Влияние сдвижений пород кровли на газовыделение из выработанного пространства
Приведены результаты исследования изменения напряженно-деформированного состояния породного массива над выработанным пространством и его влияние на выделение метана в призабойное пространство. Наведено результати дослідження зміни напружено-деформованого стану породного масиву над виробленим простор...
Saved in:
| Published in: | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108101 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние сдвижений пород кровли на газовыделение из выработанного пространства / И.И. Клочко, Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко, Л.В. Сергиенко // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 13. — С. 103-108. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859862259422986240 |
|---|---|
| author | Клочко, И.И. Лобков, Н.И. Сергиенко, А.И. Сергиенко, Л.В. |
| author_facet | Клочко, И.И. Лобков, Н.И. Сергиенко, А.И. Сергиенко, Л.В. |
| citation_txt | Влияние сдвижений пород кровли на газовыделение из выработанного пространства / И.И. Клочко, Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко, Л.В. Сергиенко // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 13. — С. 103-108. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физико-технические проблемы горного производства |
| description | Приведены результаты исследования изменения напряженно-деформированного состояния породного массива над выработанным пространством и его влияние на выделение метана в призабойное пространство.
Наведено результати дослідження зміни напружено-деформованого стану породного масиву над виробленим простором та його вплив на виділення метану у привибійний простір.
Results on studying stress and strain state of the rock mass above a waste space and its effect on the methane emission into the mining space are presented.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:46:27Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
103
УДК 622. 817.47
И.И. Клочко1, Н.И. Лобков2, А.И. Сергиенко2, Л.В. Сергиенко2
ВЛИЯНИЕ СДВИЖЕНИЙ ПОРОД КРОВЛИ НА ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕ
ИЗ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА
1Донецкий национальный технический университет
2Институт физики горных процессов НАН Украины
Приведены результаты исследования изменения напряженно-деформированного
состояния породного массива над выработанным пространством и его влияние на
выделение метана в призабойное пространство.
Ключевые слова: пласты-спутники, очистной забой, метан, основная кровля, пер-
вичная посадка, скорость подвигания
Одним из основных факторов, препятствующих увеличению нагрузки на
лаву, является газовыделение на добычном участке. До 40% метана выделя-
ется из выработанного пространства, что требует его надежной дегазации. С
увеличением глубины разработки возрастает давление газа, значительно по-
вышается газовыделение из пород и пластов-спутников.
Применяемые в настоящее время способы дегазации подрабатываемых
пластов-спутников недостаточно эффективны ввиду непродолжительного
периода газоотдачи массива при больших скоростях подвигания лав. При-
чиной служит непродолжительный период газоотдачи массива при больших
скоростях подвигания лав [1]. Поэтому газовыделение из пластов-спутников
и газоносных пород в очистной забой не удается снизить до безопасной кон-
центрации. Основной причиной, снижающей эффективность дегазации вы-
работанного пространства, на наш взгляд, является отсутствие увязки пара-
метров дегазационных процессов с параметрами сдвижения пород кровли [1, 2].
Цель данной работы – исследование влияния сдвижения пород кровли на
газовыделение из выработанного пространства.
Для достижения цели в работе решаются следующие задачи:
– анализ выделения метана из дегазационных скважин в пределах вые-
мочных полей лав;
– исследование интенсивности газовыделения в периоды обрушений
кровли;
– изучение влияния перераспределения напряжений в породном массиве
на газовыделение из пластов-спутников до и после первичной и вторичных
посадок кровли.
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
104
Еще в 70-х годах прошлого столетия было установлено, что газовыделение
на добычном участке зависит от изменения напряженного состояния подра-
батываемой толщи пород, попадающих в зону влияния очистных работ. В
результате ведения очистных работ происходят разгрузка и смещения пород-
ных слоев, залегающих в кровле пласта. Изменение напряженного состояния
близлежащего пласта (рис. 1) начинается впереди очистного забоя [3], зона
сжатия распространяется в сторону выработанного пространства (А–B).
В зоне начальной разгрузки (B–С) метановыделение в выработанное про-
странство может не происходить (спутник значительно удален от разраба-
тываемого пласта) и десорбированный метан переместится по пласту-
спутнику к месту раскрытия трещин (D).
Таким образом, метан поступает из пластов-спутников, находящихся на
значительном расстоянии от разрабатываемого пласта, в обрушенные поро-
ды выработанного пространства. Метановыделение происходит на опреде-
ленном отрезке выработанного пространства (D–Е).
Современная статистика газовыделения по очистным забоям шахты «Красно-
армейская-Западная №1» за период 2006–2009 гг. позволяет достаточно четко раз-
делить интенсивность выделения метана до и после первичной посадки кровли.
На рис. 2 показано изменение выхода метана за трое суток до и трое суток по-
сле первичной посадки. Как видим, до первичной посадки наблюдается увеличе-
ние дебита метана, связанного с повышением трещиноватости в породном мас-
сиве перед первичной посадкой. После первичной посадки основной кровли
наблюдается рост дебита метана, что связано с обрушением основной кровли.
На рис. 3,а,б представлено изменение выделения метана из дегазацион-
ных скважин, пробуренных под углом наклона 45 и 75º соответственно, в
зависимости от расстояния до очистного забоя. Из общего числа показаний
выделяются два графика дебита метана до первичной посадки основной
кровли и после. До первичной посадки кровли выделение метана происхо-
дит равномерно и не превышает 0,6 м3/мин. Отмечается незначительное
увеличение выхода метана при приближении скважин к очистному забою.
После первичной посадки кровли повышение выхода метана отмечается в
скважинах, находящихся на расстоянии около 50 м от очистного забоя. Мак-
симальная величина газовыделения растет до 1,2 м3/мин.
Рис. 1. Распределе-
ние изменения
напряженного со-
стояния пласта-
спутника
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
105
Рис. 2. Изменение выхода метана из дегазационных скважин до и после первичной
посадки в лавах шахты «Красноармейская-Западная №1»: ● – 1-я северная лава
центральной панели блока №8, □ – 5-я северная лава бремсберга блока №5, ○ – 5-я
южная лава центральной панели блока №8, – 5-я южная лава блока №2, ◊ – 4-я
южная лава центральной панели блока №8, – 8-я южная лава блока №2
а б
Рис. 3. Изменения дебита метана из скважин в зависимости от расстояния до
очистного забоя: а – угол наклона скважин 45, б – 75
Статистическая обработка максимальных и минимальных значений газо-
выделения позволяет установить зависимость:
I = Imaxe–kx, (1)
где Imax – максимальный дебит метана, который извлекается при достиже-
нии очистным забоем устья скважины, м3/мин; k – коэффициент, зависящий
от степени нарушенности пород кровли; x – расстояние от очистного забоя
до устья скважины, м.
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
106
В качестве примера процесса газовыделения на добычном участке могут
служить исследования в условиях 1-й северной лавы блока 3. Согласно геоло-
гической характеристике вмещающего массива этого участка потенциально
опасными источниками метановыделения являются пласты-спутники d4
1
и d4
2
,
метановыделение из которых равно 3,6 м3/т. Природная газоносность пласта
d4 составляет 11,7–20 м3/т с.б.м., песчаника в кровле пласта – 2–6 м3/м3 п.
В связи с высокой газообильностью вмещающих пород и пластов-
спутников для достижения максимального коэффициента дегазации вырабо-
танного пространства предусматривается дегазация вышележащих пластов-
спутников путем отвода метана по скважинам, пробуренным через пласты-
спутники навстречу очистному забою из вентиляционной выработки.
Параметры дегазационных скважин, используемые на данном участке,
представлены в таблице.
Таблица
Параметры дегазационных скважин 1-й северной лавы блока 3
Параметры
Куст скважин
скважина №1 скважина №2
Угол наклона к горизонту, град. 45 (35) 75
Угол разворота от оси выработки, град. 35 55
Диаметр скважины, м 93 93
Длина скважины, м 45–55 45–55
Расстояние между кустами скважин, м 20 (10)
На рис. 4 показано газовыделение из дегазационных скважин в пределах
выемочного поля 1-й северной лавы блока 3. До первичной посадки основной
кровли максимальный дебит метана из дегазационной скважины не превышал
0,6 м3/мин. В 80 м от разрезной печи отмечено увеличение степени трещино-
ватости пород и некоторый рост выделения метана. При подвигании лавы на
91 м произошло обрушение основной кровли, после чего повысилось газовы-
деление. Рост дебита метана из скважин наблюдался в период вторичной по-
садки основной кровли с последующим снижением. Колебания выделения
газа метана могут быть объяснены изменением напряженного состояния в об-
ласти сдвижения пород над выработанным пространством лавы.
Аналитические исследования изменения максимальных вертикальных
напряжений в процессе разработки пласта, проведенные согласно методике,
предложенной в работах [4, 5], показали следующее (рис. 5). Концентрация
вертикальных напряжений над пластом d4 возрастает перед первичной и
вторичными посадками кровли, достигая максимума в период посадки. В
пластах-спутниках наблюдается увеличение вертикальных напряжений по-
сле обрушения основной кровли. Рост вертикальных напряжений над пла-
стами-спутниками и в газоносных породных слоях ведет к их разрушению и
соответственно к выделению метана.
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
107
Рис. 4. Дебит метана дегазационных скважин, наклоненных под углами = 45 (♦)
и 75 (■) к горизонту в выемочном поле 1-й северной лавы блока 3: I – первичная
посадка основной кровли (90 м), II – периодические посадки (10–15 м)
Рис. 5. Изменение коэффициента концентрации максимальных вертикальных
напряжений K над пластом d4 (♦) и над пластами спутниками d4 (■) и d4 (▲): I –
первичная посадка основной кровли, II – вторичные посадки кровли
Таким образом, определение шага первичной и вторичных посадок кров-
ли и предварительное бурение в этих местах выемочного поля дегазацион-
ных скважин поможет снизить их количество и повысить эффективность де-
газации пластов-спутников и газоносных пород.
Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие
выводы:
– максимальное газовыделение в дегазационных скважинах наблюдается
после первичной и вторичных посадок кровли;
– изменение дебита метана из скважины при приближении к ним очист-
ного забоя можно описать экспоненциальной функцией I = Imaxe–kx;
– после первичной посадки основной кровли газовыделение из пластов-
спутников и газоносных пород увеличивается не менее чем в 2 раза;
– при выборе места заложения дегазационных скважин необходимо учи-
тывать величину шагов первичной и периодических посадок кровли, вме-
щающие пласты-спутники и газоносные породы.
Применение эффективной дегазации наряду с прогрессивными схемами
проветривания лав [6, 7] обеспечит безопасное достижение высоких нагру-
зок на очистной забой.
1. Сергеев И.В. Опыт интенсивной дегазации выемочных участков: Обзор /
И.В. Сергеев, В.С. Забурдяев, Д.И. Бухны, Б.Е. Рудаков. – М.: ЦНИЭИуголь,
1989.
2. Дегазация угольных шахт / Требования к способам и схемы дегазации. – К.:
Минтопэнерго, 2005. – 162 с.
3. Абрамов Ф.А. Аэрогазодинамика выемочного участка / Ф.А. Абрамов, Б.Е. Гре-
цингер, В.В. Соболевский, Г.А. Шевелев. – К.: Наукова думка, 1972. – 236 с.
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
108
4. Лобков Н.И. Определение разрушающих напряжений от прогиба слоев над вы-
работанным пространством / Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко, Л.В. Сергиенко,
В.М. Куцерубов, Е.Н. Халимендиков // Физико-технические проблемы горного
производства: сб. науч. тр. / НАН Украины, Институт физики горных процессов.–
2007. – Вып. 10. – С. 119–127.
5. Лобков Н.И. Сдвижения горного массива над выработанным пространством /
Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко. – Сб. трудов конференции «Геотехнологии и
охрана труда в горной промышленности», КИИ ДонНТУ. – Донецк: ООО
«Норд Компьютер», 2007. – С. 6–13.
6. Ильяшов М.А. Уточнение особенностей геомеханики и закономерностей сдви-
жения породного массива над очистным забоем / М.А. Ильяшов, Н.И. Лобков,
Е.Н. Халимендиков. – Горный информационно-аналитический бюллетень. –
№8. – М.: МГГУ, 2008. – С. 20–23.
7. Зборщик М.П. Геомехеника снижения газодинамической активности пологих
пластов при отработке высоконагруженных лав / М.П. Зборщик, Е.Н. Халименди-
ков, М.А. Ильяшов, А.В. Агафонов // Уголь Украины. – 2009. – № 8. – С.10–13.
І.І. Клочко, М.І. Лобков, О.І. Сергієнко, Л.В. Сергієнко
ВПЛИВ ЗРУШЕНЬ ПОРІД ПОКРІВЛІ НА ГАЗОВИДІЛЕННЯ
З ВИРОБЛЕНОГО ПРОСТОРУ
Наведено результати дослідження зміни напружено-деформованого стану пород-
ного масиву над виробленим простором та його вплив на виділення метану у при-
вибійний простір.
Ключові слова: пласти-супутники, очисний забій, метан, основна покрівля, пер-
винна посадка, швидкість посування
I.I. Klochko, N.I. Lobkov, A.I. Sergienko, L.V. Sergienko
ROOF ROCK SHIFT INFLUENCE ON GAS EMISSION FROM THE MINE
WASTE SPACE
Results on studying stress and strain state of the rock mass above a waste space and its
effect on the methane emission into the mining space are presented.
Keywords: satellite seams, longwall, methane, basic roof, initial subsidence, face ad-
vance speed
Статья поступила в редакцию 19 января 2010 года
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108101 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:46:27Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Клочко, И.И. Лобков, Н.И. Сергиенко, А.И. Сергиенко, Л.В. 2016-10-29T16:56:45Z 2016-10-29T16:56:45Z 2010 Влияние сдвижений пород кровли на газовыделение из выработанного пространства / И.И. Клочко, Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко, Л.В. Сергиенко // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 13. — С. 103-108. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. XXXX-0016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108101 622. 817.47 Приведены результаты исследования изменения напряженно-деформированного состояния породного массива над выработанным пространством и его влияние на выделение метана в призабойное пространство. Наведено результати дослідження зміни напружено-деформованого стану породного масиву над виробленим простором та його вплив на виділення метану у привибійний простір. Results on studying stress and strain state of the rock mass above a waste space and its effect on the methane emission into the mining space are presented. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Прогноз и управление состоянием горного массива Влияние сдвижений пород кровли на газовыделение из выработанного пространства Вплив зрушень порід покрівлі на газовиділення з виробленого простору Roof rock shift influence on gas emission from the mine waste space Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние сдвижений пород кровли на газовыделение из выработанного пространства Клочко, И.И. Лобков, Н.И. Сергиенко, А.И. Сергиенко, Л.В. Прогноз и управление состоянием горного массива |
| title | Влияние сдвижений пород кровли на газовыделение из выработанного пространства |
| title_alt | Вплив зрушень порід покрівлі на газовиділення з виробленого простору Roof rock shift influence on gas emission from the mine waste space |
| title_full | Влияние сдвижений пород кровли на газовыделение из выработанного пространства |
| title_fullStr | Влияние сдвижений пород кровли на газовыделение из выработанного пространства |
| title_full_unstemmed | Влияние сдвижений пород кровли на газовыделение из выработанного пространства |
| title_short | Влияние сдвижений пород кровли на газовыделение из выработанного пространства |
| title_sort | влияние сдвижений пород кровли на газовыделение из выработанного пространства |
| topic | Прогноз и управление состоянием горного массива |
| topic_facet | Прогноз и управление состоянием горного массива |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108101 |
| work_keys_str_mv | AT kločkoii vliâniesdviženiiporodkrovlinagazovydelenieizvyrabotannogoprostranstva AT lobkovni vliâniesdviženiiporodkrovlinagazovydelenieizvyrabotannogoprostranstva AT sergienkoai vliâniesdviženiiporodkrovlinagazovydelenieizvyrabotannogoprostranstva AT sergienkolv vliâniesdviženiiporodkrovlinagazovydelenieizvyrabotannogoprostranstva AT kločkoii vplivzrušenʹporídpokrívlínagazovidílennâzviroblenogoprostoru AT lobkovni vplivzrušenʹporídpokrívlínagazovidílennâzviroblenogoprostoru AT sergienkoai vplivzrušenʹporídpokrívlínagazovidílennâzviroblenogoprostoru AT sergienkolv vplivzrušenʹporídpokrívlínagazovidílennâzviroblenogoprostoru AT kločkoii roofrockshiftinfluenceongasemissionfromtheminewastespace AT lobkovni roofrockshiftinfluenceongasemissionfromtheminewastespace AT sergienkoai roofrockshiftinfluenceongasemissionfromtheminewastespace AT sergienkolv roofrockshiftinfluenceongasemissionfromtheminewastespace |