Обоснование критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов
В работе приведены результаты шахтных исследований критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов, проведенных на шахтах ГП «Дзержинскуголь». У роботі наведено результати шахтних досліджень критерія ефективності противикидних заходів при розтині вугільних пластів,...
Saved in:
| Published in: | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108435 |
| 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: | Обоснование критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов / В.В. Завражин, Я.В. Шажко, И.Е. Кольчик, А.В. Кравченко, Л.Д. Ожегова, Н. Хуанган // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2014. — Вип. 17. — С. 86-91. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108435 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Завражин, В.В. Шажко, Я.В. Кольчик, И.Е. Кравченко, А.В. Ожегова, Л.Д. Хуанган, Н. 2016-11-03T19:24:47Z 2016-11-03T19:24:47Z 2014 Обоснование критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов / В.В. Завражин, Я.В. Шажко, И.Е. Кольчик, А.В. Кравченко, Л.Д. Ожегова, Н. Хуанган // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2014. — Вип. 17. — С. 86-91. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. XXXX-0016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108435 622.831:537.86 В работе приведены результаты шахтных исследований критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов, проведенных на шахтах ГП «Дзержинскуголь». У роботі наведено результати шахтних досліджень критерія ефективності противикидних заходів при розтині вугільних пластів, проведених на шахтах ДП «Дзержинськвугілля». The paper presents the results mine study criterion the effectiveness of measures at the opening coal seams, held at the mines GP «Dzerzhinskugol». ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Прогноз и управление состоянием горного массива Обоснование критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов Обґрунтування критерія ефективності противикидних заходів при розкриті вугільних пластів Grounding of the criteria of efficiency outburst prevention measures at the opening of coal beds Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Обоснование критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов |
| spellingShingle |
Обоснование критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов Завражин, В.В. Шажко, Я.В. Кольчик, И.Е. Кравченко, А.В. Ожегова, Л.Д. Хуанган, Н. Прогноз и управление состоянием горного массива |
| title_short |
Обоснование критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов |
| title_full |
Обоснование критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов |
| title_fullStr |
Обоснование критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов |
| title_full_unstemmed |
Обоснование критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов |
| title_sort |
обоснование критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов |
| author |
Завражин, В.В. Шажко, Я.В. Кольчик, И.Е. Кравченко, А.В. Ожегова, Л.Д. Хуанган, Н. |
| author_facet |
Завражин, В.В. Шажко, Я.В. Кольчик, И.Е. Кравченко, А.В. Ожегова, Л.Д. Хуанган, Н. |
| topic |
Прогноз и управление состоянием горного массива |
| topic_facet |
Прогноз и управление состоянием горного массива |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физико-технические проблемы горного производства |
| publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Обґрунтування критерія ефективності противикидних заходів при розкриті вугільних пластів Grounding of the criteria of efficiency outburst prevention measures at the opening of coal beds |
| description |
В работе приведены результаты шахтных исследований критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов, проведенных на шахтах ГП «Дзержинскуголь».
У роботі наведено результати шахтних досліджень критерія ефективності противикидних заходів при розтині вугільних пластів, проведених на шахтах ДП «Дзержинськвугілля».
The paper presents the results mine study criterion the effectiveness of measures at the opening coal seams, held at the mines GP «Dzerzhinskugol».
|
| issn |
XXXX-0016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108435 |
| citation_txt |
Обоснование критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов / В.В. Завражин, Я.В. Шажко, И.Е. Кольчик, А.В. Кравченко, Л.Д. Ожегова, Н. Хуанган // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2014. — Вип. 17. — С. 86-91. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT zavražinvv obosnovaniekriteriâéffektivnostiprotivovybrosnyhmeropriâtiiprivskrytiiugolʹnyhplastov AT šažkoâv obosnovaniekriteriâéffektivnostiprotivovybrosnyhmeropriâtiiprivskrytiiugolʹnyhplastov AT kolʹčikie obosnovaniekriteriâéffektivnostiprotivovybrosnyhmeropriâtiiprivskrytiiugolʹnyhplastov AT kravčenkoav obosnovaniekriteriâéffektivnostiprotivovybrosnyhmeropriâtiiprivskrytiiugolʹnyhplastov AT ožegovald obosnovaniekriteriâéffektivnostiprotivovybrosnyhmeropriâtiiprivskrytiiugolʹnyhplastov AT huangann obosnovaniekriteriâéffektivnostiprotivovybrosnyhmeropriâtiiprivskrytiiugolʹnyhplastov AT zavražinvv obgruntuvannâkriteríâefektivnostíprotivikidnihzahodívprirozkritívugílʹnihplastív AT šažkoâv obgruntuvannâkriteríâefektivnostíprotivikidnihzahodívprirozkritívugílʹnihplastív AT kolʹčikie obgruntuvannâkriteríâefektivnostíprotivikidnihzahodívprirozkritívugílʹnihplastív AT kravčenkoav obgruntuvannâkriteríâefektivnostíprotivikidnihzahodívprirozkritívugílʹnihplastív AT ožegovald obgruntuvannâkriteríâefektivnostíprotivikidnihzahodívprirozkritívugílʹnihplastív AT huangann obgruntuvannâkriteríâefektivnostíprotivikidnihzahodívprirozkritívugílʹnihplastív AT zavražinvv groundingofthecriteriaofefficiencyoutburstpreventionmeasuresattheopeningofcoalbeds AT šažkoâv groundingofthecriteriaofefficiencyoutburstpreventionmeasuresattheopeningofcoalbeds AT kolʹčikie groundingofthecriteriaofefficiencyoutburstpreventionmeasuresattheopeningofcoalbeds AT kravčenkoav groundingofthecriteriaofefficiencyoutburstpreventionmeasuresattheopeningofcoalbeds AT ožegovald groundingofthecriteriaofefficiencyoutburstpreventionmeasuresattheopeningofcoalbeds AT huangann groundingofthecriteriaofefficiencyoutburstpreventionmeasuresattheopeningofcoalbeds |
| first_indexed |
2025-11-25T15:35:29Z |
| last_indexed |
2025-11-25T15:35:29Z |
| _version_ |
1850516950549004288 |
| fulltext |
Физико-технические проблемы горного производства 2014, вып. 17
86
УДК 622.831:537.86
В.В. Завражин1, Я.В. Шажко1, И.Е. Кольчик1, А.В. Кравченко1,
Л.Д. Ожегова1, Н. Хуанган2
ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРОТИВОВЫБРОСНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ ВСКРЫТИИ
УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
1Институт физики горных процессов НАН Украины
2Карагандинский государственный технический университет, Казахстан
В работе приведены результаты шахтных исследований критерия эффективно-
сти противовыбросных мероприятий при вскрытии угольных пластов, проведен-
ных на шахтах ГП «Дзержинскуголь».
Ключевые слова: вскрытие, критерий, противовыбросные, угольный пласт
Условия разработки крутых и крутонаклонных угольных пластов характе-
ризуются рядом особенностей, к числу которых относятся большие значения
углов падения пластов и глубины разработки, тектоническая нарушенность,
склонность к внезапным выбросам угля, породы и газа и другие факторы.
В Донецком бассейне ежегодно разрабатываются свыше 500 шахтопла-
стов, угол падения которых колеблется от 35 до 90. В основном такие пла-
сты сосредоточены в Центральном районе Донецкого бассейна. Практически
все шахты района отнесены к опасным по внезапным выбросам угля и газа.
Из анализа геомеханических процессов, определяющих газодинамические
явления (ГДЯ) при вскрытии угольных пластов, следует, что эти процессы
связаны с особенностями нагрузки (разгрузки) части пласта, физико- меха-
ническими особенностями угля и отсутствием возможности десорбции газа
до момента обнажения пласта. Естественно может возникнуть ситуация, ко-
гда избыток накопленной пластом потенциальной энергии приведет к потере
устойчивости его новообнаженной поверхности, что будет выражено в раз-
рушении пласта, а при соответствующей газонасыщенности закончится вы-
бросом угля и газа. Одним из направлений, которое используется для сни-
жения интенсивности и частоты выбросов угля и газа, является снижение
прочностных и упругих свойств угля, определяющих граничное напряжение
в пласте и его прочность. Это направление положено в основу разработки
способов предотвращения ГДЯ. Воздействуя на трещиновато-пористую
структуру угольного вещества эти способы с разной степенью эффективно-
Физико-технические проблемы горного производства 2014, вып. 17
87
сти меняют газодинамическое состояние угольного пласта. При этом дать
точную оценку склонности пласта к газодинамическим проявлениям после
воздействия на пласт противовыбросными мероприятиями не представляет-
ся возможным без контроля эффективности.
Критерии эффективности способов предотвращения ГДЯ базируются на
учете давления метана в пласте и скорости газовыделения [1]. Параметры,
характеризующие эффективность противовыбросных мероприятий, приве-
дены в табл. 1.
Таблица 1
Способы предотвращения ГДЯ при вскрытии крутых пластов и критерии
оценки их эффективности
Способы
предотвращения ГДЯ
Параметр,
характеризующий
эффективность способа
Предельное значение пара-
метра, характеризующего
эффективность способа
Вскрытие квершлагами
и другими выработками
в сочетании с:
бурением дренажных
скважин;
гидровымыванием;
возведением каркас-
ной крепи;
гидродинамическим
воздействием на пласт
Давление метана в пласте Р2
Давление газа в 4 м за кон-
туром выработки
– // –
Давление газа в 4 м за кон-
туром выработки Р2 или ско-
рость газовыделения q
Рэф < 1 МПа
Рэф < 1 МПа
– // –
Рэф < 1 МПа;
q ≤ 2 л/мин
Вскрытие квершлагами с
нагнетанием воды в пласт
Давление нагнетаемой воды
Рн
Рэф ≤ Рн/1,3
Анализ представленных параметров свидетельствует, что вне зависимо-
сти от способов предотвращения ГДЯ при вскрытии угольных пластов кон-
троль эффективности противовыбросных мероприятий осуществляется по
уровню давления метана в угле и скорости газовыделения. Естественно, этот
параметр при прочих равных условиях является ключевым и при оценке эф-
фективности мероприятий. Основной недостаток такого контроля – фактор
времени, связанного с ожиданием установления сорбционного равновесия
метана в контрольных скважинах.
Более оперативные способы контроля эффективности противовыбросных
мероприятий основаны на измерениях параметров сигнала спектров ЯМР-1Н
[2], а также отношения количества метана и физически связанной влаги [3]
до и после гидрообработки угольного пласта. Однако эти способы требуют
специального оборудования для проведения оценки эффективности проти-
вовыбросных мероприятий в шахтных условиях.
С учетом представленного анализа целью настоящей работы является ин-
тегральная оценка эффективности противовыбросных мероприятий при
Физико-технические проблемы горного производства 2014, вып. 17
88
вскрытии склонных к ГДЯ крутонаклоных угольных пластов, основанная на
определении давления газа и параметра эффективной диффузии с помощью
измерителя массопереноса метана (ШИММ), характеризующих газодинами-
ческую активность угольного массива во времени и пространстве [4].
Физической основой определения газодинамического состояния является
тот факт, что процесс, связанный с формированием выбросоопасных зоны и
выбросом угля и газа, должен иметь несколько подготовительных фаз. При
этом физико-химические изменения в каждой фазе протекают за определен-
ный промежуток времени. В принципе возможны два случая формирования
выбросоопасных ситуаций. Первый определяется локальностью природы
выбросоопасности, а второй связан с накоплением изменений в структуре
угля, фазовыми превращениями на уровне водородных взаимодействий,
формирующихся за счет импульса взрывных работ. Применительно к глу-
бине 600–1200 м с учетом коэффициента концентрации напряжения во
вскрываемом угольном пласте суммарное напряженное состояние будет со-
ставлять в среднем 100–120 МПа, что близко к давлению, приводящему к
механо-химических реакциям типа взрыва в твердых телах.
Независимо от условий формирования выбросоопасных зон должны про-
исходить изменения в структуре угля, влияющие на процесс истечения ме-
тана, степень изменения которого можно контролировать по параметрам
эффективной диффузии Dэф (м2/с) и давлению газа в угле.
По результатам исследований, проведенных на шахтах Донбасса в раз-
личных горно-геологических и горнотехнических условиях, был разработан
способ экспресс-оценки газодинамического состояния угольного пласта в
месте отбора проб (рис. 1).
Способ оценки газодинамического состояния участка угольного пласта
заключается в бурении скважин в участок угольного массива, поинтерваль-
ный отбор проб угля заданного объема в виде двух фракций диаметром
0,4–0,6 мм и 1,0–1,6 мм, установлении зависимости количества десорбиру-
ющегося метана для каждой угольной фракции от времени в течение прове-
дения измерений. По полученным зависимостям строят кривую, описываю-
щую кинетику десорбции метана и рассчитывают эффективный коэффици-
ент массопереноса [5].
Рис. 1. Результаты исследований по
оценке газодинамического состояния
угольных пластов на шахтах Донбасса:
○ – им. А.А. Скочинского, ● – им.
А.Ф. Засядько, ■ – им. К.А. Румянцева,
□ – им. В.И. Ленина, ▲ – им. Ф.Э.
Дзержинского, ◊ – «Северная», ♦ –
«Шахтерская-Глубокая»
Физико-технические проблемы горного производства 2014, вып. 17
89
Определение давления в кювете и параметров массопереноса метана в
угольном пласте должно производиться по показаниям измерителя ДС-03
(ШИММ) [6].
Аппроксимирующая линия, разделяющая неопасное состояние угольного
массива от области, в которой произошли ГДЯ, фактически является крите-
рием оценки состояния угольного массива, учитывающим десорбционные
свойства угля. Его можно представить в виде
B = 0,44Pк + 1,14108 Dэф ≥ 5, (1)
где Pк – давление в кювете шахтного измерителя массопереноса, кПа; Dэф –
эффективный коэффициент массопереноса метана, м2/с.
Критерий (1) был взят за основу при проведении шахтных исследований
критерия эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии
склонных к ГДЯ крутых угольных пластов.
Шахтные исследования разработанного критерия осуществлялись в усло-
виях шахт «ОП «Шахта Торецкая» и им. Ф.Э. Дзержинского ГП «Дзержинск-
уголь». Объем исследований составил 2 и 4 вскрытия на пластах m2-«Тон-
кий» и m3-«Толстый» шахт соответственно «ОП «шахта Торецкая» и шахты
им. Ф.Э. Дзержинского.
Отбор проб для оценки эффективности противовыбросных мероприятий
проводили при бурении скважин в пласт через породную пробку не менее 3 м
(рис. 2).
Давление и эффективный коэффициента массопереноса определяли
шахтным измерителем массопеореноса метана в интервале от 24 до 48 ч по-
сле проведения противовыбросных мероприятий.
В табл. 2 и 3 представлены результаты шахтных исследований соответ-
ственно на пластах ОП «Шахта Торецкая» и шахте им. Ф.Э. Дзержинского
ГП «Дзержинскуголь».
На угрожаемых пластах «ОП «Шахта Торецкая» противовыбросные ме-
роприятия не проводили и вскрытия осуществляли по нормативной методи-
ке [1] с контролем выбросоопасности по комплексному показателю. Оценка
потенциальной газодинамической активности угольных пластов в месте
вскрытия показала отсутствие возможности выброса по критерию (1).
Рис. 2. Схема расположе-
ния скважин в забое подго-
товительной выработки при
вскрытии крутопадающих
угольных пластов
Физико-технические проблемы горного производства 2014, вып. 17
90
Таблица 2
Результаты исследований на «ОП «Шахта Торецкая»
Пласт угрожаемый, квершлаг 1ЗПШ-42
гор. 710 м (без мероприятия)
Рк, Па
Dэф, 10–8
м2/с
В
Оценка
состояния
m3 2395 1,9 3,2 –
m2 2100 1,5 2,6 –
Таблица 3
Результаты исследований на шахте им. Ф.Э. Дзержинского
Пласт, место вскрытия, мероприятия Рк, Па
Dэф,
10–8 м2/с
В Bп/Вм
Оценка
состояния
m3-«Толстый», квершлаг 3 ВПШ-41
№ 17 гор. 1146м:
перед мероприятием;
после мероприятия
10560
3135
2,8
3,1
7,8
4,9
1,72
–
Эффективно
m2-«Тонкий», квершлаг 3 ВПШ-41
№ 17 гор. 1146 м:
перед мероприятием;
после мероприятия
7648
10540
4,9
3,4
8,9
8,5
<1
–
Неэффективно
квершлаг 3 ЗПШ-42 № 8 гор. 1146 м,
после мероприятия:
m3-«Толстый»;
m2-«Тонкий»
7125
3872
0,4
2,3
3,6
4,3
2,06
2,07
Эффективно
Эффективно
На шахте им. Ф.Э. Дзержинского пласты вскрывались без прогноза вы-
бросоопасности по комплексному показателю, но во всех случаях применя-
лись локальные методы борьбы с выбросами (гидровоздействие и каркас
безопасности).
В результате выполненных шахтных исследований проведена оценка эф-
фективности противовыбросных мероприятий при вскрытии на 4 пластах 2
шахт крутого падения ГП «Дзержинскуголь»:
1) при вскрытии угрожаемых пластов с прогнозом выбросоопасности
критерий (1) показал состояние «эффективно» (В < 5), и противовыбросные
мероприятия не проводились;
2) на выбросоопасных пластах в 3 из 4 случаев величина критерия В состав-
ляла менее 5 и вскрытия не сопровождались газодинамическими явлениями;
3) для пласта m2-«Тонкий» значение критерия В составило 8,5, а вскрытие
его сопровождалось обрушением незначительной нависающей части уголь-
ного массива, из-за нарушения технологии гидровоздействия на угольный
пласт через породную пробку менее 3 м.
В целом результаты шахтные исследования свидетельствуют о возможно-
сти применения критерия В для оценки эффективности противовыбросных
мероприятий при вскрытии угольных пластов.
Физико-технические проблемы горного производства 2014, вып. 17
91
1. СОУ 100.1.00174088.011–2005. Киев. 2005. – 224 с. Правила ведения горных
работ на пластах, склонных к газодинамическим явлениям.
2. ДНАОП 1.I.30–1.XX.04. Киев. 2004. – 195 с. Безопасное ведение работ на пла-
стах, склонных к газодинамическим явлениям.
3. КД 12.10.05.01–99. Донецк. 1999. – 23 с. Прогноз выбросоопасности при вскры-
тии крутых и крутонаклонных угольных пластов.
4. Стариков Г.П. Оценка эффективности мероприятий по предотвращению вне-
запных выбросов угля и газа при вскрытии крутых угольных пластов / Г.П. Стари-
ков, В.В. Завражин, И.Е. Кольчик, Д.В. Мельников, Я.В. Шажко, А.В. Кравчен-
ко // Материалы Междунар. научн.-практ. конф.: «Деформирование и разруше-
ние материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выра-
ботках». – Алушта, 2013. – С. 307–310.
5. Стариков Г.П. Оценка эффективности противовыбросных мероприятий при
вскрытии крутонаклонных угольных пластов / Г.П. Стариков, В.В. Завражин,
Я.В. Шажко, С.Е. Дегтярь, Ш.В. Мамлеев // Геотехническая механика: Днепро-
петровск. – 2012. – Вып. 105. – C. 64–68.
6. Шажко Я.В. Экспресс-метод определения давления и количества метана в
угольных пластах / Я.В. Шажко // Физико-технические проблемы горного про-
изводства. – Донецк, 2011. – Вып. 14. – С. 60–67.
В.В. Завражин, Я.В. Шажко, І.Є. Кольчик, А.В. Кравченко Л.Д. Ожегова,
Н. Хуанган
ОБҐРУНТУВАННЯ КРИТЕРІЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ПРОТИВИКИДНИХ
ЗАХОДІВ ПРИ РОЗКРИТІ ВУГІЛЬНИХ ПЛАСТІВ
У роботі наведено результати шахтних досліджень критерія ефективності противи-
кидних заходів при розтині вугільних пластів, проведених на шахтах ДП «Дзержи-
нськвугілля».
Ключові слова: розкриття, критерія, противикидні, вугільний пласт
V.V. Zavrazhin, Yа.V. Shazhko, I.E. Kolchik, A.V. Kravchenko, L.D. Ozhegova,
N. Hyangan
GROUNDING OF THE CRITERIA OF EFFICIENCY OUTBURST
PREVENTION MEASURES AT THE OPENING OF COAL BEDS
The paper presents the results mine study criterion the effectiveness of measures at the
opening coal seams, held at the mines GP «Dzerzhinskugol».
Keywords: opening, method, steep incline, coal seam
|