Обґрунтованість цього положення була доведена, в тому числі на прикладі двох газодинамічних явищ, що відбулися на шахті ім. Гайового. На горизонті 975 м при розробці викидонебезпечного і небезпечного по обваленню пласта m₅ Куций (М=11,6 м. - 14,5 м.) при виїмці вугілля в лавах відбулося 2 обвалення: випадок №1 на дільниці №27 (01.12. 2000 р.), випадок №2 на дільниці №28 (23.11. 1999 р.).

Причиною нещасних випадків комісія назвала несвоєчасне - спізніле зведення кріплення в порожнині, що відслонена після випуску зруйнованого вугілля. Жодний зв'язок з газовою обстановкою в лаві, з газовим фактором не відзначався. Однак при М20 м і нормативному випередженні L20 м виїмка вугілля на захищеному небезпечному пласті супроводжувалася підвищеним газовиділенням, що сприяло інтенсивному відшаруванні вугілля, що переросло в висипання - обвалення.

Висновок роботи про те, що причини обвалення в лавах крутих пластів не можуть розглядатися без врахування газового фактору, доводять наступні положення. По-перше, встановлюючи залежність створення несприятливої газової обстановки при обмеженому випередженні, раніше в “Інструкціях...” видання 1977 і 1989 рр., не враховували ефект зменшення міцності вугілля привибійної частини пласта при загазовані виробок, що був встановлений в 50-ті роки XX сторіччя проф. А.В. Артемовим. По-друге, підвищене метанового виділення мало місце як в два попередні місяці, два дні, так і за декілька годин до аварій, що відбулися на дільницях максимального газовиділення. По-третє, протягом попередніх трьох років, коли випередження захисного пласта m₅¹ Грицинка істотно переважало мінімальне нормативне, при виїмці вугілля в лавах пласта m₅ Куций, обвалення, що супроводжувалися смертельним травматизмом, не відбувалися. В-четвертих, викладене цілком вказує на необхідність збільшення нормативного мінімального випередження для нормалізації газової обстановки.

На підставі шахтних експериментів, що враховують газовиділення з викидонебезпечних пластів, під- надроблених захисними, при мінімальній потужності порід міжпластя, величина мінімально допустимого випередження захисного пласта повинна бути збільшена з 20 до 30 м.

В п'ятдесяті-дев'яності роки минулого сторіччя (професора Айруні А.Т., Бобров І.В., Забігайло В.Є., Колесов О.А., Лідін Г.Д., Морєв О.М., Пузирьов В.І., Чернов О.М. та ін.) мало місце досить значне число публікацій, стосовних до експериментальної оцінки залежності зміни газовиділення від часу з під- надроблених пластів. Їх аналіз, доповнений результатами експериментів, виконаних раніше на шахті ім. О.О. Скочинського, призводить до затвердження, що в цілому зміна газовиділення характеризується параболічними залежностями, висхідні і спадаючі відгалуження кожної з яких цілком задовільно апроксимуються двома прямими. Але відбувається зниження газовиділення не з-за зменшення проникності в процесі ущільнення порід, як вважав найбільший фахівець Морєв О.М., а з-за газовичерпання.

Вважаємо, що проникність як поняття спроможності гірничого масиву фільтрувати - пропускати через себе при перепаді тиску рідини і газу, повинно зберегтися. Але стосовно до тріщинувато-пористого газоносного масиву, що містить капіляри розмірами менш 10^-7 м і що характеризується практично нульовою проникністю, сенс поняття повинен трактуватися як спроможність газоносних масивів до газовіддачі при розвантаженні, тобто при практичній відсутності перепаду тиску, але розвитку, що триває, деформацій генетичного повернення. Спроможність викидонебезпечних (високо газоносних) практично не проникне порідних масивів до газової віддачі зумовлюється їх локальним розвантаженням, що супроводжується деформаціями генетичного повернення, що призводить до зміни структури простору.

Викладене подання фізичної суттєвості процесів, що відбуваються в осадочному масиві при застосуванні Способу, дозволяє по-новому оцінювати параметри захисту в результаті першочергової відробки захисних пластів:

- процес розвантаження, що призводить до усунення викидонебезпечності, повинен розглядатися як відбуваючий не миттєво, а поступово, послідовно, що переміщається від захисного пласта вглиб масиву в часі, тобто тимчасовий

- фактор часу містить в собі розвиток деформацій генетичного повернення, що змінюють не тільки міцність і деформаційні властивості порід, але і зумовлюють в практично непроникні масиві прояв нової властивості - схильності до газової віддачі, отже до збільшення розмірів зон захисту.

В шостому розділі виконані дослідження по вивченню процесів розшарування порід міжпластя при перше черговій відробці захисних пластів. З досвіду розробки крутих викидонебезпечних пластів в умовах, коли виїмка вугілля в лавах виконувалася у відповідності з ПБ під повним захистом, мав місце травматизм від обвалення-сповзання порід підошви пластів (проф. Жуков В.Є. та ін.). З урахуванням уявлень, що викладаються в роботі, про розвиток в часі ДГП названі аварії повністю реальні при застосуванні Способу. Їх запобігання за рахунок застосування не складних спеціальних заходів можливо, але необхідно додаткове попереднє вивчення їх фізичної суттєвості.

Для цієї мети була розглянута схема крутої лави, на якій виділили зону розшарованих порід покрівлі і підошви. При чому, для оцінки схильності порід підошви до сповзання, останню уявили у вигляді балки, довжина якої відповідала ²/₃ довжини лави. Один кінець балки був жорстко закріплений, інший - вільний, що опирався на породи основою ґрунту. Було встановлено, що низхідний порядок відробки поверхів зумовлює різноманітну схильність розшарованих порід міжпластя до обвалення по довжині лави. В нижній частині лави розшарована покрівля спирається на обвалені породи, що робить малоймовірним її обвалення. Для порід підошви найбільш небезпечною виявляється нижня і середня частини лави, в яких її розшарування виявляється по мірі виїмки вугілля. Наявність слабких порід в безпосередній підошві робить більш ймовірним її сповзання.

Внаслідок того, що процес розвитку деформацій генетичного повернення є тимчасовим і сприяє не тільки зміні міцністних і деформаційних властивостей, але і водовіддачі процеси обвалення і сповзання при застосуванні Способу стають особливо реальними.

ВИСНОВКИ

В дисертації дано теоретичне узагальнення і нове рішення актуальної науково-технічної проблеми, що полягає в розкритті природних закономірностей деформування в часі порід міжпластя при першочерговій над- підробці викидонебезпечних пластів. Засновано воно на зумовленій пам'яттю формування родовища схильності осадочних гірничих порід до деформацій генетичного повернення при розвантаженні, яка забезпечує необхідну для усунення викидонебезпечності дегазацію.

Основні наукові результати, висновки і практичні рекомендації роботи, що захищається полягають в наступному.

1. Експериментально встановлена раніше невідома властивість напружених порід, що полягає в виникненні і розвитку при розвантаженні деформацій генетичного повернення, їх додатковому збільшенні (інтенсифікації) при зростанні (“поверненні”) вологості. Воно є науковою основою вивчення механічних процесів, що відбуваються в породах міжпластя, при першочерговій відробці захисних пластів.

2. Розвантаження напружених осадочних гірничих порід, що супроводжується деформаціями генетичного повернення, що призводять до зміни структури простору, характеризується зростанням у часі об'ємів пор, наведених капілярами розмірами рівними і більшими 10^-7 м, при одночасному зменшенні об'ємів пор, наведених розмірами менш 10^-7 м. Встановлений перерозподіл співвідношення об'ємів простору, наведеного порами розмірами до і більш 10^-7 м, сприяє виникненню нової властивості практично не проникнень порідного масиву, що полягає в виникненні і розвитку схильності його до газової віддачі, що призводить до дегазації високо-газоносного вугільного пласта, без якої усунення викидонебезпечності неможливо.

3. Розроблені три захищені патентами України методики виміру схильності порід до деформацій генетичного повернення, в основі застосування яких містяться наступні вимоги:

- добування проб порід із області за межами впливу, що розвантажує, гірничих виробок, що призводить до зниження їх напруженості;

- спрямування буріння колонкових свердловин, що забезпечує переважне розташування кернів паралельне або перпендикулярне шаруватості масиву

- парафінування породних циліндрів, що відвертає випаровування природної вологи (розчинів) в процесі виміру деформацій генетичного повернення

- проста і достатньо надійна реєстрація деформацій генетичного повернення в часі за допомогою індикаторів годинного типу.

4. Аналітично на підставі використання методів А. Надаї і І.І. Гольденблата доведено, що зразки гірничих порід, що знаходяться тривалий час в стані триосного стиснення, при розвантаженні володіють спроможністю збільшуватися в об'ємі з перебігом часу.

5. Розроблена структурна модель гірничої породи, схильної до деформацій генетичного повернення, основними вихідними науковими положеннями якої є первісне існування навантаження і включення до числа структурних елементів моделі пружно-в'язкого тіла води, що міститься в порах розмірами як 10^-7 м, так і 10^-7 м і що володіє принципово різноманітними властивостями.

6. Вперше встановлено, що при триосному нерівно компонентному стисненні зразків порід, що не мають генетичної пам'яті, коли компоненти напружень ступеню збільшували, також ступеню інтенсифікувалися при розвантаженні деформації зворотної повзучості, що співпадають за часом зі збільшенням компонентів триосного стиснення, що мало місце раніше. Розкрите явище характеризується як моделювання процесу зародження “пам'яті” гірничих порід, що відрізняється від природних процесів відсутністю фізико-хімічних перетворень.

7. Експериментально-аналітично визначені параметри зон захисту R, R* і Т_г, що забезпечують усунення викидонебезпечності і що враховують їх залежність від потужності порід міжпластя М і від фактору часу. Відстань, на якій відвертається небезпечність при під- або надробці, не повинна розрізнятися і складає М80м за умови відсутності у складі порід міжпластя шарів вапняку. Нормативне геометричне випередження повинно відповідати L2М і забезпечувати не тільки усунення викидонебезпечності, але і ведення гірничих робіт в захищених зонах і в сприятливих по газовому фактору умовах. Мінімально допустиме випередження L захисного пласта при М20м, що міститься в “Інструкції…” більше двадцяти п'яті років, повинно бути збільшено з 20 до 30 м. Промислові випробування Способу, виконані у 2002-2004 рр., на шахті “Вуглегірська” ДП “Орджонікідзевугілля” у відповідності з рішенням Центральної комісії по боротьбі з ГДЯ Міністерства палива та енергетики України, підтвердили висновки.

8. Експериментальне вивчення деформацій зворотної повзучості по зразкам з піщано-цементної суміші, що не володіли генетичною пам'яттю і що знаходилися тривалий час в стані нерівно компонентного триосного стиснення, дозволили встановити практично прямолінійну залежність названих деформацій від середньої узагальненої напруженості. Така залежність однозначно доводить ідентичність розвитку деформацій генетичного повернення порід як при під-, так і при надробці їх захисними пластами, в тому числі при збільшенні глибини розробки. Виникнення обвалення порід покрівлі пластів при підробці, звичайно що розповсюджується на величину приблизно рівну чотирьох-п'ятикратній потужності пластів, істотно вплинути на загальний результат розвантаження не може.

9. З позицій методичного використання раніше невідомої властивості напружених гірничих порід - схильності до деформацій генетичного повернення при розвантаженні вперше оцінені результати аналізу зміни площ, на яких в кінцевих (крайових) частинах лав коефіцієнти концентрації напружень вище, ніж в її інших частинах при збільшенні глибини розробки з 100 до 1200 м. Співвідношення названих площ збільшувалося більш ніж в 10 разів. Суттєвість його полягає в тому, що площі концентрації напружень розглядаються як області, яким при розвантаженні в найбільшій мірі будуть відповідати і більші значення деформацій генетичного повернення. При цьому з урахуванням змісту пункту 8 збільшення глибини розробки (нижче зони газового вивітрювання) сприяє збільшенню зон захисту, а їх утворення не залежить від різновиду зон розвантаження при під- або надробці.

10. У відповідності з “Інструкцією по безпечному веденню гірничих робіт на пластах, небезпечних по раптовим викидам вугілля, породи і газу” була розроблена і обговорена на засіданні Центральної комісії по боротьбі з ГДЯ Міністерства палива та енергетики України методика проведення промислових випробувань параметрів Способу, що скоректувалися. Промислові випробування виконані в 2002-2004 рр. на шахті “Вуглегірська” ДП “Орджонікідзевугілля”. Вони підтвердили надійність (вірогідність) основних положень роботи і дозволили розробити для Центральної комісії рекомендації по корегуванню параметрів способу першочергової відробки захисних пластів.

11. Основна направленість роботи характеризується як соціальна - що забезпечує підвищення безпеки. Всі розроблені рішення спрямовані на істотне збільшення розмірів зон захисту, зменшення небезпеки газової обстановки без застосування додаткових витрат, технічних заходів. Це дозволяє обмежитися констатацією того, що техніко-економічна ефективність очевидна, а додаткові, розрахункові підтвердження зайві.

ОСНОВНІ НАУКОВІ І ПРИКЛАДНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ВИКЛАДЕНІ В НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Николин В.И., Мордасов В.И., Подкопаев С.В. Закономерности развития деформаций генетического возврата - научная основа снижения травматизма. - Донецк: РИА ДонГТУ, 2001. - 318 с.

2. Подкопаев С.В. Образование полости в осадочном массива является началом деформаций обратной ползучести // Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках. - Симферополь: СГУ, 1999. - С. 72-73.

3. Подкопаев С.В. Склонность к деформациям генетического возврата как научная основа увеличения эффективности отработки защитных пластов // Геотехнологии на рубеже ХХI века. - Донецк: ДУНПГО, 2001. - т.2. - С. 105-110. захисний викидонебезпечний руйнування

4. Подкопаев С.В., Сорокопуд М.П., Василец А.А. Обоснование параметров схем безопасной разработки опасных и угрожаемых тонких крутых пластов // Изв. Донецкого горного ин-та. - 1997. - №1. - С. 41-46.

5. Новые представления (гипотеза) физической сущности эффективности первоочередной разработки защитных пластов / Николин В.И., Подкопаев С.В., Сорокопуд М.П., Савченко П.И. // Изв. Донецкого горного ин-та. - 1998. - №1. - С. 43-44.

6. Подкопаев С.В., Иванов О.И. Влияние глубины разработки на размеры защищенных зон // Изв. Донецкого горного ин-та. - 1998. - №2. - С. 59-60.

7. Николин В.И. Подкопаев С.В. Особенности разрушения осадочного массива, вмещающего горную выработку // Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках. - Симферополь: СГУ, 1998. - С. 80-81.

8. Мордасов В.И., Подкопаев С.В., Кондаков О.В. Экспериментальное изучение особенностей деформирования осадочного массива // Изв. Донецкого горного ин-та. - 1999. - №1. - С. 54-57.

9. Экспериментальное изучение особенностей деформирования горных пород при разгрузке / Мордасов В.И., Подкопаев С.В., Кондаков О.В., Савченко П.И. // Физико-технические проблемы горного производства. - Донецк: ДонФТИ, 1999. - Вып. 2. - С. 68-72.

10. Подкопаев С.В., Кондаков О. В., Иванов О. И. Экспериментальное изучение влияния глубины разработки на размеры зон разгрузки // Проблемы экологии. - 1999. - №2. - С. 76-79.

11. Подкопаев С.В., Несмеянов А.Е., Кондаков О.В. Математическое описание изменения объема твердого тела при трехосном сжатии // Изв. Донецкого горного ин-та. - 1999. - №3. - С. 13-18.

12. Николин В.И., Подкопаев С.В., Гончаров А.Д. Экспериментальное изучение природы экранирующего эффекта известняка между пластами при отработке защитных пластов // Безопасность труда в промышленности. - 1999. - №10. - С. 28-30.

13. Экспериментальное изучение влияния фактора времени на устойчивость выработок при отработке защитных пластов / Мордасов В.И., Подкопаев С.В., Щенец В. П., Головачев И.Н., Иванов О.И. // Проблемы экологии. - 2000. - №1. - С. 64-68.

14. Математическое описание изменения объема тела при разгрузке после длительного сжатия / Подкопаев С.В., Несмеянов А.Е., Кондаков О.В., Мордасов В.И. // Изв. Донецкого горного ин-та. - 2000. - №1. - С. 6-10.

15. Подкопаев С.В., Сорокопуд М.П., Теросипов В.М. Аналитическая оценка параметров разгрузки при отработке защитных пластов // Изв. Донецкого горного ин-та. - 2000. - №2. - С. 62-66.

16. Особенности развития деформаций обратной ползучести горных пород после разгрузки / Гребенкин С.С., Подкопаев С.В., Щенец В.П., Кондаков О.В., Керкез С.Д. // Вiбрацii у технiцi та технологiях. - 2000. - С. 55-58.

17. Практическое значение экспериментального изучения обратной ползучести горных пород / Николин В.И., Подкопаев С.В., Мордасов В.И., Кондаков О.В. // Уголь Украины. - 2000. - №5. - С. 17-19.

18. Мордасов В.И., Подкопаев С.В., Формос В.Ф. Экспериментальное изучение влияния глубины разработки на размеры зон разгрузки при разработке свиты пластов // Сб. научных трудов НГА Украины. - Днепропетровск. - 2000. - №9. - т.2. - С. 188-193.

19. Николин В.И., Подкопаев С.В. Фактор времени как основа корректировки параметров защитных пластов // Безопасность труда в промышленности. - 2000. - №10. - С. 47-50.

20. Николин В.И., Подкопаев С.В., Демин И.К. Природная закономерность развития деформаций обратной ползучести осадочных горных пород, обусловленная генезом органического вещества. // Уголь Украины. - 2000. - №10. - С. 20-23.

21. Пудак В.В., Подкопаев С.В., Щенец В.П. Зависимость природной склонности пород к деформациям генетического возврата от степени метаморфизма // Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках. - Симферополь: ТНУ, 2000. - С. 106-107.

22. Учет деформаций генетического возврата при определении параметров опережающей отработки защитных пластов / Николин В.И., Подкопаев С.В., Агафонов А.В., Сорокопуд М.П., Мордасов В.И. // Уголь Украины. - 2001. - №2-3. - С. 15-18.

23. Особенности травматизма от обрушений в лавах крутых пластов / Николин В.И., Подкопаев С.В., Сорокопуд М.П., Головачев И.Н. // Физико-технические проблемы горного производства. - Донецк: Лебедь, 2001. - Вып. 3. - С. 101-108.

24. Подкопаев С.В., Головачев И.Н., Засульский В.В. К оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов// Физико-технические проблемы горного производства. - Донецк: ДУНВГО. 2001. - Вып. 4. - С. 127-132.

25. Николин В.И., Подкопаев С.В., Журавель Е.А. Деформации генетического возврата - важнейшее свойство осадочного массива // Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках. - Симферополь: ТНУ, 2001. - С. 122-123.

26. Николин В.И., Подкопаев С.В., Савченко П.И. Экспериментальное изучение зависимости деформаций генетического возврата от сохранения влажности образцов // Проблемы экологии. - 2002. - №1. - С. 80-85.

27. Николин В.И., Подкопаев С.В. Структурная модель горной породы, склонной к деформациям генетического возврата // Изв. Донецкого горного ин-та. - 2002. - №1. - С. 84-88.

28. Водо и газо проницаемость породных массивов, склонных к деформациям генетического возврата / Николин В.И., Подкопаев С.В., Каплюхин А.А., Носач А.К., Тюрин Е.А. // Изв. Донецкого горного ин-та. - 2002. - №3. - С. 30-36.

29. Николин В.И., Подкопаев С.В., Колесников В.Г. О новой теории горного давления в угольных шахтах // Безопасность труда в промышленности. - 2002. - №11. - С. 36-38.

30. Николин В.И., Подкопаев С.В., Бичаров М.З. Наряду с “полями напряжений” более реальны и значимы “поля деформаций” / Геомеханика в горном деле. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2003. - С. 11-16.

31. Николин В.И., Подкопаев С.В. Деформации генетического возврата как причина разрушения выработок / Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ. - 2003. - №5. - С. 158-161.

32. Деформации генетического возврата при разгрузке массивов / Николин В.И., Подкопаев С.В., Агафонов А.В., Малеев Н.В., Николин В.В. // Известия высших учебных заведений (горный журнал). - 2004. - №1. - С. 51-56.

33. Декларацiйний патент №34566А Україна МПК Е21F5/00. Спосiб визначення тимчасового випередження захисноi лави гiрських робiт викидонебезпечного пласта / Нiколiн В.I., Подкопаєв С.В., Василець О.О., Сорокопуд М.П., Савченко П.I., Заявл. 04.03.98, Опуб. 15.03.01, Бюл. №2. - 4 с.

34. Декларацiйний патент №34558А Україна МПК Е21F5/00. Спосiб оцiнки ефективності захисної дiї випереджальної розробки пластів / Нiколiн В.I., Подкопаєв С.В., Василець О.О., Гончаров А. Д., Сорокопуд М.П., Заявл. 04.03.98, Опуб. 15.03.01, Бюл. №2. - 3 с. ил.

35. Деклараційний патент №36899А Україна МПК Е21С41/00. Спосіб прогнозу зміщень осадових гірничих порід / Ніколін В.І., Мордасов В.І., Подкопаєв С.В., Савченко П.І., Заявл. 22.02.00, Опуб. 16.04.01, Бюл. №3. - 4 с.

36. Деклараційний патент №50630А Україна МПК Е21В49/00. Спосіб виміру схильності гірничих порід до деформацій генетичного повернення / Ніколін В.І., Подкопаєв С.В., Савченко П.І., Єрмола С.А., Заявл.13.03.02, Опуб. 15.10.02, Бюл. №10. - 4 с. ил.

Размещено на Allbest.ru