжпластя по нормалі і випередження лавою захисного шару гірничих робіт викидонебезпечного) були запозичені у французів на першому етапі застосування способу на шахтах СРСР. Початок застосування виїмки захисних шарів на шахтах Донбасу відноситься до 1939р.

Надалі названі параметри способу на підставі результатів вітчизняних досліджень коректувалися (збільшувалися, зменшувалися), але ніколи не доповнювалися (не уточнювалися) з урахуванням фактора часу. Необхідність, наукова і практична важливість обліку фактора часу безупинно підкреслювалася, іноді влаштовувалася експериментально за даними дослідів, проведених у шахтах, протягом майже п'ятидесятьох років як великими виробниками, так і відомими вченими.

На другій Всесоюзній нараді з проблем викидів вугілля і газу про це говорив головний інженер комбінату Артемвугілля Островський С. М.

На наступній Всесоюзній нараді член. кор. АН УРСР Зайцев Н.А. і науковий співробітник ІГС ім. О.О. Скочинського Раппопорт М.Я. на підставі експериментів, проведених на шахтах ім. Артема і “Червоний Жовтень”, доводили, що випередження лав захисних шарів стосовно викидонебезпечних повинно встановлюватися не тільки в просторі, але і за часом.

Ще на наступній Всесоюзній нараді д.т.н, проф. Пузирьов В.Н. говорив про необхідність звернути особливу увагу на фактор часу, що у даний час не враховується. Пізніше, до початку сімидесятих років на недостатній обсяг досліджень по визначенню впливу фактора часу на ефективність відпрацьовування захисних шарів указують співробітники МакНДІ кандидати техн. наук Божко В.Л., Бєльська Н.Р. і інж. Симонов А. А.

Докт.техн.наук, проф. Айруні А.Т. уже на початку вісімдесятих років, ґрунтуючись на отриманих результатах експериментів, затверджує вплив фактора часу на ступінь дегазації шахтопластів при під - надробці.

І, нарешті, до початку дев'яностих років співробітники УкрНДМІ кандидати техн.наук Новічихін І.А., Хилько В.В. і Ільяшов М.А., що заперечували необхідність обліку фактора часу, констатують, що Франція є єдиною державою, де існує для способу попереднього відпрацьовування часовий параметр - відставання робіт на захищеному шарі повинне бути не менш місяця.

Отже, як багаторічний досвід розробки викидонебезпечних шарів після під - надробки, так і результати досліджень відомих вчених доводять необхідність додаткового вивчення впливу фактора часу на ефективність усунення викидонебезпечності у взаємозв'язку зниження напруженості і дегазації.

З огляду на немиттєвість виконання всіх основних технологічних процесів вуглевидобутку, обмеженість зведень про вплив фактора часу на викидонебезпечність призабійної частини шарів, а також шахтопластів після їх під - надробки, наукову і практичну значимість питання, цілком можна затверджувати актуальність обраної теми роботи.

Зв'язок теми дисертації з планом робіт університету

Робота зв'язана з багаторічною виробничою діяльністю автора при розробці крутих викидонебезпечних шарів. Вона збігається зі спрямованістю науково-дослідних робіт кафедри охорони праці ДонДТУ.

Метою роботи є наукове узагальнення й обґрунтування тимчасових параметрів випереджального відпрацьовування захисних шарів для забезпечення безпечної виїмки надробляємих крутих викидонебезпечних шарів.

Ідея роботи полягає у використанні за часом і просторі взаємозалежних факторів розвантаження і дегазації шарів, що відпрацьовуються.

Для досягнення мети дослідження поставлені і вирішуються наступні наукові задачі:

- вибір і обґрунтування надійної і достатньо оперативно обумовленої в шахтних умовах характеристики зміни газодинамічного стану викидонебезпечного шару, що надалі може бути прийнята для використання в роботі;

- створення способу оцінки ефективності усунення викидонебезпечності шахтопласта що захищається до початку його розробки, заснованого на зміні в часі напружено-деформованого і газодинамічного стану викидонебезпечного шару;

- експериментальне вивчення впливу фактора часу на дегазацію призабійної частини шару, у тому числі при застосуванні локальних способів запобігання викидів;

- вивчення швидкості усунення викидонебезпечності і забезпечення найменш небезпечних по газовому фактору умов праці при надробці.

Об'єкт дослідження - спосіб випереджальної розробки захисних шарів.

Предмет дослідження - тимчасові параметри способу.

Методи дослідження представляють комплекс, що містить аналіз досвіду розробки крутих викидонебезпечних шарів під захистом і виконаних раніше досліджень з цих питань; лабораторні, шахтні експерименти і зіставлення їх з даними практики; обробку результатів вимірів методами математичної статистики, який передує розкриття фізичної сутності процесів розвантаження і зміни газопроникності вуглепородного масиву.

Основні наукові положення які виносяться на захист, і їх новизна:

- розвантаження, що має місце при відпрацьовуванні захисних шарів, по своїй сутності є миттєвим і може забезпечити збільшення проникності при зниженні напруженості до величин порядку одиниць МПа. Так само миттєво дегазація викидонебезпечних шарів відбутися не може. Тільки виникаючі деформації генетичного повернення, що розвиваються слідом за пружними, можуть згодом забезпечити такий зріст проникності, що приведе до ефективної дегазації. Отже, процес усунення викидонебезпечності є часовим;

- уперше запропонований критерій швидкості усунення викидонебезпечності , під яким розуміється відношення потужності порід міжпластя до часу, що пройшли при під - надробці від початку росту швидкості газовиділення з викидонебезпечного шару до досягнення нею максимальних значень, що розглядається (рекомендується) як додатковий до нормативного геометричного;

- максимальне газовиділення на захищеному викидонебезпечному шарі завжди відбувається після переходу захисною лавою створу з вимірювальними свердловинами і залежить від потужності порід міжпластя. Запропоновано комплексний критерій , що полягає в такій регламентації часу ведення гірничих робіт на захищених шарах, що забезпечує не тільки запобігання викидів, але і найбільш сприятливі умови праці по газовому фактору.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується: обґрунтуванням фізичної сутності прийнятого в роботі показника швидкості газовиділення, що характеризує в динаміці як вихідні природні властивості шару, так і його напружено-деформований стан; збігом прийнятих для аналізу залежностей характеристик газодинамічних властивостей викидонебезпечних шарів при під - надробці від потужності порід міжпластя; відповідністю встановлених залежностей часу усунення викидонебезпечності при під - надробці від потужності порід міжпластя даним досвіду розробки викидонебезпечних шарів.

Наукове значення роботи полягає - вперше обґрунтовані положення про те, що процес усунення викидонебезпечності при під - надробці повинний розглядатися як тимчасовий.

Нормативне геометричне випередження L і М варто доповнювати часовим, заснованим на обліку комплексного критерію усунення викидонебезпечності.

Практичне значення роботи полягає: - у доказі необхідності при розробці захищених шарів враховувати також і інтенсивність газовиділення з них; - у розробці способу оцінки ефективності захисної дії випереджального відпрацьовування до початку розробки викидонебезпечного і - способу визначення випередження захисної лави стосовно гірничих робіт викидонебезпечного. На способи отримані позитивні рішення на заявки, що направлені у Комітет України з винаходів.

Реалізація висновків і рекомендацій роботи. Полягає в прийнятому на шахті ім. Гайового для пари шарів Грицинка - Куций гор. 975 - захід значному, переважаючому нормативне випередження лавою захисного шару гірничих робіт викидонебезпечного (у середньому 94м за 10 міс. 1999р. при мінімальному нормативному 20м). Воно розглянуто і схвалене Центральною комісією по боротьбі з газодинамічними явищами (1999р.). Рекомендації по використанню критерію усунення викидонебезпечності і комплексного критерію прийняті МакНДІ для щорічного використання при визначенні відповідно до Правил безпеки порядку відпрацьовування шарів (2000р.).

Апробація роботи. Основні її положення розглядалися на науково - технічній раді ВО Артемвугілля (1999р.); на IX міжнародній науковій школі (1999р.); на науково-технічній раді відділу раптових викидів вугілля, породи і газу МакНДІ (2000р.); на розширеному засіданні міжкафедрального семінару кафедри охорони праці ДонДТУ (2000р.)

Публікації. Основні наукові положення дисертації опубліковані у восьми статтях і двох винаходах (позитивні рішення).

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів і висновку. Вона містить 133 сторінки, у числі яких 111 сторінок машинописного тексту, 28 рисунків, 6 таблиць, список літератури з 78 найменувань, 1 додаток.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі досліджень, викладені основи наукові і практичні результати, що отримані у роботі, відомості про апрбацію роботи, а також основні положення, які виносяться на захист.

У розділі 1 констатується добре відоме у всіх країнах, де розробляють викидонебезпечні вугільні шари, положення про те, що першочергове відпрацьовування захисних шарів є найбільш надійним, високоефективним способом запобігання викидів вугілля і газу.

У доповіді проф. Біленка В.Л. на першій Всесоюзній конференції по техніці безпеки і гірничорятувальній справі в кам'яновугільній промисловості (м.Сталіно, 1932р.) приводилися зведення про те, що доктор Гертнер (Німеччина) обчислив кут у 30°, під яким гірничі роботи на шарі, що захищається, повинні відставати від лави захисного шару. У такому випадку відставання - це відстань між названими видами гірничих робіт по простяганню L буде рівним 1,73М, де М - потужність порід міжпластя по нормалі. Головний гірничий інспектор Пруссії Роттер запропонував прийняти відставання гірничих робіт шару, що захищається, стосовно гірничих робіт (лав) захисного шару (далі для стислості відставання чи випередження) рівним подвоєній потужності порід міжпластя по нормалі: L і 2М. Саме таким воно було прийнято для шахт СРСР, у тому числі Донбасу.

На початку п'ятидесятих років МакНДІ (проф. Бобров І.В. та ін.) на підставі аналізу досвіду розробки зближених крутих шарів робиться висновок про те, що прийняте положення про величину випередження є правильним.

Аналіз опублікованих робіт, нормативних документів дозволив зробити висновок про те, що ефект першочергового відпрацьовування захисних шарів раніше як процес, що відбувається в часі, вивчався недостатньо. Думки, припущення, експерименти в шахтних умовах окремих вчених, фахівців до рівня нормативних рішень доведені не були.

У науковій основі визначення параметрів способу виявилася “моментальна геометрія”. У якомусь неявному виді фактор часу присутній, власне кажучи, лише в параметрі випередження.

З аналізу, виконаного в 1.1, випливає, що раніше вже починалося кілька спроб експериментально оцінити зміну газодинамічного стану викидонебезпечного шару при першочерговому відпрацьовуванні захисного. Для цього використовувалися результати вимірів добового дебіту свердловин, тиску газів, газовиділення, швидкості газовиділення і, нарешті, абсолютних значень газовіддачі. У кожної з цих характеристик газодинамічного стану свої достоїнства і недоліки, тому перша задача дослідження повинна містити вибір і обґрунтування надійної і достатнє оперативно обумовленої в шахтних умовах характеристики зміни газодинамічного стану викидонебезпечного шару, у тому числі при відпрацьовуванні захисного, котра надалі може бути прийнята для використання в роботі.

Ще з п'ятидесятих років, коли обговорювалася ефективність розглянутого способу, нормативним стає, і дотепер таким і зберігається, поняття про те, що “якщо досвідом встановлено...”. З точки зору практики й інженерної логіки, коли мова йде про безпеку праці, усе повинно б бути трохи інакше. Ще на етапі розробки такого захисного шару необхідно встановити, що його відпрацьовування усуне викидонебезпечність захищаємого. Способу такого поки ще немає, тому необхідно вирішувати задачу (№ 2) створення способу оцінки ефективності усунення викидонебезпечності захищаємого шахтопласта до початку його розробки.

Одним з локальних способів запобігання викидів вугілля і газу, що полягає в розвантаженні призабійної частини шару, є розвантажувальні пази, ефективність усунення викидонебезпечності при застосуванні яких повинна контролюватися по динаміці газовиділення. У випадках неефективності способу допускається тимчасова зупинка робіт з вугілля і повторний, не раніше чим через зміну контроль по динаміці газовиділення. Отже, спосіб, що є аналогом першочергового відпрацьовування захисних шарів, дозволяє сформулювати третю задачу роботи як експериментальне вивчення впливу фактора часу на дегазацію призабійної частини шару при застосуванні розвантажувальних пазів.

В даний час нормативним є положення про те, що наявність піщанику в породах міжпластя може приводити до зменшення розмірів зон розвантаження. Але разом з тим є значне число даних практики, що доводять необґрунтованість цих положень. Зайцев Н.А. і Рапопорт М.Я. на підставі даних натурних експериментів висловили припущення, що наявність піщаників у породах міжпластя може привести лише до зменшення швидкості процесу усунення викидонебезпечності.

Але процес усунення викидонебезпечності являє собою ріст швидкості газовиділення, досягнення нею максимальних значень, що змінюється потім зменшенням швидкості газовиділення. У зв'язку з цими процесами й у залежності від швидкості посування виробок на захищеному викидонебезпечному шарі “газова обстановка” при веденні гірничих робіт може виявитися істотно різною. Отже, задача № 4 може бути названа як вивчення швидкості усунення викидонебезпечності і забезпечення найменш небезпечних по газовому факторі умов праці при під - надробці, що враховує відстань, на яке лава захисного шару віддаляється від гірничих робіт захищаємого до часу досягнення на викидонебезпечному максимальному газовиділенні.

У розділі 2 на підставі розгляду сутності характеристики тиску газів вугільного шару, досвіду її використання і технологічності вимірів, їхньої тривалості, неоднозначності інформативності показника висловлюється недоцільність його використання в роботі.

До групи характеристик, заснованих на вимірі газовиділення зі шпурів (свердловин), відноситься добовий дебіт, абсолютні значення газовиділення, швидкість газовиділення, питома газовіддача. Вивчення їхньої сутності й інформативності з урахуванням мінливості природної газоносності дозволило оцінити швидкість газовиділення як характеристику, надійно й об'єктивно описує зміни газодинамічного стану викидонебезпечного шару, у тому числі при його під - надробці. Доводиться, що не абсолютні значення швидкості газовиділення, а її зміни в динаміці за умови дотримання систематичності вимірів (не менш одного разу за добу) можуть бути основою надійної оцінки викидонебезпечності.

Збільшення швидкості газовиділення зі свердловин є результатом збільшення проникності вугільного шару, що обумовлює приплив газу у вимірювальну камеру з усе більш збільшуючогося об'єму вугільного масиву. Досягнення максимуму швидкості газовиділення відповідає досягненню максимальної проникності при визначеній, у кожному конкретному випадку неоднакової газоносності. Назване положення є одним з вирішальних доказів переваг характеристики швидкості газовиділення в порівнянні з тиском газів. Вона дозволяє визначати проміжок часу, протягом якого швидкість газовиділення росте, і планувати розвиток гірничих робіт таким чином, щоб до цього часу викидонебезпечність була усунута, а роботи на викидонебезпечному шарі не збігалися згодом максимального чи значного газовиділення при його розробці.

Уперше розроблений спосіб оцінки ефективності усунення викидонебезпечності при під - чи надробці до початку ведення гірничих робіт на захищаємих шахтопластах, в основі якого використання принципової закономірності, що полягає в обов'язковому збільшенні газовиділення з викидонебезпечного шару при достатнім його розвантаженні.

Сутність способу полягає в бурінні з відкаточного штреку захисного шару свердловин на викидонебезпечний шар, швидкість газовиділення з яких виміряється безупинно по мірі посування лави захисного шару. Критерієм ефективності захисту є збільшення швидкості газовиділення не менш чим у 8-10 разів після переходу лавою захисного шару створу з гірничими роботами викидонебезпечного шару що захищається (на спосіб отримане позитивне рішення за заявкою, направленою в Комітет України по винаходам).

У розділі 3 вивчається вплив фактора часу при застосуванні локальних способів запобігання викидів на газодинамічний стан призабійної частини шару. Як аналог захисним шарам представлені розвантажувальні пази, що утворювалися у відкаточних штреках шахт крутого падіння. Контроль ефективності усунення викидонебезпечності по динаміці газовиділення, виконаний на шахтах шести виробничих об'єднань, розкрив 22 негативних результата. В усіх випадках повторне застосування динаміки через зміну доводило, що викидонебезпечність усунуто, а виїмка вугілля не супроводжувалася викидами.

Ніякі аналітичні рішення поки, на жаль, “на тимчасові задачі” не поширюються.

Новий підхід до оцінки ефекту усунення викидонебезпечності зажадав введення і нових показників, що характеризують зміну напружено-деформованого і газодинамічного стану над - чи підпрацьовуваємих викидонебезпечних масивів.

До першого такого показника повинна бути віднесена відстань R, м від створу з очисним вибоєм захисного шару до гірничих робіт шарів що захищаються, на якому в такому ступені виявляється зниження напруженості, що її доводить реально вимірюване зростання швидкості газовиділення.

Другим його показником є відстань R*, м від створу з очисним вибоєм захисного шару, при якому після реєстрації початку росту газовиділення в міру подальшого посування лави захисного шару виміряється на захищаємому досягнення максимального газовиділення. Воно доводить усунення викидонебезпечності при потужності порід міжпластя М.

Третім показником ефективності застосування способу є час, протягом якого швидкість газовиділення від початку її росту досягає максимальних значень (Тг, доб) і відповідає випередженню очисним вибоєм захисного шару стосовно гірничих робіт викидонебезпечного L = R*.

Виміру змін швидкості газовиділення зі свердловин, пробурених у штреку викидонебезпечних піщаників, надпрацьованих розвантажувальною лавою шару Смоляниновський на ш. ім. Скочинського, приводять з обліком раніше отриманих результатів до важливого висновку про те, що процес розвантаження надпрацьованого викидонебезпечного породного масиву має чітко виражений часовий характер. Залежність швидкості газовиділення від часу описується параболою, обидві галузі якої цілком можуть апроксимуватися прямими. Розвантаження, що забезпечило досягнення максимально практично можливої проникності, при якій стає реальною дегазація викидонебезпечного масиву, відбувається через 40...60 діб після відходу розвантажувальної лави від вимірювальних камер - свердловин, пробурених у польовому штреку. Але одночасно з цим стає очевидною необхідність і доцільність уведення нового критерію, який би виразив не формування зон захисту відповідно до теорії пружності, а реальну швидкість усунення викидонебезпечності при відпрацьовуванні захисних шарів , м/сут, що є функцією потужності порід міжпластя і часу. Вона по фізичній сутності цілком відповідає росту швидкості газовиділення з розвантаженого шару, що володіє цілком конкретною природною газоносністю, і тому може розраховуватися як відношення відстані від розвантажувальної (захисної) лави до шару, що захищається, тобто потужності порід міжпластя вчасно досягнення максимальної швидкості газовиділення з контрольних свердловин:

= (1)

Сам факт зниження швидкості газовиділення після досягнення максимуму цілком задовільно пояснюється з урахуванням обмеженої області фільтрації газу до вимірювальної свердловини і фіксованого його загального обсягу процесом газовичерпання після досягнення практично максимальної газопроникності. Вважаючи експериментально цілком доведеним положення про те, що усунення викидонебезпечності при першочерговому відпрацьовуванні захисних шарів є процесом тимчасовим, пропонуємо поняття “швидкість усунення викидонебезпечності ”, уточнити поняттям комплексне. Під комплексним критерієм тепер мається на увазі не тільки зниження напруженості, ріст проникності, підвищення швидкості газовиділення - дегазація, достатні для усунення викидонебезпечності, але і розробка викидонебезпечного захищеного шару в умовах зменшення газовиділення після досягнення його максимуму.

Уведення комплексного критерію не тільки значно знизить небезпеку ведення гірничих робіт по газовому фактору, але і витрати на провітрювання лав крутих шарів за рахунок виїмки вугілля в період, коли швидкість газовиділення після досягнення максимуму істотно нижче його, . З цього погляду найбільш сприятливою буде ситуація, коли = 2. Однак, враховуючи що досягнення найбільш сприятливої ситуації не завжди практично реально і доцільно, у тому числі з урахуванням обмежень по швидкості повітряного струменя і що точність розрахунків у гірничій справі, прийнята різними дослідниками як 15 - 30%, припустимим можна вважати ґрунтуючись на прийнятті помилки, що не перевищує 20%,

= 1,8 .

З обліком сказаного повинна бути скоректована і формула (1):

 = 0.8 (2)

Розроблений на підставі викладеного спосіб визначення випередження захисної лави дозволить установлювати як відстань, на якій усувається викидонебезпечність, так і період часу, на який гірничі роботи на захищеному шарі повинні відставати від лави захисного шару. Сутність способу, на який отримано 13.03.99р. позитивне рішення на патент України, полягає в наступному (рис.).

Свердловина 1, пробурена з підготовчої виробки захисного шару 2 на викидонебезпечний 3 ( що захищається) розташовується на відстані від його лави не менш 0,3 , де - довжина лави. Надалі при розвитку гірничих робіт на обох шарах швидкість газовиділення з вимірювальної свердловини 1 в області А починає зростати при розташуванні лави захисного шару приблизно в області А*, досягається її максимум (gmax) а потім вона зменшується до значень, приблизно відповідним початковим: області Б и Б*. Безупинні виміри дозволять при відомій потужності порід міжпластя М визначити

і .

Експериментальне дослідження на шахті ім. Гайового було виконано на традиційно, протягом багатьох десятиліть спільно розроблювальній парі шарів: невикидонебезпечний, захисний m5' - Грицинка і викидонебезпечний m5 - Куций. Результативність відпрацьовування, що ніколи не супроводжувалася викидами вугілля і газу, і показність обраної ділянки доводить те, що за станом на 01.04.99р. на гор.975м під захистом уже відпрацьовано 138 тис.м2 викидонебезпечного шару Куций, на гор.860 м - 559 тис.м2 і на гор.750 м - 647 м2.

З розгляду результатів вимірів випливає, що зріст швидкості газовиділення стає очевидним при відстані від лави до свердловини приблизно 5 м при вмісті піщанику в породах міжпластя близько 50%. Вже після проходу створу і досягнення випередженням відстані до свердловини, рівній потужності міжпластя, досягається максимальна швидкість газовиділення, яка після цього закономірно зменшується. Отже, експеримент, виконаний в умовах обмеженої потужності порід міжпластя (менш 20 м), дозволяє вважати отриманим (установленим) наступне. По-перше, ріст - досягнення максимуму газовиділення - зниження газовиділення, переконливо підтверджують припущення що виказувалися раніше гіпотетично, що процес усунення викидонебезпечності є тимчасовим і може описуватися параболою. По-друге, при середньому добовому посуванні лави захисного шару приблизно 0,8м розрахована по (1) = 0,7м/доб.

Аналіз усіх результатів, отриманих раніше на шахтах Центрального району Донбасу і наших експериментів, що відносяться до усунення викидонебезпечності при надробці, дозволив установити статистичні залежності від потужності порід міжпластя трьох параметрів:.

- відстані R, м від вимірювальних свердловин викидонебезпечних шарів до створу з лавою захисних, на якому виміряється початок росту швидкості газовиділення (область А на рис);

- відстані R*, м від вимірювальних свердловин викидонебезпечних шарів до створу з лавою захисних, на якому реєструється досягнення максимальної швидкості газовиділення;

- часу , сут, протягом якого досягається максимальна швидкість газовиділення:

R = -27,2 lnМ+79,8; r = 0,972 (3)

R* = -39,4 lnМ+99,3; r = 0,963 (4)

= 18,7 lnМ-23,0; r = 0,940 (5)

Усі залежності характеризуються високими значеннями кореляційних відносин (r), що свідчать про значну тісноту статистичних зв'язків. Використання теорії розмірностей дозволило вважати, що встановлені залежності відбивають фізичну закономірність і що процес усунення викидонебезпечності не повинний розглядатися як миттєвий.

При потужності порід міжпластя більш 20м розвантаження викидонебезпечного шару завжди відбувається після проходження лавою захисного шару створу з вимірювальними свердловинами. Гірничі роботи при розробці викидонебезпечних шарів у захищених зонах ведуться в найбільш несприятливих по газовому фактору умовах. Отже, незнижуване випередження повинне перевершувати нормативно припустиме і дозволяти використовувати фактор часу.

Рішення схвалене на засіданні Центральної комісії по боротьбі з газодинамічними явищами в шахтах вугільної промисловості України.

У розділі 4 досліджуються особливості аварій від обвалень вугілля у двох лавах захищеного викидонебезпечного шару Куций, що супроводжувалися смертельним травматизмом. Вони досить переконливо підтвердили наукову обґрунтованість і практичну вірогідність залежностей (3), (4), (5), пріоритетного “Способу визначення випередження захисної лави” (рис.)

ВИСНОВОК

Констатуючи обґрунтовану в роботі актуальність обраної теми, відзначимо, що дисертація являє собою завершене дослідження, у якому вирішена нова науково-технічна задача, що має наукове і практичне значення, що полягає в обґрунтуванні тимчасових параметрів захисної надработки: - відстань від створу з лавою захисного шару, що рухається, до гірничих робіт викидонебезпечного, на якому виміряється досягнення максимального газовиділення, що доводить усунення викидонебезпечності; - комплексного критерію ефективності відпрацьовування захисних шарів, під яким розуміється не тільки зниження напруженості, ріст проникності, підвищення швидкості газовиділення - дегазація, достатні для усунення викидонебезпечності, але і розробка викидонебезпечного захищеного шару в умовах зменшення з нього газовиділення після досягнення його максимуму.

Рішення сформульованих у роботі задач дозволило вперше одержати наступні основні результати.

1. Підтвердити, що швидкість газовиділення зі шпурів (свердловин) є характеристикою, що вірогідно й об'єктивно описує зміну газодинамічного стану викидонебезпечного шару, у тому числі при його під - чи надробці. Виміри її технологічні, прості і надійні в порівнянні з вимірами тиску газів. Їхні результати об'єктивно відбивають зміни в динаміці напружено-деформованого стану шарів, наслідком яких є зміна проникності вугільних шарів, вуглепородних масивів.

2. Абсолютні значення різних характеристик, що описують газовиділення, не є надійними через те, що для різних шахтопластів, представлених вугіллями різного ступеня метаморфізму, що відпрацьовуються на різних глибинах, вони індивідуальні.

3. Експоненціальний закон зміни проникності в залежності від напруженості дозволяє затверджувати, що усунення викидонебезпечності реального шахтошару може забезпечити тільки таке зменшення напруженості, що обумовлює ріст проникності до практично значимих величин, що приводять до реальності дегазації.

4. Деформації пружного відновлення і пружної післядії по своїй сутності є миттєвими і можуть забезпечити збільшення проникності при зниженні напруженості до величин порядку одиниць Мпа. Тільки виникаючої і зворотної повзучості, що розвиваються слідом за пружними деформации, можуть згодом забезпечити такий ріст проникності, що приведе до ефективної дегазації.

5. Підтверджено, що деформації зворотної повзучості глинистого сланцю приводять якби до його розущільнення, “розпушення”, що при збільшенні частоти коливань ультразвуку з 25 до 150 кгц швидкість проходження практично не змінюється і що глинистий сланець такими аномальними властивостями як вапняк, що сприяють ефекту екранізації - усуненню, зниженню напруженості і дегазації, не володіє.

6. Експериментально встановлені залежності початку росту швидкості газовиділення з вимірювальних свердловин викидонебезпечних шарів і досягнення максимального газовиділення при відпрацьовуванні захисних шарів від потужності порід міжпластя. Воно може відповідно до цих залежностей відбуватися як при наближенні лав захисних шарів до створу з вимірювальними свердловинами, так і в міру їхнього видалення від створу. Використання теорії розмірностей дозволило вважати доведеним, що встановлені залежності відбивають природну закономірність і що процес усунення викидонебезпечності не повинний розглядатися як миттєвий.

7. Уперше розроблений спосіб оцінки ефективності усунення викидонебезпечності при під - чи надробці до початку ведення гірничих робіт на захищених шахтопластах, в основі якого використання принципової закономірності, що полягає в обов'язковому збільшенні газовиділення з викидонебезпечного шару при достатньому (необхідному) його розвантаженні. За заявкою на спосіб отримане позитивне рішення.

8. Локальний спосіб запобігання викидів вугілля і газу, що одержав назву розвантажувальні пази, розглянутий у роботі як аналог відпрацьовування захисних шарів. При цьому верхній паз розглядається як своєрідний “шар”, надпрацьовуючий призабійну частину викидонебезпечного шару, а нижній - підпрацьовуючий. Аналіз досвіду застосування способу на шахтах Донбасу підтвердив основну тезу роботи: зниження напруженості, що не супроводжується необхідною дегазацією, не може привести до усунення викидонебезпечності.

9. Вперше, на підставі того що процес усунення викидонебезпечності є тимчасовим і містить розвиток деформацій генетичного повернення, що сприяє росту проникності вуглепородного масиву, запропонований критерій швидкості усунення викидонебезпечності . Він при відпрацьовуванні захисних шарів трактується як відношення потужності порід міжпластя до часу, що пройшов від початку росту швидкості газовиділення з викидонебезпечного шару до досягнення нею максимальних значень.

10. Максимальне газовиділення на захищеному викидонебезпечному шарі завжди відбувається після переходу захисною лавою створу з вимірювальними свердловинами і залежить від потужності порід міжпластя. Запропоновано комплексний критерій , що містить необхідність ведення гірничих робіт при газовиділенні з викидонебезпечного шару, що складає не більш 20% від досягнутого максимального, і спосіб реалізації цієї вимоги, на який отримане позитивне рішення за заявкою на винахід. Полягає він у такій регламентації часу ведення гірничих робіт при розробці захищених викидонебезпечних шарів, що забезпечує не тільки запобігання викидів, але і найбільш сприятливі умови по газовому фактору. Спосіб розглянутий і схвалений на засіданні Центральної комісії по боротьбі з газодинамічними явищами в шахтах вугільної промисловості.

11. Наукову обґрунтованість, практичну корисність і вірогідність комплексного критерію , тимчасової динаміки газовиділення з захищеного викидонебезпечного шару, описаної (3), (4), (5) і, що міститься в пріоритетному “Спосіб визначення випередження захисної лави”, цілком переконливо довели обвалення вугілля в двох лавах захищеного шару Куций обрію 975м шахти ім. Гайового, що супроводжувалися смертельним травматизмом.

Результати роботи використовуються в навчальному процесі: при читанні лекцій у ДонДТУ по дисципліні “Проблеми безпечної розробки викидонебезпечних пластів”.

Основні положення дисертації опубліковані в наступних роботах

1. Подкопаев С.В., Сорокопуд М.П., Василец А.А. Обоснование параметров схем безопасной разработки выбросоопасных и угрожаемых тонких крутых пластов // Известия Донецкого горного института.-1997. - № 1 (5). - С.41-46.

2. Николин В.И., Калфакчиян А.П., Сорокопуд М.П. Новый подход к оценке эффекта разгрузки выбросоопасного массива при его надработке// Безопасность труда в промышленности. - 1997.- № 11. - С.31-33.

3. Николин В.И., Подкопаев С.В., Сорокопуд М.П. Новые представления (гипотеза) физической сущности эффективности первоочередной разработки защитных пластов // Известия Донецкого горного института. - 1998. - № 1 (7). - С.43-44.

4. Николин В.И., Агафонов А.В., Сорокопуд М.П. Уточнение параметров защиты с учетом времени // Уголь Украины, - 1998. - № 11. - С.24-26.

5. Николин В.И., Иванов О.И., Сорокопуд М.П. Фактор времени как параметр зон защиты при под - надработке выбросоопасных пластов // Тр. IX международной научной школы. - Симферополь: Таврич. нац. ун-т им. Вернадского, - 1999. - С.66-67.

6. Сорокопуд М.П., Василец А.А. Экспериментальная оценка временного фактора устранения выбросоопасности при надработке // Известия Донецкого горного иститута. - 1999. - №1. - С.102-104.

7. Подкопаев С.В., Сорокопуд М.П. Аналитическая оценка параметров устранения выбросоопасности при отработке защитных пластов с учётом фактора времени // Изв. Донецкого горного института. - 2000. - №2. - . С. 67-71.

8. Николин В.И., Мордасов В.И., Агафонов А.В., Подкопаев С.В., Сорокопуд М.П. Учёт деформаций генетического возврата при определении параметров опережающей отработки защитных пластов // Уголь Украины. - 2001. - №23 - С. 15-18.

9. Положительное решение по заявке № 98031132 “Способ определения опережения защитной лавы” от 13.03.99 г. (авторы Николин В.И., Подкопаев С.В., Василец А.А., Сорокопуд М.П., Савченко П.И.).

10. Позитивне рішення за заявкою № 98020945 “Способ оценки эффективности защитного действия опережающей разработки пластов” от 24.04.99г. (авторы Николин В.И., Подкопаев С.В., Василец А.А., Гончаров А.Д., Сорокопуд М.П.).

Размещено на Allbest.ru